【導讀】我國配電自動化的發(fā)展5. 開展配電自動化的意義與未來趨勢6. 配電自動化的主要內(nèi)容9. 饋線自動化系統(tǒng)三種應用模式與分析10. 電壓時間型饋線自動化優(yōu)勢11. 實現(xiàn)電壓-時間型饋線自動化的設備13. 饋線終端用于環(huán)狀電網(wǎng)結構的故障檢測及恢復供電的原理（L功能）17. 電壓時間型開關控制器的功能要求23. 模擬量輸入和采集28. 分合閘控制回路37. 結合CPU控制整體分析裝置運行38. 失效中繼模塊功能測試43. 電質(zhì)量關系密切，提高配電自動化水平，能夠大大提高供電可靠性，減少停電時間，提高。在正常以及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量等信息及時有效的傳遞給供電部門，使。供電部門的管理工作融合在一起，改善供電質(zhì)量，與用戶之間建立起更加密切更加人性化。的關系，以合理的價格和服務滿足用戶的多樣性要求，力求達到供電經(jīng)濟性最好，企業(yè)管?；A配電自動化層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運行工況監(jiān)視和控制、故障實時。處理，包括變電站(配電所)自動化系統(tǒng)、饋線自動化、

　　

【正文】 、低通濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換三個部分。根據(jù)電壓時間型開關控制器應用的實際需求， 需要采集的模擬量有： 開關兩側(cè)電壓 Uj、 Uk 和 U0，三相電流 IA、 IB、 IC 和零序電流 I0 共計 7 個交流量。 交流量采集的第一步是交流變換，電壓和電流分別使用電壓互感器（簡稱 PT）和電流互感器（簡稱 CT）進行變換，其中 CT 的變比選用 5A/， PT 的變比采用 2 mA /2mA。交流變換電路如下圖所示。 圖 55 PT 原理圖 第 29 頁 圖 56 CT 原理圖 在模擬量采集時需要前置低通濾波器，低通濾波器在選擇時 ，要綜合考慮采樣頻率 、軟件數(shù)字濾波方式和 外界干擾等方面的因素 。一般來說，低速的采樣系統(tǒng)，由于其數(shù)字濾波效果有限，其前置的低通濾波器的濾波性能要求比較高，往往需要選取兩階以上的有源低通濾波器才能夠滿足要求。而電壓時間型開關控制器結合數(shù)字信號處理，屬于高速采樣系統(tǒng)，由于采樣頻率遠遠高于信號頻率，使用數(shù)字濾波效果明顯，這樣采樣系統(tǒng)中的前置低通濾波器就比較簡單，一階 RC 無源低通濾波器就足夠了。我們選擇了如下參數(shù)的一階RC 低通濾波器，電路組成如圖 57 所示。其中參數(shù) 的選擇為電阻 R=1kΩ、電容 C=F， 低通濾波器就是允許低頻信號通過，而將高頻信號衰減的電路 ， 當?shù)屯娐返脑鲆嫦陆盗?3dB 時所對應的頻率就是通帶截止頻率 fP。 經(jīng)過簡單的計算， f=1/2π RC=，所以電路的截止頻率 fp= 圖 57 RC 低通濾波器 圖 58 低通濾波器 如圖 58 所示，實際我們在設計前置低通濾波電路時對一階 RC 回路進行了相應的改進，這樣能夠更好的與采樣頻率以及 AD 采樣芯片的精度匹配，同時為 AD 采樣芯片的管腳提供足夠的保護。 第 30 頁 控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換 采用了有 16 位 多 通道同步采樣模數(shù) 轉(zhuǎn)換器 AD7606。 AD7606 內(nèi)置了模擬輸入箝位保護、二階抗混疊濾波器、跟蹤保持放大器、電荷再分配逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、靈活的數(shù)字濾波器、 、基準電壓緩沖以及高速串行和并行接口。