專利名稱：24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及24kV線路過流、短路三段式電流 保護(hù)以及躲過線路涌流的電流保護(hù)控制方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，城市負(fù)荷密度越來越大，12kV配網(wǎng) 已出現(xiàn)許多不適應(yīng)性，而24kV配網(wǎng)具有投資低、節(jié)約線損、供電能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都是非常明顯的。為此，我國目前正投以巨資對(duì)24kV電 網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)，其中已經(jīng)對(duì)江蘇省地區(qū)部分進(jìn)行了 24kV配網(wǎng)線路的全面建設(shè)。配 電系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但直接關(guān)系到企業(yè)用電的通暢，而且涉 及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行，因此，當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)中某條線路處于非正常運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，線路斷路器應(yīng)該能及時(shí)、可靠地將它切除，以防故障的進(jìn)一步發(fā)生和擴(kuò)大。 另外，當(dāng)線路中存在變壓器空載合閘時(shí)，會(huì)在線路上出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)性涌流。由于 其不是故障性的，線路斷路器不需動(dòng)作，但是其幅值很大，會(huì)造成線路一次合閘 不成功或上級(jí)線路斷路器誤跳的情況。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，需要線路斷路器既 能切斷處于過流、短路狀態(tài)的線路，又可以對(duì)線路的過流、短路狀態(tài)和線路上瞬 時(shí)出現(xiàn)的涌流進(jìn)行區(qū)分。目前，線路斷路器用電流保護(hù)控制裝置較少，且現(xiàn)有的裝置對(duì)于線路過流、 短路的判斷采取了基于電流的峰值作為整定值的判斷方法，對(duì)于躲過線路涌流采 取了線路斷路器突然合閘時(shí)加入一定的延時(shí)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。這樣判斷線路的過流、 短路狀態(tài)存在一定的缺陷，并且上級(jí)線路斷路器在下級(jí)線路突然合閘時(shí)有可能會(huì) 因?yàn)橛苛鞫`跳。發(fā)明內(nèi)容為了解決技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種適合于24kV的新電流保 護(hù)控制方法及裝置，具體技術(shù)方案如下一種電流保護(hù)控制方法，包括步驟當(dāng)突然上電時(shí)延時(shí)采樣，避開本級(jí)線路 突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流；在穩(wěn)定運(yùn)行后，計(jì)算出電流有效值；如果有效值沒有超 過整定值，則重新采樣；如果有效值超過整定值，則判斷線路中電流是涌流還是 過流/短路；如果是涌流則重新采樣；如果是過流/短路則做出保護(hù)動(dòng)作。整定值 通過微型CT1 二次側(cè)的電流確定的，整定值范圍在5A-30A。所述判斷電路中電流有效值是由公式/— [1^7，得出；式中，W—每工頻#臺(tái)'周期的采樣點(diǎn)數(shù)；i,一采樣時(shí)刻電流的瞬時(shí)值。所述整定值范圍可取5A-30A。所述采樣點(diǎn)數(shù)是》20個(gè)，采樣周期是20ms。采樣周期的確定是因?yàn)楝F(xiàn)有電路中工 頻是50Hz。由公式^ =^;+^-^;+t計(jì)算辭U k點(diǎn)處半波傅氏算法與全波傅 氏算法的差值，式中，、&，",分別是k點(diǎn)處半波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù) 和正弦系數(shù)；/^,分別是k點(diǎn)處全波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；由公式<formula>formula see original document page 5</formula> 計(jì)算得到全波傅氏算法的差動(dòng)電流 基波值，式中，/i+1^， L一分別是全波傅氏算法中k+l點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；/Me， 、^分別是全波傅氏算法中k點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù) 和正弦系數(shù)；如果與的比值大于勵(lì)磁涌流的門坎值(門檻指的范圍是0.15-0.3)，則判斷是涌流；反之為過流/短路；其中，N為每工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)， 取24;門坎值優(yōu)選0.2可以可靠的區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電流保護(hù)控制裝置，包括電源模塊、單片機(jī)、A、 C相 電流互感器、電量信號(hào)采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和脫 扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊；所述電源模塊的輸出連接單片機(jī)的電源輸入端；A、 C相電流 互感器的輸出分別連接電量信號(hào)采集模塊的輸入端，信號(hào)采集模塊的輸出端經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端；撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊的輸出端連接 單片機(jī)的輸入端；單片機(jī)的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模 塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的控制端，脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。