一种新型自动重合闸控制器的设计原理与工程实现

一种新型自动重合闸控制器

的设计原理与工程实现*

北京航空航天大学(北京100083) 袁海文 李荣源

康立电气有限公司(平顶山467001) 许 杰 李广明

摘 要! 本文介绍了一种新型基于80C196单片机和大规模现场可编程芯片的自动重合控制器的硬软件结构和工程实现。

1 引言

城市和农村电网配电系统中采用重合器结合断路器的配电模式,能够使配电系统自动识别、判断和隔离故障,既能避免由于瞬时故障造成的停电事故,又能及时切断永久性故障,最大限度地减少停电事故,缩小停电范围及时间,大大提高了配电网的供电可靠性。

重合器是用于配电系统的智能化开关设备控制单元,集控制和保护功能于一体,其上述特点使其广泛应用于小型变电站10kV侧出线开关和10kV线路保护开关,尤其在配网自动化及城网农网无人值守变电站中具有广阔的应用前景。为此我们开发了一种新型自动重合控制器,以满足断路器多次重合控制功能的需要。和现有的重合器相比较,该型自动重合控制器在采用高性能16位单片机的基础上,采用大规模现场可编程芯片优化设计了其配套的软硬件,大大增强了它的控制功能,充分改善了重合器在不同场合下对特殊功能要求的适应性,可编程芯片构成的状态机对重合器的工作状态实施硬件实时跟踪,可进一步提高重合器工作过程中的可靠性。重合器还具有通讯功能,可进一步实现遥测,遥控,遥信。

目前,该重合器已在实验室进行了大部分型式试验。

2 控制器基本组成结构

图1为重合闸控制器的总体硬件结构框图,根据功能划分,可分为CPU模板、电流检测调理单元、

*中国航空基金资助项目(97F51019)健盘液晶单元、输入输出逻辑控制单元,通讯接口单元,

控制电源六部分。

(1)CPU模板

CPU模板是包括单片机的最小系统和故障记录单元。单片机最小系统包括80C196KC,地址锁存器,片选扩展,RAM,ROM。80C196KC内部具有8路10位A/D、H SO和HSI,利用其内部资源可以简化系统结构,降低成本。故障记录单元的功能是记录故障的发生时间和发生次数、故障的原因和引起故障的电流大小,其中包括一个日历时钟模块,该单元可记录最近20次故障。

(2)电流检测调理单元

该单元提供断路器工作电流的采样信号,为后端的控制过程提供准确的电流值。为了满足保护动作时间的和对瞬时过电流的检测,在设计中对断路器工作电流进行交流直接采样。在交流电一个周期内得到采样结果。利用80C196KC的内部8路10位A/D和其很高的计算速度可以实现这个采样过程,并有很高的采样精度。对断路器一次CT工作电流的检测线性范围要求达0~100A,为此,重合器配置了检测范围为0~100A的优良线性电流传感器。为了缩小0~100A之内A/D转换的截断误差,将检测电流分为0~10A、10~100A两档,在

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A/D 采样过程中量程自动转换,这样保证了全范围的测量精度,尤其是小电流时的测量精度。

(3)键盘液晶单元

实现保护参数离线设置和信息显示功能。(4)输入输出逻辑控制单元

该单元的核心功能是系统带电时检测断路器状态、合闸逻辑控制、分闸逻辑控制、相关信号闭锁。组成一个硬件状态机跟踪重合器的运行状态。该单元直接影响本系统的可靠性,因此,采用了大规模现场可编程芯片来实现其功能,利用CPLD 器件的可编程阵列可以实现较为复杂的逻辑控制,同时又减小了电路的规模。

(5)通讯接口单元

主要由MAX1480完成全双工通讯功能,每个控制器的地址可以设置,这样便于实现一个监控网络由上位机统一管理。其功能是实现远程监控,包括参数设置、控制器当前状态、合分闸控制和故障信息读取等。

(6)控制电源

采用带后备大容量电池的三级隔离宽范围输入开关电源,提供控制器工作所需电源,该电源应具有较强的抗干扰能力和优良的电压输出品质。

3 系统软件实现

系统软件采用模块化结构设计,图2为主

流程图。

本系统的软件是采用高级语言PL/M 编制,与汇编语言相比,PL/M 语言在较大的系统设计时具有相当的优势,其编程效率和可靠性高,其他程序的可读性汇编语言无法比拟#1∃。采用高级语言可以使设计者的精力主要集中在系统的逻辑设计与实现上,具有更高一层的逻辑抽象,这样可以使系统功

能更加完善。

软件从总体结构上可以分为两个模块:(1)参数设置程序

参数设置中包括控制器的复位时间、保护方式、重合次数、保护电流、动作时间等26项,参数设置完毕后可以选择是否察看故障记录。

(2)系统监控程序

系统监控包括下列模块:电流的A/D 转换、速断保护、定时限保护、反时限保护、重合闸控制等。若线路发生故障,单片机检测到故障电流信号,则发出分闸信号,并按设定的保护方式自动完成重合闸控制过程,框图如图3所示。

4 结 语

装置为全户外运行设计,考虑了防电磁干扰、防雷电冲击、防高低温、防尘、防水等严酷的环境要求,看门狗(Watchdog )保证控制器运行更加可靠。具有RS485接口,可与现场RS485总线相连,实现变电站综合自动化,总之,该控制器具有以下显著优点:

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开户名称:西安高压电器研究所劳动服务公司 银行帐号:112-0401-888000104-46

1.状态机跟踪系统的运行状态,进一步提高了重合器使用中的可靠性;

2.采用16位高性能微处理器做为处理中心,完全采用单片机内部资源,无外围接口电路,交流信号直接采样,具有响应速度快、采样精度高等优点;

3.装置内采用的数字滤波器可最大限度地减小直流分量和高频分量的影响;

4.光电隔离回路和继电器将装置与外部联系隔离开来,抗干扰能力强;

5.面板上设置液晶显示器及键盘,使得操作更加方便;

6.在开关动作之后简洁地显示出装置动作报告;

7.设定参数的可靠掉电保护与永久记忆功能。

今后城网农网变电站建造以户外型无人值守变电站为主要模式,同时老变电站的无人值班改造也会将自动重合器用于断路器的控制中。因此,自动重合控制器的需求将与日俱增,自动重合控制器与断路器结合组成了智能化开关装置,有利于供电设备的智能化、自动化、小型化和提高供电质量,具有较大的经济效益和社会效益。

参考文献

1 喻方平等.M CS-96系列单片机PL/M语言编程机系统

的设计与调试.北京:电子工出版社,1998

(收稿日期:2000-07-24)

袁海文:男,1968年6月生,博士,主要从事特种电源、电力系统检测与控制、电子设计自动化方面的科研工作。

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