【正文】 斷路器 應(yīng)用對象 組合對象 顯性對象 路由器對象 Input Output 標(biāo)識對象 DeviceNet 對象 I/O 報(bào)文 顯性報(bào)文 智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 Y Y N N Y Y N N Y Y N N Y N 圖 8 CAN接收程序流程圖 CAN接收中斷程序是當(dāng)發(fā)生 CAN通信中斷時將郵箱接收的報(bào)文存入一個臨時緩沖區(qū) ,置位相應(yīng)的接收標(biāo)志位。郵箱 5處理公共數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送。 CAN控制器的每個郵箱都有標(biāo)識符 ， 根據(jù)標(biāo)識符給郵箱分配某一類報(bào)文。 采用的對象模型如圖 7所示 。組合對象包括 2個對象實(shí)例 :輸入組合對象負(fù)責(zé)將來自斷路器應(yīng)用對象的數(shù)據(jù)打包、處理并封裝 ,供 I/O輪詢連接對象使用 。連接對象包括 2個實(shí)例 :顯性報(bào)文連接對象和 I/O輪詢連接對象。其中標(biāo)識對象、路由器對象和 DeviceNet對象是每個 DevcieNet設(shè)備都必須包括的對象。通信程序主要由 2個部分組成 :一是收發(fā)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù) ,二是處理接收的數(shù)據(jù)并發(fā)送響應(yīng)數(shù)據(jù)。 因?yàn)槭且粋€從設(shè)備 ,除了進(jìn)行上電 MACID檢測外 ， 它不會主動向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù) ， 而只會根據(jù)接收的數(shù)據(jù)請求發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)響應(yīng) 。 A/D采樣中斷程序如圖 6所示。定時器中斷程序采用事件管理器 A 中的定時器 2 ,定時器 2定時時 間到就觸發(fā) A/D采樣 ,設(shè)置 A/D的采樣間隔為 2ms。主循環(huán)程序以循環(huán)掃描的方式實(shí)現(xiàn)通信處理、保護(hù)算法、濾波算法、有效值計(jì)算、 LCD顯示、鍵盤處理等功能 ,其流程如圖 5 所示 ,系統(tǒng)初始化后 ,首先進(jìn)行上電 MACID檢測 ,進(jìn)入主循環(huán) ,然后進(jìn)行鍵盤操作判斷 ,再執(zhí)行其它的功能程序。 通信程序則完成與其它 DeviceNet 節(jié)點(diǎn)的通信。 智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 第 4 章 智能控制器的軟件設(shè)計(jì) 軟件 的組成及作用 智能控制器軟件主要由控制程序和通信接口程序組成。為此，在電源設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使用單片開關(guān)芯片為核心的開關(guān)電源。普通的電子變壓器的允許工作電壓偏差不應(yīng)超出177。 CAN 接口電智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 路如圖 4所示 。 CAN控制器模塊是一個完全的 CAN控制器 ， 是一個 16位的外設(shè)模塊 ， 有以下特性 ： ( 1)完全支持 ； (2)有 6個郵箱 ； (3)當(dāng)發(fā)送時出現(xiàn)錯誤或仲裁時丟失數(shù)據(jù) ， CAN控制器有自動重發(fā)功能 ； (4)總線錯誤診斷功能 。在開關(guān)量輸出通道中 ， 為防止現(xiàn) 場強(qiáng)電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到測控系統(tǒng) ， 一般采用光電隔離技術(shù) ， 可以有效地隔離電信號 ， 提高抗干擾性。 智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 (4) 輸出控制脫扣器電路 輸出控制脫扣器電路如圖 3所示 ,其作用是出現(xiàn)故障時 ,控制器輸出控制信號驅(qū)動脫扣器動作 ,切除故障電路。