永磁機構真空斷路器智能控制裝置的設計

　　成果簡(jiǎn)介：

　　原創(chuàng )科技創(chuàng )新實(shí)物作品成果——永磁機構真空斷路器智能控制裝置的設計，已在浙江紀元電氣集團試驗且運行效果良好。

　　本成果于2015年5月獲得第十屆西安高新“挑戰杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎；擁有已受理發(fā)明專(zhuān)利一項（“單穩態(tài)永磁機構戶(hù)外真空斷路器智能控制裝置”），已授權使用新型專(zhuān)利一項（“單穩態(tài)柱上永磁機構斷路器操作脈沖控制裝置”），同時(shí)已發(fā)表論文四篇，EI檢索三篇（“單穩態(tài)柱上永磁機構斷路器電源設計”、 “智能變電站斷路器狀態(tài)監測IED設計”、“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高壓開(kāi)關(guān)柜設計”、“10kV永磁機構真空斷路器智能控制器設計”）。

　　成果內容提要：

　　主要觀(guān)點(diǎn)：

　　在配電網(wǎng)中，10kV饋電線(xiàn)路占有相當大的比例，而在10kV饋電線(xiàn)路的用戶(hù)與供電公司的T接點(diǎn)處，一般僅安裝熔斷器或分界負荷開(kāi)關(guān)作為保護和控制設備，難以迅速隔離故障用戶(hù)并且影響非故障用戶(hù)的供電可靠性。近年來(lái)隨著(zhù)各種永磁機構真空斷路器相繼被研制出來(lái)，其作為當前電力系統中一種新型電氣設備，具有體積小、結構簡(jiǎn)單、零部件少、重量輕、滅弧能力強、故障率低等多方面的優(yōu)勢，受到各電力行業(yè)的青睞。本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動(dòng)化的發(fā)展趨勢而研制的，集保護、測量、控制、通信等功能于一體，采用電力電子控制模塊，動(dòng)作迅速，而且可以實(shí)現精確的時(shí)間控制，使永磁機構真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。主要實(shí)現功能如下：

　　電源管理功能：管理配電線(xiàn)路PT與蓄電池組進(jìn)行互補供電方式，使整個(gè)控制裝置可以在斷電情況下持續運行48小時(shí)；對蓄電池組的充放電進(jìn)行管理，延長(cháng)蓄電池的使用壽命。

　　測量功能：通過(guò)繼電保護專(zhuān)用PT和CT進(jìn)行配電線(xiàn)路電壓、電流信號的采集，經(jīng)過(guò)FFT算法運算后將采集的數據送入主控MCU，實(shí)現實(shí)時(shí)測量數據更新，提供保護邏輯判斷及液晶顯示使用，且測量精度達到1級要求。

　　保護及報警功能：具有電流速斷保護、定時(shí)限過(guò)電流保護、四種反時(shí)限過(guò)流保護、零序保護、自動(dòng)重合閘、后加速保護等保護功能，可以對保護進(jìn)行選擇，整定值設置，延遲時(shí)間更改等功能，并且可以實(shí)時(shí)顯示故障狀態(tài)及SOE事件查詢(xún)。

　　控制功能：通過(guò)MCU控制IGBT導通時(shí)間進(jìn)而控制線(xiàn)圈通電時(shí)間，以此完成對分合閘操作的精確控制。實(shí)驗結果表明：該永磁機構真空斷路器的可靠分閘脈沖時(shí)間為20ms、合閘脈沖時(shí)間為40ms。

　　通信功能：本控制裝置通過(guò)RS232實(shí)現各模塊之間通信，并可通過(guò)GPRS或以太網(wǎng)實(shí)現控制裝置與監控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)人機交互及通信，從而實(shí)現智能斷路器與監控中心的遙測、遙控、遙信等功能。

　　創(chuàng )新點(diǎn)：

　?。?）PT與蓄電池組互補供電方式：當配電線(xiàn)路中出現電壓跌落嚴重或者出現配電線(xiàn)路斷電時(shí)，可以使用蓄電池組給整個(gè)裝置供電，最短維持時(shí)間不少于48小時(shí)，且可以給電容充電，滿(mǎn)足最少一組“分-合-分”的操作，從而保證整個(gè)控制裝置不間斷供電的目的。

