智能化斷路器介紹及其工作原理分析

　　智能化斷路器的執行元件為一個(gè)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(dòng)靜鐵芯保持吸合。來(lái)自互感器的過(guò)載、短路、接地等故障信號, 按預先設計好的保護特性要求, 經(jīng)微處理器單元處理后, 發(fā)出一定寬度的跳閘脈沖（負方波脈沖）送到磁通變換器的線(xiàn)圈,產(chǎn)生反向磁場(chǎng), 抵消永久磁通, 動(dòng)鐵芯釋放產(chǎn)生的機械能量推動(dòng)斷路器的脫扣器使斷路器分斷, 其脫扣執行電路如圖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場(chǎng)總線(xiàn), 將配電系統組成一局域網(wǎng),一臺計算機作為主站,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)、各種設定值、運行電流、電壓、故障電流、動(dòng)作時(shí)間及故障狀態(tài)等多種參數進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )傳輸, 實(shí)現與系統上位管理機或控制調度中心計算機間的信息交換, 接收上位機或遠方調度控制中心的數據上傳要求, 完成對現場(chǎng)設備的遠方監控和遙測、遙訊、遙調、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行前對控制器進(jìn)行參數整定、功能檢查、試驗、狀態(tài)顯示、通信以及在斷路器故障分斷后能保持各種狀態(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計　

　　軟件設計主要分為兩個(gè)部分, 主程序和中斷程序。主程序包括故障處理、鍵盤(pán)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(pán)中斷、通訊中斷等?！　?/p>

　　單片機對工頻電流信號進(jìn)行采樣, 利用一種基于小波分析和FFT 的改進(jìn)算法計算電流的有效值,可以提高采樣的精度, 滿(mǎn)足系統對延時(shí)保護高精度的要求。小波算法在采樣過(guò)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(méi)有超過(guò)門(mén)檻值, 則可疑信號點(diǎn)無(wú)效, 回到小波算法中繼續尋找采樣可疑點(diǎn); 如果有效值超過(guò)門(mén)檻值, 則認為可疑點(diǎn)有效, 根據各保護條件輸出相應信號?！　?/p>

　　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(cháng)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據比較, 保存較大的數據。接著(zhù)計算出最大相電流,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 響應中斷, 執行中斷服務(wù)程序掃描按鍵, 判別鍵盤(pán)上閉合鍵的鍵號并作出相應的處理。這時(shí)還需排除鍵抖動(dòng)引起的誤操作, 以及避免對同一個(gè)鍵的一次閉合作多重處理的錯誤, 采用雙鍵封鎖的鍵盤(pán)工作方式來(lái)排除上述誤操作, 在去抖動(dòng)周期內有兩個(gè)鍵按下, 則認為是同時(shí)按下, 只有最后釋放的那個(gè)鍵作閉合處理。根根計算出的鍵號,執行相應的程序, 實(shí)現脫扣器的各種操作保護功能。

　　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, 強干擾會(huì )使系統監控程序失控, 脫離正常的執行順序,甚至發(fā)出錯誤的控制信號, 造成斷路器的誤動(dòng)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(dòng)作的準確性與可靠性。為了保證系統工作可靠性, 智能化斷路器常采用軟、硬件相結合的抗干擾技術(shù)。在硬件設計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(xiàn)、貼片封裝、并做好防潮和絕緣、硬件看門(mén)狗等措施; 在軟件設計上采用數字濾波技術(shù)、軟件陷阱、空指令、對稱(chēng)檢測法、限幅檢測法、小波分析和FFT 的改進(jìn)算法、軟件看門(mén)狗等技術(shù), 從而保證了智能斷路器的可靠、準確分合閘, 避免了因系統自身故障而引起的不能開(kāi)斷或誤動(dòng)作的情況發(fā)生。

　　6 保護的設置　　

　　智能化斷路器為了滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際的需要, 設置了過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地等四段保護功能。其中瞬時(shí)保護是一種特殊的保護方式, 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)現某幾個(gè)采樣點(diǎn)連續超過(guò)規定的門(mén)檻, 立即讓系統發(fā)出脫扣信號, 使斷路器跳閘, 以防止過(guò)大的短路電流對系統設備造成破壞。智能化斷路器的保護定值設置極為方便, 可根據用戶(hù)的要求,在現場(chǎng)進(jìn)行整定,定值設定完后還可在顯示裝置上顯示出整定曲線(xiàn), 使單一的動(dòng)作特性有可能做到一種保護功能多種動(dòng)作特性, 保護功能更加完善可靠。各保護功能的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間值可由鍵盤(pán)及編碼器預先設置, 并將這些數值輸送給微處理器單元的內部存儲器存儲起來(lái)。當主回路發(fā)生各種故障時(shí), 如故障電流、電壓達到或超過(guò)設定值時(shí), CPU 經(jīng)過(guò)運算判斷比較后輸給驅動(dòng)電路一個(gè)動(dòng)作信號, 使斷路器跳閘切斷故障電路, 從而保護系統的正常運行。

　　7 結束語(yǔ)　　

　　隨著(zhù)高性能、低價(jià)格芯片和大規?？删幊踢壿嬈骷约败浖夹g(shù)的不斷發(fā)展應用, 智能化斷路器在保護的多樣性、判斷準確性和抗干擾性、自診斷能力和實(shí)時(shí)通訊及顯示等方面都會(huì )有極大的改進(jìn)。特別是大規?？删幊踢壿嬈骷透咚贁底中盘柼幚砥鞯膽靡约靶滦偷碾妷弘娏髯儞Q器或智能化斷路器特種芯片的研制成功將會(huì )使智能化斷路器的應用產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍, 使應用面積廣、網(wǎng)絡(luò )結構復雜的低壓電氣系統綜合自動(dòng)化再上一個(gè)臺階。