節(jié)點(diǎn)地址范圍是 0～ 63MACID ,通信波特率為 125kbit/s、 250kbit/s、500kbit/s 三種。信號在接 TMS320LF2407之前應(yīng)進(jìn)行電容濾波和二極管限壓。電壓和電流采樣信號為 6路模擬量 ,包括線路的 3個線電流和 3個線電壓。 控制模塊 控制模塊由信號采樣調(diào)理電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、輸出控制脫扣器電路等組成 。 低壓、零序電流線路的電流、 總線DeviceNet 圖 結(jié)構(gòu)框圖 隔離調(diào)理電路 DeviceNet 接口 輸出控制 脫扣器電路 液晶顯示 電路 TMS320LF2407 DSP 及其外圍電路 器 鍵盤電路 信號采樣 調(diào)理電路 JTAG 仿真口 智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 DSP 及外圍電路構(gòu)成的最小系統(tǒng) DSP及外圍電路構(gòu)成的最小系統(tǒng)有電源電路、復(fù)位電路、 JTAG仿真電路、時鐘電路。 (3)防干擾設(shè)計(jì)：智能控制器單元工作現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，在硬件設(shè)計(jì)時必須具體分析可能的干擾來源，并采取相應(yīng)的硬件抗干擾措施來抑制干擾，以增強(qiáng)自身工 作的穩(wěn)定性。 (1)簡化設(shè)計(jì)：硬件設(shè)計(jì)時盡可能選用集成電路，少用分立元件，這樣有利于提高系統(tǒng)的集成度，減少元器件相互之間的連線、接點(diǎn)和封裝數(shù)目，從而大大提高系統(tǒng)工作的可靠性。相反，提高軟件功能的比例可以降低硬件的造價，提高靈活性和適應(yīng)性，但相應(yīng)速度要下降，軟件設(shè)計(jì)費(fèi)用和所需的存儲器容量要增加。具有相同功能的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，其軟硬件功能分配可以在很寬的范圍內(nèi)變化。硬件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是綜合考慮系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的各種功能和各部分硬件之間的關(guān)系，來選擇所需 芯片，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電路原理圖以及印刷電路板。同時可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊，而且具有良好的人機(jī)交互功能。除了工作性能以外，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也是工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中要考慮 到的一個重要因素，尤其是在我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不甚發(fā)達(dá)的情況下，能夠長期占據(jù)市場的將是那些高性價比的產(chǎn)品。此種功能由用戶通過開關(guān)確定是否需要。 越限跳閘是指斷路器在正常運(yùn)行時，當(dāng)短路電流超過一定值后（一般為斷路器的極限電流），控制器以瞬時指令使斷路器分?jǐn)?，此功能不受瞬時設(shè)定值的影響。 MCR 接通分?jǐn)嗉俺尢l功能 這兩種方式均為瞬時動作，動作值與斷路器的運(yùn)行分?jǐn)嗪蜆O限分?jǐn)嗄芰ο嚓P(guān)，故障電流信號直接通過硬件比較電路發(fā)出動作指令，接通分?jǐn)嗍侵冈陂_關(guān)閉合前電網(wǎng)已處于故障狀態(tài)，在合閘瞬間產(chǎn)生大于 MCR設(shè)定值的電流，控制器以瞬時方式使斷路器分 斷。 ，當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 為三相電流的平均值。其計(jì)算公式為 錯誤 !