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智能化断路器的构成及工作原理

2010年08月20日 17:19 次阅读

  1 前言

  低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器, 除了要能正常分合相关系统额定电流外, 还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。

  特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用, 对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高, 相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求, 传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。

  2 智能化断路器的简介

  智能化断路器综合了现代高电压零飞弧技术、电子技术、电气自动化技术、网络通信技术、计算机及其软件技术等, 采用模块化结构, 完全突破了传统断路器的许多不足, 集保护、测量、监控于一体。除了具备过载、过流、速断、漏电、接地等常规控制、保护、报警、整定功能外, 同时还具备人机对话显示、存储、记忆、逻辑分析、判断和选择以及网络通信等功能。能够实时地显示温度、电流、电压、功率因数、有功、无功等各种特征参数并进行故障参数、类型的储存,具有自诊断能力, 从而为运行维护人员进行相应的信息查询和故障判断处理提供现场的实际运行资料, 为系统运行方式的优化奠定了基础。通过其所具备的网络通信技术可以使多台智能化断路器实现与中央控制计算机双向通讯, 构成智能化的供配电系统, 实现“四遥”功能, 为无人化站所和实现区域联锁、远方监控、运方调整等创造必要的设备技术保障。

  3 断路器智能化技术的构成及其工作原理

  智能化断路器中智能化技术的应用核心是集保护、测量、监控于一体的多功能脱扣器, 它主要由微处理器单元、信号检测采集单元、开关量输入单元、显示和键盘单元、执行输出单元、通信接口、电源等几个部分组成。

  其各部分的工作原理如下:

  3.1 微处理器单元

  单片机以其高性价比和可靠性成为智能化断路器智能控制系统的首选。微处理器单元由高性能的自带A/D 转换、看门狗监视器、I2C 串行总线和高速输入输出通道、通讯接口和标准的JTAG 程序烧写口的单片机及其外围电子电路组成。配以优化的软件, 组成的单片机控制系统所需外围元件少, 使得设计简单, 布线方便, 而且在稳定性和抗干扰能力上都有极大的提高。

  各交流量分别经信号输入回路、低通滤波器送到CPU 控制的多路开关, 经模数转换后, 由DB 数据总线送到数据存储器( RAM) 。CPU 通过调用程序存储器( EPROM) 中的程序对采集的数据进行计算, 其计算结果与存放在电可擦存储器( E2PROM)中的整定值进行比较, 作出相应的故障判断处理。再通过输入输出端口( I/O) 将处理信号送到相应外设( 信号与出口) 发出报警信号, 或执行跳闸。微处理单元除了要完成整个系统的测量、保护、逻辑等功能外, 还具有自我故障诊断和监察的能力,当断路器本身发生故障或环境温度超过允许范围时, 能发出相应的信号显示或报警, 同时重新起动。自诊断的项目主要有EPROM出错、A/D 转换出错、环境超温、CT 断线、跳闸线圈断线、断路器拒动及触头维护。微处理单元的自诊断功能不仅大大提高了断路器的运行可靠性, 更给后期维修、故障判断工作提供了极大的方便。

  3.2 信号检测采集单元

  信号检测采集单元作为智能化断路器十分重要的组成部分, 要求有高的转换精度、灵敏度、可靠性、频率响应、测量范围以及抗干扰能力, 以便微处理单元能够作出精确的判断处理。因此, 信号检测采集单元将保护信号和测量信号分别取自不同类型的电流互感器, 以满足保护和测量的要求。在测量大电流( 短路电流) 时基本上都采用线性度好、精确度高的空心电流互感器进行保护信号的检测 而小电流及电参数的检测则采用铁芯互感器 测量和保护用的电压信号则由电压互感器获得。上述信号经过信号处理电路后, 便能将主回路中的电压及电流信号线性的转换为数字电路和单片机可处理的电平信号,经单片机分析判断后发出信号或控制断路器的动作。

  根据电流、电压的采样值,还可利用不同的算法计算出相应的电压、电流的有效值、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电能等参数, 实现各种表计功能, 对降低成本, 简化布线, 提高低压配电的可靠性大有益处。