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有高速、低功耗的優(yōu)點 ，各 模擬輸入 通道 可以接受真雙極性輸入信號 （差分輸入） 。 如圖 59 為 AD7606 的方框圖。 AD7606 與 CPU的接口部分見圖 510。 圖 59 AD7606 方框圖 第 31 頁 圖 510 AD7606 與 CPU接口部分 遙信 輸入回路 控制器的遙信輸入回路 ，在采集 開關量 信號時需要準確的提供變位信號，以便及時進行事故分析，所以要對一些干擾信號進行過濾，同時還需要對部分易損的元器件增加適當?shù)谋Ｗo。 圖 511 信號輸入回路 如圖 511 所示，通過 R 與 C 組成的 RC 回路可以有效地 去除外界環(huán)境所產(chǎn)生的干擾，D 則可以 防止光耦的輸入端被 反向電壓 擊穿。 電壓時間型開關控制器所需要遙信一共 10 路，包括 開關位置信號 1 路， 控制器內(nèi)部遙信 9 路：復歸檢測回路繼電器位置信號、 Y 繼電器位置信號、 OP1 分閘繼電器位置信號，30%有壓信號兩路和 80%有壓信號兩路（電源信號）等。 第 32 頁 信號輸出回路 信號輸出回路是電壓時間型開關控制器的執(zhí)行接口，其安全可靠工作對控制器十分重要。遙控輸出在硬件設計上是順序邏輯控制出口，以保證動作的可靠性。下圖為一路遙控輸出的回路。 繼電器的驅(qū)動采用 74HCT08D 芯片，是一個與門電路。 只有當 1A 和 1B 的輸入電平為高高是， 1Y 的輸出電平才為高電平，才能夠驅(qū)動繼電器工作。 R 是一個可以上拉也可以下拉的電阻。 圖 512 遙控回路原理圖 如 圖 512 所示， 在設計門電路時，對輸入管腳進行了上拉或者下 拉處理，這樣做的目的 在于考慮到 在 CPU故障的情況下，能夠保證失效中繼模塊的邏輯正確 。 圖 513 為電壓時間型開關控制器的的遙控輸出回路部分，遙控輸出一共有 7 路：分合閘啟動信號、遙控合閘信號、遙控分閘信號、使能電壓比較信號、禁止電壓比較信號、復歸 Uj 瞬時電壓和復歸 Uk 瞬時電壓。 第 33 頁 圖 513 遙控輸出回路 通信部分 控制器所采用的芯片 LPC2387 支持多種通信接口， 包 括 USB 、 UART、 SPI、 SSP、I178。C 接口、 I178。S 接口 等，所以控制器也具有強大的通訊能力，根據(jù)第四章的需求分析，控制器提供以太網(wǎng)通訊， RS232 串口通信和 GPRS/GSM 無線通信等通訊接口。提供 RS232 接口實現(xiàn)串口通信，主要用于調(diào)試等環(huán)節(jié)；通過 RS232 串口轉(zhuǎn)接到以太網(wǎng)通信模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)打包，用 TCP/IP 協(xié)議傳輸；提供 GPRS/GSM 無線通訊模塊， 監(jiān)測通訊狀態(tài) ， 支持短消息遠程診斷功能以及支持短消息讀取當前運行信息、當前保護動作信息、測控裝置故障信息 等 。 如 圖 514 所示為 RS232 通訊模塊。 圖 514 RS232 通訊模塊 第 34 頁 6 失 效 中繼 模塊 概述 根據(jù)第三章對實現(xiàn)饋線自動化的分析，電壓時間型開關在控制器失效情況下仍然需要維持電網(wǎng)的運行?？刂破鞯氖е欣^功能能夠滿足這一要求，在控制器電源回路失電或控制器 CPU模塊故障的情況下，采用多個繼電器和光電耦合器等的配合，使得開關處于合閘位置；同時失效中繼模塊在 CPU正常運行的情況下也能夠被很好的利用，來完成復雜的邏輯判斷。本章我們將設計失效中繼模塊的各部分回路。 