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【摘要】随着科学技术的不断发展，使得变电站实行电压与无功自动控制成为现实，采用变电站电压与无功自动控制，可以实现实时无功补偿及系统电压的调整，以保证电力系统电压的连续稳定性，但是确保变电站设备的实时信息，特别是有载分接开关的档位信息的正确传递，是电压无功控制装置正确调节的关键，因此有载分接开关与电压无功控制装置之间的档位信息的正确传输，是本文探讨的主要方向。
【关键词】原理；方法；功能；性能；一次设备
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0066-02
0、引言
电力系统的运行电压水平取决于系统无功功率的平衡，维持电网正常运行下的无功功率平衡是改善和提高电压质量的基本条件。由于电力系统的电压与所在点的无功功率平衡有关，而非全网一律。系统的电压控制与无功功率管理，应遵循分层分区就地平衡的原则，即：220kV～500kV输电网络应当按电压等级实现无功功率的供输平衡，不同电压等级的电网问尽可能少地传送无功功率。对于110kV及以下配电网络则应当分供电区域就地实现无功功率的供需平衡。对于各电压等级的变电站而言，要在保证本网的电压水平的前提下，尽量优化无功功率的分配。采用变电站电压与无功自动控制系统，利用电容器（电抗器）装置和变压器有载调压装置自动进行调节，能维持较高的电压合格率并合理保证功率因数，实现安全经济优质输电和供电。
1、电压无功控制装置对有载分接开关档位信息功能要求
1.1 一般功能要求
多台主变并列运行时（指主变的中低压任一侧并列），应采用主从方式同步调节多台主变分接头，以保持各台主变分接头的档位一致。
1.2 闭锁功能
1.2.1 当电网电压异常时闭锁操作指令，当主变重负荷时闭锁分接头调节指令（电压异常值、主变重负荷限值均可整定），恢复正常时闭锁自动解除。
1.2.2 发生下列情况时，应闭锁主变分接头的调节功能并报警：
a.主变保护报警或动作跳闸（如变压器内部故障、过负荷、轻重瓦斯动作、主变油温过高、压力释放、差动保护动作等）。
b.主变分接头出现下列现象：主变分接头拒动；主变分接头处于停运、检修状态或二次回路有工作时；主变分接头滑档（滑档后的急停功能应由其他装置和系统实现）；主变分接头凋节过程出现调压电动机损坏、机械故障；主变分接头出现电源故障；主变分接头滤油启动；主变分接头累计调压次数要求检修时；主变分接头出现油位异常；
c.在规定动作时间间隔内对同一主变分接头发出逆向操作指令；
d.主变分接头每天的调节次数已超过设定的每天最多调节次数限制值（每天零点动作次数自动归零，此项闭锁自动解除），该限制值可调；
e.两台及以上并列运行变压器发生错档；
f.主变分接头在就地控制位置；
g.主变分接头调节后控制侧电压不变；
h.其他不允许调节主变分接头的情况。
由上述的功能要求中我们能够发现，档位信息的正确与否，将
直接决定电压无功控制装置的正确动作的关键。
2、目前较常用的有载分接开关档位信息传输的几种方式
2.1 BCD码输出方式
BCD码（Binary Coded Decimal）亦称二进码十进数或二十进制代码。用4位二进制数来表示1位十进制数中的0～9这10个数码。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。BCD码可分为有权码和无权码两类：有权有8421码、2421码、5421码，其中8421码是最常用的；无权BCD码有余3码、格雷码等。电力系统主变有载分接开关档位信息基本采用B CD码进行传输，由数据采集装置进行对相关的数据BCD码值进行运算，还原成实际的档位信息，提供给VQC装置和综合自动化监控系统使用。该传输方式的主要优点为传输方式比较灵活，且使用的二次控制电缆芯线较少，有效控制了成本，且能够满足电力系统档位信息传输的精度。
