智能型直流系統(tǒng)板卡更換裝置研發(fā)的關(guān)鍵與難點研究

國網(wǎng)湖北直流運(yùn)檢公司 甘秋甫 萬 泉 賀霖華 黃 元

當(dāng)前我國各大換流站中并未出現(xiàn)簡易的處理方式，很難實現(xiàn)站內(nèi)板卡高效處理，并且也不能快速掌握出廠相關(guān)參數(shù)，所以后續(xù)檢測工作力度不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重制約了此項工作的順利運(yùn)行。為解決以上問題，變流站會儲備大量的備用板卡，以此確保其能夠長期運(yùn)行，另一方面在現(xiàn)場故障時，相關(guān)操作人員常用排除法對系統(tǒng)進(jìn)行檢測，兩類方式均有一定的處理盲點，不僅耗時還費(fèi)力。

本文發(fā)明了一種可以規(guī)避以上問題的裝置——直流系統(tǒng)板卡更換裝置。此類裝置主要包括了以下幾個方面：首先是人機(jī)界面電腦，其次還有10槽位3U 規(guī)格插槽，最后是電源轉(zhuǎn)換模塊。10槽位3U 規(guī)格插槽需要與人機(jī)界面電腦相連接，在連接后電源轉(zhuǎn)換模塊通過自身功能對人機(jī)界面電腦和所述10槽位3U 規(guī)格插槽進(jìn)行連接，在三個設(shè)備均連接之后可以規(guī)避以上闡述問題。

此發(fā)明在應(yīng)用時可以對板卡進(jìn)行更換，只需將其安裝在10槽位3U 規(guī)格插槽后即可實現(xiàn)更換工作，在接通電源轉(zhuǎn)換模塊后，相關(guān)操作人員利用人機(jī)界面電腦中的自動功能，對新舊板卡中的參數(shù)信息進(jìn)行更換，此類更換形式不僅便捷了更換人員的工作難度，還降低了更換人員的操作風(fēng)險。

1 智能型直流系統(tǒng)板卡更換裝置研發(fā)的關(guān)鍵點及發(fā)明內(nèi)容

直流輸電技術(shù)在不斷發(fā)展的過程中發(fā)生了各類變化，其中控制保護(hù)系統(tǒng)是控制中心的樞紐，在其中發(fā)揮出了重要的作用，并且在換流站運(yùn)轉(zhuǎn)工作中起到了決定性作用，此系統(tǒng)電子元件及板卡數(shù)量龐大，其中系統(tǒng)涉及范圍包括：閥控制保護(hù)、換流變控制保護(hù)、直流線路保護(hù)、各直流區(qū)域及設(shè)備保護(hù)、內(nèi)冷水控制及保護(hù)、外冷水控制、交流濾波器控制保護(hù)、通信監(jiān)視和交流母線電壓控制等，涉及各種類型板卡四十多種、板卡數(shù)量上千塊，軟件和硬件相互配合、交換數(shù)據(jù)，才能確保整體邏輯性，因此整體設(shè)計工作應(yīng)該按照以上內(nèi)容進(jìn)行綜合考慮，確保后續(xù)設(shè)計工作符合實際需求并滿足相應(yīng)要求。

針對技術(shù)不足，本發(fā)明為其卡板更換提供一種直流系統(tǒng)板卡更換裝置，以此解決更換難度較大的問題，為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)，本文的發(fā)明方案如下文所述：首先需要一種直流系統(tǒng)板卡更換裝置，其內(nèi)部包含了人機(jī)界面電腦；10槽位3U 規(guī)格插槽；在應(yīng)用時需要與所述人機(jī)界面電腦連接；而電源轉(zhuǎn)換模塊則需要分別與人機(jī)界面電腦和10槽位3U 規(guī)格插槽相連接。其中模擬量和數(shù)字量輸出模塊是設(shè)計的重點內(nèi)容之一，它也需要與10槽位3U 規(guī)格插槽和人機(jī)界面電腦相互連接。其中裝置背板，也需與10槽位3U 規(guī)格插槽和人機(jī)界面電腦相互連接，以此讓其與10槽位3U 規(guī)格插槽和人機(jī)界面電腦進(jìn)行通信工作，讓二者之間能夠產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，并且逐步實現(xiàn)相應(yīng)功能，確保整體工作符合實際需求[1]。

網(wǎng)絡(luò)通訊裝置也需與上述中模擬量和數(shù)字量輸出模塊和人機(jī)界面電腦進(jìn)行連接，它可以將模擬量和數(shù)字量的信號轉(zhuǎn)變成為以太網(wǎng)信號內(nèi)容，通過此信號將其傳輸至人機(jī)界面電腦。板卡數(shù)據(jù)庫存儲器需直接與人機(jī)界面電腦相連接，以此存儲相關(guān)參數(shù)和軟件程序。

通過上述發(fā)明內(nèi)容的結(jié)合，整體技術(shù)效果如下文所述：本文為其提供了直流系統(tǒng)板卡更換裝置，提高了工作人員工作效率和質(zhì)量，并且降低了工人核對信息的風(fēng)險，讓其整體工作進(jìn)展更為順利，促使相應(yīng)工作順利實施。

