基于STC89C52高壓斷路器分合閘線圈的智能保護(hù)裝置

王偉偉

摘要

本文章從工作實(shí)際遇到的和現(xiàn)場(chǎng)高壓斷路器的正常運(yùn)行情況出發(fā)，針對(duì)高壓斷路器分、合閘線圈經(jīng)常出現(xiàn)燒毀以及不能成功的完成分、合閘的情況，為了解決此問題并進(jìn)行第二次或者第三次分、合閘，提高高壓斷路器的分、合閘成功率并同時(shí)防止分、合閘線圈燒毀，以此設(shè)計(jì)了基于STC89C52RC的高壓斷路器的分、合閘線圈保護(hù)裝置文章主要闡述此裝置的組成，包括硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，另外根據(jù)具體的實(shí)際情況通過改變程序設(shè)計(jì)確保此裝置工作的準(zhǔn)確性和靈敏度。

【關(guān)鍵詞】STC89C52RC 驅(qū)動(dòng)電路 信號(hào)采集 C語言程序

目前，隨著國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)變電站的不斷升級(jí)改造，使電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)得到了不斷的更新和完善，并且廣泛的應(yīng)用，提高了供電的可靠性和安全性。從而，國(guó)家電網(wǎng)公司在加強(qiáng)發(fā)展無人值班和綜合自動(dòng)化的變電站。但是，隨著這些科技的發(fā)展高壓斷路器在分合閘操作過程中仍然出現(xiàn)拒合拒分的現(xiàn)象。由于現(xiàn)在自動(dòng)化水平不斷的發(fā)展和提高，更多的操作方式采用遠(yuǎn)方操控模式，這樣高壓斷路器一旦發(fā)生拒分拒合的情況，分閘回路和合閘回路會(huì)長(zhǎng)時(shí)間帶電，不能急時(shí)切斷控制回路電源，導(dǎo)致分合閘線圈燒毀。同時(shí)，還會(huì)造成不能準(zhǔn)時(shí)和安全的完成停送電，更換分合閘線圈的工作比較費(fèi)時(shí)這樣就更延長(zhǎng)了停送電的時(shí)間，更主要的是可能會(huì)引起其他部件和設(shè)備的燒毀，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生和擴(kuò)大，造成不可挽回的后果。

本文通過分析高壓斷路器經(jīng)常發(fā)生分合閘線圈燒毀以及不能正常完成分合閘的現(xiàn)象，在深入研究各個(gè)廠家高壓斷路器分合閘控制回路和查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)符合實(shí)際并可行的解決方案，該方案能實(shí)現(xiàn)由于高壓斷路器操作機(jī)構(gòu)卡死或者機(jī)構(gòu)部件變形，導(dǎo)致分合閘控制回路不能及時(shí)斷電線圈燒毀而進(jìn)行的保護(hù)，并能在分合閘未成功后設(shè)置延時(shí)時(shí)間進(jìn)行第二次、第三次分合閘，同時(shí)還能檢測(cè)分合閘故障情況。

1 硬件設(shè)計(jì)及工作原理

該裝置的硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號(hào)采集電路、輸出控制接口電路、信號(hào)顯示電路、電源供電電路。

單片機(jī)最小系統(tǒng)采用STC89C52RC為中央控制單元，其具體電路如圖1所示。

STC89C52RC主要采集高壓斷路器控制回路的信號(hào)并進(jìn)行相應(yīng)的識(shí)別和處理，進(jìn)而通過采集到的信號(hào)進(jìn)行分析和判斷并控制輸出接口和各種信號(hào)的顯示。

