呂 高,覃晉民,康 凱,張麗萍

(1.太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校 電力工程系,山西 太原 030013;2.交城供電支公司,山西 交城 030500)

一種新型10kV真空開(kāi)關(guān)智能控制器的設(shè)計(jì)

呂 高1,覃晉民2,康 凱2,張麗萍2

(1.太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校 電力工程系,山西 太原 030013;2.交城供電支公司,山西 交城 030500)

一種新型10kV真空開(kāi)關(guān)智能控制器的設(shè)計(jì)方法,即利用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊,在線(xiàn)查詢(xún)線(xiàn)路運(yùn)行參數(shù),具有過(guò)流速斷、自動(dòng)重合閘等功能,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平;通過(guò)比較各條線(xiàn)路“零序電流相對(duì)量”來(lái)準(zhǔn)確判斷單相接地故障的具體發(fā)生位置,提高了單相接地故障判斷的準(zhǔn)確性。

智能控制器;單相接地故障;零序電流相對(duì)量

0 引言

10kV真空開(kāi)關(guān)智能控制器的應(yīng)用是配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的方向。傳統(tǒng)的智能控制器具有數(shù)據(jù)測(cè)試與查詢(xún)、正常分合控制、過(guò)流保護(hù)跳閘、重合閘等功能,對(duì)單相接地故障的判斷大多采取絕對(duì)值大小比較判斷的方法。由于測(cè)試誤差等原因,容易出現(xiàn)單相接地故障“誤判”和“錯(cuò)判”的結(jié)果。本文提出了一種采用零序電流變化量來(lái)判斷單相接地故障發(fā)生位置的新方法,結(jié)合無(wú)線(xiàn)信息傳輸技術(shù),提高了智能控制器的智能化管理和控制水平,完善了其故障保護(hù)功能。

1 智能控制器的組成

智能控制器的主要組成部分包括電壓互感器、電流互感器、電能計(jì)量模塊、單片機(jī)、GSM模塊、無(wú)線(xiàn)通信模塊、鍵盤(pán)、繼電器組成,框圖如圖1所示。

圖1 智能控制器組成框圖

1.1 電壓互感器和電流互感器

電壓互感器選用PT204A(2mA/2mA),從線(xiàn)路的TV二次側(cè)取得100V電壓,經(jīng)50KΩ電阻后接到PT204A。電流互感器選用HCT260(5A/ 2.5mA),線(xiàn)性范圍可達(dá)100A,電流取自線(xiàn)路 TA的二次側(cè)。

1.2 電能計(jì)量模塊

電能計(jì)量模塊采用電能計(jì)量芯片CS5463芯片。

CS5463是Cirrus Logic公司推出的高精度電表集成電路,CS5463內(nèi)部集合兩通道Δ Σ?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、功率計(jì)算、電能到頻率的轉(zhuǎn)換和一個(gè)串行口等,可以精確測(cè)量瞬時(shí)電壓、電流和計(jì)算電流有效值、電壓有效值、瞬時(shí)功率、有功功率和無(wú)功功率等,而且很方便單片機(jī)用雙向串行接口控制。

1.3 單片機(jī)

單片機(jī)采用STC12C5A32S2。該單片機(jī)有超強(qiáng)的抗干擾能力,帶1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;帶EEPROM功能和復(fù)位電路。兩個(gè)全雙工異步串行口。單片機(jī)是整個(gè)控制器的核心,主要功能是從電能計(jì)量模塊讀取數(shù)據(jù),通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊和 GSM模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置各種參數(shù),通過(guò)繼電器進(jìn)行控制。

1.4 GSM模塊

無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊使用西門(mén)子公司的無(wú)線(xiàn)通訊模塊產(chǎn)品(GSM)。該模塊主要用于通過(guò)手機(jī)短信的方式查詢(xún)線(xiàn)路運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)。出現(xiàn)故障時(shí)單片機(jī)會(huì)自動(dòng)通過(guò)短信方式通知管理人員。

1.5 無(wú)線(xiàn)通信模塊

無(wú)線(xiàn)通信模塊使用nRF2401,nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片,工作于2.4～2.5GHz ISM頻段,芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊,輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的就地遙控和參數(shù)測(cè)量等功能。

1.6 鍵盤(pán)

鍵盤(pán)由8個(gè)獨(dú)立按鍵組成,分別具有左移功能,右移功能,上移功能,下移功能,加法功能,減法功能,撤銷(xiāo)功能,確定功能。主要用于通過(guò)LCD顯示屏對(duì)初始化參數(shù)的設(shè)置和修改,對(duì)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。

1.7 繼電器

繼電器使用JQX-102F-P。繼電器的作用是控制輸出繼電器。

2 智能控制器主要功能

2.1 查詢(xún)數(shù)據(jù)功能

正常運(yùn)行時(shí),有三種方法可以查詢(xún)運(yùn)行數(shù)據(jù):(1)是通過(guò)手持的遙控設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)就地查詢(xún); (2)是通過(guò)控制器的LCD顯示屏查詢(xún);(3)是通過(guò)手機(jī)短信的方式查詢(xún)。