下面的分析以圖 33 中的 FD2 開關為例，它的 J 側(cè)電壓為 Uj、 K 側(cè)電壓為 Uk。 電壓監(jiān)測回路 電壓檢測 考慮到控制器電源回路失電或控制器 CPU模塊失效時，電網(wǎng)的電壓依然存在，如果因為控制器失效導致開關跳閘，將引發(fā)停電事故，為了維持配電網(wǎng)的正常運行，需要對電壓進行檢測。電壓檢測分為兩種情況，一種是故障電壓檢測，另一種是正常電壓檢測。 故障電壓的檢測回路如圖 61 所示， D 是 禁止比較電平輸入 端子， VIN 端口是比較電壓 U的輸入端子， C是電壓輸出端子，當 U30% Un（ Un是 PT二次側(cè)的 額定電壓 ，為 220V）時，電源模塊不能夠正常的工作， C 管腳沒有電平的輸出；當 U30%Un 時， C 管腳輸出電平為 12V。 圖 61 故障電壓檢測回路 正常電壓檢 測回路如圖 62 所示，端子和故障檢測回路相同， 當 U80%額定電壓 時， C 管腳沒有電平的輸出；當 U80%Un 時， C 管腳輸出電平為 +12V。 電壓 U80%Un 的同時也滿足 U30%Un，而此時的電壓是正常的，為了避免誤動，要同時復歸故障檢測模塊，在 禁止比較電平 的端子施加 +12V 的閉鎖信號。 第 35 頁 圖 62 正常電壓檢測回路 故障電壓指示 故障電壓指示是基于電壓檢測回路來設計，當電壓檢測回路檢測到故障電壓時，需要通過故障電壓指示回路反饋給 CPU，也就是說故障電壓指示回路實際是失效中繼模塊在受到 CPU控制時才能發(fā)揮其作用。 如圖 63 所示，當檢測到故障電壓時，故障電壓指示繼電器 SR1 的 6 腳會得到一個 12V的電平，從而使得繼電器 SR1 動作線圈得電動作，通過光耦的輸出， CPU的遙信輸入口線檢測到故障電壓的遙信，通過邏輯判斷進行相關的故障電壓閉鎖；當故障電壓恢復正常后，復歸故障電壓指示繼電器，使其在下一次線路故障發(fā)生時能夠繼續(xù)檢測故障電壓。 圖 63 故障電壓指示回路 第 36 頁 電源切換回路 當開關的 J 側(cè)或 K 側(cè)出現(xiàn)電壓時，需要向 CPU發(fā)出遙信；考慮到控制器失效的情況，還要保持開關處于合閘位置，保證電網(wǎng)供電，電源切換回路可以做到當開關 J 側(cè)或者 K 側(cè)有電時，給開關合閘提供電源，使開關維持在合閘狀態(tài)，這一邏輯的實現(xiàn)是獨立于控制器電源和 CPU的。 圖 64 電源切換回路 在控制器失效的情況下，失效中繼模塊仍然要為開關合閘提供電源，這一電源由 PT輸出的 Uj 或 Uk 提供， Uj 正常時（＞ 80%Un）由 Uj 提供， Uj 不正常時（＜ 80%Un）由Uk 提供，實現(xiàn)這個切換的就是電源切換回路。當 Uj 有電， Uk 沒電時， 80%Uj 信號端子有 +12V的電壓，繼電器 TX 不 動作保持常閉狀態(tài)， 80%Uk 信號端子沒有電壓，繼電器 SY動作線圈得電，合閘供電電源切換到 Uj 供電 。當 Uj 沒電， Uk 有電時， 80%Uj 信號端子無電壓，繼電器 TX 動作，同時 80%Uk 信號端子有 +12V的電壓信號，繼電器 SY 復歸線圈得電，合閘供電電源切換到 Uk 供電； 同時 SY繼電器的另外一付接點閉合，閉鎖 SY 繼電器的動作線圈，滿足了為開關合閘提供穩(wěn)定電源的要求。 合閘回路 根據(jù)上一節(jié)的分析，開關 J 側(cè)或 K 側(cè)有電時，都給開關合閘提供電源之后，因為考慮到控制器失效的情況，設計繼電器 Y，通過控制電源通斷，給開關合閘提 供信號，設計合閘回路來完成這項功能。合閘回路的電路圖 如圖 65 所示 。 