  3.3 开关量输入单元

  为了满足控制逻辑的需要, 单片机内部具有的高速输入通道(HSI)和高速输出通道(HSO),可以很方便地用于开关量的输入与输出, 便于上位机的监视和操作控制。开关量的输入主要是断路器的辅助接点状态, 经过光电隔离可以很方便地输入CPU 中,以此判断断路器的状态。

  3.4 显示和键盘单元

  在智能化设备中, 不仅要实现自动控制, 还要能把相关信息传递给操作运行人员, 还要能够接受外部输入并做出响应。良好的用户界面是人机对话所不可缺少的, 灵活的键盘管理及直观的信息显示给用户提供了极大的便利。通过液晶屏或发光管能够适时显示各种状态和负载的参数值及故障电流、故障类型和保护动作、试验整定情况, 结合按键还可以进行保护的整定、预警值的设定、开关的试验和各种功能的检测。

  3.5 执行输出单元

  智能化断路器的执行元件为一个带永久磁铁的磁通变换器, 其特点是体积小, 功耗低, 脱扣力大。正常工作时永久磁铁使动静铁芯保持吸合。来自互感器的过载、短路、接地等故障信号, 按预先设计好的保护特性要求, 经微处理器单元处理后, 发出一定宽度的跳闸脉冲(负方波脉冲)送到磁通变换器的线圈,产生反向磁场, 抵消永久磁通, 动铁芯释放产生的机械能量推动断路器的脱扣器使断路器分断, 其脱扣执行电路如图2 所示

  3.6 通信接口

  智能化断路器所带的串行通信接口, 可将智能化断路器连接到现场总线, 将配电系统组成一局域网,一台计算机作为主站,若干带通讯接口的智能断路器组成从站。断路器编号、分合闸状态、各种设定值、运行电流、电压、故障电流、动作时间及故障状态等多种参数进行网络传输, 实现与系统上位管理机或控制调度中心计算机间的信息交换, 接收上位机或远方调度控制中心的数据上传要求, 完成对现场设备的远方监控和遥测、遥讯、遥调、遥控功能。

  3.7 电源

  智能化断路器采用双电源供电方式, 只要其中任何一路电源正常工作, 均可可靠地给多功能脱扣器供电。一路电源为自生电源, 用速饱和铁芯电流互感器从主电路感应获得电源。另一路电源为辅助电源, 以“或”的方式由外部提供,它不仅在主电源不能工作时提供电源, 还可在主电路停电或断路器投入运行前对控制器进行参数整定、功能检查、试验、状态显示、通信以及在断路器故障分断后能保持各种状态指示及故障检查, 以维持其正常工作和各种显示。

  4 智能脱扣器的软件设计

  软件设计主要分为两个部分, 主程序和中断程序。主程序包括故障处理、键盘处理、显示处理、通信处理等子程序 中断程序包括定时器中断、键盘中断、通讯中断等。

  单片机对工频电流信号进行采样, 利用一种基于小波分析和FFT 的改进算法计算电流的有效值,可以提高采样的精度, 满足系统对延时保护高精度的要求。小波算法在采样过程中检测到可疑信号点后, 由FFT 算法进行有效值判断, 如果没有超过门槛值, 则可疑信号点无效, 回到小波算法中继续寻找采样可疑点 如果有效值超过门槛值, 则认为可疑点有效, 根据各保护条件输出相应信号。

  多功能脱扣器实时控制采用定时器中断方式,判断瞬时故障为最优先中断 判断短延时、长延时和接地故障为次优先级中断, 按键操作为低级中断。每一相电流依次采样, 分别与前一次保存的数据比较, 保存较大的数据。接着计算出最大相电流,与瞬时整定电流值比较, 判断是否瞬时故障。按键闭合时产生中断请求, I/0 响应中断, 执行中断服务程序扫描按键, 判别键盘上闭合键的键号并作出相应的处理。这时还需排除键抖动引起的误操作, 以及避免对同一个键的一次闭合作多重处理的错误, 采用双键封锁的键盘工作方式来排除上述误操作, 在去抖动周期内有两个键按下, 则认为是同时按下, 只有最后释放的那个键作闭合处理。根根计算出的键号,执行相应的程序, 实现脱扣器的各种操作保护功能。

