摘 要 介紹了智能控制器的用途、適用范圍、分類、保護(hù)參數(shù)設(shè)定和功能，闡述了智能控制器的原理及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。由于智能控制器不僅增加了整定電流的選擇范圍，而且具有三段保護(hù)功能。并且可設(shè)定長(zhǎng)延時(shí)和短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間，使產(chǎn)品更加可靠，必將在低壓電網(wǎng)領(lǐng)域的塑殼斷路器中得到廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 低壓電網(wǎng) 智能控制器 塑殼斷路器
引言
塑料外殼式斷路器是廣泛應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵元器件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年我國(guó)新增發(fā)電電機(jī)約達(dá)9500萬(wàn)kW，國(guó)內(nèi)對(duì)塑料外殼式斷路器需求在 2000萬(wàn)臺(tái)左右，并且隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)和電力工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的供需矛盾發(fā)生了巨大的變化。電力系統(tǒng)中對(duì)斷路器的安全、可靠性要求越來(lái)越高，對(duì)斷路器的多功能、自動(dòng)化程度高的要求也日益迫切，非智能型塑殼斷路器已不能滿足系統(tǒng)的需要。非智能塑殼斷路器一般只有雙金屬元件式的過(guò)載延時(shí)和電磁鐵的瞬動(dòng)保護(hù)，測(cè)量誤差大，保護(hù)特性誤差也較大，用戶又不能調(diào)節(jié)，不能聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)距離控制。各行各業(yè)都開發(fā)新一代塑殼斷路器帶智能型控制器以滿足需求，新一代塑殼斷路器應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，基本實(shí)現(xiàn)各種附件采用模塊化，應(yīng)有三段保護(hù)，做到熱磁式結(jié)構(gòu)模塊及電子式結(jié)構(gòu)模塊互換。基于這種社會(huì)發(fā)展的需求，杭州之江開關(guān)股份有限公司為提高供電的穩(wěn)定性和可靠性，提高輸配系統(tǒng)自動(dòng)化水平，新研制開發(fā)了塑殼斷路器中配用的智能控制器。
1、智能控制器的用途及適用范圍
1)智能控制器適用于交流50 Hz，額定絕緣電壓690 V，額定工作電壓400 V及以下，額定電流從40 A(整定電流從16 A起)至1 250 A低壓電網(wǎng)中。
2)智能控制器不僅增加了整定電流的選擇范圍，具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護(hù)，并且過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)及短延時(shí)動(dòng)作時(shí)間可以設(shè)定。H型控制器除了具有上述功能外，還具備了現(xiàn)場(chǎng)總線的通信功能，與工控計(jì)算機(jī)或控制器聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，在1 km范圍內(nèi)對(duì)斷路器實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信，使斷路器控制功能大大增強(qiáng)。
智能控制器按功能可分為M型控制器(面板直接設(shè)定型)和H型控制器(撥至近控在面板上直接設(shè)定，撥至遙控用編程器或從上位機(jī)上進(jìn)行設(shè)定)。
2、智能控制器保護(hù)特性參數(shù)設(shè)定和保護(hù)功能
智能控制器面板如圖1所示，智能控制器的保護(hù)功能見(jiàn)表1。1—運(yùn)行電流負(fù)載指示，紅色(HSM1z-160負(fù)載指示燈只有一盞，并且當(dāng)運(yùn)行電流負(fù)載 ≥100 % I r1時(shí)亮)；2—MCU運(yùn)行燈，綠色(1 s閃亮)；3—長(zhǎng)延時(shí)過(guò)載電流I r1整定的編碼開關(guān)；4—長(zhǎng)延時(shí)跳閘時(shí)間t 1整定的編碼開關(guān)(最大反時(shí)限延時(shí)T =(6I r1)2×t 1/I 2；5—短路短延時(shí)電流I r2整定的編碼開關(guān)；6—短路短延時(shí)跳閘時(shí)間t 2整定的編碼開關(guān)；7—短路瞬時(shí)電流I r3整定的編碼開關(guān)。當(dāng)I>I r2且I ≥8I r1時(shí)為定時(shí)限，延時(shí)t 2跳閘；當(dāng)I >I r2且I <8I r1時(shí)為反時(shí)限，跳閘時(shí)間T =(8I r1)2×t 2/I2。
電流整定時(shí)須注意：I r1
3、智能型控制器設(shè)計(jì)及應(yīng)注意的問(wèn)題