第 37 頁 圖 65 合閘回路 LSYX1 為開關本體合閘遙信、 LSYX2 為開關本體分閘遙信，當開關一側(cè)來電時，LCYX2 有 24V輸出，從而 X3 繼電器動作， X3（ 35）接點常閉，使得 Y 繼電器得電動作， Y 繼電器（ 610）接點閉合驅(qū)動光耦， CPU收到 Y 繼電器位置改變的遙信；同時 Y 繼電器（ 812）接點閉合， 為自身提供 12V電源形成自保持回路 ； Y 繼電器 59 接點閉合，接通開關合閘供電電源。當開關合閘以后， LSYX1 端子得到 24V電壓， X4 繼電器動作，驅(qū)動光耦， CPU采集到開關合位的遙信信號。 繼電器 X3 的動作是建立在繼電器 OP1 合閘的基礎上的， OP1 繼電器由 CPU分合閘控制回路控制，這是變換開關分合閘由 CPU控制還是由合閘回路控制的關鍵。 分合閘控制回路 分合閘控制回路不但能夠在控制器正常運行時完成電壓判斷邏輯的合閘及閉鎖，也要滿足 CPU在失效狀態(tài)下也能夠給合閘電源輸出繼電器提供電源。 結合圖 65 的合閘回路，分合閘控制回路主要控制的是 Y 繼電器的 +12V電源。如圖66 所示，分合閘控制回路有 CPU的輸入信號，包括使能電壓監(jiān)測 、分閘、復位合閘的信號，在 CPU正常工作的情況下，當檢測到電源電壓時，使能電壓監(jiān)測會給出高電平，驅(qū)動光耦，為 OP1 繼電器提供 12V的電壓， CPU給出分合閘的信號，驅(qū)動光耦控制 OP1 的分閘動作線圈或復歸線圈動作，改變 OP1 繼電器 910 接點的輸出。 第 38 頁 圖 66 CPU分合閘控制回路 綜上所述，失效中繼模塊在控制器失效的情況下，通過對相應的管腳進行上拉或者下拉鉗位，從而保證了電壓時間型負荷開關的順 /逆送， 同時也將故障檢測的任務交給上一級電壓時間型開關。 結合 CPU 控制整體分析裝置 運行 裝置 正常工作： 手柄合 LSYX1（開關分位遙信） 接 24V（ KK KK4 導通） —— X4（ 35）動作 —— ① Y 繼電器 12V導通；② CPU采集到 in3（負電源反饋遙信）； LSYX2（開關合位遙信） 接 +24V（ KK KK2 導通） —— X3（ 35）動作 —— ① Y 繼電器 +12V導通（ +12V電源由 OP1 提供并控制）；② CPU 采集到 in2（正電源反饋遙信）； Y 繼電器動作，開關合閘，并通過 Y（ 812）形成自保持；同時 CPU可根據(jù) in2 和 in3判斷手柄合信號（組合遙信）。 手柄分 LSYX1（開關分位遙信） 不接 24V（ KK KK4 不 導通） —— X4 不動作 —— Y 繼電器 12V不導通； LSYX2（開關合位遙信） 不接 +24V（ KK KK2 不 導通 ） —— X3 不動作 —— Y 繼電器 +12V不導通； Y 繼電器不動作，開關分閘 手柄自動 （ KK KK2 導通） ， （ KK KK4 不 導通） 即 X3 繼電器動作（ +12V開放）； X4 繼電器不動作（ 12V不開放）。 遙控分（ 程序控制分閘，同時開關本體處于合閘狀態(tài) ） 通過 CPU控制 OP1 繼電器， OP1 動作， OP1（ 910）斷開， Y 繼電器 +12V斷開，失電返回，開關分閘。 第 39 頁 遙控合（ 程序控制合閘，同時開關本體處于分閘狀態(tài) ） 開關本體常閉結點閉合，給 LSYX1（開關分位遙信） 提供 24V， X3 繼電器動作，從而使得 12V開放， CPU根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)（開關本體分位，以及開關兩端電壓滿足合位要求），控制 OP1 復歸，使得 Y 繼電器得電，開關合位。 裝置未正常工作： Uj 來電 U 30%Un，裝置不會發(fā)生動作 30%Un U 80%Un， 此時 Uj 為非正常電壓， SR1 繼電器動作 ， SR1（ 89）閉合， U3D1接 12V，禁止 U3 再進行電壓比較； SR1（ 45）閉合。 U 80%Un