王彥

鄂爾多斯電業(yè)局伊金霍洛供電分局 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017200

機(jī)電一體化的斷路器是配電網(wǎng)中的重要元件。為了提高其可靠性，保證配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化和無人值守時(shí)，將微機(jī)保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)和測(cè)量等自動(dòng)化功能就地分散到開關(guān)設(shè)備上，并對(duì)其本身的主要參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，結(jié)合人工智能專家系統(tǒng)進(jìn)行在線故障診斷，使之成為智能化斷路器，是高壓開關(guān)設(shè)備一個(gè)嶄新的發(fā)展方向[1]。

1 智能化單元的總體結(jié)構(gòu)

智能化單元是智能斷路器的核心部分，主要完成信號(hào)檢測(cè)、測(cè)量、保護(hù)、控制與保護(hù)動(dòng)作出口、故障診斷與報(bào)警，并將實(shí)時(shí)參數(shù)遠(yuǎn)傳至監(jiān)控主機(jī)供其集中管理與監(jiān)控，并可進(jìn)行更高級(jí)和復(fù)雜的專家系統(tǒng)診斷。它直接安裝于斷路器內(nèi)的小間隔內(nèi)。由于戶外斷路器運(yùn)行環(huán)境惡劣，處于強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下，為保證其工作的可靠性，單元外殼需采用多重金屬密閉防護(hù)結(jié)構(gòu)。

智能化單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中MCU為高性能的Inte187C196KC—16/20。為記錄故障發(fā)生前后波形，外擴(kuò)一片62256（32KB×8）。MAX197A為單電源、多量程、八路輸入帶內(nèi)部采樣/保持、時(shí)鐘、基準(zhǔn)電壓的信號(hào)采集系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間6.0μs。X25043將Watchdog定時(shí)器、上電復(fù)位控制器與512BE2PROM集成到單個(gè)芯片內(nèi)，MAX487E為128路RS-485驅(qū)動(dòng)器。其他部分由ATF1500可編程邏輯陣列實(shí)現(xiàn)。該硬件結(jié)構(gòu)為開放式，對(duì)配電網(wǎng)各點(diǎn)的不同要求（如輻射點(diǎn)、環(huán)網(wǎng)點(diǎn)、電流型、電壓型），微機(jī)控制器的硬件軟件完全一致，可以互換，不同功能可以通過軟件開關(guān)設(shè)置。

圖1 智能化的單元硬件結(jié)構(gòu)

電氣電路采用多級(jí)隔離，并設(shè)二級(jí)Watchdog電路提高抗干擾性能。第一級(jí)為MCU內(nèi)置WDT電路，可以防止程序偶爾鎖死，在MCU本身正常的情況下，自動(dòng)恢復(fù)工作。第二級(jí)為X25043提供的外置WDT電路，在第一級(jí)失效時(shí)（尤其是MCU本身已經(jīng)損壞的情況下）強(qiáng)行復(fù)位，并封鎖輸出電路，保證在MCU故障時(shí)開關(guān)不會(huì)誤動(dòng)作。

2 斷路器參數(shù)的在線檢測(cè)

斷路器的參數(shù)分為電力系統(tǒng)的參數(shù)和斷路器本身的參數(shù)兩部分，電力系統(tǒng)的參數(shù)主要包括常規(guī)的測(cè)量與保護(hù)信號(hào)，如電流、電壓、頻率、有功功率和無功功率等，用以反映負(fù)荷情況。斷路器本身的參數(shù)包括母線連接處溫度、脫扣回路斷線、機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間、彈簧儲(chǔ)能時(shí)間、真空滅弧室真空度或SF6氣體壓力、溫度與濕度等，用以反映斷路器本身的運(yùn)行狀況[2]。

2.1 本體參數(shù)的檢測(cè)

