发布时间 : 星期日 文章低压断路器智能化控制技术研究更新完毕开始阅读5d571420dd36a32d737581ef
地故障电流。
另一种方式为测量接地电流。接地信号取于中线互感器信号与三极电流信号矢量和
，只要没有接地故障，则无论是系统平衡还是不平衡，总是0。
只有在发生接地故障时，才有信号。即仅与接地电流有关而与中线电流无关，此电流可作为接地电流的保护信号。在我们的设计中，两种方式可由用户选择。
A、B、C三相大信号、三相小信号、电压信号和接地漏电信号共9路输入经过滤波、隔离、放大等处理后送入单片机，温度采样由单片机系统内部的温度传感器完成，单片机系统通过SFR控制交叉丌关选通所需的各路信号。9路信号采样处理周期为0.625ms。瞬动短路故障采用峰值采样，考虑抗尖峰干扰，信号处理时间为双周期1.25ms，短路故障电流较大时瞬动处理较快。
3.2.3 电源模块的设计
在电子装置中，电源直接关系到装置是否能正常工作，电源的品质也影响着A/D转换精度，起到的作用不言而喻。智能化电气开关的电路可以有三种供电方式：专用电源供电、蓄电池供电和电流互感器供电，后者也称为自供电。这三种供电方式可以单独使用，也可以配合使用，形成冗余供电系统。本控制器由电压变换器提供全机24V、+5V和-5V工作电源。电压变换器的输入由两部分组成：一是速饱和电流互感器供电，在预先设定的电流范围内，供给控制器稳定的工作电压；二是辅助工作电源，在线路电流不足以提供控制器工作电压时供给控制器电源。在断路器故障分断后，亦可实现各种故障状态指示、报警触点输出等辅助功能，从而保证控制器正常工作。电压变换器自动切换上述两种电源，自动释放速饱和电压互感器提供的多余能量。
如果只采用电压源供电方式，当发生近端短路故障并造成电网电压跌落严重时，智能控制器将不能保证断路器可靠分断，但它的可靠性较好。如果采用互感器这一“自生”电源，当断路器闭合，运行电流达到一定值以上时，即使在短路情况下，互感器感应出的能量也可保证脱扣器可靠工作。但在小电流时，特别是断路器闭合前需要现场调试、检查或试验时，常需外配试验设备，现场使用往往不太方便。
正是综合考虑了这两方面的优缺点，结合实际应用情况，本智能控制器采用两路电源以“或”的形式提供，确保了电源的可靠性。其中，一路电源为自生电源，用快速饱和互感器从三相电源感应获得能量供控制器工作。该电源与通过母线的电流有关：要求
三相运行电流从到极限短路分断能力之间的电流范围内，或在电路短路故障状态时
均能保证供给控制器正常工作电源。但需要注意的是，在所配断路器非运行状态或在较小电流运行状态时控制器不能工作。为此设计了另一路辅助电源，分交、直流两种。交流输入由变压器降压、经整流、滤波，产生稳定的直流输出电压。直流输入时，当输入电压较高(如220V，110V)，需要经过DC—DC电源模块。在额定电压的85％—110％范围内，辅助电源以“或”的形式单独供电可保证控制器可靠工作。
被保护主回路的电流经电流互感器送到智能控制器的电子电路，在作为电流信号的同时，也作为智能控制器电子电路的电源。这样，当被保护主回路发生三相短路时，智能控制器仍能正常工作。电流互感器供电是断路器所特有的一种供电方式，可以随着电网的接通自动开始工作，是一种理想的供电方式。增加辅助电源，便于用户对智能控制器在所配断路器运行前进行参数整定、功能检查、试验等：在断路器动作、主回路失电后能保证各种显示状态的正确性、报警触点输出等辅助功能：另外便于中央控制计算随时与各种接口子站进行通信。电源的框图如图3.4所示。
图3.4 电源的框图
3.2.4 MCR机械脱扣
本系统充分考虑到从系统通电起到正常工作数字电路不能工作的情况，设计了相应的模拟电路，用于在这段时间内对短路电流的反应。智能控制器内部还单独设计了一块MCR机械脱扣电路。当发生特大短路电流时，考虑到数字电路反应上的滞后，信号不通过单片机直接通过比较电路发出指令分断断路器，可以实现越限跳闸后备保护方案。越限跳闸是指断路器在正常运行时，当短路电流超过一定值后，当故障讯号超过规定时，例如当短路电流超过75kA时，控制器以瞬时指令使断路器分断，保证断路器可靠动作。这两个单元分别是上电前的短路判断单元和上电后的特大短路判断单元。此种功能由用户通过丌关确定是否需要。原理图如图3.5。
3．2．5执行控制电路
智能控制器主要目的是能实时处理过载、短路、接地等故障信号，按保护特性要求延时或瞬时控制执行元件分断断路器，从而达到保护目的。执行元件采用磁通变换器，正常工作时由永磁铁闭合动铁芯，克服了传统欠压线圈执行元件在正常工作时耗能、发热、噪音等缺陷。动作执行时，控制器发出脉冲方波，通过线圈的电流产生反向磁通抵消固有磁通，由执行元件中反力弹簧推动铁芯，从而带动断路器控制半轴分断断路器。