所述電量信號(hào)采集模塊包括兩個(gè)電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別 連接A、 C相電流互感器的輸出端，兩個(gè)電流互感器的輸出信號(hào)分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經(jīng)電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。所述脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、儲(chǔ)能電容和整流橋，升壓電路與儲(chǔ)能 電容串聯(lián)，為儲(chǔ)能電容充電；儲(chǔ)能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部 的脫扣線圈，控制脫扣線圈脫扣。所述單片機(jī)是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機(jī) C8051F206,它的管腳9、 IO連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機(jī)的復(fù) 位輸入端還連接復(fù)位電路，單片機(jī)的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。所述時(shí)鐘模塊是由I2C總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組 成，選用32. 768kHz晶振。具體接線方式按照DS1307使用說明書要求接線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下采用高性能單片機(jī)，可以直接應(yīng)用于只裝設(shè)A、 C兩相電流互感器的24kV 線路斷路器，作為切斷過流、短路線路，躲過涌流的電流保護(hù)控制裝置。它的電 源直接取自線路電流互感器，不需要額外的電壓互感器等設(shè)備。在電量信號(hào)檢測(cè)方面，它包含電磁干擾抑制電路，具有很高的可靠性；并且 免整定，對(duì)電流互感器二次側(cè)電流識(shí)別范圍在3A—50A之間。在保護(hù)時(shí)間配合方面，其過流延時(shí)時(shí)間有16檔可選、速斷電流倍數(shù)4檔可選、速斷延時(shí)時(shí)間4檔可選、合閘延時(shí)時(shí)間4檔可選，可以充分滿足實(shí)際運(yùn)行的需要。在對(duì)線路斷路器的分閘控制方面，它的脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路采用的是充電電容 和線路電流同時(shí)提供電流的方式；由于有了充電電容，線路上電流互感器的功率 要求不大，5VA即可，這樣電流互感器的尺寸可以做的較小一些，精度也會(huì)提高， 使其更容易安裝和使用。在線路過流、短路與涌流的識(shí)別方面，其采用通過計(jì)算電流有效值啟動(dòng)故障 判別程序，基于差動(dòng)電流波形特征的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法來識(shí)別線路過流、短路 狀態(tài)和涌流。即在裝置突然上電時(shí)加入延時(shí)，避開本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的 涌流；在穩(wěn)定運(yùn)行后如果計(jì)算出電流有效值超過整定值，利用差動(dòng)電流波形特征 的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法來識(shí)別線路過流、短路或是涌流，以避開下級(jí)線路出現(xiàn)的 涌流，并對(duì)本級(jí)線路實(shí)施保護(hù)。由于使用了時(shí)鐘模塊，該時(shí)鐘芯片可獨(dú)立于CPU工作，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，月累計(jì)誤 差一般小于10s。對(duì)故障的報(bào)警和記錄都需要對(duì)時(shí)間的精確記錄，以方便故障査 詢。繼電器輸出模塊，采用了光藕器件隔離，穩(wěn)定性大大提高，繼電器的開斷是 通過光藕器件的開斷所決定的。
