智能斷路器的硬件設(shè)計及抗干擾措施

1、EA應(yīng)用與方案供配用電文曹沛雯許偉智能斷路器的硬件設(shè)計及抗干擾措施近幾年由于國家電力系統(tǒng)進(jìn)行改造，各種配電系統(tǒng)對電器保護(hù)精度的要求越來越高，對電器的控制要求越來越多，隨著計算機(jī)技術(shù)和自動化控制在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，開發(fā)系列智能型斷路器是非常必要的。智能型斷路器是指采用了智能脫扣器的斷路器，智能脫扣器取代傳統(tǒng)“磁熱”式的設(shè)計對線路進(jìn)行監(jiān)控，完理單元、信號采樣、按鍵顯示、通信電路、執(zhí)行元件等幾個部分。信號采樣信號采樣電路實(shí)現(xiàn)的功能是：將外部的電流、電壓信號經(jīng)變換后送到微處理器采樣口。在這些環(huán)節(jié)要注意以下幾個問題。（）電流互感器主電路的電流信號經(jīng)過信號檢測環(huán)節(jié)的電流互感器、濾波器轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性的正比于

2、主電路電流的直流電壓信號。其轉(zhuǎn)換的線性和精度將直接影響關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可信度，這些數(shù)據(jù)是智能脫扣器工作的基礎(chǔ)。常用的電流互感器有鐵心和空心兩種，鐵心型互感器在處理小電流時線性度很好，但大電流時鐵心容易飽和，從而出現(xiàn)線性失真，測量范圍??；空心型在處理大電流時線性度好，測量范圍廣，但小電流時易受干擾，也會出現(xiàn)線性失真，測量誤差大。然而智能脫扣器電流測量范圍從幾百安到幾十千安，變化范圍很大，要想在整個測量范圍內(nèi)不失線性，最好采用兩種類型互感器相互結(jié)合的方法。由下式可得二次側(cè)匝數(shù)×式中一次電流；二次電流；一次側(cè)匝數(shù)，通常；二次側(cè)匝數(shù)。（）輸入保護(hù)環(huán)節(jié)由于電流的測量范圍很大，而微處理器轉(zhuǎn)換參考電壓一

3、般很小，本項目采用公司的芯片作為芯片，其轉(zhuǎn)換范圍為，如果輸入電信號幅值超過，將會損壞芯片。如果將所有成線路過載、欠壓、斷相時的保護(hù)，使斷路器實(shí)現(xiàn)了遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能?，F(xiàn)在智能脫扣器都將單片機(jī)、等微處理器應(yīng)用到斷路器當(dāng)中，作為邏輯處理的基礎(chǔ)。智能型斷路器發(fā)展趨勢之一是功能越來越多，除了傳統(tǒng)的脫扣功能外，還有脫扣前報警功能、線路參數(shù)檢測功能以及試驗(yàn)功能。提高了斷路器的保護(hù)精度，改變了傳統(tǒng)的“粗線條”保護(hù)，使設(shè)備、線路能得到真正的精確保護(hù)。（）具有對線路的監(jiān)測能力采用微型計算機(jī)進(jìn)行控制，能準(zhǔn)確檢測電力線路的運(yùn)行情況，并能準(zhǔn)確地切除過載、短路等各種故障，還能按照運(yùn)行人員的要求進(jìn)行各種操作。（

4、）具有對斷路器本身進(jìn)行檢測和對故障的自診斷能力，做出相應(yīng)的報警甚至動作（）控制技術(shù)的智能化將模糊控制理論應(yīng)用到整個控制當(dāng)中，既提高了保護(hù)精度又增加了抗干擾能力。用戶可以方便地調(diào)整保護(hù)曲線，使其適用于不同的保護(hù)線路。（）具有通信功能智能型斷路器具有通信功能，與上位機(jī)之間進(jìn)行通信，可以上傳電流、故障狀態(tài)、斷路器狀態(tài)等信息。同時上位機(jī)可以對斷路器進(jìn)行保護(hù)曲線的整定。另外一種趨勢是采用現(xiàn)場總線技術(shù)，把設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化作為近期目標(biāo)。智能脫扣器的硬件設(shè)計根據(jù)智能脫扣器所要實(shí)現(xiàn)的功能，硬件可以分為中央處100電氣時代年第期的電信號幅值都降到以下，那么轉(zhuǎn)換的精度將大大降低，為后面的數(shù)據(jù)處理帶來很大的麻煩。本設(shè)計中

