永磁機構(gòu)真空斷路器智能控制裝置的設(shè)計

　　成果簡介：

　　原創(chuàng)科技創(chuàng)新實物作品成果——永磁機構(gòu)真空斷路器智能控制裝置的設(shè)計，已在浙江紀(jì)元電氣集團試驗且運行效果良好。

　　本成果于2015年5月獲得第十屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎；擁有已受理發(fā)明專利一項（“單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)戶外真空斷路器智能控制裝置”），已授權(quán)使用新型專利一項（“單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置”），同時已發(fā)表論文四篇，EI檢索三篇（“單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機構(gòu)斷路器電源設(shè)計”、 “智能變電站斷路器狀態(tài)監(jiān)測IED設(shè)計”、“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高壓開關(guān)柜設(shè)計”、“10kV永磁機構(gòu)真空斷路器智能控制器設(shè)計”）。

　　成果內(nèi)容提要：

　　主要觀點：

　　在配電網(wǎng)中，10kV饋電線路占有相當(dāng)大的比例，而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點處，一般僅安裝熔斷器或分界負(fù)荷開關(guān)作為保護和控制設(shè)備，難以迅速隔離故障用戶并且影響非故障用戶的供電可靠性。近年來隨著各種永磁機構(gòu)真空斷路器相繼被研制出來，其作為當(dāng)前電力系統(tǒng)中一種新型電氣設(shè)備，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、零部件少、重量輕、滅弧能力強、故障率低等多方面的優(yōu)勢，受到各電力行業(yè)的青睞。本裝置是針對永磁機構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動化的發(fā)展趨勢而研制的，集保護、測量、控制、通信等功能于一體，采用電力電子控制模塊，動作迅速，而且可以實現(xiàn)精確的時間控制，使永磁機構(gòu)真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。主要實現(xiàn)功能如下：

　　電源管理功能：管理配電線路PT與蓄電池組進行互補供電方式，使整個控制裝置可以在斷電情況下持續(xù)運行48小時；對蓄電池組的充放電進行管理，延長蓄電池的使用壽命。

　　測量功能：通過繼電保護專用PT和CT進行配電線路電壓、電流信號的采集，經(jīng)過FFT算法運算后將采集的數(shù)據(jù)送入主控MCU，實現(xiàn)實時測量數(shù)據(jù)更新，提供保護邏輯判斷及液晶顯示使用，且測量精度達(dá)到1級要求。

　　保護及報警功能：具有電流速斷保護、定時限過電流保護、四種反時限過流保護、零序保護、自動重合閘、后加速保護等保護功能，可以對保護進行選擇，整定值設(shè)置，延遲時間更改等功能，并且可以實時顯示故障狀態(tài)及SOE事件查詢。

　　控制功能：通過MCU控制IGBT導(dǎo)通時間進而控制線圈通電時間，以此完成對分合閘操作的精確控制。實驗結(jié)果表明：該永磁機構(gòu)真空斷路器的可靠分閘脈沖時間為20ms、合閘脈沖時間為40ms。

　　通信功能：本控制裝置通過RS232實現(xiàn)各模塊之間通信，并可通過GPRS或以太網(wǎng)實現(xiàn)控制裝置與監(jiān)控中心進行實時人機交互及通信，從而實現(xiàn)智能斷路器與監(jiān)控中心的遙測、遙控、遙信等功能。

　　創(chuàng)新點：

　?。?）PT與蓄電池組互補供電方式：當(dāng)配電線路中出現(xiàn)電壓跌落嚴(yán)重或者出現(xiàn)配電線路斷電時，可以使用蓄電池組給整個裝置供電，最短維持時間不少于48小時，且可以給電容充電，滿足最少一組“分-合-分”的操作，從而保證整個控制裝置不間斷供電的目的。

　?。?）永磁機構(gòu)的驅(qū)動電路：采用IGBT全橋驅(qū)動電路可以快速關(guān)斷線圈中的大電流，從而控制斷路器實現(xiàn)分合閘操作。與此同時硬件及軟件分別采用閉鎖功能，防止出現(xiàn)橋臂直通燒壞IGBT，從而減少斷路器的誤操作。

　?。?）減少能量損耗：經(jīng)過斷路器分合閘操作時線圈電流波形分析，從而確定斷路器的最優(yōu)分、合閘脈沖時間。該斷路器的分合閘時間縮短即能量消耗少的同時按鍵、遙控及上位機遠(yuǎn)方控制分合閘試驗成功率均達(dá)100%，動作可靠性高。

　?。?）繼電保護算法的實現(xiàn)：10kV配網(wǎng)中常見的故障有單相接地、相間短路、相間短路接地等故障。本裝置通過速斷保護保、定時限過流和反時限過流保護、零序保護等功能實現(xiàn)對被保護線路的智能診斷，并通過三次重合閘及加速功能可以有選擇性的及時切除瞬時故障，有選擇性的切除永久故障，從而保障配網(wǎng)供電的安全、可靠運行。

　?。?）操作系統(tǒng)的嵌入：通信程序中嵌入μC/OS-II實時操作系統(tǒng)，可以提高控制裝置的可靠性和實時性。同時該控制裝置具備實時監(jiān)測并顯示各種電量及非電量參數(shù)、設(shè)定和修改保護定值及故障事件記錄（SOE）等功能，且提供GPRS、以太網(wǎng)通信接口，可以實現(xiàn)與監(jiān)控中心進行遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控的同時，并可實現(xiàn)就地遙控及按鍵，手動機械分閘等操作。

　?。?）本裝置是針對永磁機構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動化發(fā)展趨勢而研制的，采用模塊化控制模式集測量、保護、控制、通信等功能于一體。

　　這種模塊化的設(shè)計改變了傳統(tǒng)的斷路器的控制模式，不同的模塊完成不同的功能，且各模塊相對獨立并行工作，即使其中任一模塊發(fā)生故障也不會影響其它模塊，并且更新?lián)Q代只需更換模塊即可，具有很可觀的經(jīng)濟效益，擁有廣闊的應(yīng)用前景。

　　實踐意義：

　　在我國農(nóng)網(wǎng)及城市配電網(wǎng)中，10kV饋電線路占有相當(dāng)大的比例，而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點處，一般僅安裝熔斷器或分界負(fù)荷開關(guān)作為保護和控制設(shè)備，難以迅速隔離故障用戶并且影響非故障用戶的供電可靠性。本設(shè)計針對10kV配網(wǎng)中的這種問題，并結(jié)合新型永磁機構(gòu)真空斷路器的優(yōu)勢開發(fā)與其配套的永磁真空斷路器控制裝置，其主要目的是實現(xiàn)對配電線路的保護、監(jiān)測及對斷路器的遠(yuǎn)程控制和集中管理。對于提高配電網(wǎng)智能化、自動化程度和安全性      具有重要現(xiàn)實意義。

　　本裝置是針對永磁機構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合化的發(fā)展趨勢而研制的集保護、測量、控制、通信等功能于一體。采用電力電子控制模塊，動作迅速，而且可以實現(xiàn)精確的時間控制，使使永磁機構(gòu)真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：如供電公司、煤礦、電力公司、油田等。不僅減少設(shè)備檢修費用而且也避免了設(shè)備故障所帶來的巨大人員及經(jīng)濟損失。面對配網(wǎng)中寬闊的市場，通過對斷路器控制裝置進行技術(shù)改造，使其為我國智能電網(wǎng)輸變電工程提供一種新的研究策略，必將取得可觀的社會效益和企業(yè)經(jīng)濟效益。