低壓斷路器智能控制器的優(yōu)化

摘 要：傳統(tǒng)的低壓斷路器是通過電磁元件完成保護(hù)工作的，但電磁元件的抗干擾性差，保護(hù)效果差，很容易埋下安全隱患。一旦電磁元件損壞，就有可能引發(fā)錯(cuò)誤動(dòng)作，影響正常用電。而智能控制器是以傳統(tǒng)低壓斷路器為基礎(chǔ)，利用目前先進(jìn)的數(shù)字化測控保護(hù)技術(shù)提升低壓斷路器的保護(hù)精度與抗干擾性，進(jìn)而提升低壓斷路器的安全性、智能化與自動(dòng)化，以保證正常的用電安全。

關(guān)鍵詞：低壓斷路器；智能控制器；優(yōu)化

引言

低壓斷路器是低壓配電系統(tǒng)中最為重要的電器開關(guān)設(shè)備之一，對供電系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行與安全供電起著關(guān)鍵性的作用。低壓斷路器的控制器是配合其完成對電力系統(tǒng)的控制、保護(hù)和監(jiān)測工作，以保證當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠快速的切斷系統(tǒng)中的故障部分或中斷整個(gè)系統(tǒng)的供電，以保證電力系統(tǒng)的安全。

1 低壓斷路器智能控制器的控制系統(tǒng)優(yōu)化

智能控制器的控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下幾個(gè)功能：保護(hù)功能、能及時(shí)測量、實(shí)施監(jiān)控并顯示的功能、故障信息存儲(chǔ)功能、通信組網(wǎng)功能與低壓斷路器維護(hù)功能。所以，智能控制器的控制系統(tǒng)可以從三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：（1）通過智能控制器和PROFIBUS-DP來建立站通信模塊；（2）以MODBUS與PROFIBUS-DP總線為基礎(chǔ)完成對低壓斷路器的監(jiān)控系統(tǒng)的建立；（3）建立有效的低壓斷路器維護(hù)系統(tǒng)[1]。

如此設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)有點(diǎn)：（1）低壓斷路器能夠利用RS485與RS232接口與第三方的PROFIBUS-DP從站通信模塊或其他第三方通信模塊進(jìn)行通信；（2）當(dāng)組網(wǎng)通信出現(xiàn)故障或暫時(shí)不能使用時(shí)，可以利用RS232接口對電網(wǎng)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控；并且在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，也可以利用RS232接口對相關(guān)的智能控制進(jìn)行調(diào)試與監(jiān)控，省去了轉(zhuǎn)換接口的工作，降低了工作量與轉(zhuǎn)換信息復(fù)雜性的同時(shí)，也提升了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性[2，3]。

2 低壓斷路器智能控制器的硬件優(yōu)化

2.1 智能控制器接口板的優(yōu)化

優(yōu)化智能控制器接口板的目的主要有三個(gè)：一是為各種電路提供需要的電源電壓；二是完成對電流互感器與電壓傳感器發(fā)出信號(hào)的采集，并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)念A(yù)調(diào)理；三是連接預(yù)報(bào)警、脫口、卸載、合閘及分閘等快關(guān)量輸入和輸出的驅(qū)動(dòng)電路，使之能夠成一個(gè)完整的系統(tǒng)并能正常運(yùn)行[4]。

一般智能控制器的供電方式以直流輔助電源和變壓整流供電為主，這兩種供電方式即可以分開單獨(dú)使用，也可以相互配合。當(dāng)智能控制器的保護(hù)線路被上級(jí)斷路器保護(hù)分分?jǐn)鄷r(shí)，智能控制器是無法繼續(xù)進(jìn)行工作的。這時(shí)就需要通過增加輔助電源，完成對斷路器的參數(shù)整定與功能實(shí)驗(yàn)等，并同時(shí)為計(jì)算機(jī)隨時(shí)與斷路器恢復(fù)通信做好準(zhǔn)備工作與維護(hù)工作。

信號(hào)的預(yù)調(diào)理電路是智能控制器中另一個(gè)重要的組成部分。信號(hào)預(yù)調(diào)理電路是通過對低通濾波器和放過壓處理來運(yùn)行的。而信號(hào)預(yù)調(diào)理的另一個(gè)功能就是將電流互感器與電壓互感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹麟姲迥軌蚪邮懿⑻幚淼碾妷盒吞?hào)，即-10～10V電壓信號(hào)。經(jīng)過信號(hào)預(yù)調(diào)理的處理后，即便是在電流比較低的時(shí)候，也可以對其進(jìn)行計(jì)算；而在電流比較大時(shí)，也能夠?qū)υ撔盘?hào)做出計(jì)算。如此一來，大大提升了對電流量程的測量精度[5]。