5、采用多量程轉(zhuǎn)換的方法，每一種量程中信號送到轉(zhuǎn)換口的幅值最大值都稍小于，硬件上根據(jù)信號幅值大小采用不同的輸送通道，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)這個功能還需要軟件上面的判斷。中央處理單元本設(shè)計中的芯片采用公司的單片機(jī)，其基本特性為：片內(nèi)、定時器、技術(shù)，低功耗，逐次逼近，轉(zhuǎn)換時間最小。個接口、工作電壓、計算機(jī)操作正常監(jiān)控（）、直接驅(qū)動發(fā)光二極管，在開發(fā)中使用可擦除，可以大大提高開發(fā)速度，降低開發(fā)成本。鍵盤顯示電路鍵盤顯示電路采用串行接口的芯片，該芯片通過外接移位寄存器，最多可以控制位數(shù)碼管或只獨(dú)立，其驅(qū)動輸出極性和輸出時序均為軟件可控，從而可以和各種驅(qū)動電路配合。同時，芯片不僅可以控制各顯示位閃爍屬性和閃爍頻率，而且可

6、以最多連接鍵的鍵盤矩陣，鍵盤為互鎖式，內(nèi)部具有消抖動功能。此外，芯片采用高速二線接口與通信，只占用很少的口和時間。執(zhí)行元件智能型斷路器適宜采用低能量螺管式分勵脫扣器作為執(zhí)行元件，結(jié)構(gòu)原理如附圖所示。附圖永久磁鐵產(chǎn)生的磁通流經(jīng)磁軛和銜鐵而生成的吸力正好克服壓縮彈簧產(chǎn)生的張力，使銜鐵處于吸和狀態(tài)。當(dāng)執(zhí)行電路接收到發(fā)出的脈沖控制信號時，線圈中流過高于門檻值的觸發(fā)電流，產(chǎn)生與永久磁鐵相抵消的磁通，使銜鐵釋放動作。這種磁通變換器利用磁轉(zhuǎn)移原理動作，線圈吸引功率相當(dāng)小，非常適合應(yīng)用于受體積限制而輸出功率小的塑殼式斷路器。供配用電EA應(yīng)用與方案智能脫扣器硬件抗干擾影響智能脫扣器的干擾源有：用電設(shè)備的浪涌電流

7、，對講機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)生的射頻輻射，智能脫扣器內(nèi)部的開關(guān)電源和斬波釋放電路等。這些干擾源的存在導(dǎo)致程序死掉，或電流電壓等參數(shù)顯示不準(zhǔn)確并導(dǎo)致判斷錯誤，進(jìn)而引起脫扣器誤動作。為了減少干擾的影響，需要采取相應(yīng)措施。采取的措施有：）在實(shí)際設(shè)計情況中，欲使實(shí)際電流比接近于匝數(shù)比，鐵心的截面積應(yīng)足夠大，磁路的平均長度應(yīng)盡量短，選用高導(dǎo)磁系數(shù)的材料，二次繞組的電感抗與電阻愈小愈好。當(dāng)選用高導(dǎo)磁的冷軋硅鋼片，如時，鐵心必須退火。磁感應(yīng)強(qiáng)度不宜選得太高，以減少誤差。）傳輸?shù)碗娖叫盘柕淖儔浩鞑捎铆h(huán)形磁路和對稱繞組，以提高抗干擾能力。）合理布線，使數(shù)字電路地和模擬電路地共點(diǎn)地為懸浮工作方式，即系統(tǒng)各回路的基準(zhǔn)電位互相連接在一起而不與大地相連，這樣系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。）模擬電路地和數(shù)字電路地分開接地，最后再匯合到一點(diǎn)，這是因?yàn)閿夭ㄐ狗烹娐吩趩庸ぷ骱?，出現(xiàn)很高的瞬態(tài)干擾，把邏輯地（主機(jī)）和模擬地（）分開后，這一干擾就降到很低。）在穩(wěn)壓電源、隔離變壓器后側(cè)安裝濾波電路，能使火線與零線中的干擾電流得到衰減。）芯片的選擇上，盡可能采用體積小的芯片封裝，由于貼片封裝比直插封裝體積小，抗干擾能力強(qiáng)，因此選擇貼片封裝。）硬件電路應(yīng)采用多級跟隨器和高頻濾波電路，以保證信號不失