智能化電器的設計

發布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：智能化電器的設計資訊由優秀的流量計、流量儀生產報價廠家為您提供。0引言開關電器在電力系統中起著控制和保護等重要作用。隨著電力系統自動化水平的不斷提高，要求開關電器與變電站綜合自動化、配電自動化的發展相適應和配套。于是，自20世紀。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是智能化電器的設計文章詳情。

0引言

開關電器在電力系統中起著控制和保護等重要作用。隨著電力系統自動化水平的不斷提高，要求開關電器與變電站綜合自動化、配電自動化的發展相適應和配套。于是，自20世紀90年代以來，智能化電器應運而生[1,2]。

智能化電器是在傳統開關設備中引入計算機技術、數字處理技術和網絡通信技術而發展起來的新一代開關電器。在智能化電器中，實現微機測量、保護和控制，部分或全部取代傳統開關設備的二次系統；引入網絡通信功能，實現電器之間和電器與電力自動化系統之間的信息交換及信息共享；利用現代傳感器技術對開關電器的運行狀態進行在線監測。

目前，無論是高壓電器或低壓電器，電器元件或成套開關設備，都在向智能化發展，出現了智能型低壓斷路器、智能型接觸器、智能型開關柜、智能型預裝式變電站等一系列產品，并開始在供配電系統中得到應用。

本文作者根據近年來對智能型開關柜研究開發的體會，探討智能化電器的功能及其實現方法，介紹硬件與軟件的設計方案。

1智能化電器的功能要求與實現

智能化電器是在傳統開關電器的本體上安裝一個以單片機為核心的智能單元。這一單元集測量、保護、控制、通信和電器本身狀態的在線監測功能于一體。由于智能單元是安裝在開關設備本體內的小間隔中或開關柜的儀表門上，要求體積比較小。運行環境處于強電磁干擾和強振動的條件下，可靠性要求很高。

a．測量。智能化電器應具有各電量的測量以及電能計量功能，并能通過LCD顯示出來，完全取代傳統的測量和計量儀表。一般用單片機實現。

b．保護。用微機保護代替傳統的繼電保護。

c．操作控制。從安全性、可靠性、操作習慣以及成本來考慮，在智能化電器中宜采用現有的操作控制電路對斷路器進行分、合閘操作，而不宜采用鍵盤按鍵方式代替現有的操作控制開關。

隨著智能化電器研究的深入，國外一些公司在一些低壓電器中運用了智能控制技術，以提高電器的通斷性能[1]。

d．在線監測[2，3]。高、中壓電器的狀態監測項目較多，例如機械性能、溫度、凝露、電氣絕緣性能等，可通過選擇合適的傳感器（如數字溫度傳感器）予以實現。

開關設備的機械性能在線監測實現起來難度較大，要使用大量的傳感器。實際上，對于普通的開關設備，一方面發生機械和絕緣故障的概率較小，難度和成本很大，實際效果也并不理想，筆者認為沒有必要考慮這方面的在線監測功能。而預裝式變電站、C-GIS等特殊電器在運行中因凝露、溫度過高、內部電弧故障而導致絕緣故障的可能性比較大，應配置相應的監測和抑制裝置。

對于普通的中壓開關設備，其狀態監測可考慮以下幾項：①斷路器操作次數統計，監測斷路器是否達到規定機械壽命次數或達到需要進行維修的次數；②開斷電流加權值，間接監測斷路器觸頭的電磨損；③母線連接處溫度。前兩項只需根據電流采樣值和軟件處理就可做到。

e．通信。智能化電器的通信功能用于電器與變電站自動化系統或變電站微機監控系統中的系統機或配電自動化系統中的RTU設備之間進行雙向信息傳輸，智能化電器向系統機或RTU設備傳送被控對象的運行參數、保護整定值、故障信息以及電器本身的狀態信息，系統機向智能化電器發出操作指令，改變和調節整定值。通信功能可利用單片機的串行通信接口實現。如果電力自動化系統采用現場總線，則智能化電器也應相應地采用現場總線技術。

2硬件結構與工作原理

智能化電器的智能單元由單片機系統、模擬量輸入、開關量輸入／輸出、串行通信接口、硬件時鐘與自復位、人機對話以及電源等功能電路組成，其原理框圖如圖1所示。各功能模塊采用插件式結構，CPU總線不引出CPU插件。智能單元外殼采用金屬封閉結構，并要安裝機械振動緩沖裝置。

單片微機系統可采用8位或16位的單CPU結構，用E2PROM存放保護定值和裝置運行控制字等信息，以便就地或遠方調整修改。

模擬量包括電流和電壓，通道數較多，并要求采樣頻率高，因此要選用12位高速A／D轉換器芯片。

模擬量要經過隔離變換和電壓形成環節才能送入A／D轉換器。一般采用各種中間變換器來實現。微型互感器小巧輕便，能直接焊接在印刷電路板上；全樹脂密封，隔離度高。本例設計對于電流量的隔離變換與電壓形成采用了GYA—7型微型電流互感器，其輸入電流范圍為0～60A，輸出電流范圍為0～60mA。與常見的方式不同，這里不是在電流互感器的二次側直接并聯一個電阻來實現電流量到電壓量的變換，而是在電流互感器的二次側加一級運算放大器（OP07型）將電流量變換成電壓量，可以通過調節運算放大器的反饋電阻尺的值在輸出端得到所要求的電壓輸出，其原理電路如圖2所示。

開關量輸入／輸出包含反映設備狀態（如斷路器、隔離開關）的接點和智能化裝置本身．的輸出控制接點。

微機保護裝置、微機監控裝置或其他微機型的自動裝置與監控系統之間的通信，大多數通過RS-485接口相連。RS-485為半雙工通信，其zui大通信距離為1200m，此時數據傳輸速率為100kbit／s。如果通信距離為120m，則數據傳輸速率可達到1Mbit／s。所以，采用RS—485作為智能化電器與系統機或RTU設備之間的串行通信。

人機對話單元接受操作人員的干預，例如保護整定值的輸入、工作方式的變更、對智能單元運行狀態的檢查等。液晶顯示屏、信號燈、聲音告警等則用于顯示系統運行參數或狀態。

實時時鐘功能用于日歷、計時和事件記錄（記錄故障發生時間、斷路器開合時間等），并要求智能單元不工作時也能繼續計時。為此，設置了一個硬件時鐘電路。它采用一片專用時鐘芯片MCl46818構成。硬件時鐘芯片同時還用于硬件自復位電路，當程序進入死循環時對裝置自動復位。

3算法

3．1測量算法

電壓、電流的測量算法采用均方根法，將連續函數離散化后求得電壓、電流有效值：

半周積分算法的運算量非常小，而且算法本身具有一定的高頻分量濾波能力。通過采用模擬低通濾波和數字濾波措施后，這種算法適合于中、低壓系統的電流保護。

4結語

智能化電器的研究與開發應與電力系統自動化的發展相適應，要有與電力自動化系統相配套的通信功能。電器本身狀態的在線監測功能要根據需要來設置，要避免“大而全”而造成成本過高的傾向。

本文介紹的智能化電器設計方案具有易于實現和成本低的特點。

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