圖l為本發(fā)明裝置電路原理圖；圖2為本發(fā)明裝置正視圖；圖3為本發(fā)明裝置電源電路原理圖；圖4為本發(fā)明裝置復(fù)位電路原理圖；圖5為本發(fā)明裝置中A、 C兩相電流采集測(cè)量原理圖；圖6為本發(fā)明裝置中開關(guān)量輸入撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入、單片機(jī)模塊原理圖； 圖7為本發(fā)明裝置繼電器輸出模塊、LED顯示原理圖； 圖8為本發(fā)明裝置中脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路原理圖； 圖9時(shí)鐘電路原理圖；圖10為本發(fā)明裝置中單片機(jī)程序流程圖。圖2中A是10路撥碼開關(guān)、B是A相可調(diào)電阻、C是C相可調(diào)電阻、D是 LED燈、1 5是外部連線具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。一種電流保護(hù)控制方法，包括步驟當(dāng)突然上電時(shí)延時(shí)采樣，來避開本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流；在穩(wěn)定運(yùn)行后，計(jì)算出電流有效值超過整定值；如果 沒有超過整定值，則重新采樣；如果有效值超過整定值，則判斷線路中電流是涌 流還是過流/短路；如果是涌流則重新采樣；如果是過流/短路則做出保護(hù)動(dòng)作。 整定值通過微型CT1 二次側(cè)的電流確定的， 一般范圍是5A-30A。本實(shí)施例中， 整定值是5A。所述判斷電路中電流有效值是由公式/=[L^，得出；式中，W—離散采樣的采樣點(diǎn)數(shù)；i,一采樣時(shí)刻電流的瞬時(shí)值。所述采樣點(diǎn)數(shù)》20個(gè)，采樣周期是20ms。本實(shí)施例中，優(yōu)選是采樣點(diǎn)數(shù)是24個(gè)。采樣周期的確定是因?yàn)楝F(xiàn)有電路 中工頻是50Hz。由公式& ^t+t-^^+t^^t^^^J k點(diǎn)處半波傅氏算法與全波傅 氏算法的差值，式中，/iA;， 、^分別是k點(diǎn)處半波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；4，一 4^分別是k點(diǎn)處全波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù) 和正弦系數(shù)；由公式4 = ^+^ + t一 - Vt + C計(jì)算得到全波傅氏算法的差動(dòng)電流 基波值，式中，4+一， 4+一分別是全波傅氏算法中k+l點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；、ge， 4^.分別是全波傅氏算法中k點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；如果f;^與^4的比值大于勵(lì)磁涌流的門坎值，則判斷是涌流；反之為過流/短路；其中，N為每工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)，取24;門坎值取0,2可以可靠的區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電流保護(hù)控制裝置，包括電源模塊、單片機(jī)、A、 C相電流互感器、電量信號(hào)采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊；所述電源模塊的輸出連接單片機(jī)的電源輸入端；A、 C相電流 互感器的輸出分別連接電量信號(hào)采集模塊的輸入端，信號(hào)采集模塊的輸出端經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端；撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊的輸出端連接 單片機(jī)的輸入端；單片機(jī)的輸出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模 塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的控制端，脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的電源端連接到 A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接外部脫扣線圈。所述電量信號(hào)采集模塊包括兩個(gè)電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別 連接A、 C相電流互感器的輸出端，兩個(gè)電流互感器的輸出信號(hào)分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經(jīng)電源模塊的輸入端。所述撥 碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。所述脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、儲(chǔ)能電容和整流橋，升壓電路與儲(chǔ)能 電容串聯(lián)，為儲(chǔ)能電容充電；儲(chǔ)能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部 的脫扣線圈，控制脫扣線圈脫扣。所述單片機(jī)是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機(jī) C8051F206，它的管腳9、 10連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機(jī)的復(fù) 位輸入端還連接復(fù)位電路，單片機(jī)的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。所述時(shí)鐘模塊是由I2C總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組 成，選用32. 768kHz晶振。具體接線方式按照DS1307使用說明書要求接線。如圖3、 4所示，電源模塊由電流互感器、全波整流電路、穩(wěn)壓電路、瞬態(tài)過壓抑制電路、共模和差模抑制電路組成。線路A、 C兩相電流互感器輸出電流 在微型電流互感器取樣后并聯(lián)接到一起，經(jīng)過控制器內(nèi)部另一微型電流互感器、 全波整流電路、穩(wěn)壓電路，使得交流電壓變?yōu)椴▌?dòng)不大的12V直流電壓，即可為 繼電器供電。