（1.国家电网甘南供电公司甘肃747000；2.沈阳工程学院辽宁110136）
摘要：电压互感器在电力器具中一直有着十分重要的地位，它的主要作用是为继电保护和电能计量操作提供稳定的电压源与信号源。这些年，电力系统高速发展，随之也出现了许多问题，例如电压互感器的二次侧非故障断线的事件逐年增加，这是由于电力系统试验导致的电压波动情况且线路装设了分布式电源造成的，诸如此类的事件对于电力系统的稳定运行带来了很大问题。
关键词：电压互感器；二次侧断线；自投装置；电能计量
1引言
导致电网波动的原因有很多，如国家对于电力行业清洁式以及分布式类型能源的扶持，电压等级较高的实验以及快速增长的工业负载等。此状态下，电压互感器能够在非故障的状态投入非工作状态。电压互感器通常用于电气测量，其断线会导致位于互感器节点位置的电能计量装置无法运作，进而对继电保护的系列动作造成一定影响，故使电压互感器减少出现无故障断线的频率是当务之急。
2系统框架
该系统主要由以下五个方面构成：核心MCU控制单元、高速自适应控制算法、模拟信号采集电路、自投装置、和串行通信单元。其中MCU、自适应算法、串行通信单元都集成在FPGA片上系统中内嵌实现，自投装置和模拟信号采集装置外置。
3硬件设计
3.1硬件架构
硬件图如1图所示，由供电部分、SOC（包括FPGA和外接内存）、通信端子外围电路、信号采集电路以及自投装置组成，实物图见图2。
图1.硬件系统构成框图图2.控制核心PCB实物主体部分照片
3.2片上系统（SOC）设计
作为Altera公司新一代高容量高集成度FPGA的控制芯片EP4CE6E22C8N，有着耗1.5W的极低能耗，并可以在此条件对高复杂度片上进行系统设计、处理高性能数字模拟信号、管理事务及进行通信，其可编程LE数量达到6k，自定义引脚192个，内含24个18*18乘法器，M9K类型RAM模块共计512kByte。该设计使用此芯片进行对通讯端口、核心控制器进行相关运算及数字处理，同时完成继电器驱动电平控制。
3.3模拟采集电路
该系统中使用的传感器为KEN公司的TBV/TBC系列霍尔传感器。此设备具有准确度高、温漂敏感度小、无插入损失、线性度好，反应灵敏、频带宽、电流超负荷能力好、抗干扰能力强等特点，该传感器的参数介绍如下所示：变比为1：1000，原边额定有效值电流IPN为50A，原边电流测量范围0~±70A，副边额定有效值电流为50mA，电源电压为±12~15（±5%）V，反应时间小于500ns，响应时间小于1μs。采集的模拟电压/电流通过LM258组成的信号采集运算电路和HCNR200组成的线性光耦送入模数转换器AD7888的转换通道当中，再由I2C总线将数据信息传入FPGA平台中进行数字处理。
有这样一种情况，当互感器的二次侧出现2相断线情况时，该发生事故的两相通另一非断线相具有相同的相位，但是其数值变为原来的二分之一。
3.4继电器
继电器作为开关设备，其功能主要是隔离及远距离操控。此设备装设了2组继电器A1、A2、B1、B2、C1、C2，同时通过接触器用于控制回路的触头控制A1-1、A1-2、A2-1、A2-2、B1-1、B1-2、B2-1、B2-2、C1-1、C1-2、C2-1、C2-2。在设计过程中，继电器按照FPGA的要求发送控制信息，进而对其电路的开通关断进行相应控制，使互感器可以在误断线时尽快高效地重新投入工作。该继电器的结构和逻辑开关顺序具有着电气隔离特性，即设备自身无电，保证工作时的安全。
4软件设计
4.1控制逻辑
本文所涉及的装置位于电压互感器和二次侧母线两部分中间，为了保证应用装置后不会发生短路事故，故装设该设备前在线路独立设置一组熔断器或者断路器，全部的装置的二次侧都要在该回路上装设。电压互感器二次装置三相电压断线判别元件分别由三只一次中间带抽头的电压互感器以及滤波整流电路组成。在系统无波动的互感器稳定运作时，输入电压幅值相等，相位相反，二次侧无输出信号，而当断线时，二次输出的电压经过整流滤波后输出直流，驱动相应的用于选相的双位置继电器。
4.2快速自适应PID控制算法
该方法的实用性体现于有关于负载宽范围适用性方面，具体来说就是相对负载的非线性的鲁棒性控制。经典的PID方法由于其自身的限制，针对自投装置的控制对象其控制区域过小，对自投装置的稳定运作没有好处。本设计应用模糊智能优化参数自适应PID控制算法，在SOC系统的高处理性能平台下，会提高反应的灵敏度，加大控制区域，此算法架构参图3。
参数自适应整定算法流程图如图4所示。借助Simulink—RTW-EC—HDLIDE的硬件在环（HIL）开展设计，通过相应操作可以高效率地推算出该算法的原代码。通过使用算法可以简化此算法的规则数，一般可以由125降低至13条，再结合NIOSIICPU的高速18*18乘法器，即可以高速且实时开展相关数据的计算。
5装置特点及运行结果
本文所设计研发的装置实际上对于电压互感器二次误断线的一些状况展开了相关解析，并给出了用于解决互感器由于误操作的原因引发的断线事件的合理方案。此设备加入了嵌入式控制系统，装置取之于实际，其机构安排合理，封装在低压箱中，有较强的防干扰的能力；其元器件简单可靠，实用性高，使用寿命不短，且器件无电，相对安全，能够运行在待机状态。
此装置已经于某地区的一66kV的变电所开始应用，且与该变电所检修时段开展了相关实验，检验了性能，并对设备在不同电压状况下的动作精准度，如下：
参照上表，我们可以得知，该装置有着自我判断故障的能力，且能够分清故障类型为危害性故障还是暂时性故障，并依照不一样的情形给出相应的反应，以确保互感器能够安全稳定的运作。
6结束语
本文所设计的装置能够对短时断线或误操作后不能第一时间将系统重新恢复到工作状态的特点采取措施，进而确保继电保护以及电能计量的正常运作，其具有一定安全性，且有着经济、小型、抗干扰等特点。且自投装置适配于目前电力系统变电所标准低压配电柜，有效且安全地达到了标准化对接的状态。该设备于辽宁地区的66kV变电所开展应用，工况没有任何问题。自投装置根据长时间的验证，已经具有可行性，且稳定安全，操作方便快捷，价格经济，可以推广。
参考文献：
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