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真空断 路器智能控制装置发布时间:2016-06-20 10:27:21 | 来源:浙江诚 高高压电气有限公司

[真空断 路器智能控制装置]:0 引言传 统的真空断路器操动机构(电磁式和电动弹簧式) 是由复 杂的传动机构组成的机械系统,其运动时间分散性大,运动可控性差,故障率也较高,且响应速度慢,因此很 难实现对机械运动的精确控制。而一种结合电磁...

  0 引言

  传统的真空断路器操动机构(电磁式和电动弹簧式) 是由复 杂的传动机构组成的机械系统,其运动时间分散性大,运动可控性差,故障率也较高,且响应速度慢,因此很 难实现对机械运动的精确控制。而一种 结合电磁机构和永久磁铁的新型操动机构的出现,使整个 操作机构只有一个运行部件,就可以 实现传统断路器机构的全部功能。从永磁 机构的工作特性可以看出,永磁机 构的带负荷特性非常接近真空断路器的要求,断路器 在动作过程中驱动力越来越大,以满足 刚分刚合速度由小变大;且无需 任何传统的脱扣和锁扣装置,可直接和灭弧室相连,使开关 机械系统可靠性大大提高;同时,可以减少触头弹跳,保证了 操动机构的高可靠性[1-2]。

  本文在 以永磁机构为操作机构的基础上,研究了 一种基于新型高性能DSP TMS320F2812 和复杂 可编程逻辑器件(CPLD) 实现的高压真空断 路器智能控制装置,以DSP 为主控芯片,较传统 的单片机控制具有较高的数据处理速度和较强的外部扩展能力,极大地 满足了电力系统对系统数据处理能力和强实时性要求。而用CPLD 实现开关控制部分,比直接采用DSP 实现控 制具有更高的抗干扰性能,而且只有CPLD 的工作 会影响开关动作,因而有较高的可靠性。并且该 装置设置了系统监控、安全联锁、故障报警、短路保 护等多种保护功能,实现了 对真空断路器的智能控制。断路器 智能控制的实现对提高电网自动化程度和数字化变电站的发展具有重要意义。

  1 智能断 路器的工作原理

  在IEC 62063 标准中 对于智能断路器设备的定义为:具有较 高性能的断路器和控制设备,配有电子设备、传感器和执行器,不仅具 有断路器的基本功能,还具有附加功能,尤其在 监测和诊断方面。智能操 作断路器是在现有断路器基本结构的基础上再增加一个智能控制单元所构成,有较好的兼容性。即智能 操作断路器的使用不一定要改变现有变电站和继电保护系统的结构,也不影 响现有系统的各种功能,只是增 加一些新的功能[3-4]。智能操 作断路器工作原理图如图1 所示。

  具有智 能操作功能的断路器由数据采集、智能识别和调节装置3 个模块组成。智能断 路器的智能控制装置能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号,自动识 别当次操作时断路器所处的电网工作状态,并根据 事先对断路器的仿真结果,决定对 执行机构发出调节信息,从而获 得在电气和机械性能上的最佳分闸效果。当系统 故障由继电保护装置发出分闸信号或操作人员发出操作信号后,智能操 作断路器首先启动智能识别模块工作,判断当 前断路器所处的工作条件,对调节 装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数,以获得 与当前系统工作状态相适应的运动特性,从而使断路器动作。

  2 智能控制装置的设计

  2. 1 硬件系统设计

  根据智能断 路器的工作原理,控制装 置应满足长期运行可靠、抗干扰能力强、实时采 集线路上各个电参量、进行数据处理、完成故障分析、隔离保护功能;具有远 程通信功能系统自检、安全联锁、故障报 警及短路保护等功能。智能控 制装置的硬件系统设计原理框图如图2 所示。系统设 计采用模块化思想,主要由DSP 主控模块、数据采集及处理模块、CPLD(MAX7000)智能控制模块3部分组成。具体包 括模拟信号的采集、模拟信号的调理、开关量驱动控制、DSP 与CPLD 接口、断路器位移检测、人机交互接口、与上位机的通信、系统故障报警、电源模块、系统监控部分等。

  (1) 主控模块设计。

  DSP 主控模块由DSP主控芯片(TMS320F2812)、人机接 口和远程通信单元、储能监视、断路器 位移检测控制单元等组成。主控模 块检测到的信号有三相电压、三相电 流和断路器所处的位移状态。断路器 动触头从开始运动到动静触头导通之间的这段时间是固定的,根据这 个时间即可计算出合闸启动信号发出时所对应时刻。而对于 触头运动的中间过程,速度与 加速度都是未知的,如果参数发生变化,会导致 预先测量的时间发生变化,这样,合闸就 可能出现在非预定时刻。因此,要做到准确分合闸,就要对 影响运动时间的参数进行在线监测,并根据 在线监测的数据实时调整控制量,从而实 现预定的控制目标。触头间 隙电压和电流波形通过信号调理模块进入数据采集部分,数据采 集系统对信号进行不间断采样。在接收 到分合闸信号后,分合闸 信号将调用分合闸子程序从而判断发分合闸信号时间,可通过RS - 485 总线把 参数上传到控制中心,或者通过CPLD 模块发 出的中断请求信号接收遥控分合闸命令。同时可以通过MAX232 进行调试和维护,也可利用CAN 总线进行组网。

  (2) 数据采集与处理模块。主要由模拟信号调理、逻辑控 制与数字采集单元组成。为了提高精度,最好对 系统的三相电压和三相电流进行交流同步采样。在这里只用TMS320F2812 自带的AD 采集单 元即可完成采集任务,因此只 需要设计模拟量的调理处理电路就可以输入AD 通道。

  ( 3 ) CPLD 智能控制模块。CPLD 采用MAX7000 系列。CPLD 完成开关量的输入、运行状态的显示、与DSP 的通信 以及对外部电路的控制[5-6]。断路器的状态控制、开关的驱动电路、异步信 号的输入控制以及一些电压监控信号和开关状态信号都直接和CPLD 有关。系统工作时,当状态发生变化,CPLD 将发出中断信号,由DSP 读取状 态并作出相应的处理或传送给监控中心。由于CPLD 生成的是硬件电路,因而具有较高的可

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