集成穩(wěn)壓芯片7805內(nèi)部含有啟動(dòng)電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路, 把+12V直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+5V電壓，為運(yùn)放等器件供電，穩(wěn)壓二極管Z1將電 路的過電壓限制在一定水平，保護(hù)繼電器線圈和后級(jí)7805等器件；電容C2可以 抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲，起著一個(gè)低頻騷擾濾波器的作用。再把+5V直流 電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+3.3V電壓，為控制器內(nèi)部單片機(jī)供電，輸出接10uF電容來保 證輸出的穩(wěn)定性，如圖4所示，這里采用的電壓檢測(cè)芯片是飛利浦公司的 MAX708RD。 MAX708RD是一款用于+3. 3V電源系統(tǒng)的電壓監(jiān)測(cè)芯片，復(fù)位門檻電壓 為+2.63V，具有雙路電源監(jiān)控、電源失效告警和復(fù)位功能和手動(dòng)復(fù)位功能。當(dāng)復(fù) 位按鈕SW1閉合、系統(tǒng)剛上電或MAX708RD的電源電壓降到+2.63V—下時(shí)，低有 效復(fù)位輸出引腳變低，芯片C8051F206可靠復(fù)位。顯示模塊是由LED顯示燈組成，作為整定值設(shè)定的標(biāo)志，即在用戶在控制器 輸入端施加5A電流時(shí)，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，當(dāng)LED顯示器由不亮變?yōu)榫鶆蜷W爍時(shí)， 整定值設(shè)定完畢。LED顯示燈并接在繼電器線圈兩端。如圖5， 6所示，電量信號(hào)采集模塊分為A、 C兩相采集，每一相由一只電 流互感器、 一路可調(diào)電阻、阻容濾波電路，運(yùn)放組成，分別接入單片機(jī)的P0.2、 P0.3引腳。如圖6所示，撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊采用IO路撥碼開關(guān)，分別連接單片機(jī) 的P2.0、 P2.1、 P2.2、 P2.3、 P2.4、 P2.5、 Pl.O、 Pl.l、 P1.2、 P1.3弓l腳。如圖7所示，繼電器輸出模塊由繼電器、光耦TLP52K驅(qū)動(dòng)三極管和保護(hù) 電路組成，單片機(jī)輸出引腳P1.7與三極管的控制極連接，繼電器兩端反相并聯(lián) 快速二極管IN4148。如圖8所示，脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊由升壓電路、儲(chǔ)能電容、整流橋組成，作為 輸出端口連接控制裝置外部的脫扣線圈。時(shí)鐘模塊的接線如圖9所示。裝置采用單片機(jī)C8051F206作為控制芯片，利用片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器采集A、 C 兩相電流，由單片機(jī)進(jìn)行處理。該單片機(jī)內(nèi)的控制程序?qū)崿F(xiàn)電流保護(hù)控制方法。本發(fā)明采用通過計(jì)算電流有效值啟動(dòng)故障判別程序，基于差動(dòng)電流波形特征 的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法來識(shí)別線路過流、短路狀態(tài)和涌流。線路出現(xiàn)大電流時(shí)， 可能是線路過流、短路，也有可能是線路上某臺(tái)變壓器空載合閘出現(xiàn)的涌流。正 是由于勵(lì)磁涌流與短路電流波形特征的不同，因此本文采用基于差動(dòng)電流波形特 征的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法就可以在線路出現(xiàn)大電流時(shí)，正確辨別線路的過流、短 路狀態(tài)，躲過涌流。電流有效值的計(jì)算公式如公式1所示。(1);式中，/—電流的瞬時(shí)值；T —電流的周期；/電流的有效值；離散化得到電流有效值的計(jì)算公式2如下所示:(2);式中，iV—離散采樣的采樣點(diǎn)數(shù)；纟一采樣時(shí)刻電流的瞬時(shí)值；采樣周期(20ms)內(nèi)采樣24個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過單片機(jī)C8051F206內(nèi)部 ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后存放起來并計(jì)算，觀察計(jì)算值是否超過整定值。若未超過， 重新采樣并計(jì)算，開始一輪新的循環(huán)；若超過，啟動(dòng)涌流識(shí)別程序。單片機(jī)需要對(duì)離散型的采樣信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)每一個(gè)周期中的采樣次數(shù)為N，采樣順序?yàn)?VN0 (N—1)，則有公式(3)， (4)如下所示。 , 4 ^ . 2ybr 4/ S. . 2)brf 2 g. 2A:;r 2/ g. . 2)br TV TV本設(shè)計(jì)選取N=24，則有公式(5) (14)如下所示。=士[(/。 —,2) + 0.259(/5 _/7 _乂7 +/9) +o.5(/4 —/8 -厶+/2。)+o.707(/3 -/9 -/5 +/21)+0.866(/2 -/。 一乂4 +/22) + 0.966(乂 -兒-幾+/23)] 4/仏.=I[(/6 — /8) + 0.259(乂 + ^ -/3 — /23) + 60.5(/2 + /。 - /4 - /22) + 0.707(/3 + /9 - 乂5 — /21) + 0.866(/4 +/8 —/6 -/2。) + 0.969(/5 +/7 —乂7 —乂9)]MM2 .》