0 引 言
隨著電力事業的發展，電力質量日益受到人們的重視。供電的連續性是電力質量的一個重要方面，對于某些用電部門，如醫院、機場、大型生產線等尤為重要。保證供電連續性的辦法是給供電對象提供主、備兩路獨立的電源，對兩路電源都進行實時監控。當一側電源發生故障時，能根據設定的切換程序準確完成向另一側電源的切換，以最大限度地保證供電的連續性。現在的新式高壓雙電源切換裝置有兩個高壓隔離開關，有明顯的隔離斷口．較好地保證了檢修的安全，但需兩套驅動機構聯動，故產品的工作可靠性受到極大的制約。本文開發研制的控制系統可用一套驅動機構驅動主、備兩路電源，兩側都實現了實時監控。且當故障發生時，能安全、可靠地實現電源轉換，并且具備通信功能，可在無人職守情況下實現雙電源自動切換，切換時間精確到0.3s，并有自投自復、自投不自復、手動等多種工作方式，可廣泛用于冶金、消防、化工、煤礦、高層建筑和住宅小區等場所。
1 主體結構
高壓雙電源自動切換系統是由裝置本體和控制器兩大部分組成。裝置本體見圖1，由兩臺帶有電動操動機構的斷路器及附件（輔助報警觸頭等）、機械聯鎖機構、電器聯鎖、熔斷器、接線端子等組成。
圖1 裝置本體
2 雙電源轉換控制器
2.1 組成
控制器由ARM及輸入輸出、顯示、電源和485通信等模塊組成，見圖2。CPU采用S3C44BOX作為微處理器，ARM在基本RISC結構上增強的特性使ARM處理器在高性能、低代碼規模、低功耗和小的硅片尺寸方面取得良好的平衡。輸入/輸出采用串行接口芯片74LS164/165，液晶模塊采用LCM122×32，RS232/RS485接口部分采用Maxim系列芯片進行電平轉換，控制器的實時時鐘用DS1302實現，Flash Memory選用SSTT的39VF020存儲器，選用ISSI的62LV1024SRAM芯片作為外擴數據交換區，兩路三相電壓電流的采樣采用隔離變壓器完成，采樣精度為1%。控制器電源電壓為220V（50Hz/60Hz）或12V/24V直流電源。
圖2 控制器的結構
2.2 功能
雙電源轉換控制器監測主、備兩路電源，主要實現以下功能：
（1）測量與顯示：能夠測量兩路三相相電壓、電流、頻率、功率因數，檢測轉換開關的狀態是合閘、分閘或者脫扣等。若兩電源存在過壓、欠壓，則采樣整流得到的直流電壓信號與設定的所要求的電壓相比較，會偏大或者偏小；若存在缺相情況，則經整流后得到的直流電壓較三相電整流后得到的直流電壓會低，且會出現過零現象，將系統的狀態在面板上用LCD和發光二極管顯示出來。
（2）判斷與控制：控制器對兩路電的供電質量進行延時判斷后，具有0min～1.5min可調的自動切換時間來控制轉換開關切換。轉換開關可以是兩個機械聯鎖的接觸器。
（3）編程與設置：允許用戶對工作狀態“自動／手動”、“一路優先供電、二路優先供電和無優先供電”通信參數、轉換需要的各種延時等參數進行更改設定。
（4）直流電源：控制器的供電電源可以外接直流供電（12V～24V）也可以不接；不接時，當兩路A相電壓都沒有時，系統報警。
（5）參數整定：控制器的所有參數均采用數字化調整，每個參數均可以單獨調整，因此不會對其它參數造成影響，提高了整機的可靠性和穩定性。在兩個電源轉換的過程中，為了使供電電路穩定，保證切換過程的準確性和安全性，避免由于短時電壓變化導致的誤動作需要人為延時，延時時間由用戶通過分檔開關進行選擇，由開關量輸入系統。
（6）雙電源供電雙分狀態：系統負載于雙分狀態時，不論兩組電源是否正常以及系統處于“手動”和“自動”的預置狀態，系統都仍然保持雙分狀態。
（7）產品保護功能：具有過負荷和短路保護，斷相和斷路保護，失壓和欠壓保護。
（8）高性能ARM程序控制：采用模塊化結構設計，具有極強的抗電磁干擾能力，適合在強電磁干擾的復雜環境中使用，無噪聲運行。采用嵌入式安裝方式，結構緊湊，節能降耗，符合國家綠色電氣產品標準。同時具有RS232、RS485串行通信接口，借助于PC或數據采集系統上運行的軟件，能提供一個簡單實用的對工業和民用建筑物的雙電源切換管理方案。
2.3 軟件系統
在高壓環境中，不可避免地會遇到電源波動、電磁波輻射等干擾。當遇到強干擾時，運行的程序會產生異常、出錯、跑飛，甚至死循環，造成了系統的崩潰。因此，除了在電路上增加抗干擾的措施外，單片機型號的選取和一些軟件措施也是必要的。在軟件中設置了看門狗程序，以監控系統的運行。
控制器的軟件功能以檢測和控制為主，采用C語言編寫。外部硬件電路已經完成了電壓故障的判定，程序只需讀取相應的故障狀態位輸入，經位判斷后轉入相應故障處理程序即可。其切換過程的控制是雙電源轉換控制器的核心功能之一，雙電源轉換控制器的軟件流程見圖3。
圖3 雙電源轉換控制器的軟件流程
2.4 抗干擾措施
干擾會影響控制器的穩定運行，所以在電路設計方面采取了多種抗干擾措施：
（1）通過隔離器件傳輸信息，在電氣上將單片機與各種傳感器、開關等隔離開來，可以較好地防止串模干擾。
（2）合理布置地線，將系統中的數字地與模擬地分開，最后在一點相連，避免了數字信號對模擬信號的干擾。
（3）電源進線端加去耦電容，在削弱各類高頻干擾。
3 遠程監控模塊
遠程監控包括設備狀態及電力參數采集、GPRS通信網絡和監控中心3大部分。電力設備在生產現場安裝，通過現場的控制系統采集設備狀態及電力參數；GPRS通信網絡是監控中心與現場設備問數據傳輸的橋梁，通過GPRS網絡使現場設備的相關參數能夠定時傳送到監控中心計算機：監控中心一方面通過GPRS網絡與現場監測器進行雙向通信，另一方面為用戶提供一個可視化界面，讓用戶足不出戶即可了解遠方設備相對實時的運行狀況。遠程監控模塊結構見圖4。
圖4 遠程監控模塊圖
4 試驗測試
根據國家技術標準，本研究對研制成功的樣品進行了性能指標測試，測試結果表明，控制器能在不同的設定故障情況進行識別，并按照用戶的要求準確動作，所測結果完全滿足設計要求與實際使用需要。
5 總 結
本文研制的雙電源轉換控制器能夠對雙路電源的過壓、欠壓和缺相等故障進行檢測，不僅能實現自投自復、只常、只備、自投不自復、自動脫扣檢測、斷電再扣等工作模式，且能準確地實現兩路電源間的可靠切換。其主要有以下幾點：①設有3工位自動隔離開頭，有3個投切位置；②為了防選源向全離閘必須先解保險鎖；③操作機構除自動切換系統外還保留了手動切換方式，提供了備用的操作方法。