智能化斷路器工作原理分析

　　3.5 執(zhí)行輸出單元　　

　　智能化斷路器的執(zhí)行元件為一個帶永久磁鐵的磁通變換器, 其特點(diǎn)是體積小, 功耗低, 脫扣力大。正常工作時(shí)永久磁鐵使動靜鐵芯保持吸合。來自互感器的過載、短路、接地等故障信號, 按預(yù)先設(shè)計(jì)好的保護(hù)特性要求, 經(jīng)微處理器單元處理后, 發(fā)出一定寬度的跳閘脈沖（負(fù)方波脈沖）送到磁通變換器的線圈,產(chǎn)生反向磁場, 抵消永久磁通, 動鐵芯釋放產(chǎn)生的機(jī)械能量推動斷路器的脫扣器使斷路器分?jǐn)? 其脫扣執(zhí)行電路如圖2 所示

　　3.6 通信接口　　

　　智能化斷路器所帶的串行通信接口, 可將智能化斷路器連接到現(xiàn)場總線, 將配電系統(tǒng)組成一局域網(wǎng),一臺計(jì)算機(jī)作為主站,若干帶通訊接口的智能斷路器組成從站。斷路器編號、分合閘狀態(tài)、各種設(shè)定值、運(yùn)行電流、電壓、故障電流、動作時(shí)間及故障狀態(tài)等多種參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸, 實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)上位管理機(jī)或控制調(diào)度中心計(jì)算機(jī)間的信息交換, 接收上位機(jī)或遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心的數(shù)據(jù)上傳要求, 完成對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)方監(jiān)控和遙測、遙訊、遙調(diào)、遙控功能?！　?/p>

　　3.7 電源　　

　　智能化斷路器采用雙電源供電方式, 只要其中任何一路電源正常工作, 均可可靠地給多功能脫扣器供電。一路電源為自生電源, 用速飽和鐵芯電流互感器從主電路感應(yīng)獲得電源。另一路電源為輔助電源, 以“或”的方式由外部提供,它不僅在主電源不能工作時(shí)提供電源, 還可在主電路停電或斷路器投入運(yùn)行前對控制器進(jìn)行參數(shù)整定、功能檢查、試驗(yàn)、狀態(tài)顯示、通信以及在斷路器故障分?jǐn)嗪竽鼙３指鞣N狀態(tài)指示及故障檢查, 以維持其正常工作和各種顯示。

　　4 智能脫扣器的軟件設(shè)計(jì)　

　　軟件設(shè)計(jì)主要分為兩個部分, 主程序和中斷程序。主程序包括故障處理、鍵盤處理、顯示處理、通信處理等子程序; 中斷程序包括定時(shí)器中斷、鍵盤中斷、通訊中斷等?！　?/p>

　　單片機(jī)對工頻電流信號進(jìn)行采樣, 利用一種基于小波分析和FFT 的改進(jìn)算法計(jì)算電流的有效值,可以提高采樣的精度, 滿足系統(tǒng)對延時(shí)保護(hù)高精度的要求。小波算法在采樣過程中檢測到可疑信號點(diǎn)后, 由FFT 算法進(jìn)行有效值判斷, 如果沒有超過門檻值, 則可疑信號點(diǎn)無效, 回到小波算法中繼續(xù)尋找采樣可疑點(diǎn); 如果有效值超過門檻值, 則認(rèn)為可疑點(diǎn)有效, 根據(jù)各保護(hù)條件輸出相應(yīng)信號。　　

　　多功能脫扣器實(shí)時(shí)控制采用定時(shí)器中斷方式,判斷瞬時(shí)故障為最優(yōu)先中斷; 判斷短延時(shí)、長延時(shí)和接地故障為次優(yōu)先級中斷, 按鍵操作為低級中斷。每一相電流依次采樣, 分別與前一次保存的數(shù)據(jù)比較, 保存較大的數(shù)據(jù)。接著計(jì)算出最大相電流,與瞬時(shí)整定電流值比較, 判斷是否瞬時(shí)故障。按鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請求, I/0 響應(yīng)中斷, 執(zhí)行中斷服務(wù)程序掃描按鍵, 判別鍵盤上閉合鍵的鍵號并作出相應(yīng)的處理。這時(shí)還需排除鍵抖動引起的誤操作, 以及避免對同一個鍵的一次閉合作多重處理的錯誤, 采用雙鍵封鎖的鍵盤工作方式來排除上述誤操作, 在去抖動周期內(nèi)有兩個鍵按下, 則認(rèn)為是同時(shí)按下, 只有最后釋放的那個鍵作閉合處理。根根計(jì)算出的鍵號,執(zhí)行相應(yīng)的程序, 實(shí)現(xiàn)脫扣器的各種操作保護(hù)功能。