* cos-"0=- ,2) + 0.259(/5 一/7 — 乂7 +乂9) +0.5(/4 _ /8 — /6 + /2。) + 0.707(/3 — /9 -兒+ /21) + 0.866(/2 u + /22) + 0.966(y; — — 乂3 + /23)]2/f. . 2A:;r"0=* [(/6 - /8)+Q.259(y;+— 乂3 — /23)+0.5(/2 + /io -厶-/22) + 0.707(/3 + /9 _ /15 - /21) + 0.866(/4 +/8 — y;6 -/20) + 0.969(/5 +/7 —/7 一/9)](3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)<formula>formula see original document page 10</formula>(10)(11)(12)(13)4^4^分別為半波傅氏算法和全波傅氏算法的采樣計(jì)算值，/ 為半波傅氏算法和全波傅氏算法的采樣值的差值；^為全波傅氏算法計(jì)算得到的差動(dòng)電流基波 值。動(dòng)作方程依據(jù)利用基于差動(dòng)電流波形特征的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法，識(shí)別線 路的過流、短路狀態(tài)，躲過涌流。與此相應(yīng)的動(dòng)作方程為公式15，如下所示^~>& (15);式中，^一整定的勵(lì)磁涌流的門坎值，取0.2。上述公式以及求解均可由單片機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)。程序流程如圖10所示，具體步驟為(1) 初始化；(2) 合閘延時(shí)(可調(diào))；(3) 采集A、 C兩相電流并判斷電流有效值是否超過整定值；(4) 否，則重新采樣，返回步驟3;是，則對(duì)超過整定值的相電流進(jìn)行離散傅立葉分解，求出半波傅氏算法和全波傅氏算法的采樣值的差值和 全波傅氏算法計(jì)算得到的差動(dòng)電流基波值的比值。若比值超過勵(lì)磁涌 流的門坎值，則認(rèn)為線路中有變壓器突然空載合閘，沒有過流、短路故障，也返回步驟3。若比值未超過勵(lì)磁涌流的門坎值，則在由開關(guān) 量輸入設(shè)置的延時(shí)時(shí)間內(nèi)連續(xù)判斷線路是否存在過流、短路狀態(tài)；如果不是持續(xù)性的過流、短路，返回步驟3，如果是持續(xù)性的過流、短 路，則控制線路斷路器分閘。 (5)結(jié)束。裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部連接方式如圖l所示。裝置有5根外部引出線，其中 3根連接A、 C相電流互感器，電流互感器的公共端連接機(jī)殼，接入大地；另外 2根連接脫扣線圈，控制斷路器分閘。虛線框內(nèi)為裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，連接方式為導(dǎo)線連接。裝置的正視圖如圖2所示。通過對(duì)可調(diào)電阻B、 C的調(diào)節(jié)，可以將整定值調(diào) 整為5A。調(diào)節(jié)方法如下將裝置與A相電流互感器連接好，并將互感器輸出電 流調(diào)整為5A，然后逆著圖中箭頭方向調(diào)節(jié)可調(diào)電阻B。當(dāng)LED燈D由不亮變?yōu)?均勻閃爍，A相整定值即已調(diào)整為5A。 C相整定值調(diào)整方法同A相的調(diào)整方法。整定值調(diào)整完畢后，進(jìn)行保護(hù)時(shí)間的設(shè)置。圖2中10路撥碼開關(guān)A的1 4 路設(shè)置過流延時(shí)時(shí)間，有16種選擇，具體時(shí)間可以根據(jù)需要在單片機(jī)程序里面 固定；5 6路設(shè)置速斷倍數(shù)，即短路電流的閾值，可有4種選擇；7 8路設(shè)置 速斷延時(shí)時(shí)間，有4種選擇；9 10進(jìn)行合閘躲涌流延時(shí)的設(shè)置，有四種選擇。 這樣，斷路器的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間為合閘延時(shí)與過流、速斷延時(shí)時(shí)間的總和。例如， 過流延時(shí)時(shí)間設(shè)置為1000ms，合閘延時(shí)時(shí)間設(shè)置為800ms，則斷路器總動(dòng)作時(shí)間 即為1000ms+800ms=1800ms。在上述步驟都進(jìn)行完畢后，將裝置與線路斷路器連接好并固定。圖2中連線 1 3連接電流互感器，4 5連接脫扣線圈。當(dāng)線路斷路器突然上電時(shí)，裝置啟 動(dòng)內(nèi)部延時(shí)程序，躲過此時(shí)的涌流；在線路穩(wěn)定運(yùn)行后，若出現(xiàn)涌流，裝置根據(jù) 算法能將其識(shí)別出來，不會(huì)使斷路器誤動(dòng)作；只有在線路處于過流、短路狀態(tài)下， 裝置才控制其開關(guān)量輸出電路，使其接通脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路。脫扣線圈得電后， 擊打斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的鎖扣環(huán)節(jié)，解除其死鎖狀態(tài)，斷路器分閘。在結(jié)構(gòu)上，裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立封閉單元機(jī)箱，密封性好，抗干擾、 堅(jiān)固可靠，抗振動(dòng)能力強(qiáng)。
權(quán)利要求
