一種綜合型智能開(kāi)關(guān)綜合控制器設(shè)計(jì)

蘇杭

摘 要：將重合器、分段器、FTU和智能分界開(kāi)關(guān)等配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行整合，開(kāi)發(fā)一款綜合性的新型智能開(kāi)關(guān)綜合控制器。該控制器集保護(hù)、測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、通訊、遠(yuǎn)動(dòng)等多種功能于一體，具有高度集成、靈活配置、友好人機(jī)界面的特點(diǎn)，可對(duì)架空線路上的柱上開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備進(jìn)行控制操作，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位、故障隔離和自動(dòng)快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

關(guān)鍵詞：控制器；多功能；測(cè)控；電氣自動(dòng)化.

一、前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)對(duì)高質(zhì)量、高可靠性的電能供應(yīng)提出了越來(lái)越高的要求。逐步實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)電網(wǎng)的配電自動(dòng)化、電氣化、智能化，以提高整個(gè)配電系統(tǒng)的電能和供電可靠性，可以明顯增加供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

配電網(wǎng)自動(dòng)化主要包括變電站自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化。在配電網(wǎng)中由饋線引起的停電時(shí)有發(fā)生，故障發(fā)生后，如何盡快恢復(fù)供電是饋線自動(dòng)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。智能開(kāi)關(guān)綜合控制器是采用現(xiàn)代化微電子技術(shù)和通訊技術(shù)等多種新技術(shù)的新型高壓戶(hù)外開(kāi)關(guān)的電子控制單元。在歐美等國(guó)家，智能開(kāi)關(guān)控制器在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家普及廣泛，其使用率將近90%。我國(guó)在智能開(kāi)關(guān)綜合控制器技術(shù)方面剛剛起步，運(yùn)行和制造經(jīng)驗(yàn)都很少。隨著國(guó)家智能化電網(wǎng)建設(shè)的腳步加快，智能開(kāi)關(guān)控制裝置作為配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備已越來(lái)越受到電力產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。

本文將重合器、分段器、FTU和智能分界開(kāi)關(guān)等配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)行整合，開(kāi)發(fā)一款綜合性的新型智能開(kāi)關(guān)綜合控制器，解決現(xiàn)有配電自動(dòng)化設(shè)備控制器種類(lèi)多、成本高、功能單一等缺陷。產(chǎn)品集保護(hù)、測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、通訊、遠(yuǎn)動(dòng)等多種功能于一體，具有高度集成、靈活配置、友好人機(jī)界面的特點(diǎn)。產(chǎn)品可對(duì)架空線路上的柱上開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備進(jìn)行控制操作，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位、故障隔離和自動(dòng)快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電，可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化的基本功能，也可作為有后臺(tái)系統(tǒng)的配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備，滿(mǎn)足電力系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性的要求，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)硬件裝置。

二、總體方案設(shè)計(jì)

該智能開(kāi)關(guān)綜合控制器采用32位ARM控制器、DSP處理器、A/D采集芯片、CAN總線和新工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空線路上的柱上開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備進(jìn)行操作，集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)動(dòng)功能于一體。主要功能如下：

1）人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)通訊等管理功能。由ARM單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行速度快，可以非常可靠地記錄各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障信息。片內(nèi)存儲(chǔ)容量大，可存儲(chǔ)多達(dá)10套保護(hù)定值，還可以實(shí)現(xiàn)故障錄波功能。網(wǎng)絡(luò)接口能力強(qiáng)，可靈活選用雙以太網(wǎng)、雙CANBUS、雙485接口。人機(jī)管理模塊采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，界面、網(wǎng)絡(luò)等任務(wù)實(shí)時(shí)性好。

2）保護(hù)功能。采用32位浮點(diǎn)DSP處理器+16位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片。配合每周波48點(diǎn)高速采樣，諧波處理能力強(qiáng)。程序及數(shù)據(jù)均在片內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行速度快、可靠性高，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的高精度和保護(hù)動(dòng)作的高速度。

3）自動(dòng)控制功能。采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能單獨(dú)成獨(dú)立的控制單元。保護(hù)模塊采用計(jì)算機(jī)輔助圖形界面實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)（PLC），可以方便的編輯所需功能；程序修改、下載首創(chuàng)采用以太網(wǎng)口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序升級(jí)。

4）抗干擾功能。電源部分采用多級(jí)濾波，最大限度阻隔外界電網(wǎng)干擾。控制主線路模塊化安裝，外連接采用標(biāo)準(zhǔn)接插件插拔方式，強(qiáng)弱電徹底分離，抗干擾能力強(qiáng)；保護(hù)功能與測(cè)控功能模塊化設(shè)計(jì)，互不影響；

三、硬件設(shè)計(jì)

主控制部分采用雙32位處理器；保護(hù)功能采用32位浮點(diǎn)DSP處理器+16位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片，配合每周波48點(diǎn)高速采樣；電源部分采用多級(jí)濾波；各功能模塊間采用多CPU智能插件設(shè)計(jì)；插件間基于CANBUS總線聯(lián)系，減少插件間連線，接插不良實(shí)時(shí)檢測(cè)。

四、軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于狀態(tài)分析的方法，采用模塊化編程。保護(hù)模塊采用計(jì)算機(jī)輔助圖形界面實(shí)現(xiàn)原理設(shè)計(jì)（PLC），便于系列產(chǎn)品二次開(kāi)發(fā)與功能修改，工程設(shè)計(jì)靈活、快捷；程序修改、下載首創(chuàng)采用以太網(wǎng)口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序升級(jí)。

五、保護(hù)功能

將故障錄波、涌流抑制、冷負(fù)荷啟動(dòng)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、低電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、低頻保護(hù)、超頻保護(hù)、負(fù)序電壓保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)功能。在原有三段式電流保護(hù)基礎(chǔ)上，加入方向和電壓保護(hù)功能，更好地適應(yīng)電網(wǎng)全方面保護(hù)要求。

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項(xiàng)目支持：溫州市公益計(jì)劃項(xiàng)目（G20150005）