未找到引用源。 整定值，且持續(xù) 60s后，控制器再發(fā)出一個信號觸點(diǎn)，可接通已分?jǐn)嗟呢?fù)荷，恢復(fù)系統(tǒng)供電。方式二一般用于控制支路負(fù)荷，當(dāng)運(yùn)行電流超過 錯誤 !未找到引用源。 。有兩種方式可選，方式一可控制兩路負(fù)荷，整定范圍為 錯誤 !未找到引用源。因?yàn)榕c過載故障具有相同的性質(zhì)，所以負(fù)載監(jiān)控也采取延時動作的方法，延時時間要小于過載延時時間。 負(fù)載監(jiān)控保護(hù)特性 負(fù)載監(jiān)控是在發(fā)生過載故障前的一種補(bǔ)救手段，當(dāng)線路中出現(xiàn)較大電流時通過舍棄一些負(fù)載來使電流減小。 另一種為外接漏電互感器方式 (漏電保護(hù) )，控制器直接取外加的一個電流互感器的輸出電流信號進(jìn)行保護(hù)，一般互感器的二次輸出為 5A/1A（互感器一次電流小于等于 400A時，二次為 1A； 400A以上時二次為 5A），該種互感器的靈敏度較高，特別適合于從幾十安培開始的較小接地電流的保護(hù)。 單相接她保護(hù)指故障電流在幾百安培以上的金屬性接地保護(hù)，一般用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，控制器分兩種不同保護(hù)方式： 一種為內(nèi)部互感器矢量和方式 (接地保護(hù) )，控制器根據(jù)三相電流和中性級電流矢量和進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)斷路器極數(shù) 分為 3PT、 4PT、 (3P+N)T三種形式。 為反時限剪切系數(shù)，一般為 — 6，當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 為接地定時限設(shè)定時間，當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 ，故障延時動作時間不小于定時限的設(shè)置時間。 其它保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理 除三段電流保護(hù)功能外，智能斷路器還具有單相接地保護(hù)或漏電保護(hù)和不平衡保護(hù)等保護(hù)功能，下面依次討論各保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理。在定時時間內(nèi)，如果故障電流值小于整定值，則保護(hù)退出。 反對限保護(hù)實(shí)質(zhì)為熱保護(hù)，動作對間與電流平方成反比。當(dāng)故障電流值大于相應(yīng)的整定電流值時，啟動定時器，定時時間到，保護(hù)動作。線路中一旦出現(xiàn)特大短路電流，就必須由瞬動使斷路器斷開。只要在主電路和支路電路的斷路器上合理選擇電流整定值和動作時間，就可得到可靠的上下級 短路短延時保護(hù)配合。干線上斷路器短延時可返回時間應(yīng)大于支路上的斷路器全分?jǐn)鄷r間。這就是所謂的選擇性短路保護(hù)。短路電流往往要比正常電流大幾十倍，甚至上百倍。智能斷路器過載電流的整定重要考慮整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和保護(hù)的可靠性。為使配電系統(tǒng)可靠安全供電，要求斷路器必須能躲過正常的過載范圍內(nèi)。 過電流保護(hù)特性曲線的運(yùn)用 配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的過載運(yùn)行是經(jīng)常發(fā)生的。采用即采即比的方法， CPU 將采集來的電流信號的峰值和整定值進(jìn)行比較，如果某次的電流信號峰 值大于整定電流值，則再采樣一次，兩次的結(jié)果相近的話，說明發(fā)生短路故障。由于經(jīng)過互感器轉(zhuǎn)化來的電流信號屬于大信號，所以不需要進(jìn)行放大就可以送入 CPU 進(jìn)行處理，在設(shè)計(jì)短路延時保護(hù)時，只要加濾波和隔離電路即可。對于具有選擇性保護(hù)功能的系統(tǒng)，動作時間的整定應(yīng)該分級進(jìn)行 :主干線上的斷路器 短延時的動作時間應(yīng)該大于支路上的全分?jǐn)鄷r間。