1. 一種24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，包括步驟1)當(dāng)突然上電時(shí)延時(shí)采樣，避開本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流；2)在穩(wěn)定運(yùn)行后，計(jì)算出電路中電流有效值，3)如果有效值沒有超過整定值，則重新采樣；如果有效值超過整定值，則判斷線路中電流是涌流還是過流/短路；如果是涌流則重新采樣，如果是過流/短路則做出保護(hù)動(dòng)作；所述步驟2)中，電路中電流有效值是由公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mn>1</mn><mi>N</mi> </mfrac> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>N</mi> </munderover> <msubsup><mi>i</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup></msqrt> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100240705C00011.gif" wi="17" he="9" top= "58" left = "127" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->得出，式中，N-每工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)；ii-采樣時(shí)刻電流的瞬時(shí)值；所述整定值可取范圍5A-30A；其特征是所述步驟3)中，由公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>M</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>bc</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>bs</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup></msqrt><mo>-</mo><msqrt> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>qc</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>qs</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup></msqrt> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0002" file="S2008100240705C00012.gif" wi="50" he="7" top= "86" left = "106" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->計(jì)算得到k點(diǎn)處半波傅氏算法與全波傅氏算法的差值，式中，ik，bc，ik，bs分別是k點(diǎn)處半波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；ik，qc，ik，qs分別是k點(diǎn)處全波傅氏算法中相電流的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；由公式<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>I</mi> <mi>N</mi></msub><mo>=</mo><msqrt> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>qc</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>qs</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup></msqrt><mo>-</mo><msqrt> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>qc</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup><mi>i</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>,</mo> <mi>qs</mi></mrow><mn>2</mn> </msubsup></msqrt> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0003" file="S2008100240705C00013.gif" wi="54" he="7" top= "124" left = "56" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/-->計(jì)算得到全波傅氏算法的差動(dòng)電流基波值，式中，ik+1，qc，ik+1，qs分別是全波傅氏算法中k+1點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；ik，qc，ik，qs分別是全波傅氏算法中k點(diǎn)處相電流基波的余弦系數(shù)和正弦系數(shù)；如果id="icf0004" file="S2008100240705C00014.gif" wi="9" he="11" top= "164" left = "48" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>與id="icf0005" file="S2008100240705C00015.gif" wi="8" he="11" top= "164" left = "65" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>的比值大于勵(lì)磁涌流的門坎值，門檻指的范圍是0.15-0.3，則判斷是涌流；反之為過流/短路；