2.2 实际档位传输方式
实际档位传输方式，顾名思义，就是按照实际的档位信.鼠从0档开始，到最后一档的档位信息（一般为17档或19档）以一一对应的方式传输，由数据采集装置将采集到的位信号转换成相对应的档位信息即可，如开入1-O档；开入2-1档……开入20-19档。该传输方式的主要优点为点对点信号传输，某一档位的信息只跟本身的控制线缆有关，传输信息可靠，但是，同样缺点也比较明显，所需要的控制电缆的芯线要比BCD码方式多很多，无疑增加了成本，而且，芯线越多，容易引起电磁干扰，影响信号的正常传输。所以，一般档位信息比较少（如整个分接开关为蹶凋档）采用此种方式。
2.3 十进制数传输方式
十进制数传输方式，0-9档信息逐一传输，十位档单独传输，然后通过数据采集装置进行加权计算后显示实际的档位，例如档位信息为13档，输入数据采集装置的信号为3档和十位档，两者相加处理后档位显示为13档。此种方式的控制电缆芯线介于BCD码和实际传输方式之间，一般采用较少。
3、有载分接开关档位信息传输实际存在的问题和影响
3.1 接口设备的极性问题
这种情况出现的比较少，因为一般情况下主变有载分接开关档位信息采用无源节点传输，就不会存在接口设备的极性问题。但是当主变有载分接开关接口采用有源输出时就会出现问题，例如我局220kV双桥变，主变有载分接开关采用BCD码方式，且采用了共阳极接线方式，输出的为负极性，而测控装置（数据采集处理装置）采用了共阴极接线方式（测控设备为南瑞科技），需要接受正极性信号才能正确反映主变有载分接开关的档位信息。由于主变是后来更换的，监控系统早就已经投入运行，换主变有载分接开关，成本太高，不现实；换测控装置，与原来的整个监控系统不匹配，需要增加规约转换装置，且双方的技术人员还要进行规约信息的调试，也基本不可行，后来暂时通过中间继电器重动的方式暂时解决了问题。 3.2 主变有载分接开关型号不同
随着我局变电站Ⅱ期扩建的增加和二次设备的改造逐渐增多，由于两台主变有载分接开关型号不同，从而造成两台主变的档位信息不一致，导致VQc装置无法正常运行。例如我局110kV，～J变经现场检查，1#、2#主变的主变容量均为50MVA，接线组别：YNYnodll；两台主变的厂家分别是沈阳变压器厂和合肥ABB。（如表1）
从上述数据发现，从1到8档，VQC装置运行正常，#1主变从8档升至10档的过程中VQC装置会滑档闭锁（因为VQC装置收到的信息是连续升了两档）。当#1主变在12档，此时#2主变应该在10档造成#1主变与#2主变之间存在了档位差（两档），此时虽然实际的系统调节电压是一致的，但造成了VQC装置差档闭锁（差两档）。从而造成VQC装置的非正常运行，使电压及无功功率的补偿无法自动调节，严重影响了电能的质量。同时，该信息的传输的异常，同时会影响电网AVC的正常运行。会对运行人员的维护造成误解，容易在系统并列运行时，如果对该设备的运行方式的不熟悉，容易造成#1主变与#2主变的差档运行，在#1主变和#2主变间产生较大的环流，从而增加主变的内在损耗，对主变的安全运行产生一定的影响。
3.3 输出接口与接收接口的方式不一致
由于Ⅰ、Ⅱ期扩建设备不是同时设计，主变设备是在后期采购，而综合自动化设备的所有规约及设备接口已在Ⅰ期设备时定型，这就造成了有载分接开关信息输出的接口有可能与数据采集装置的信息接入的接口不一致。如主变有载开关的档位信息采用BCD码输出，而数据采集装置却采用了实际档位的接入方式及运算方法，就造成了输出设备和接入设备的接口不一致。
4、解决问题的方法的探索和研究
4.1 将两台主变的分接开关更换成型号一致。
优点：型号一致，有利于系统的可靠运行；缺点：（1）、如果更换分接开关，费用巨大（数十万元）经济性极差；2、更换主变有载分接开关体积较大，所需较大的人力物力；（3）、需要停电，对社会的用电承诺、优质服务产生较大的影响。