  5 抗干扰措施

  由于断路器工作在较为恶劣的电磁环境中, 强干扰会使系统监控程序失控, 脱离正常的执行顺序,甚至发出错误的控制信号, 造成断路器的误动作。因此脱扣器的抗干扰性能在很大程度上决定了断路器能否正常工作和其动作的准确性与可靠性。为了保证系统工作可靠性, 智能化断路器常采用软、硬件相结合的抗干扰技术。在硬件设计中采用电源滤波技术、屏蔽技术、隔离技术、接地技术、合理布线、贴片封装、并做好防潮和绝缘、硬件看门狗等措施 在软件设计上采用数字滤波技术、软件陷阱、空指令、对称检测法、限幅检测法、小波分析和FFT 的改进算法、软件看门狗等技术, 从而保证了智能断路器的可靠、准确分合闸, 避免了因系统自身故障而引起的不能开断或误动作的情况发生。

  6 保护的设置

  智能化断路器为了满足现场实际的需要, 设置了过载长延时、短路短延时、短路瞬时和接地等四段保护功能。其中瞬时保护是一种特殊的保护方式, 为了提高了可靠性, 它不需要对有效值进行比较, 而是采用即采即比的方式, 一旦发现某几个采样点连续超过规定的门槛, 立即让系统发出脱扣信号, 使断路器跳闸, 以防止过大的短路电流对系统设备造成破坏。智能化断路器的保护定值设置极为方便, 可根据用户的要求,在现场进行整定,定值设定完后还可在显示装置上显示出整定曲线, 使单一的动作特性有可能做到一种保护功能多种动作特性, 保护功能更加完善可靠。各保护功能的动作电流和动作时间值可由键盘及编码器预先设置, 并将这些数值输送给微处理器单元的内部存储器存储起来。当主回路发生各种故障时, 如故障电流、电压达到或超过设定值时, CPU 经过运算判断比较后输给驱动电路一个动作信号, 使断路器跳闸切断故障电路, 从而保护系统的正常运行。

  7 结束语

  随着高性能、低价格芯片和大规模可编程逻辑器件以及软件技术的不断发展应用, 智能化断路器在保护的多样性、判断准确性和抗干扰性、自诊断能力和实时通讯及显示等方面都会有极大的改进。特别是大规模可编程逻辑器件和高速数字信号处理器的应用以及新型的电压电流变换器或智能化断路器特种芯片的研制成功将会使智能化断路器的应用产生一个质的飞跃, 使应用面积广、网络结构复杂的低压电气系统综合自动化再上一个台阶。

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断路器:具有过流、短路自动脱扣功能,带有消磁灭弧装置,可以用来接通、切断大电流; 空气开关:断路器...

发表于 2017-07-19 11:25 5476次阅读
断路器和空气开关的区别_断路器和隔离开关的区别

家装电路施工布线图解_家装电路布线图实景解读

简洁、畅通是综合布线所要追寻的目标,而有序的施工章法也很重要,比如在电气施工的时候,配电箱的选择就非...

发表于 2017-07-13 17:46 11125次阅读
家装电路施工布线图解_家装电路布线图实景解读

断路器常识大全(断路器选型_品牌排行_符号与空气...

一、断路器能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的...

发表于 2017-07-06 14:18 520次阅读
断路器常识大全(断路器选型_品牌排行_符号与空气...

电路保护主要由哪些元件支持

发表于 2017-06-01 09:58 665次阅读
电路保护主要由哪些元件支持

买优质无线高压核相仪、无线高压核相器请点击看一看-湖北四方国瑞电力厂

发表于 2017-05-24 13:24 508次阅读
买优质无线高压核相仪、无线高压核相器请点击看一看-湖北四方国瑞电力厂

智能雷电预警系统

发表于 2017-05-03 15:12 479次阅读
智能雷电预警系统

能保NCK-X、K、Y、Y-XW型开关显控 开关操控 开关状态指示仪 测温一体开关状态指示

发表于 2017-04-24 16:14 357次阅读
能保NCK-X、K、Y、Y-XW型开关显控 开关操控 开关状态指示仪 测温一体开关状态指示

YKG-5018高压开关综合测试仪

发表于 2017-04-19 09:11 358次阅读
YKG-5018高压开关综合测试仪

非接触式感应开关如何工作使断路器更加可靠?

