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摘要：主要介绍了一种快速地刀控制器，该控制器主要包括以下功能：1、可以根据已设的操作流程对GIS中的断路器、隔离开关以及接地刀闸进行相关的顺序操作；2、控制器提供友好的人机交互界面，具有良好的通讯监视功能，方便运维人员监控、管理。
关键词：HGIS；快速地刀；DSP
0引言
GIS设备是SF6气体全封闭组合电器开关设备的英文简称，由于它将断路器、隔离开关、接地刀闸、母线、互感器、避雷器等主要元件装入密封的金属容器，内充以绝缘气体作为绝缘以及灭弧介质，具有体积小、占地面积小、不受外界环境影响、运行安全可靠、维护简单和检修周期长等特点，HGIS是在GIS基础上发展的一种新型组合电器设备，在传统组合电器的基础上增加快速接地开关、并包括电流互感器、电压互感器、母线、出现套管、伸缩节、支架及汇控柜等主要部件组成，以SF6气体作为绝缘介质。环氧树脂浇注盆式绝缘子用以支持带电导体，并作用于相邻气室的隔离，万一发生故障，可以抽出故障气室里的SF6，解体维修，而不影响其他气室正常运行。
快速接地开关是具有一定关合短路电流能力的一种特殊用途的接地开关。当线路接地故障被切除后，由相邻运行线路供电形成故障线路的潜供电流，利用快速接地开关关合，可消除潜供电流，再快速开断接地开关，确保线路自动重合闸能成功。
普通的接地开关配置在断路器两侧隔离开关旁边，仅起到断路器检修时两侧接地的作用；而快速接地开关配置在出线回路的出线隔离开关靠线路一侧，它有两个作用：
（1）开合平行架空线路由于静电感应产生的电容电流和电磁感应产生电感电流；
（2）当外壳内部绝缘子出现爬电现象或外壳内部燃弧时，快速接地开关将主回路快速接地，利用断路器切除故障电流。
1问题提出
HGIS设备中在以下情况需要装设快速接地开关：
（1）停电回路的最先接地点。用来防止可能出现的带电误合接地造成封闭电器的损坏；
（2）利用快速接地开关来短路封闭电器内部的电弧，防止事故扩大。一般为分相操作，投入时间不小于接地飞弧后1s。
由于河南偃师邙山特殊的地理原因，采用模块化变电站，受模块化变电站内部结构限制暂不能设计具有能耐受短路电流情况下进行关合操作的隔离开关或接地开关。
为解决HGIS配电设备具备快速地刀操作功能，本文结合实际工程介绍一种通过顺序控制的方法来实现快速接地开关操作过程。具体功能如下：1、能进行保护电流的采集；2；对隔离开关、接地开关和断路器位置信号的采集；3、顺序控制的出口节点；4、可以进行保护定值的整定；5、与后台进行通讯以及相关监视功能；6、故障、告警硬节点信号输出。
2整体方案
典型HGIS进线线路间隔配电设备，如下图：
图中示例为一典型进线线路间隔的HGIS配电设备主接线示意图，如图所示1DL为断路器，1G、1GD为线路侧三工位隔离刀闸接地刀闸，2G、2GD为主变侧三工位隔离刀闸接地刀闸，按快速接地开关的要求，应使母线侧地刀（2GD）在具有短路电流的情况下关合和/或开断的能力。为满足条件本实施方案提出的通过控制装置的顺序控制方法来实现快速接地开关的操作功能，具体操作如下：
1、接收合快速接地开关指令
操作前提条件：
1）断路器1DL在分位；
2）隔离开关1G在分位；
3）隔离开关2GD在分位。
在接收到合快速接地开关的指令时，当检测操作前提条件满足的情况下，合上隔离开关1G，检测隔离开关1G合闸成功后；合上接地开关2GD，检测接地开关2GD合闸成功后；合上断路器1DL,检测断路器1DL合闸成功后，此时开放充电保护功能故障不经延时跳开断路器，若无故障则控制器合闸操作完成。
2、接收分快速接地开关指令
操作前提条件：
1）断路器1DL在合位；
2）隔离开关1G在合位；
3）隔离开关2GD在合位。
在接收到分快速接地开关的指令时，当检测操作前提条件满足的情况下，分断路器1DL，检测1DL分闸成功后；分2GD接地刀闸，检测2GD刀闸分开成功后；分1G隔离开关，检测分1G隔离开关成功则控制器分闸操作完成。
3快速地刀设计
3.1软件设计
1）快速刀闸合闸流程图
前已诉及，在快速地刀合闸之前需满足初始操作条件，初始条件包括所有开关均在分位，在满足初始条件的前提下，控制器解除闭锁节点闭合，开始进行刀闸合闸操作，刀闸合闸是否成功条件为：3秒内对应开关位置是否有变位。满足合闸条件自动进行下一步操作，若不满足控制器报警出口节点闭合，同时向后台发送报警信号。当所有合闸操作完成后控制器发送快速地刀操作完成信号给后台。合闸操作软件流程图如下：
3.2硬件设计
本控制器充分发挥DSP芯片高速的数据处理能力，以控制功能强大的CPLD实现开入/开出及控制功能，并配置了集成度高的的SRAM，Flash,E2PROM存储器等。硬件逻辑图如下所示：
该硬件结构主要具有以下特点：
1）采用数据处理能力强的DSP芯片作为地刀操作顺序控制的核心CPU，能促进保护以及控制功能性能的提高。
由于常规的CPU数据处理能力有限，以前的许多基于常规CPU的保护面对能提高保护性能但计算量很大的优秀方案，不得不放弃，或采取近似、简化的方法，使许多优秀的性能得不到发扬或打了折扣。DSP强大的数据处理能力能使这些问题迎刃而解。
2）采用CPLD实现开入、开出控制顺序控制功能。
其中各开关的位置信号通过光耦正电经过CPLD由DSP采集，DSP经过内部软件逻辑判断再通过CPLD控制各个继电器的出口。
3）ADC采用16位自校准的A/D转换器，精度高，性能稳定，用于保护电流的采集。
4）可保存数据的存储器
FLASH存储器是存储家族中的一个新成员。它兼有EPROM和EEPROM两者的优点的新型非易失大容量存储器件，其显著特点是编程速度快，抗干扰能力强，容量大，而且可以在线编程，对于芯片的固化和擦除操作都是通过命令寄存器来完成的。用来存放程序和定值，安全可靠，读取速度快。
5）两片CPU协同工作
保护CPU与通讯CPU协同工作，保护CPU处理保护以及自动化控制的相关逻辑，通讯CPU形成人机界面、打印以及与后台通信功能。
4现场测试
本项目于2017年4月在厂内进行测试。主要测试2方面，一是验证快速地刀逻辑的正确性，二是验证控制器与后台通讯的正确性。
装置开关分合成功固定延时为3S，厂内实测2.99S开关可靠动作，3.01秒开关可靠不动作，顺序控制动作行为正确，并且操作信号能够正确上送到后台。
5总结
本文通过研制一种自动控制装置实现快速地刀操作，通过该控制器的出口继电器实现对断路器、隔离开关以及接地刀闸的顺序控制，同时本装置提供了友好的人机界面，方便变电站现场运维人员对开关设备进行检修维护，结合HGIS组合电器自身结构特点快速查找故障点，提高工作效率，减少因故障带来的经济损失。
参考文献:
[1]易永辉DSP及其在继电保护上的应用[J].继电器1999,07:311
[2]SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999