智能型控制器是該系列斷路器的心臟部分，也是該斷路器的關(guān)鍵部分，動(dòng)作特性的靈敏度由該部圖1 智能控制器面板分來(lái)保證，智能控制器原理圖如圖2所示[1]。智能控制器的核心部件是CPU，選擇時(shí)應(yīng)考慮：(1) 內(nèi)置8～16位總線；(2) 8～16 KB EEPROM或FLASH；(3) 0.5～1 KB SRAM；(4) 同步或異步串口、SPI串口、I2C串口；(5) 具有優(yōu)先級(jí)的多級(jí)向量中斷；(6) 內(nèi)置看門狗定時(shí)器。
電流互感器和放大濾波電路設(shè)計(jì)是智能控制器的關(guān)鍵部件。在研制國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目智能型塑殼式斷路器中的控制器時(shí)，當(dāng)電流較大時(shí)(如800 A斷路器在8×800 A = 6 400 A時(shí))，互感器鐵心飽和而呈非線性，高倍電流時(shí)計(jì)算機(jī)只能用查表法進(jìn)行近似測(cè)量，造成較大的測(cè)量誤差。解決這個(gè)問(wèn)題，可從鐵心材料選型、鐵心截面比例選擇、線圈匝數(shù)、導(dǎo)線線徑等多個(gè)因素綜合考慮改進(jìn)設(shè)計(jì)。從而保證對(duì)800 A塑殼斷路器可獲得0～10000 A均線性的互感器，保證了三段保護(hù)量程內(nèi)高精度電流測(cè)量。
放大器的設(shè)計(jì)要考慮電流測(cè)量精度、電磁兼容性能，同一路互感器輸出可用兩路放大器，信號(hào)較小時(shí)用放大倍數(shù)較大的一路測(cè)量，而信號(hào)較大時(shí)用放大倍數(shù)較小的一路測(cè)量，也可以用計(jì)算機(jī)程控放大，放大倍數(shù)可取1，2，4，8倍。放大器輸入端要有抗雷擊浪涌和快速瞬態(tài)脈沖群的能力。為提高抗干擾能力，可以考慮選擇用帶通濾波和選頻放大。
計(jì)算機(jī)通過(guò)電流互感器進(jìn)行采樣的方法一般有兩種。其一為先求最大值，然后除以 √2 得有效值，這種方法適用于因互感器在大電流工作時(shí)，有波形畸變，但幅度跌落較少，用最大值法仍可獲得較好的測(cè)量精度，如用求面積法則會(huì)帶來(lái)較大的誤差;其二為求面積法，I =[(1/T )∫T0 i 2dt ]1/2，當(dāng)取樣電路中由于諧波所占比例較大，造成波形畸變，幅值跌落，這種場(chǎng)合可用面積法來(lái)獲取電流，其準(zhǔn)確度較高。
用電流互感器產(chǎn)生自生電源，供電給CPU及邏輯電路。若控制器中只有自生電源而無(wú)外接輔助電源時(shí)要處理好如下6個(gè)問(wèn)題：
(1)當(dāng)主回路電流較小時(shí)，其能量不足以供給邏輯電路，這可適當(dāng)增加互感器匝數(shù)，但要注意不要使鐵心在大電流時(shí)過(guò)早的磁飽和；
(2)要解決主回路電流較大時(shí)能量過(guò)剩，產(chǎn)生能量大于消耗能量，因而要有能量釋放回路；
(3)要解決好上電復(fù)位電路，要有一塊電源門檻監(jiān)控電路，當(dāng)電源上升到邏輯電路正常工作電壓(約4.7 V)之前，該監(jiān)控電路能產(chǎn)生一低電平，控制CPU的RESET引腳，使其在電源電壓未達(dá)正常門檻之前時(shí)，C P U不工作，只有當(dāng)電源電壓正常后(大于4.7 V)，RESET引腳為高電平而開始執(zhí)行程序；
(4)要解決磁通變換器(即脫扣器)的驅(qū)動(dòng)能力，為保證可靠脫扣，瞬間要輸出較大的電流，可用大電容儲(chǔ)能瞬間釋放來(lái)解決；
(5)要解決好同一只電流互感器既要產(chǎn)生自生電源，又要取樣放大，要防止相互間的串?dāng)_問(wèn)題；
(6)要有電磁兼容措施，防止雷擊浪涌和快速脈沖群等干擾。
智能控制器與斷路器之間的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)尤為重要，要正確處理好磁通變換器的脫扣力、彈簧力和斷路器的機(jī)械脫扣力之間的關(guān)系，保證斷路器在過(guò)電流(包括短路電流)時(shí)能延時(shí)或瞬時(shí)的正常脫扣。
4、結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)和電力工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)中對(duì)斷路器的安全、可靠性要求越來(lái)越高，并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)斷路器的多功能、自動(dòng)化程度高的要求也日益迫切，由于塑殼斷路器帶智能控制器后，能提高供電的穩(wěn)定性和可靠性，提高輸配電系統(tǒng)自動(dòng)化水平，這必將會(huì)被用戶進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[1]GB 14048.2—2001低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 低壓斷路器[s]. |
您的位置：首頁(yè) → 電工技術(shù) → 電工文獻(xiàn) → 淺談?dòng)弥悄芸刂破鲗?duì)塑殼斷路器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
熱點(diǎn)文章
滬公網(wǎng)安備31010702003255號(hào)