4.2 修改VQC装置的内部逻辑，适应现场运行。
优点：（1）、只需要修改VQc装置内部逻辑程序，无需停用主设备，不影响负荷供应；
缺点：（1）、将造成该所的VQC装置为非标版本，对以后的运行及维护不利，且修改逻辑需全面的调试；（2）、专门开发程序费用也不便宜（数万元），但是针对全局20多座变电所都采用如此方法，经济性就一般了；（3）、只解决了就地VQC的问题，同时采用电网VQC进行调节，自动调节系统仍旧会存在异常。（4）、只是针对110kV新甸变解决了暂时的问题，通用性很差。
4.3 有载分接开关与VQC装置电路间增加智能档位转换器。
优点：（1）、制作一个通用的档位转换器，一般只需几百元或几千元，产生的经济效益是明显的；（2）、使用智能档位转换器能够同时使用各种接口方式，通用性强；（3）、不用停电；（4）、最具有的优势是该产品可以批量生产，作为监控设备与主变设备的接口装置，应用范围很广，具有投资价值。
缺点：（1）、分接开关实际位置与监控显示位置存在不一致，容易造成运行巡视时的误解，但可以通过管理手段弥补。
综上所述，通过安装智能档位转换器是解决档位信息传输问题的最佳途径，而且所产生的经济效益和社会效益也相当的明显。
5、我局目前的智能档位转换器的研制情况
我局利用PCL可编程逻辑编辑器，通过开入和开出插件完全独立，最终解决了档位信息传输接口不一致和设备极性不一致的问题。现以110kV新句变为例进行说明（图2）：
同时，该智能档位转换器同时满足了以下的技术条件（表3）
6、结论
（1）主变有载分接开关由于型号不一致导致档位信息传输出现异常，造成VQc装置的非正常运行，使电压及无功功率的补偿无法自动调节，严重影响了电能的质量。
（2）主变有载分接开关接口与数据采集装置（测控装置）接口极性不一致导致监控系统无法正确采集档位信息。
（3）档位信息异常将引起影响电网AVC的正常运行。对运行人员的维护造成误解，对主变的安全运行产生一定的影响。
（4）本文通过存在问题进行了改进方案的比较，最终选择了在有载分接开关与数据采集装置（测控装置或VQc装置）问通过研制成功的有载分接开关智能档位转换器，有效的解决了存在问题。
【关键词】原理；方法；功能；性能；一次设备
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0066-02
0、引言
电力系统的运行电压水平取决于系统无功功率的平衡，维持电网正常运行下的无功功率平衡是改善和提高电压质量的基本条件。由于电力系统的电压与所在点的无功功率平衡有关，而非全网一律。系统的电压控制与无功功率管理，应遵循分层分区就地平衡的原则，即：220kV～500kV输电网络应当按电压等级实现无功功率的供输平衡，不同电压等级的电网问尽可能少地传送无功功率。对于110kV及以下配电网络则应当分供电区域就地实现无功功率的供需平衡。对于各电压等级的变电站而言，要在保证本网的电压水平的前提下，尽量优化无功功率的分配。采用变电站电压与无功自动控制系统，利用电容器（电抗器）装置和变压器有载调压装置自动进行调节，能维持较高的电压合格率并合理保证功率因数，实现安全经济优质输电和供电。
1、电压无功控制装置对有载分接开关档位信息功能要求
1.1 一般功能要求
多台主变并列运行时（指主变的中低压任一侧并列），应采用主从方式同步调节多台主变分接头，以保持各台主变分接头的档位一致。
1.2 闭锁功能
1.2.1 当电网电压异常时闭锁操作指令，当主变重负荷时闭锁分接头调节指令（电压异常值、主变重负荷限值均可整定），恢复正常时闭锁自动解除。
1.2.2 发生下列情况时，应闭锁主变分接头的调节功能并报警：
a.主变保护报警或动作跳闸（如变压器内部故障、过负荷、轻重瓦斯动作、主变油温过高、压力释放、差动保护动作等）。