2 智能型直流系統(tǒng)板卡更換裝置的原理難點

在此類工作中，很多維護(hù)人員會受到直流控制保護(hù)系統(tǒng)板卡故障的困擾，在故障中系統(tǒng)會長期處于無冗余無備用狀態(tài)，因此所造成的故障會對參數(shù)讀取和程序裝載造成一定影響，為了改變此類問題需要應(yīng)用故障確診功能對其進(jìn)行確定，但是此過程需要時間較長，因此此項故障工作需要研究一個可以直接在故障現(xiàn)場做出處理的裝置，從而節(jié)約時間。

此研究可以對板卡進(jìn)行故障測試，通過故障測試對現(xiàn)場板卡故障參數(shù)進(jìn)行讀取，然后對新的板卡各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，讓其程序符合運(yùn)行狀態(tài)需求，后續(xù)結(jié)合縮短故障處理時間裝置對其進(jìn)行完善。此項內(nèi)容的現(xiàn)場工作要求如下文所述，同時它也是裝置設(shè)計得到相應(yīng)原則：

首先要確保整體得到可靠性。在板卡發(fā)生故障問題后，此系統(tǒng)需要對卡板當(dāng)時的狀態(tài)進(jìn)行處理判斷，通過判斷結(jié)果對故障類別進(jìn)行分析，結(jié)合各類備用系統(tǒng)崩潰狀態(tài)對事物進(jìn)行分析，如果故障較為嚴(yán)重的話，可以采取關(guān)閉處理的方式對其進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)閉鎖。此項工作必須將安全問題放在設(shè)計工作的首位，因此此裝置在研究時也應(yīng)以安全為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[2]。

其次是集成。板卡集成需要在設(shè)計過程中融入相應(yīng)的板卡內(nèi)容，并且確保各類板卡內(nèi)容能夠與總線板卡相連接，其中總線板卡分為兩個，一個是CAN 總線板卡、另一個是TDM 總線板卡；此兩類板卡更適用于電源集成工作，一般情況下工作現(xiàn)場的電源為220V 交流電，但實際工作中，板卡和相關(guān)裝置需要多個電源對其進(jìn)行支持才可完成后續(xù)各項工作，因此在電源方面還需要進(jìn)行電源集成工作，此次裝置選擇了110V、24V、5V 的直流電。對于結(jié)構(gòu)集成而言，此類別裝置需要滿足攜帶需求，因此設(shè)計工作需要符合實際要求，尤其針對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，軟硬件之間更需高度配合，最大限度實現(xiàn)體系和質(zhì)量的優(yōu)化，以此滿足實際工作需求。

當(dāng)前直流控制保護(hù)系統(tǒng)對于工作環(huán)境的要求較高，因其現(xiàn)場工作會涉及到閥廳、換流，所以附近會有較強(qiáng)的磁場對其進(jìn)行騷擾，所以對于設(shè)備而言，整體抗干擾能力需要達(dá)到最大化，所以此類設(shè)計也成為了挑戰(zhàn)。基于此在電子元件選擇方面，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)該結(jié)合實際情況選擇適合的電子元件對此項發(fā)明設(shè)計進(jìn)行支持。尤其針對板卡更換裝置的外殼防護(hù)問題，需要讓其達(dá)到IP41的標(biāo)準(zhǔn)。

3 具體實施方式

具體實施方式如下文所述：為了能夠滿足設(shè)計需求，此次更換裝置主要包括了以下七個電子元件：人機(jī)界面電腦、槽位3U 規(guī)格插槽、電源轉(zhuǎn)換模塊、模擬量和數(shù)字量輸出模塊、裝置背板、網(wǎng)絡(luò)通訊裝置、板卡數(shù)據(jù)庫存儲器。其中槽位3U 規(guī)格插槽與人機(jī)界面電腦連接；電源轉(zhuǎn)換模塊需要與人機(jī)界面電腦和槽位3U 規(guī)格插槽連接，在連接結(jié)束之后，還需要20V 交流市電為人機(jī)界面電腦提供電力支持，后續(xù)系統(tǒng)可以將其轉(zhuǎn)化成為110V 直流電，并且將其供給給板卡使用。為了讓其能夠達(dá)到相應(yīng)的功能需求，模擬量和數(shù)字量輸出模塊還要與槽位3U 規(guī)格插槽和人機(jī)界面電腦相互連接。

其中裝置背板也要與10槽位3U 規(guī)格插槽、人機(jī)界面電腦相互連接，此類連接工作主要目的是為了實現(xiàn)通信功能。為了能夠讓通信功能發(fā)揮出實質(zhì)作用，相關(guān)操作人員還需將裝置背板作為背板通信模塊的通信裝置，以此讓兩路總線與以太網(wǎng)進(jìn)行連接，三者之間的連接實現(xiàn)通信功能的轉(zhuǎn)化，讓其更能幫助后續(xù)工作實施。其中網(wǎng)絡(luò)通訊裝置還要與模擬量和數(shù)字量輸出模塊、人機(jī)界面電腦相互連接，此類連接工作最終目的是為了實現(xiàn)以太網(wǎng)信號的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換之后將其傳輸至人機(jī)界面電腦界面。其中涵蓋的板卡數(shù)據(jù)庫存儲器是直接與人機(jī)界面電腦相連接的內(nèi)容，通過此鏈接實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和各類程序的轉(zhuǎn)化。