基于CAN 總線的智能斷路器網(wǎng)絡模型
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2. 2 斷路器三段保護功能的實現(xiàn)
對于單臺斷路器，主要考慮其可實現(xiàn)的多重保護功能。智能控制器可實現(xiàn)的保護功能主要有三段保護、接地保護、剩余電流保護等，其中三段電流保護是斷路器最重要的保護功能，分為過載長延時保護、短路短延時保護和短路瞬動保護，如圖3 所示。針對不同的保護要求，可通過設定長延時脫扣電流整定值Ir、長延時時間整定值tr、短延時脫扣電流整定值Isd、短延時時間整定值tsd及瞬時脫扣電流值Ii進行調(diào)整，其中，過載長延時保護是反時限保護，動作時間與故障電流平方成反比，當延時時間一到，若實際測得的故障電流值仍大于整定值，即執(zhí)行脫扣動作。短路短延時保護特性為定時限保護，當短路電流大于8Ir時，定時器啟動，設定的動作時間一到，即執(zhí)行脫扣動作，不受電流影響。短路瞬動保護為定時限保護，若在某些場合不需要短路瞬動保護，可以關閉此功能。
圖3 斷路器三段保護曲線.
斷路器三段保護算法的程序流程圖如圖4 所示。依照優(yōu)先級由高到低，依次是短路瞬動保護、短路短延時保護、過載長延時保護判斷。首先通過CAN 總線接收上一級發(fā)送的參數(shù)整定值，微處理器調(diào)用定時中斷處理程序?qū)﹄娏髦挡蓸?，由采樣所得一個周期的電流值計算出電流有效值，進入三段電流保護程序，與各種保護電流整定值依次比較，確定不同的保護動作，并將控制信息通過CAN 總線傳送到上一級。
圖4 三段保護程序流程圖.
3 配電所主控制室級
3. 1 斷路器主控制室的連鎖保護功能
在變電站中，都設有主控制室，通過監(jiān)控對低壓開關室的各級斷路器進行協(xié)同控制，形成連鎖保護。電氣主接線采用單母線分段形式，有母線斷路器QF1、QF2，母聯(lián)斷路器QF5，分支斷路器QF3、QF4、QF6、QF7，這些斷路器所處位置不同，如果參數(shù)設置值相互獨立，發(fā)生故障時可能造成上下級線路同時斷開，會影響其他分支線路正常供電，而啟動連鎖保護后，依照斷路器間邏輯關系，通過約束設備間動作時間，可以實現(xiàn)故障影響區(qū)域最小化，持續(xù)供電最優(yōu)化的經(jīng)濟效果，如圖5所示。如過載或短路故障時，設置下級斷路器動作時間整定值使其迅速動作，而上一級離故障點最近的斷路器必須延時動作，以確保下級斷路器能清除故障，在下級斷路器保護失效時，上一級斷路器再執(zhí)行后備保護。
3. 2 CAN-TCP /IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換電路
如圖5 所示，在變電站主控制室設計了基于ARM7 嵌入式處理器的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路，將帶有CAN 總線接口的智能斷路器接入以太網(wǎng)，不僅可完成斷路器的實時監(jiān)控，也便于與上一級電力調(diào)度中心的通信。電路設計中，選用ARM 核微控制器STR710FZ2T6 實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，優(yōu)點是功耗低、性能高、性價比高，同時支持CAN2. 0 協(xié)議和TCP /IP 協(xié)議規(guī)范。其內(nèi)部集成有CAN 模塊，位速率最高可達1 Mb /s。外接的網(wǎng)絡控制芯片CS8900A 是一款低功耗、性能優(yōu)越的16 bit 以太網(wǎng)控制器，通信速率10 Mb /s，負責處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。
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