b.主变分接头出现下列现象：主变分接头拒动；主变分接头处于停运、检修状态或二次回路有工作时；主变分接头滑档（滑档后的急停功能应由其他装置和系统实现）；主变分接头凋节过程出现调压电动机损坏、机械故障；主变分接头出现电源故障；主变分接头滤油启动；主变分接头累计调压次数要求检修时；主变分接头出现油位异常；
c.在规定动作时间间隔内对同一主变分接头发出逆向操作指令；
d.主变分接头每天的调节次数已超过设定的每天最多调节次数限制值（每天零点动作次数自动归零，此项闭锁自动解除），该限制值可调；
e.两台及以上并列运行变压器发生错档；
f.主变分接头在就地控制位置；
g.主变分接头调节后控制侧电压不变；
h.其他不允许调节主变分接头的情况。
由上述的功能要求中我们能够发现，档位信息的正确与否，将
直接决定电压无功控制装置的正确动作的关键。
2、目前较常用的有载分接开关档位信息传输的几种方式
2.1 BCD码输出方式
BCD码（Binary Coded Decimal）亦称二进码十进数或二十进制代码。用4位二进制数来表示1位十进制数中的0～9这10个数码。是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。BCD码可分为有权码和无权码两类：有权有8421码、2421码、5421码，其中8421码是最常用的；无权BCD码有余3码、格雷码等。电力系统主变有载分接开关档位信息基本采用B CD码进行传输，由数据采集装置进行对相关的数据BCD码值进行运算，还原成实际的档位信息，提供给VQC装置和综合自动化监控系统使用。该传输方式的主要优点为传输方式比较灵活，且使用的二次控制电缆芯线较少，有效控制了成本，且能够满足电力系统档位信息传输的精度。
2.2 实际档位传输方式
实际档位传输方式，顾名思义，就是按照实际的档位信.鼠从0档开始，到最后一档的档位信息（一般为17档或19档）以一一对应的方式传输，由数据采集装置将采集到的位信号转换成相对应的档位信息即可，如开入1-O档；开入2-1档……开入20-19档。该传输方式的主要优点为点对点信号传输，某一档位的信息只跟本身的控制线缆有关，传输信息可靠，但是，同样缺点也比较明显，所需要的控制电缆的芯线要比BCD码方式多很多，无疑增加了成本，而且，芯线越多，容易引起电磁干扰，影响信号的正常传输。所以，一般档位信息比较少（如整个分接开关为蹶凋档）采用此种方式。
2.3 十进制数传输方式
十进制数传输方式，0-9档信息逐一传输，十位档单独传输，然后通过数据采集装置进行加权计算后显示实际的档位，例如档位信息为13档，输入数据采集装置的信号为3档和十位档，两者相加处理后档位显示为13档。此种方式的控制电缆芯线介于BCD码和实际传输方式之间，一般采用较少。
3、有载分接开关档位信息传输实际存在的问题和影响
3.1 接口设备的极性问题
这种情况出现的比较少，因为一般情况下主变有载分接开关档位信息采用无源节点传输，就不会存在接口设备的极性问题。但是当主变有载分接开关接口采用有源输出时就会出现问题，例如我局220kV双桥变，主变有载分接开关采用BCD码方式，且采用了共阳极接线方式，输出的为负极性，而测控装置（数据采集处理装置）采用了共阴极接线方式（测控设备为南瑞科技），需要接受正极性信号才能正确反映主变有载分接开关的档位信息。由于主变是后来更换的，监控系统早就已经投入运行，换主变有载分接开关，成本太高，不现实；换测控装置，与原来的整个监控系统不匹配，需要增加规约转换装置，且双方的技术人员还要进行规约信息的调试，也基本不可行，后来暂时通过中间继电器重动的方式暂时解决了问题。 3.2 主变有载分接开关型号不同
随着我局变电站Ⅱ期扩建的增加和二次设备的改造逐渐增多，由于两台主变有载分接开关型号不同，从而造成两台主变的档位信息不一致，导致VQc装置无法正常运行。例如我局110kV，～J变经现场检查，1#、2#主变的主变容量均为50MVA，接线组别：YNYnodll；两台主变的厂家分别是沈阳变压器厂和合肥ABB。（如表1）