　?。?）永磁機構的驅動(dòng)電路：采用IGBT全橋驅動(dòng)電路可以快速關(guān)斷線(xiàn)圈中的大電流，從而控制斷路器實(shí)現分合閘操作。與此同時(shí)硬件及軟件分別采用閉鎖功能，防止出現橋臂直通燒壞IGBT，從而減少斷路器的誤操作。

　?。?）減少能量損耗：經(jīng)過(guò)斷路器分合閘操作時(shí)線(xiàn)圈電流波形分析，從而確定斷路器的最優(yōu)分、合閘脈沖時(shí)間。該斷路器的分合閘時(shí)間縮短即能量消耗少的同時(shí)按鍵、遙控及上位機遠方控制分合閘試驗成功率均達100%，動(dòng)作可靠性高。

　?。?）繼電保護算法的實(shí)現：10kV配網(wǎng)中常見(jiàn)的故障有單相接地、相間短路、相間短路接地等故障。本裝置通過(guò)速斷保護保、定時(shí)限過(guò)流和反時(shí)限過(guò)流保護、零序保護等功能實(shí)現對被保護線(xiàn)路的智能診斷，并通過(guò)三次重合閘及加速功能可以有選擇性的及時(shí)切除瞬時(shí)故障，有選擇性的切除永久故障，從而保障配網(wǎng)供電的安全、可靠運行。

　?。?）操作系統的嵌入：通信程序中嵌入μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統，可以提高控制裝置的可靠性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)該控制裝置具備實(shí)時(shí)監測并顯示各種電量及非電量參數、設定和修改保護定值及故障事件記錄（SOE）等功能，且提供GPRS、以太網(wǎng)通信接口，可以實(shí)現與監控中心進(jìn)行遠程控制及監控的同時(shí)，并可實(shí)現就地遙控及按鍵，手動(dòng)機械分閘等操作。

　?。?）本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動(dòng)化發(fā)展趨勢而研制的，采用模塊化控制模式集測量、保護、控制、通信等功能于一體。

　　這種模塊化的設計改變了傳統的斷路器的控制模式，不同的模塊完成不同的功能，且各模塊相對獨立并行工作，即使其中任一模塊發(fā)生故障也不會(huì )影響其它模塊，并且更新?lián)Q代只需更換模塊即可，具有很可觀(guān)的經(jīng)濟效益，擁有廣闊的應用前景。

　　實(shí)踐意義：

　　在我國農網(wǎng)及城市配電網(wǎng)中，10kV饋電線(xiàn)路占有相當大的比例，而在10kV饋電線(xiàn)路的用戶(hù)與供電公司的T接點(diǎn)處，一般僅安裝熔斷器或分界負荷開(kāi)關(guān)作為保護和控制設備，難以迅速隔離故障用戶(hù)并且影響非故障用戶(hù)的供電可靠性。本設計針對10kV配網(wǎng)中的這種問(wèn)題，并結合新型永磁機構真空斷路器的優(yōu)勢開(kāi)發(fā)與其配套的永磁真空斷路器控制裝置，其主要目的是實(shí)現對配電線(xiàn)路的保護、監測及對斷路器的遠程控制和集中管理。對于提高配電網(wǎng)智能化、自動(dòng)化程度和安全性      具有重要現實(shí)意義。

　　本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合化的發(fā)展趨勢而研制的集保護、測量、控制、通信等功能于一體。采用電力電子控制模塊，動(dòng)作迅速，而且可以實(shí)現精確的時(shí)間控制，使使永磁機構真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。具有十分廣泛的應用領(lǐng)域：如供電公司、煤礦、電力公司、油田等。不僅減少設備檢修費用而且也避免了設備故障所帶來(lái)的巨大人員及經(jīng)濟損失。面對配網(wǎng)中寬闊的市場(chǎng)，通過(guò)對斷路器控制裝置進(jìn)行技術(shù)改造，使其為我國智能電網(wǎng)輸變電工程提供一種新的研究策略，必將取得可觀(guān)的社會(huì )效益和企業(yè)經(jīng)濟效益。