智能化斷路器工作原理分析

　　低壓斷路器作為電力供配電系統(tǒng)中廣泛使用的主要控制電器, 除了要能正常分合相關(guān)系統(tǒng)額定電流外, 還要在相關(guān)系統(tǒng)故障時能快速有選擇性地可靠分斷相關(guān)系統(tǒng)短路故障電流,且不能出現(xiàn)越級跳閘或拒動現(xiàn)象。

　　特別是隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進程的發(fā)展應(yīng)用以及電力系統(tǒng)綜合自動化的廣泛應(yīng)用, 對系統(tǒng)可視化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化、精確化的要求越來越高, 相應(yīng)地對應(yīng)用面積廣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作較頻繁、故障率高的低壓斷路器也就提出了更高的要求, 傳統(tǒng)斷路器根本無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動化的需要。智能化技術(shù)的應(yīng)用于是成了低壓斷路器的一個重要發(fā)展應(yīng)用方向。

　　2 智能化斷路器的簡介　

　　智能化斷路器綜合了現(xiàn)代高電壓零飛弧技術(shù)、電子技術(shù)、電氣自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機及其軟件技術(shù)等, 采用模塊化結(jié)構(gòu), 完全突破了傳統(tǒng)斷路器的許多不足, 集保護、測量、監(jiān)控于一體。除了具備過載、過流、速斷、漏電、接地等常規(guī)控制、保護、報警、整定功能外, 同時還具備人機對話顯示、存儲、記憶、邏輯分析、判斷和選擇以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。能夠?qū)崟r地顯示溫度、電流、電壓、功率因數(shù)、有功、無功等各種特征參數(shù)并進行故障參數(shù)、類型的儲存,具有自診斷能力, 從而為運行維護人員進行相應(yīng)的信息查詢和故障判斷處理提供現(xiàn)場的實際運行資料, 為系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。通過其所具備的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)可以使多臺智能化斷路器實現(xiàn)與中央控制計算機雙向通訊, 構(gòu)成智能化的供配電系統(tǒng), 實現(xiàn)“四遙”功能, 為無人化站所和實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)鎖、遠方監(jiān)控、運方調(diào)整等創(chuàng)造必要的設(shè)備技術(shù)保障。

　　3 斷路器智能化技術(shù)的構(gòu)成及其工作原理

　　智能化斷路器中智能化技術(shù)的應(yīng)用核心是集保護、測量、監(jiān)控于一體的多功能脫扣器, 它主要由微處理器單元、信號檢測采集單元、開關(guān)量輸入單元、顯示和鍵盤單元、執(zhí)行輸出單元、通信接口、電源等幾個部分組成。如圖1 所示?！?/p>

　　其各部分的工作原理如下:

　　3.1 微處理器單元

　　單片機以其高性價比和可靠性成為智能化斷路器智能控制系統(tǒng)的首選。微處理器單元由高性能的自帶A/D 轉(zhuǎn)換、看門狗監(jiān)視器、I2C 串行總線和高速輸入輸出通道、通訊接口和標準的JTAG 程序燒寫口的單片機及其外圍電子電路組成。配以優(yōu)化的軟件, 組成的單片機控制系統(tǒng)所需外圍元件少, 使得設(shè)計簡單, 布線方便, 而且在穩(wěn)定性和抗干擾能力上都有極大的提高。

　　各交流量分別經(jīng)信號輸入回路、低通濾波器送到CPU 控制的多路開關(guān), 經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后, 由DB 數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 。CPU 通過調(diào)用程序存儲器（ EPROM） 中的程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行計算, 其計算結(jié)果與存放在電可擦存儲器（ E2PROM）中的整定值進行比較, 作出相應(yīng)的故障判斷處理。再通過輸入輸出端口（ I/O） 將處理信號送到相應(yīng)外設(shè)（ 信號與出口） 發(fā)出報警信號, 或執(zhí)行跳閘。微處理單元除了要完成整個系統(tǒng)的測量、保護、邏輯等功能外, 還具有自我故障診斷和監(jiān)察的能力,當(dāng)斷路器本身發(fā)生故障或環(huán)境溫度超過允許范圍時, 能發(fā)出相應(yīng)的信號顯示或報警, 同時重新起動。自診斷的項目主要有EPROM出錯、A/D 轉(zhuǎn)換出錯、環(huán)境超溫、CT 斷線、跳閘線圈斷線、斷路器拒動及觸頭維護。微處理單元的自診斷功能不僅大大提高了斷路器的運行可靠性, 更給后期維修、故障判斷工作提供了極大的方便?！?

　　3.2 信號檢測采集單元

　　信號檢測采集單元作為智能化斷路器十分重要的組成部分, 要求有高的轉(zhuǎn)換精度、靈敏度、可靠性、頻率響應(yīng)、測量范圍以及抗干擾能力, 以便微處理單元能夠作出精確的判斷處理。因此, 信號檢測采集單元將保護信號和測量信號分別取自不同類型的電流互感器, 以滿足保護和測量的要求。在測量大電流（ 短路電流） 時基本上都采用線性度好、精確度高的空心電流互感器進行保護信號的檢測; 而小電流及電參數(shù)的檢測則采用鐵芯互感器; 測量和保護用的電壓信號則由電壓互感器獲得。上述信號經(jīng)過信號處理電路后, 便能將主回路中的電壓及電流信號線性的轉(zhuǎn)換為數(shù)字電路和單片機可處理的電平信號,經(jīng)單片機分析判斷后發(fā)出信號或控制斷路器的動作?！　?/p>

　　根據(jù)電流、電壓的采樣值,還可利用不同的算法計算出相應(yīng)的電壓、電流的有效值、有功功率、無功功率、頻率、功率因數(shù)、電能等參數(shù), 實現(xiàn)各種表計功能, 對降低成本, 簡化布線, 提高低壓配電的可靠性大有益處。　

　　3.3 開關(guān)量輸入單元　

　　為了滿足控制邏輯的需要, 單片機內(nèi)部具有的高速輸入通道（HSI）和高速輸出通道（HSO）,可以很方便地用于開關(guān)量的輸入與輸出, 便于上位機的監(jiān)視和操作控制。開關(guān)量的輸入主要是斷路器的輔助接點狀態(tài), 經(jīng)過光電隔離可以很方便地輸入CPU 中,以此判斷斷路器的狀態(tài)。

　　3.4 顯示和鍵盤單元　　

　　在智能化設(shè)備中, 不僅要實現(xiàn)自動控制, 還要能把相關(guān)信息傳遞給操作運行人員, 還要能夠接受外部輸入并做出響應(yīng)。良好的用戶界面是人機對話所不可缺少的, 靈活的鍵盤管理及直觀的信息顯示給用戶提供了極大的便利。通過液晶屏或發(fā)光管能夠適時顯示各種狀態(tài)和負載的參數(shù)值及故障電流、故障類型和保護動作、試驗整定情況, 結(jié)合按鍵還可以進行保護的整定、預(yù)警值的設(shè)定、開關(guān)的試驗和各種功能的檢測。