短路故障是電力系統(tǒng)非正常運(yùn)行的最重要原因，有效切斷故障線路是斷路器的主要功能，同時又要保證沒有出現(xiàn)故障的線路正常運(yùn)行。當(dāng)故障電流大于整定電流值時，啟動定時器，只要定時時間一到，就產(chǎn)生保護(hù)動作。 當(dāng)短延時動作電流在 (1～ 8)Ir之間時，短路短延時呈反時限特性 。短延時的反時限保護(hù)和過載的一樣，也是通過查表法判斷是否動作。 短路短延時特性可以分為兩段，即反時限特性和定時限特性。 3))破壞整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。短路故障的發(fā)生，使得電力系統(tǒng)中的電壓降低，電流增大，引起嚴(yán)重的不良后果 : 1)強(qiáng)大的短路電流將引起熱效應(yīng)，使得導(dǎo)體和電氣設(shè)備由于過熱而造成絕緣破壞，導(dǎo)體熔化。 過載電流時的 16個動作延時時間 t。其中 N相可設(shè)置為 50％保護(hù)或 l00％保護(hù)，長延時動作時間系數(shù)整定值 K決定過載長延時保護(hù)的選擇范圍。 ， t為長延時動作延時值， I為過電流值， 錯誤 !未找到引用源。 下面根據(jù)特性曲線圖依次分析智能斷路器三段保護(hù)特性。 ：短延時電流整定值； 錯誤 !未找到引用源。 ，瞬時 功能被鎖定 6 短延時 錯誤 !未找到引用源。 根據(jù)電流保護(hù)整定值的不同 ， 斷路器可以同時或分別具有三段保護(hù)特 性 ， 見表 2． 1。智能型斷路器己廣泛應(yīng)用到多種領(lǐng)域，有配電、有發(fā)電、有電動機(jī)保護(hù)、有普通上下級配合、有與高壓側(cè)熔絲配合等，因此采用了五種特性曲線，該五條特性曲線有 5錯誤 !未找到引用源?？v坐標(biāo)為動作時間，橫坐標(biāo)為電流倍數(shù)。智能斷路器具有過載長延時，短路短延時和短路瞬動三段電流保護(hù)特性。系統(tǒng)長時間工作在超過其額定電流的情況下，不論是絕緣還是各部件的機(jī)械強(qiáng)度都將迅速降低，加速系統(tǒng)的老化，而且機(jī)械性能、電接觸性能的降低又會給其他類型的故障提供 了可能性，所以更要認(rèn)真對待。 保護(hù)特性 在電力系統(tǒng)中，存在發(fā)生各種故障的可能，雖然危害最大的是發(fā)生系統(tǒng)的短路，但是從發(fā)生的幾率來看，出現(xiàn)最多的故障則是過電流 ——線路中的電流長期高于額定電流的一種非正常工作狀態(tài)。 三段電流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理 過電流保護(hù)是智能型斷路器最重要的保護(hù)功能。 為了計(jì)算上的方便 ， 同時為了減小誤差 ， 編程時直接采用平方值來比較 ， 即 錯誤 !未找到引用源。 ,則電流基波幅值為： 錯誤 !未找到引用源。 當(dāng) N=32， n=1代入，得基波的實(shí)部 錯誤 !未找到引用源。 本智能控制器的保護(hù)算法采用傅氏算法 ， 以電流為例 ， 分解出 n倍頻率的電流的實(shí)部、虛部分別如下所示： 實(shí)部： 錯誤 !未找到引用源。 保護(hù)的算法及分析 電力系統(tǒng)發(fā)生故障時 ， 往往是在基波上疊加有衰減的非周期分量和各種高 頻 分量 ，因此要求控制器對輸入的電流 、 電壓信號進(jìn)行預(yù)處理 ， 盡可能的濾除非 周 期分量積高頻分量 。 ，保護(hù)功能是智能控制器最重要的功能之一，保護(hù)功能的設(shè)計(jì)在整個控制 器的設(shè)計(jì)中占有極其重要的地位。 常數(shù)”的反時限特性。的形式表現(xiàn)出來。低壓斷路器作為保護(hù)元件，智能控制器智能斷路器測控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 保護(hù)特性必須與被保護(hù)對象的熱特性配合，其中必須考慮的主要問被保護(hù)對象熱積累的模擬。在滿足精度的條件下，在算法中經(jīng)常采用縮短數(shù)據(jù)窗、簡化算法以減小計(jì)算工作量，或采用兼有多種功能的算法以節(jié)省時間等措施來縮短響應(yīng)時間，提高速度。 保護(hù)特別是快速動作的保護(hù)對計(jì)算速度要求很高。衡量