2.2 開(kāi)關(guān)控制功能

開(kāi)關(guān)的控制功能有三種方法:(1)由手持的遙控設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的分閘和合閘操作; (2)由控制器的操作面板實(shí)現(xiàn);(3)通過(guò)手機(jī)短信的方法實(shí)現(xiàn)。

2.3 保護(hù)功能

當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生相間短路故障時(shí),智能控制器測(cè)得的短路電流超過(guò)過(guò)流速斷整定值時(shí),該線(xiàn)路不帶延時(shí)跳閘;當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生相間短路并接地故障時(shí),智能控制器測(cè)得的短路電流超過(guò)過(guò)流I段整定值或零序過(guò)流I段整定值時(shí),該線(xiàn)路經(jīng)延時(shí)后跳閘。

當(dāng)線(xiàn)路跳閘后,根據(jù)重合閘的設(shè)定次數(shù)進(jìn)行重合,待重合次數(shù)變?yōu)榱愫?控制器不再發(fā)重合指令,開(kāi)關(guān)不再重合。

對(duì)于單相接地故障,本文根據(jù)零序電流變化量的相對(duì)大小來(lái)準(zhǔn)確判斷單相接地故障發(fā)生的位置的方法:

1)單相接地故障零序電流變化量判斷法

正常運(yùn)行時(shí),接在同一干線(xiàn)上的 n條線(xiàn)路,三相電流的不平衡以及測(cè)試裝置的離散影響都會(huì)引起零序電流測(cè)試誤差(在線(xiàn)路投入初期,正常運(yùn)行情況下,經(jīng)控制器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的零序電流值)。不同的控制器或不同的線(xiàn)路,該零序電流測(cè)試誤差值是不同的。假設(shè)第 k條支線(xiàn)的零序電流測(cè)試誤差值為I′0k。利用實(shí)測(cè)零序電流值I″0k與測(cè)試誤差值I′0k,可以計(jì)算出該線(xiàn)路零序電流的實(shí)際零序電流量 xk(下腳 k代表第k條線(xiàn)路):

并計(jì)算出其零序電流的相對(duì)值 yk:

一般情況下,當(dāng)?shù)?k條線(xiàn)路線(xiàn)路發(fā)生單相接地故障時(shí),故障線(xiàn)路的零序電流滿(mǎn)足第一判據(jù)式:

而且,其 yk明顯大于非故障線(xiàn)路的零序電流相對(duì)值,據(jù)此可以準(zhǔn)確判定單相故障發(fā)生在第k條線(xiàn)路。

2)單相接地故障保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)方法:

單相接地故障保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 單相接地故障保護(hù)功能框圖

采用上述方法可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確判定出單相接地故障的位置,并進(jìn)行報(bào)警和跳閘處理。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)樣機(jī)的過(guò)流速斷功能、過(guò)流延時(shí)跳閘功能、重合閘次數(shù)功能以及單相接地故障延時(shí)跳閘功能等各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試,均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

采用智能控制器,可以快速得知線(xiàn)路運(yùn)行有關(guān)數(shù)據(jù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路故障信息,提高供電管理水平。對(duì)單相接地故障,采用零序電流及其相對(duì)量來(lái)綜合判斷發(fā)生的位置,準(zhǔn)確性得以提高。減少了因?qū)ふ覇蜗嘟拥攸c(diǎn)而誤拉、多拉正常線(xiàn)路、擴(kuò)大停電范圍現(xiàn)象的發(fā)生,從而提高供電的可靠性。

[1]GB/T14285-2006,繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DL/T 448-2000,電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程[S].

[3]DL T 5137-2001,電測(cè)量及電能計(jì)量裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]唐國(guó)紅.基于VC++的單片機(jī)編程器軟件的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,30(8).

[責(zé)任編輯:王 琨]

The Design for a new type of 10KV Vacuum Switch Intelligent Controller

LV G ao1,TAN Jin-min2,KANG K ai2,ZHANGLi-ping2
(1.Taiyuan Electric Power Institute,Taiyuan,030013,China; 2.Jiaocheng,Shanxi Power Supply Branch Company,Jiaocheng,030500,China)

This paper presents a new design method of 10kv vacuum switch intelligent controller,using a wireless transceiver modules,online-checking line operating parameters,with fast over-current fault protection.Intelligent controller improves the operation and control level。By comparing“zero-sequence current relative quantity”of the lines,single-phase ground fault location is determined with Higher accuracy.

Intelligent Controller;Single-phase ground fault;The relative amount of zero sequence currenthing quality

book=2010,ebook=11

TM13

A

1671-5977(2010)01-0136-03

2010-02-20

呂 高(1975-),男,山西大同人,太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校電力工程系講師。