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智能化真空断路器的构成及工作原理发布时间:2017-08-17 10:50:22 | 来源:浙江诚高高压电气有限公司

真空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:


1、真空断路器微处理器单元:

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。

2、真空断路器信号检测采集单元:

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。

3、真空断路器开关量输入单元:

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。

4、真空断路器显示和键盘单元:

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。

5、真空断路器执行输出单元:

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

6、真空断路器通信接口:

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。

7、真空断路器电源:

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。

8、真空断路器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。

9、真空断路器的抗干扰措施:

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。

10、真空断路器保护的设置:

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。

11、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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