在我上一篇博客中,我讨论了如何将感应开关用于接近应用。在这篇文章中,我想讨论如何在滑动开关应用中使用...

发表于 2017-04-08 01:01 389次阅读
非接触式感应开关如何工作使断路器更加可靠?

隔离开关符号、操作、使用及维护

隔离开关,也被称为刀闸。一般指的是高压隔离开关,即额定电压在1kV及其以上的隔离开关,通常简称为隔离...

发表于 2016-12-14 17:11 462次阅读
隔离开关符号、操作、使用及维护

维修市电的经验教训

发表于 2016-11-27 20:24 1452次阅读
维修市电的经验教训

50条电气控制知识+实用算法

发表于 2016-10-09 19:45 7378次阅读
50条电气控制知识+实用算法

高低温试验箱使用时禁止什么?

发表于 2016-09-21 15:18 1037次阅读
高低温试验箱使用时禁止什么?

潍坊铂金斯柴油发电机组断路器的重要作用分析

发表于 2016-07-08 14:14 570次阅读
潍坊铂金斯柴油发电机组断路器的重要作用分析

断路器有哪些方面的应用?

发表于 2016-05-25 17:31 554次阅读
断路器有哪些方面的应用?

断路器局部放电测试系统开发

传统局部放电检测方法由于其检测信号频率低、易受外界干扰、且需停电,难以应用于现场带电检测。结合现场情...

发表于 2014-02-22 11:08 490次阅读
断路器局部放电测试系统开发

断路器控制回路基础知识详解

今天为大家介绍的是断路器控制回路的基本要求分析,你了解了吗?

发表于 2013-01-14 11:22 3854次阅读
断路器控制回路基础知识详解

施耐德推出高性价比OsmartK系列小型断路器

近日,全球能效管理专家施耐德电气推出高性价比OsmartK系列小型断路器。据悉,该系列产品融合了施耐...

发表于 2012-10-26 15:56 594次阅读
施耐德推出高性价比OsmartK系列小型断路器

光伏电子系统电路保护设计

全球绿色能源需求推动了太阳能系统市场的强劲增长。虽然大量开发工作仍然把重点放在更高效的光伏(PV)能...

发表于 2012-06-05 14:47 851次阅读
光伏电子系统电路保护设计

电线/开关/插座/断路器的选择及注意事项

电子发烧友网为大家提供了电线/开关/插座/断路器的选择及注意事项,本站资源丰富,希望对您有所帮助!

发表于 2011-10-24 10:50 2013次阅读
电线/开关/插座/断路器的选择及注意事项

双电源知识

触头转换时间: 测定从第一组主触头断开常用电源起至第二组主触头闭合备用电源为止的时间。 转换动作时间...

发表于 2011-10-18 18:16 456次阅读
双电源知识

真空断路器故障的简要分析

真空断路器由于灭弧能力强、电气寿命长、现场维护方便、技术含量高等优点,在电力系统35kV及以下电压等...

发表于 2011-07-05 08:45 1013次阅读
真空断路器故障的简要分析

真空断路器工作原理及作用

真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障,断...

发表于 2011-07-05 08:39 21034次阅读
真空断路器工作原理及作用

断路器原理

断路器又叫空气开关,是一种很基本的低压电器,断路器具有过载、短路和欠电压保护功能,能保护线路和电源的...

发表于 2011-07-04 15:01 5542次阅读
断路器原理

熔断器和断路器的性能比较

  现就熔断器和断路器的保护性能和其他特点进行比较,断路器

发表于 2010-11-02 17:38 452次阅读
熔断器和断路器的性能比较

漏电断路器测试仪知识

  漏电断路器测试仪HT2019兆欧表,漏电断路器测试仪功能:   - 200mA测试电流...

发表于 2010-10-29 12:01 677次阅读
漏电断路器测试仪知识

基于现场总线的万能式断路器通信从站设计

  1 引言     万能式断路器除了本身具有高分断能力、高短时耐受性...

发表于 2010-10-28 15:21 319次阅读
基于现场总线的万能式断路器通信从站设计

基于CPLD与μC/OS -Ⅱ的断路器智能控制单...