　　5 抗干擾措施　　

　　由于斷路器工作在較為惡劣的電磁環(huán)境中, 強(qiáng)干擾會使系統(tǒng)監(jiān)控程序失控, 脫離正常的執(zhí)行順序,甚至發(fā)出錯誤的控制信號, 造成斷路器的誤動作。因此脫扣器的抗干擾性能在很大程度上決定了斷路器能否正常工作和其動作的準(zhǔn)確性與可靠性。為了保證系統(tǒng)工作可靠性, 智能化斷路器常采用軟、硬件相結(jié)合的抗干擾技術(shù)。在硬件設(shè)計(jì)中采用電源濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)、接地技術(shù)、合理布線、貼片封裝、并做好防潮和絕緣、硬件看門狗等措施; 在軟件設(shè)計(jì)上采用數(shù)字濾波技術(shù)、軟件陷阱、空指令、對稱檢測法、限幅檢測法、小波分析和FFT 的改進(jìn)算法、軟件看門狗等技術(shù), 從而保證了智能斷路器的可靠、準(zhǔn)確分合閘, 避免了因系統(tǒng)自身故障而引起的不能開斷或誤動作的情況發(fā)生。

　　6 保護(hù)的設(shè)置　　

　　智能化斷路器為了滿足現(xiàn)場實(shí)際的需要, 設(shè)置了過載長延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地等四段保護(hù)功能。其中瞬時(shí)保護(hù)是一種特殊的保護(hù)方式, 為了提高了可靠性, 它不需要對有效值進(jìn)行比較, 而是采用即采即比的方式, 一旦發(fā)現(xiàn)某幾個采樣點(diǎn)連續(xù)超過規(guī)定的門檻, 立即讓系統(tǒng)發(fā)出脫扣信號, 使斷路器跳閘, 以防止過大的短路電流對系統(tǒng)設(shè)備造成破壞。智能化斷路器的保護(hù)定值設(shè)置極為方便, 可根據(jù)用戶的要求,在現(xiàn)場進(jìn)行整定,定值設(shè)定完后還可在顯示裝置上顯示出整定曲線, 使單一的動作特性有可能做到一種保護(hù)功能多種動作特性, 保護(hù)功能更加完善可靠。各保護(hù)功能的動作電流和動作時(shí)間值可由鍵盤及編碼器預(yù)先設(shè)置, 并將這些數(shù)值輸送給微處理器單元的內(nèi)部存儲器存儲起來。當(dāng)主回路發(fā)生各種故障時(shí), 如故障電流、電壓達(dá)到或超過設(shè)定值時(shí), CPU 經(jīng)過運(yùn)算判斷比較后輸給驅(qū)動電路一個動作信號, 使斷路器跳閘切斷故障電路, 從而保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　7 結(jié)束語　　

　　隨著高性能、低價(jià)格芯片和大規(guī)模可編程邏輯器件以及軟件技術(shù)的不斷發(fā)展應(yīng)用, 智能化斷路器在保護(hù)的多樣性、判斷準(zhǔn)確性和抗干擾性、自診斷能力和實(shí)時(shí)通訊及顯示等方面都會有極大的改進(jìn)。特別是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷透咚贁?shù)字信號處理器的應(yīng)用以及新型的電壓電流變換器或智能化斷路器特種芯片的研制成功將會使智能化斷路器的應(yīng)用產(chǎn)生一個質(zhì)的飛躍, 使應(yīng)用面積廣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的低壓電氣系統(tǒng)綜合自動化再上一個臺階。