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是所述 采樣點(diǎn)數(shù)》20個(gè)，采樣周期是20ms。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是 所述采樣點(diǎn)數(shù)N優(yōu)選值是24;門坎值優(yōu)選值是0.2，可以可靠的區(qū)分勵(lì)磁涌流和 故障電流。
4、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，包括 電源模塊、單片機(jī)、A、 C相電流互感器、電量信號(hào)采集模塊和脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模 塊；所述電源模塊的輸出連接單片機(jī)的電源輸入端；A、 C相電流互感器的輸出 分別連接電量信號(hào)采集模塊的輸入端；信號(hào)采集模塊的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后連接 單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端；脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的電源端連接到A、 C相電流互感 器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接外部脫扣線圈，其特征是還包括撥 碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和時(shí)鐘模塊；時(shí)鐘模塊的輸出端連接單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)端；撥碼開關(guān)輸入模塊的輸出端連接單片機(jī)的輸入端；單片機(jī)的輸 出端連接繼電器輸出模塊的輸入端，繼電器輸出模塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動(dòng) 模塊的控制端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是所述 電量信號(hào)采集模塊包括兩個(gè)電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別連接A、 C 相電流互感器的輸出端，兩個(gè)電流互感器CT1、 CT2的輸出信號(hào)分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是所述 A、 C相電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接 微型電流互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連接經(jīng)電源模塊的輸入 端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是所述 脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、儲(chǔ)能電容和整流橋，升壓電路與儲(chǔ)能電容串聯(lián)， 為儲(chǔ)能電容充電；儲(chǔ)能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部的脫扣線 圈，控制脫扣線圈脫扣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是 所述單片機(jī)是美國Silicon Laboratories公司推出的新C8051F系列單片機(jī) C8051F206，它的管腳9、 10連接相應(yīng)的晶振電路，頻率是16MHz;單片機(jī)的復(fù) 位輸入端還連接復(fù)位電路，單片機(jī)的輸出端還連接LED組成的顯示模塊。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是所述 撥碼狀態(tài)開關(guān)輸入模塊是10路撥碼開關(guān)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制裝置，其特征是所 述時(shí)鐘模塊是由I2C總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307和+ 3V的紐扣電池組成，選 用32. 768kHz晶振。
全文摘要
一種24kV真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，包括步驟1)當(dāng)突然上電時(shí)延時(shí)采樣，避開本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流；2)在穩(wěn)定運(yùn)行后，計(jì)算出電路中電流有效值，3)如果有效值沒有超過整定值，則重新采樣；如果有效值超過整定值，則判斷線路中電流是涌流還是過流/短路；如果是涌流則重新采樣，如果是過流/短路則做出保護(hù)動(dòng)作；一種實(shí)現(xiàn)上述方法24kV真空斷路器中的電流保護(hù)控制裝置，包括電源模塊、單片機(jī)、A、C相電流互感器、電量信號(hào)采集模塊、撥碼開關(guān)狀態(tài)輸入模塊、繼電器輸出模塊和脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊。本發(fā)明的方法和裝置控制精確，容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H02H7/22GK101262129SQ200810024070
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者徐建源, 博 王, 閆鴻魁 申請(qǐng)人:南京因泰萊配電自動(dòng)化設(shè)備有限公司