（1）母線連接處溫度。母線連接處通過大電流，若接觸不良會(huì)導(dǎo)致該處溫度不正常升高，危及斷路器的可靠運(yùn)行。在此采用LM35集成溫度傳感器、LM331電壓/頻率變換器，由87C196KC的T2CLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)讀入計(jì)數(shù)值，再換算成溫度值。（2）操作機(jī)構(gòu)性能。及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器操作機(jī)構(gòu)的潛在危險(xiǎn)，有利于配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，消除隱患。操作機(jī)構(gòu)性能的在線檢測(cè)可利用斷路器的位置輔助接點(diǎn)、彈簧儲(chǔ)能輔助接點(diǎn)或脫扣回路串入電阻，經(jīng)光電隔離進(jìn)入開關(guān)量輸入電路，由CPU進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)，與規(guī)定值比較，如差異大，則告警或發(fā)信號(hào)至監(jiān)控中心。（3）內(nèi)部溫度濕度。為了反映斷路器的工作環(huán)境，需檢測(cè)其內(nèi)部溫度和濕度。一般用相應(yīng)的傳感器與配套電路來實(shí)現(xiàn)。信號(hào)經(jīng)光電耦合與V/f轉(zhuǎn)換后，再由MCU計(jì)數(shù)。

2.2 電力參數(shù)的檢測(cè)

信號(hào)來自電流互感器TA和電壓互感器TV，為了實(shí)現(xiàn)故障錄波與有功、無功功率計(jì)算等功能，需直接交流采樣。在本智能化開關(guān)控制器中，采用圖1所示電路對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。由于電流測(cè)量與電流保護(hù)信號(hào)取自不同的TA，其精度范圍與精度等級(jí)不同，需采用各自的二次變換器，從不同的A/D通道送入微機(jī)。由于微機(jī)對(duì)所有信號(hào)巡回檢測(cè)，通道之間必然存在延遲，為保證功率計(jì)算準(zhǔn)確，必須保持同一瞬時(shí)的電流電壓值，因此采用四個(gè)采樣/保持器。另外，小電流接地系統(tǒng)中，零序TA來的電流信號(hào)極小，故從測(cè)量傳感器中輸入并多繞幾圈，可以保證對(duì)毫安級(jí)電流信號(hào)的反應(yīng)能力。

3 故障診斷系統(tǒng)

控制器的軟件算法采用小電流接地系統(tǒng)中用作保護(hù)算法的積分法，其依據(jù)是正弦量的半周絕對(duì)值積分正比。智能單元內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的在線診斷，主要是為了提高對(duì)一些嚴(yán)重故障的快速反應(yīng)。其他的復(fù)雜的診斷為上位主機(jī)定時(shí)收到各智能單元上傳各類參數(shù)后進(jìn)行離線分析，用以消除隱患。本系統(tǒng)采用的故障診斷軟件。當(dāng)負(fù)荷過大，觸點(diǎn)溫度過高，真空度或SF6氣體壓力過低，操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間異常，分閘回路斷線以及斷路器運(yùn)行環(huán)境惡化等現(xiàn)象出現(xiàn)，控制器均應(yīng)發(fā)出預(yù)告信號(hào)，提示檢修，消除事故隱患，以免擴(kuò)大成災(zāi)難性事故。而對(duì)于斷路器外部如線路故障等，能記錄事故波形，且每次動(dòng)作均有詳細(xì)的SOE記錄，運(yùn)行人員可以全面了解其動(dòng)作過程。通過離線分析軟件，計(jì)算各諧波分量與故障位置，以便快速查找事故原因與事故定位[3]。

4 結(jié)語

本控制器及其配套自動(dòng)化系統(tǒng)已在我國各地配電變電站安全運(yùn)行兩年多。特別是與某農(nóng)電開關(guān)廠合作研制了若干套自備操作電源、紅外遙控裝置的微機(jī)智能重合控制器,現(xiàn)已在江西、湖南等地掛網(wǎng)運(yùn)行,完全取代了進(jìn)口自動(dòng)重合器。