从上述数据发现，从1到8档，VQC装置运行正常，#1主变从8档升至10档的过程中VQC装置会滑档闭锁（因为VQC装置收到的信息是连续升了两档）。当#1主变在12档，此时#2主变应该在10档造成#1主变与#2主变之间存在了档位差（两档），此时虽然实际的系统调节电压是一致的，但造成了VQC装置差档闭锁（差两档）。从而造成VQC装置的非正常运行，使电压及无功功率的补偿无法自动调节，严重影响了电能的质量。同时，该信息的传输的异常，同时会影响电网AVC的正常运行。会对运行人员的维护造成误解，容易在系统并列运行时，如果对该设备的运行方式的不熟悉，容易造成#1主变与#2主变的差档运行，在#1主变和#2主变间产生较大的环流，从而增加主变的内在损耗，对主变的安全运行产生一定的影响。
3.3 输出接口与接收接口的方式不一致
由于Ⅰ、Ⅱ期扩建设备不是同时设计，主变设备是在后期采购，而综合自动化设备的所有规约及设备接口已在Ⅰ期设备时定型，这就造成了有载分接开关信息输出的接口有可能与数据采集装置的信息接入的接口不一致。如主变有载开关的档位信息采用BCD码输出，而数据采集装置却采用了实际档位的接入方式及运算方法，就造成了输出设备和接入设备的接口不一致。
4、解决问题的方法的探索和研究
4.1 将两台主变的分接开关更换成型号一致。
优点：型号一致，有利于系统的可靠运行；缺点：（1）、如果更换分接开关，费用巨大（数十万元）经济性极差；2、更换主变有载分接开关体积较大，所需较大的人力物力；（3）、需要停电，对社会的用电承诺、优质服务产生较大的影响。
4.2 修改VQC装置的内部逻辑，适应现场运行。
优点：（1）、只需要修改VQc装置内部逻辑程序，无需停用主设备，不影响负荷供应；
缺点：（1）、将造成该所的VQC装置为非标版本，对以后的运行及维护不利，且修改逻辑需全面的调试；（2）、专门开发程序费用也不便宜（数万元），但是针对全局20多座变电所都采用如此方法，经济性就一般了；（3）、只解决了就地VQC的问题，同时采用电网VQC进行调节，自动调节系统仍旧会存在异常。（4）、只是针对110kV新甸变解决了暂时的问题，通用性很差。
4.3 有载分接开关与VQC装置电路间增加智能档位转换器。
优点：（1）、制作一个通用的档位转换器，一般只需几百元或几千元，产生的经济效益是明显的；（2）、使用智能档位转换器能够同时使用各种接口方式，通用性强；（3）、不用停电；（4）、最具有的优势是该产品可以批量生产，作为监控设备与主变设备的接口装置，应用范围很广，具有投资价值。
缺点：（1）、分接开关实际位置与监控显示位置存在不一致，容易造成运行巡视时的误解，但可以通过管理手段弥补。
综上所述，通过安装智能档位转换器是解决档位信息传输问题的最佳途径，而且所产生的经济效益和社会效益也相当的明显。
5、我局目前的智能档位转换器的研制情况
我局利用PCL可编程逻辑编辑器，通过开入和开出插件完全独立，最终解决了档位信息传输接口不一致和设备极性不一致的问题。现以110kV新句变为例进行说明（图2）：
同时，该智能档位转换器同时满足了以下的技术条件（表3）
6、结论
（1）主变有载分接开关由于型号不一致导致档位信息传输出现异常，造成VQc装置的非正常运行，使电压及无功功率的补偿无法自动调节，严重影响了电能的质量。
（2）主变有载分接开关接口与数据采集装置（测控装置）接口极性不一致导致监控系统无法正确采集档位信息。
（3）档位信息异常将引起影响电网AVC的正常运行。对运行人员的维护造成误解，对主变的安全运行产生一定的影响。
（4）本文通过存在问题进行了改进方案的比较，最终选择了在有载分接开关与数据采集装置（测控装置或VQc装置）问通过研制成功的有载分接开关智能档位转换器，有效的解决了存在问题。