信號(hào)采集電路主要對(duì)高壓斷路器位置信號(hào)和分合閘信號(hào)進(jìn)行采集，高壓斷路器位置信號(hào)采集電路如圖2所示。該信號(hào)的采集采用光電隔離的方式，選用光電耦合器4N25采集位置信號(hào)，高壓斷路器位置信號(hào)的輸出電壓為+110V，這樣可以隔離高電壓對(duì)控制電路的影響。當(dāng)WZ接入+110V時(shí)，4N25的輸出管腳會(huì)導(dǎo)通，單片機(jī)STC89C52RC的I/O口P2.3會(huì)檢測(cè)到低電平，此時(shí)可以通過WZ接入的端子判斷開關(guān)的位置。分合閘信號(hào)的采集采用電流霍爾傳感器，具體電路如圖3所示。（因?yàn)楦鶕?jù)電力法的要求控制回路不允許接入其他電路，這樣容易形成寄生回路，可能導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)誤動(dòng)作或不動(dòng)作，從而造成事故的發(fā)生。）圖中JPO為電流霍爾傳感器的接入口，高壓斷路器正常工作無動(dòng)作時(shí)，流過分合閘線圈的電流會(huì)非常小，JPO的2腳不會(huì)發(fā)生電平變化。當(dāng)有分合閘操作時(shí)分合閘線圈會(huì)工作，此時(shí)流過線圈的電流會(huì)增大，JPO的2腳會(huì)發(fā)生電平變化，單片機(jī)STC89C52RC的I/O口INT1會(huì)檢測(cè)到電平的變化，這樣就可以檢測(cè)到分合閘信號(hào)。

信號(hào)顯示電路和輸出控制接口電路如圖4所示，信號(hào)顯示電路主要包括開關(guān)的位置、運(yùn)行情況以及再次進(jìn)行分合閘的延時(shí)時(shí)間。輸出控制接口主要是通過STC89C52RC控制分合閘回路的通和斷，保護(hù)分合閘線圈和進(jìn)行第二次或者第三次分合閘。

電源供電電路的設(shè)計(jì)主要是為各個(gè)電路提供可靠的供電電壓和電流，另外能夠保證該裝置在變電站全站停電的情況下也能正常工作，這就需要把變電站直流系統(tǒng)220V電壓降到裝置所要的電壓為12V和5V，具體電路如圖5所示。該電路主要采用DC220轉(zhuǎn)DC12和LM7805穩(wěn)壓模塊分別提供電路所需要的電壓。

結(jié)合以上各個(gè)電路的設(shè)計(jì)，該裝置的具體工作原理是：裝置首先檢測(cè)斷路器的位置并進(jìn)行顯示，當(dāng)斷路器要進(jìn)行分合閘操作時(shí)，分閘回路或者合閘回路就會(huì)接通使其線圈動(dòng)作同時(shí)也檢測(cè)到分合閘信號(hào)。比如，STC89C52RC檢測(cè)到合閘信號(hào)，在檢測(cè)到信號(hào)的同時(shí)STC89C52RC開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)5秒后再次判斷斷路器的位置，如果斷路器在合位說明合閘成功，如果斷路器還在分位說明合閘失敗，這樣STC89C52RC會(huì)下達(dá)斷開合閘回路。再經(jīng)過延時(shí)STC89C52RC會(huì)下達(dá)接通合閘回路，進(jìn)行第二合閘，以此類推，可以進(jìn)行多次合閘，因此可以提高合閘的成功率。在進(jìn)行多次合閘之后，判斷路器的位置，若還在分位說明斷路器已經(jīng)無法通過線圈來合閘，最后STC89C52RC斷開合閘回路，保護(hù)合閘線圈。分閘線圈的保護(hù)也是同樣的原理。

2 軟件設(shè)計(jì)

由于硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰明了，軟件也很容易實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)用C語言完成，包括主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)程序、延時(shí)子程序。程序流程圖如圖6。

3 結(jié)論

該文對(duì)現(xiàn)在電力系統(tǒng)的高壓斷路器經(jīng)常發(fā)生分合閘線圈燒毀和拒動(dòng)現(xiàn)象，提出了一個(gè)針對(duì)其現(xiàn)象的保護(hù)原理和設(shè)計(jì)。根據(jù)本原理和設(shè)計(jì)的裝置，能避免分合閘線圈燒毀，另外如果分合閘拒動(dòng)時(shí)，能進(jìn)行多次分合閘操作，因而提高斷路器分合閘的成功率，這樣可以減少由于不能分閘而發(fā)生越級(jí)跳閘事故和不能合閘而選擇就地的操作，提高了供電的安全性、可靠性。該設(shè)計(jì)可以在全站停電的情況下，依靠變電站的直流系統(tǒng)繼續(xù)工作，實(shí)用性強(qiáng)、安全可靠，擁有廣泛使用的價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。