  本文介绍的智能控制单元采用数字信号处理器(DSP)及嵌入式实时操作系统完成各种数据的处理、通信和...

发表于 2010-08-16 10:09 248次阅读
基于CPLD与μC/OS -Ⅱ的断路器智能控制单...

接近报警断路器电路图

电风扇加装接近报警断路器后,当人的手指靠近网罩时,电风扇会立即断电停转并发出音响报警。

发表于 2010-07-31 22:47 640次阅读
接近报警断路器电路图

关于断路器应用情况的看法和建议

近年来铁路信号设备使用的熔断器装置已由熔丝管、双熔丝发展到断路器。由于断路器的使用标准和安装位置标准...

发表于 2010-06-01 12:28 302次阅读
关于断路器应用情况的看法和建议

模拟断路器,模拟断路器工作原理是什么?

模拟断路器,模拟断路器工作原理是什么?  SFD-8型模拟断路器是SFD-7的改进型,由青岛四方泰...

发表于 2010-03-22 17:15 643次阅读
模拟断路器,模拟断路器工作原理是什么?

如何正确选择中小型断路器

如何正确选择中小型断路器     1普通断路器的选择

发表于 2010-01-11 09:53 4741次阅读
如何正确选择中小型断路器

如何正确选择中小型断路器

如何正确选择中小型断路器 常用断路器可分为配电型断路器、电机保护型断路器、家用保护型断路器、漏电断...

发表于 2009-12-30 14:38 431次阅读
如何正确选择中小型断路器

低压断路器智能测控系统的设计与实现

低压断路器智能测控系统的设计与实现 0.引言      低压断路器产品主要应用在低压配电网络中...

发表于 2009-12-23 09:48 329次阅读
低压断路器智能测控系统的设计与实现

SD卡在断路器离线测试仪中的应用

SD卡在断路器离线测试仪中的应用 将SD卡作为外部掉电存储介质应用于断路器离线测试仪中,介绍了以A...

发表于 2009-10-17 08:59 272次阅读
SD卡在断路器离线测试仪中的应用

可处理76V电压的断路器,Circuit Bre...

可处理76V电压的断路器,Circuit Breaker Handles Voltages to 7...

发表于 2009-07-18 08:47 327次阅读
可处理76V电压的断路器,Circuit Bre...

什么是断路器

什么是断路器 断路器是指切断电流的设备,就相当于水

发表于 2009-06-30 20:04 813次阅读
什么是断路器

新的功率检测电流断路器

摘要:大多数情况下电路断路器是检测电流。例如,保险丝,当电路超过它的限值时, 它靠切断电...

发表于 2009-05-06 11:18 379次阅读
新的功率检测电流断路器

断路器处理电压76V-Circuit Break...

Abstract: A current-sense amplifier, comparator, e...

发表于 2009-04-29 11:08 213次阅读
断路器处理电压76V-Circuit Break...

什么是断路器

什么是断路器 断路器是指切断电流的设备,就相当于水龙头,它控制的水流,而断路器控制的是电流。 断...

发表于 2009-04-10 12:45 387次阅读
什么是断路器

低压断路器的结构和工作原理

低压断路器的结构和工作原理 断路器,在电路中作接通、分断和承载额定工作电流,并能在线路和电动机发生...

发表于 2009-02-25 09:35 9271次阅读
低压断路器的结构和工作原理

智能型框架式断路器单片机系统的电磁兼容性分析

智能型框架式断路器单片机系统的电磁兼容性分析 一、 简述   随着单片机技术的不断发展与完善,单...

发表于 2009-02-08 10:59 292次阅读
智能型框架式断路器单片机系统的电磁兼容性分析

用MAX4172构建32V的电路断路器

用MAX4172构建32V的电路断路器  在电源、电机驱动器或其他功率电路中,可以在高压...

发表于 2009-02-08 10:53 309次阅读
用MAX4172构建32V的电路断路器

日产LR50C型漏电断路器

日产LR50C型漏电断路器

发表于 2008-11-04 09:52 409次阅读
日产LR50C型漏电断路器

日产EM52型漏电断路器电路

日产EM52型漏电断路器电路

发表于 2008-11-04 09:51 644次阅读
日产EM52型漏电断路器电路