智能低壓開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)

賓進(jìn)寬，楊蒙賓，周 旭

（中國(guó)南方電網(wǎng)有限公司超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

低壓開(kāi)關(guān)柜位于配網(wǎng)末端，是直接面向用戶的電網(wǎng)接口，應(yīng)用范圍廣，市場(chǎng)需求總量大。低壓開(kāi)關(guān)柜的安全可靠性直接決定了用戶和電網(wǎng)的用電安全，是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。典型的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部主要包含接觸器和斷路器開(kāi)關(guān)、電壓電流傳感器以及單相空氣開(kāi)關(guān)等設(shè)備。

從功能而言，低壓開(kāi)關(guān)柜就是通過(guò)接觸器或斷路器連接用戶和配電網(wǎng)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，控制用戶與電網(wǎng)的連接狀態(tài)，同時(shí)在開(kāi)關(guān)柜面板上顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)變化觸發(fā)接觸器或斷路器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)配電保護(hù)[1]。

為滿足智能化要求，需增加狀態(tài)監(jiān)測(cè)、保護(hù)以及就地顯示等功能?；谝陨瞎δ芡卣?，設(shè)計(jì)了一套具備高集成度的低壓開(kāi)關(guān)柜二次側(cè)在線監(jiān)控系統(tǒng)方案，既簡(jiǎn)化了配電柜電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了功能可擴(kuò)展，又提升了配電柜運(yùn)行的安全可靠性，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益[2]。

1 開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樹(shù)莓派控制板是智能開(kāi)關(guān)柜的核心，透明觸控一體顯示器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互?？刂乒裢ㄟ^(guò)GPRS無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)。電壓電流傳感器將采集的參數(shù)傳輸?shù)綐?shù)莓派控制板，配合程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)流保護(hù)以及故障錄波等功能[3]。開(kāi)關(guān)柜控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開(kāi)關(guān)柜控制結(jié)構(gòu)圖

2 開(kāi)關(guān)柜主要硬件設(shè)計(jì)

窗口比較器原理如圖2所示，能同時(shí)設(shè)定輸出電流的上限電壓和下限電壓，超過(guò)設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)保護(hù)功能。

電氣設(shè)備的打開(kāi)和關(guān)閉，采用繼電器控制交流接觸器的方式實(shí)現(xiàn)。比較電壓電流傳感器的檢測(cè)值與設(shè)定值，超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)保護(hù)功能。采用CD4075三輸入或門(mén)出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或缺相等異?，F(xiàn)象時(shí)，接觸器斷開(kāi)電路起到保護(hù)作用。保護(hù)控制電路如圖3所示。

電壓信號(hào)調(diào)理原理如圖4所示，采用三相電壓互感器采集電壓信號(hào)，將經(jīng)過(guò)精密整流的電流輸入到控制器的AD。

圖2 窗口比較器原理圖

圖3 保護(hù)控制電路圖

圖4 電流信號(hào)調(diào)理原理圖

圖5 電壓信號(hào)調(diào)理原理圖

電流信號(hào)調(diào)理原理如圖5所示，采用三相電流互感器采集電流信號(hào)，將經(jīng)過(guò)精密整流電流輸入到控制器的AD。

圖6 單片機(jī)主要程序流程圖

3 開(kāi)關(guān)柜程序流程設(shè)計(jì)

樹(shù)莓派主要處理透明觸控屏的人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)通信以及獲取來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)并顯示。單片機(jī)初始化后采集電壓電流信號(hào)，將采集的信息發(fā)送到樹(shù)莓派。在中斷服務(wù)程序內(nèi)完成保護(hù)和故障的判別，發(fā)生故障時(shí)記錄下故障前后的波形。單片機(jī)主要程序流程如圖6所示。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與結(jié)論

低壓開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中重要的成套設(shè)備，能更加直觀快速地獲取接入設(shè)備的用電信息和運(yùn)行狀況。出現(xiàn)故障時(shí)能復(fù)現(xiàn)故障波形，通過(guò)遠(yuǎn)程操控節(jié)省人力物力，提高了開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。