智能化電器的設(shè)計(jì)

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

摘要：智能化電器的設(shè)計(jì)資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。0引言開關(guān)電器在電力系統(tǒng)中起著控制和保護(hù)等重要作用。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，要求開關(guān)電器與變電站綜合自動化、配電自動化的發(fā)展相適應(yīng)和配套。于是，自20世紀(jì)。更多的流量計(jì)廠家選型號價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢，下面是智能化電器的設(shè)計(jì)文章詳情。

0引言

開關(guān)電器在電力系統(tǒng)中起著控制和保護(hù)等重要作用。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷提高，要求開關(guān)電器與變電站綜合自動化、配電自動化的發(fā)展相適應(yīng)和配套。于是，自20世紀(jì)90年代以來，智能化電器應(yīng)運(yùn)而生[1,2]。

智能化電器是在傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而發(fā)展起來的新一代開關(guān)電器。在智能化電器中，實(shí)現(xiàn)微機(jī)測量、保護(hù)和控制，部分或全部取代傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備的二次系統(tǒng)；引入網(wǎng)絡(luò)通信功能，實(shí)現(xiàn)電器之間和電器與電力自動化系統(tǒng)之間的信息交換及信息共享；利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)對開關(guān)電器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測。

目前，無論是高壓電器或低壓電器，電器元件或成套開關(guān)設(shè)備，都在向智能化發(fā)展，出現(xiàn)了智能型低壓斷路器、智能型接觸器、智能型開關(guān)柜、智能型預(yù)裝式變電站等一系列產(chǎn)品，并開始在供配電系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

本文作者根據(jù)近年來對智能型開關(guān)柜研究開發(fā)的體會，探討智能化電器的功能及其實(shí)現(xiàn)方法，介紹硬件與軟件的設(shè)計(jì)方案。

1智能化電器的功能要求與實(shí)現(xiàn)

智能化電器是在傳統(tǒng)開關(guān)電器的本體上安裝一個(gè)以單片機(jī)為核心的智能單元。這一單元集測量、保護(hù)、控制、通信和電器本身狀態(tài)的在線監(jiān)測功能于一體。由于智能單元是安裝在開關(guān)設(shè)備本體內(nèi)的小間隔中或開關(guān)柜的儀表門上，要求體積比較小。運(yùn)行環(huán)境處于強(qiáng)電磁干擾和強(qiáng)振動的條件下，可靠性要求很高。

a．測量。智能化電器應(yīng)具有各電量的測量以及電能計(jì)量功能，并能通過LCD顯示出來，完全取代傳統(tǒng)的測量和計(jì)量儀表。一般用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

b．保護(hù)。用微機(jī)保護(hù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電保護(hù)。

c．操作控制。從安全性、可靠性、操作習(xí)慣以及成本來考慮，在智能化電器中宜采用現(xiàn)有的操作控制電路對斷路器進(jìn)行分、合閘操作，而不宜采用鍵盤按鍵方式代替現(xiàn)有的操作控制開關(guān)。

隨著智能化電器研究的深入，國外一些公司在一些低壓電器中運(yùn)用了智能控制技術(shù)，以提高電器的通斷性能[1]。

d．在線監(jiān)測[2，3]。高、中壓電器的狀態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目較多，例如機(jī)械性能、溫度、凝露、電氣絕緣性能等，可通過選擇合適的傳感器（如數(shù)字溫度傳感器）予以實(shí)現(xiàn)。

開關(guān)設(shè)備的機(jī)械性能在線監(jiān)測實(shí)現(xiàn)起來難度較大，要使用大量的傳感器。實(shí)際上，對于普通的開關(guān)設(shè)備，一方面發(fā)生機(jī)械和絕緣故障的概率較小，難度和成本很大，實(shí)際效果也并不理想，筆者認(rèn)為沒有必要考慮這方面的在線監(jiān)測功能。而預(yù)裝式變電站、C-GIS等特殊電器在運(yùn)行中因凝露、溫度過高、內(nèi)部電弧故障而導(dǎo)致絕緣故障的可能性比較大，應(yīng)配置相應(yīng)的監(jiān)測和抑制裝置。

對于普通的中壓開關(guān)設(shè)備，其狀態(tài)監(jiān)測可考慮以下幾項(xiàng)：①斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計(jì)，監(jiān)測斷路器是否達(dá)到規(guī)定機(jī)械壽命次數(shù)或達(dá)到需要進(jìn)行維修的次數(shù)；②開斷電流加權(quán)值，間接監(jiān)測斷路器觸頭的電磨損；③母線連接處溫度。前兩項(xiàng)只需根據(jù)電流采樣值和軟件處理就可做到。

e．通信。智能化電器的通信功能用于電器與變電站自動化系統(tǒng)或變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的系統(tǒng)機(jī)或配電自動化系統(tǒng)中的RTU設(shè)備之間進(jìn)行雙向信息傳輸，智能化電器向系統(tǒng)機(jī)或RTU設(shè)備傳送被控對象的運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)整定值、故障信息以及電器本身的狀態(tài)信息，系統(tǒng)機(jī)向智能化電器發(fā)出操作指令，改變和調(diào)節(jié)整定值。通信功能可利用單片機(jī)的串行通信接口實(shí)現(xiàn)。如果電力自動化系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線，則智能化電器也應(yīng)相應(yīng)地采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

2硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

智能化電器的智能單元由單片機(jī)系統(tǒng)、模擬量輸入、開關(guān)量輸入／輸出、串行通信接口、硬件時(shí)鐘與自復(fù)位、人機(jī)對話以及電源等功能電路組成，其原理框圖如圖1所示。各功能模塊采用插件式結(jié)構(gòu)，CPU總線不引出CPU插件。智能單元外殼采用金屬封閉結(jié)構(gòu)，并要安裝機(jī)械振動緩沖裝置。

單片微機(jī)系統(tǒng)可采用8位或16位的單CPU結(jié)構(gòu)，用E2PROM存放保護(hù)定值和裝置運(yùn)行控制字等信息，以便就地或遠(yuǎn)方調(diào)整修改。

模擬量包括電流和電壓，通道數(shù)較多，并要求采樣頻率高，因此要選用12位高速A／D轉(zhuǎn)換器芯片。

模擬量要經(jīng)過隔離變換和電壓形成環(huán)節(jié)才能送入A／D轉(zhuǎn)換器。一般采用各種中間變換器來實(shí)現(xiàn)。微型互感器小巧輕便，能直接焊接在印刷電路板上；全樹脂密封，隔離度高。本例設(shè)計(jì)對于電流量的隔離變換與電壓形成采用了GYA—7型微型電流互感器，其輸入電流范圍為0～60A，輸出電流范圍為0～60mA。與常見的方式不同，這里不是在電流互感器的二次側(cè)直接并聯(lián)一個(gè)電阻來實(shí)現(xiàn)電流量到電壓量的變換，而是在電流互感器的二次側(cè)加一級運(yùn)算放大器（OP07型）將電流量變換成電壓量，可以通過調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器的反饋電阻尺的值在輸出端得到所要求的電壓輸出，其原理電路如圖2所示。

開關(guān)量輸入／輸出包含反映設(shè)備狀態(tài)（如斷路器、隔離開關(guān)）的接點(diǎn)和智能化裝置本身．的輸出控制接點(diǎn)。

微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)監(jiān)控裝置或其他微機(jī)型的自動裝置與監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信，大多數(shù)通過RS-485接口相連。RS-485為半雙工通信，其zui大通信距離為1200m，此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率為100kbit／s。如果通信距離為120m，則數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到1Mbit／s。所以，采用RS—485作為智能化電器與系統(tǒng)機(jī)或RTU設(shè)備之間的串行通信。

人機(jī)對話單元接受操作人員的干預(yù)，例如保護(hù)整定值的輸入、工作方式的變更、對智能單元運(yùn)行狀態(tài)的檢查等。液晶顯示屏、信號燈、聲音告警等則用于顯示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)或狀態(tài)。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能用于日歷、計(jì)時(shí)和事件記錄（記錄故障發(fā)生時(shí)間、斷路器開合時(shí)間等），并要求智能單元不工作時(shí)也能繼續(xù)計(jì)時(shí)。為此，設(shè)置了一個(gè)硬件時(shí)鐘電路。它采用一片專用時(shí)鐘芯片MCl46818構(gòu)成。硬件時(shí)鐘芯片同時(shí)還用于硬件自復(fù)位電路，當(dāng)程序進(jìn)入死循環(huán)時(shí)對裝置自動復(fù)位。

3算法

3．1測量算法

電壓、電流的測量算法采用均方根法，將連續(xù)函數(shù)離散化后求得電壓、電流有效值：

半周積分算法的運(yùn)算量非常小，而且算法本身具有一定的高頻分量濾波能力。通過采用模擬低通濾波和數(shù)字濾波措施后，這種算法適合于中、低壓系統(tǒng)的電流保護(hù)。

4結(jié)語

智能化電器的研究與開發(fā)應(yīng)與電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展相適應(yīng)，要有與電力自動化系統(tǒng)相配套的通信功能。電器本身狀態(tài)的在線監(jiān)測功能要根據(jù)需要來設(shè)置，要避免“大而全”而造成成本過高的傾向。

本文介紹的智能化電器設(shè)計(jì)方案具有易于實(shí)現(xiàn)和成本低的特點(diǎn)。

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