智能型控制器的脱扣方式有两种：一种是CPU按保护特性对各种故障信号进行处理后，通过芯片口线发出动作指令。正常运行情况下，P0.6为高电平，单稳态电路处于稳态，复合管T被截止，控制执行元件线圈无电流通过。当P0.6发出动作脉冲指令时，单稳态电路被激活，输出3～6ms宽度方波触发复合管，线圈接通电流产生反磁通而动作。CPU控制信号为闭环设计，脱扣信号发出后，检测执行元件辅助接头，如执行元件未能动作，则CPU继续发脱扣脉冲直到动作为止。脱扣的另一种方式称为模拟脱扣，故障电流信号达到一定值时，不经CPU处理，直接输出脱扣信号。图中
。电流信
号经积分跟随隔离处理后，直接与产生的正负两个基准电压比较，若信号峰值超过正基准或低于负基准，运放均可输出方波，其宽度与信号超过基准的绝对值大小相关。所有输出方波以或的形式，通过选择开关送脱扣电路。当信号脉宽超过抗干扰脉宽时，激活单稳态电路并触发复合管使执行元件动作。模拟脱扣一般作为后备，动作电流为控制器瞬动最大定值，如50kA或75kA。在模拟脱扣电路中另有一种MCR接通分断保护功能，MCR线路处理方式和模拟脱扣一样，只是动作定值较低，一般为10kA左右。只有在特大短路电流出现时，模拟控制电路才能起作用。设计开关供用户选择，特别是在随断路器做短延时特性试验时，需关断，以防瞬动。
3.2.6 串行通讯接口电路
(1) 通讯基础
数掘通讯有两种不同的方式，即并行通讯方式和串行通讯方式。并行数据通讯是指数据的各位同时进行传送(发送或接收)的通讯方式，其优点是传输速度快，通讯方法简单：缺点是数据有多少位，就需要多少根传输线。此外还需要若干控制线和一条地线。这种通讯方式只适用于短距离的数据传输，如计算机与外部设备之间。串行数据通讯是指通讯的发送方和接收方之间数据信息的传输是在一对数据线上分时进行的，以每次一个二进制位一位一位的顺序传送，它的突出优点是只需一对传输线进行传送信息，所需
传输线的条数少，这样就大大降低了成本，特别适用于分级、分层和分布式控制系统以及远距离通讯之中，其缺点是传输速度较低。通常可根据信息需要传输的距离来决定采用哪种通讯方式，并行通讯在位数多、传输距离又远时不适宜使用，并且其造价较高，故在本设计中采用串行通讯。
按照串行数据的传输方式，串行通讯又分为异步通讯和同步通讯两种基本的通讯方式。同步串行通讯是一种连续串行传输数据的通讯方式，一次通讯只传送一帧信息。它是按照软件识别同步字符来实现数据的发送和接收的，传输过程中，字符和字符之间没有间隙，也不用起始位和停止位，仅在数据块开始时用同步字符来指示。异步通信是一种利用字符的再同步技术的通讯方式，在异步通讯中，数据通常是以字符(或字节)为单位组成字符帧传送的，字符帧由发送端～帧一帧的发送，通过传输线被接收端一帧一帧的接收，发送端和接收端可以由各自的时钟来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，不必同步，发送端和接收端是靠规定端字符帧格式和波特率高低来协调数据的发送和接收的，两者是异步通信中的两个重要指标。
在实际应用中，同步通信是应用于传输速度高的情况，这也正是它的优点所在，但由于它要求发送时钟和接收时钟保持严格同步，在硬件的实现上比较复杂，系统成本较高。因此，在本设计中，选择串行异步通信方式，以降低硬件的复杂性以及设计成本。 (2) 电路设计
从自动化控制角度来看，智能控制器还是一个简单的点式控制部件，要对低压电网进行网络控制必须通过计算机通讯接13来实现。智能控制器数据通信的主要内容主要有以下三类：一是控制器元件自身工作状态参数，如：工作状态，通或断；待命状态，已准备好还是未准备好；已动作还是未动作；二是控制器元件所在工作支路的电参数，如：电流、故障参数等；三是控制网络工作参数如：遥调、遥控。
通信功能内容如下：
①遥信功能：智能控制器向上位机报送电器实时的各项保护参数；
②遥测功能：智能控制器向上位机报送工作参数、故障参数， 以达到遥测的目的： ③遥调功能：智能控制器接受上位机的遥调参数来改变智能脱扣器的保护参数，以实现对多种不同具体要求电路的保护；
④遥控功能：智能控制器接收上位机的控制信号来实现电力电网系统的遥控功能。
常用的RS-232标准接13电路，属于单端信号传送，对共地噪声和共模干扰的抑制能力较差，信号传送的距离十分有限(12m)。对于要求达到上千米的通信距离，广泛采用RS-485收发器（半双工），它采用平衡发送和差分接收方式，最低能检N1]200毫伏的电压，而且波特率越低，传送距离越远。只需用一对双绞线就能实现多站点联网的分布式