開關(guān)量輸入與輸出的驅(qū)動(dòng)電路是提升智能控制體可靠性的關(guān)鍵所在。所有的開關(guān)量信號(hào)的輸入與輸出都是由復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）完成。其工作順序是所有的開關(guān)量輸出信號(hào)都是需要經(jīng)過單片機(jī)發(fā)送給CPLD的；然后再由CPLD處理，并發(fā)出最終的脫扣、合分閘與卸載等信號(hào)；同時(shí)，光電會(huì)隔離CPLD與輸出電路，進(jìn)而提升智能控制器的抗干擾性。需要注意的是，若是需要手動(dòng)分閘，應(yīng)該先將CPLD分閘扭按下，以保證手動(dòng)分閘時(shí)的分閘信號(hào)有效性。當(dāng)分閘信號(hào)有效時(shí)，就會(huì)反饋給CPLD，以防止分勵(lì)線圈因?yàn)殚L時(shí)間的通電而損壞，幫助其很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)保護(hù)功能。

2.2 智能控制器的主機(jī)板優(yōu)化

智能控制器的主機(jī)板應(yīng)由微控制器、電源電路、信號(hào)調(diào)理電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)電路、人機(jī)界面與通信接口電路等模板組成。

微控制器模板可通過單片機(jī)或CPLD來建立。單片機(jī)在微機(jī)測量與方面具有很好的優(yōu)勢，且其電耗非常的低，能作為性能優(yōu)異的MCU并已經(jīng)在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。一般智能控制器會(huì)選擇型號(hào)為MSP430F149的單片機(jī)，該電極片具有很好的存儲(chǔ)功能，擁有6個(gè)八位雙向的多功能口和引腳復(fù)用，使每個(gè)口都能夠被設(shè)置成模塊方式[6]。由于其內(nèi)在的芯片具有自動(dòng)掃描功能，讓A/D轉(zhuǎn)換器不需要依賴中央處理器就能夠獨(dú)立完成工作，大大降低了中央處理的工作負(fù)擔(dān)，提升了系統(tǒng)的工作效率。而同時(shí)該單片機(jī)具備一個(gè)硬件成大器，能夠完成四種運(yùn)算，大大降低了乘法指令的工作時(shí)間；而其具備的兩個(gè)UART接口使之在不需要進(jìn)行擴(kuò)展的情況下也能夠與計(jì)算機(jī)完成通信。

低壓斷路器是一種需要對配電系統(tǒng)的短路、過流、絕緣監(jiān)事、欠壓等故障處理的裝置，使其能夠在及時(shí)切斷故障回路，并通知維修人員及時(shí)排查故障，防止事故進(jìn)一步惡化。這是一個(gè)較為復(fù)雜的處理過程，需要智能控制器具備足夠的可靠性，能夠在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)的做出正確的反應(yīng)；在沒有故障時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作。當(dāng)斷路器通斷感性敷在時(shí)，開關(guān)觸點(diǎn)的拉弧就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁信號(hào)，這種電磁信號(hào)會(huì)對智能控制系統(tǒng)造成強(qiáng)烈的干擾。如果智能控制系統(tǒng)長期處于這種電磁信號(hào)中，就一定會(huì)影響到其工作的可靠性。而CPLD在構(gòu)建內(nèi)部硬件時(shí)就完全考慮到以上情況，采用合閘、分閘和脫扣等方式來輸出執(zhí)行信號(hào)，就能夠有效解決因電磁干擾而無法正常工作的情況，大大提升了智能控制器的安全性與可靠性。同時(shí)，CPLD還能夠防止分勵(lì)線圈被燒毀的現(xiàn)象。為智能控制器的正常運(yùn)作提供了最大的安全保證。

3 結(jié)束語

如今，智能控制器已經(jīng)成為供電線路智能斷路器中的中心控制部件，對保證低壓斷路器的正常工作，提升配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要的意義。智能控制器的優(yōu)化應(yīng)從兩方面進(jìn)行，一是從對其內(nèi)部的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，二是對其外在的控制硬件進(jìn)行優(yōu)化。內(nèi)部控制系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)重視實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能、能及時(shí)測量、實(shí)施監(jiān)控并顯示的功能、故障信息存儲(chǔ)功能、通信組網(wǎng)功能與低壓斷路器維護(hù)功能。而外部硬件的優(yōu)化的重點(diǎn)應(yīng)該放在接口板與主機(jī)板的優(yōu)化中。加強(qiáng)智能控制器的抗干擾能力，提升控制器系統(tǒng)對故障及時(shí)診斷和處理的能力，這些都是需要內(nèi)在系統(tǒng)與外在硬件共同實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：匡紅勇（1978，01-），男，民族：漢，籍貫：湖南省祁東縣，學(xué)歷：大專，研究方向：低壓電器斷路器制造及其應(yīng)用，工作單位：東莞基業(yè)電氣設(shè)備有限公司。