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        真空斷路器智能控制裝置發布時間:2018-10-15?|?來源:上海上碩電氣有限公司

        真空斷路器智能控制裝置結合電磁機構和永久磁鐵的新型操動機構的出現,整個操作機構只有一個運行部件,就可以實現傳統斷路器機構的全部功能。從永磁機構的工作特性可以看出,永磁機構的帶負荷特性非常接近真空斷路器的要求,斷路器在動作過程中驅動力越來越大,以滿足剛分剛合速度由小變大;且無需任何傳統的脫扣和鎖扣裝置,可直接和滅弧室相連,使開關機械系統可靠性大大提高;同時,可以減少觸頭彈跳,保證了操動機構的高可靠性。

        本文在以永磁機構為操作機構的基礎上,研究了一種基于新型高性能DSP TMS320F2812 和復雜可編程邏輯器件(CPLD) 實現的高壓真空斷路器智能控制裝置,以DSP 為主控芯片,較傳統的單片機控制具有較高的數據處理速度和較強的外部擴展能力,極大地滿足了電力系統對系統數據處理能力和強實時性要求。而用CPLD 實現開關控制部分,比直接采用DSP 實現控制具有更高的抗干擾性能,而且只有CPLD 的工作會影響開關動作,因而有較高的可靠性。并且該裝置設置了系統監控、安全聯鎖、故障報警、短路保護等多種保護功能,實現了對真空斷路器的智能控制。斷路器智能控制的實現對提高電網自動化程度和數字化變電站的發展具有重要意義。

        一、智能斷路器的工作原理:

        在IEC 62063 標準中對于智能斷路器設備的定義為:具有較高性能的斷路器和控制設備,配有電子設備、傳感器和執行器,不僅具有斷路器的基本功能,還具有附加功能,尤其在監測和診斷方面。智能操作斷路器是在現有斷路器基本結構的基礎上再增加一個智能控制單元所構成,有較好的兼容性。即智能操作斷路器的使用不一定要改變現有變電站和繼電保護系統的結構,也不影響現有系統的各種功能,只是增加一些新的功能。智能操作斷路器工作原理圖如圖1 所示。

        具有智能操作功能的斷路器由數據采集、智能識別和調節裝置3 個模塊組成。智能斷路器的智能控制裝置能根據操作前所采集到的電網信息和主控制室發出的操作信號,自動識別當次操作時斷路器所處的電網工作狀態,并根據事先對斷路器的仿真結果,決定對執行機構發出調節信息,從而獲得在電氣和機械性能上的最佳分閘效果。當系統故障由繼電保護裝置發出分閘信號或操作人員發出操作信號后,智能操作斷路器首先啟動智能識別模塊工作,判斷當前斷路器所處的工作條件,對調節裝置發出不同的定量控制信息而自動調整操動機構的參數,以獲得與當前系統工作狀態相適應的運動特性,從而使斷路器動作。

        2、智能控制裝置的設計:

        2. 1、硬件系統設計:

        根據智能斷路器的工作原理,控制裝置應滿足長期運行可靠、抗干擾能力強、實時采集線路上各個電參量、進行數據處理、完成故障分析、隔離保護功能;具有遠程通信功能系統自檢、安全聯鎖、故障報警及短路保護等功能。智能控制裝置的硬件系統設計原理框圖如圖2 所示。系統設計采用模塊化思想,主要由DSP 主控模塊、數據采集及處理模塊、CPLD(MAX7000)智能控制模塊3部分組成。具體包括模擬信號的采集、模擬信號的調理、開關量驅動控制、DSP 與CPLD 接口、斷路器位移檢測、人機交互接口、與上位機的通信、系統故障報警、電源模塊、系統監控部分等。

        (1) 主控模塊設計:

        DSP 主控模塊由DSP主控芯片(TMS320F2812)、人機接口和遠程通信單元、儲能監視、斷路器位移檢測控制單元等組成。主控模塊檢測到的信號有三相電壓、三相電流和斷路器所處的位移狀態。斷路器動觸頭從開始運動到動靜觸頭導通之間的這段時間是固定的,根據這個時間即可計算出合閘啟動信號發出時所對應時刻。而對于觸頭運動的中間過程,速度與加速度都是未知的,如果參數發生變化,會導致預先測量的時間發生變化,這樣,合閘就可能出現在非預定時刻。因此,要做到準確分合閘,就要對影響運動時間的參數進行在線監測,并根據在線監測的數據實時調整控制量,從而實現預定的控制目標。觸頭間隙電壓和電流波形通過信號調理模塊進入數據采集部分,數據采集系統對信號進行不間斷采樣。在接收到分合閘信號后,分合閘信號將調用分合閘子程序從而判斷發分合閘信號時間,可通過RS - 485 總線把參數上傳到控制中心,或者通過CPLD 模塊發出的中斷請求信號接收遙控分合閘命令。同時可以通過MAX232 進行調試和維護,也可利用CAN 總線進行組網。

        (2) 數據采集與處理模塊:

        主要由模擬信號調理、邏輯控制與數字采集單元組成。為了提高精度,最好對系統的三相電壓和三相電流進行交流同步采樣。在這里只用TMS320F2812 自帶的AD 采集單元即可完成采集任務,因此只需要設計模擬量的調理處理電路就可以輸入AD 通道。

        (3) CPLD 智能控制模塊:

        CPLD 采用MAX7000 系列。CPLD 完成開關量的輸入、運行狀態的顯示、與DSP 的通信以及對外部電路的控制[5-6]。斷路器的狀態控制、開關的驅動電路、異步信號的輸入控制以及一些電壓監控信號和開關狀態信號都直接和CPLD 有關。系統工作時,當狀態發生變化,CPLD 將發出中斷信號,由DSP 讀取狀態并作出相應的處理或傳送給監控中心。由于CPLD 生成的是硬件電路,因而具有較高的可

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