專利名稱：真空斷路器中電流保護(hù)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于配電網(wǎng)中的真空斷路器中電 流保護(hù)控制方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對(duì)電力的需 求量也越來(lái)越大，從而促使電力事業(yè)迅速發(fā)展，電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)供電質(zhì)量 和供電可靠性的要求也越來(lái)越高。配電系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，不但 直接關(guān)系到企業(yè)用電的通暢，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運(yùn)行。因此，當(dāng)配 電網(wǎng)絡(luò)中某條線路處于非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，線路斷路器應(yīng)該能及時(shí)、可靠地將它 切除，以防故障的進(jìn)一步發(fā)生和擴(kuò)大。另外，當(dāng)線路中存在變壓器空載合閘時(shí)， 會(huì)在線路上出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)性涌流。由于其不是故障性的，線路斷路器不需動(dòng)作， 但是其幅值很大，會(huì)造成線路一次合閘不成功或上級(jí)線路斷路器誤跳的情況。因 此，在實(shí)際運(yùn)行中，需要線路斷路器既能切斷處于過(guò)流、短路狀態(tài)的線路，又可 以對(duì)線路的過(guò)流、短路狀態(tài)和線路上瞬時(shí)出現(xiàn)的涌流進(jìn)行區(qū)分。
現(xiàn)有的應(yīng)用于線路斷路器的電流保護(hù)控制裝置較少，且現(xiàn)有的裝置對(duì)于線路 過(guò)流、短路的判斷采取了基于電流的峰值作為整定值的判斷方法，對(duì)于躲過(guò)線路 涌流采取了線路斷路器突然合閘時(shí)加入一定的延時(shí)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣判斷線路的 過(guò)流、短路狀態(tài)存在一定的缺陷，并且上級(jí)線路斷路器在下級(jí)線路突然合閘時(shí)有 可能會(huì)因?yàn)橛苛鞫`跳，并且故障判別時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
現(xiàn)有技術(shù)中，自適應(yīng)繼電保護(hù)算法能根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的變 化而改變保護(hù)采樣濾波算法中所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)窗形狀或窗長(zhǎng)。由于自適應(yīng)保護(hù)算法 能夠根據(jù)一次系統(tǒng)的故障情況的變化而調(diào)整數(shù)據(jù)窗，因此，它能在很大程度上克 服傳統(tǒng)保護(hù)的缺陷，有效提高算法的相應(yīng)速度，縮短故障判別時(shí)間。但大多數(shù)自 適應(yīng)保護(hù)算法的設(shè)計(jì)和研究對(duì)采樣濾波算法并未有太多改變，大體上還是應(yīng)用變 數(shù)據(jù)窗的自適應(yīng)算法，而對(duì)算法的步長(zhǎng)以及突變量的變化率均未做考慮。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適合于真空斷路器的 全新電流保護(hù)控制方法，在算法上都做了全新的設(shè)計(jì)，具體技術(shù)方案如下
一種真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，包括歩驟
1) 從電流互感器采樣電流信號(hào)；
2) 在一個(gè)電流信號(hào)基波周期內(nèi)采樣，判斷采樣得到的電流信號(hào)是干擾信號(hào)， 還是過(guò)流/短路信號(hào)；
3) 如果是過(guò)流/短路信號(hào)，則以采樣得到的電流信號(hào)為參數(shù)，計(jì)算電流有效 值，如果該有效值大于整定值，則做出保護(hù)動(dòng)作；否則，則繼續(xù)采樣；
所述步驟2)中還包括步驟
2. 1)先對(duì)間隔多個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)的一組采樣電流信號(hào)計(jì)算突變量、—n;如果
突變量、_ 大于其預(yù)設(shè)的整定值^—ns，則進(jìn)入歩驟2.2);如果、—。不大于預(yù)設(shè)的
整定值、_，則繼續(xù)對(duì)下一組采樣點(diǎn)的電流信號(hào)計(jì)算突變量；本步驟中，每組采 樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)相同；
2.2)對(duì)該組采樣點(diǎn)中每對(duì)相鄰的采樣點(diǎn)計(jì)算突變量Z&，如果每個(gè)突變量^
都大于其預(yù)設(shè)的整定值/^，則認(rèn)為是過(guò)流/短路，進(jìn)入步驟3)。
步驟l)中，當(dāng)突然上電時(shí)，延時(shí)采樣，避開(kāi)本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流。
步驟2)中， 一個(gè)基波周期內(nèi)采樣48個(gè)點(diǎn)，即采樣頻率為2400/^。(現(xiàn)有 的傅立葉算法都是12個(gè)點(diǎn)，也有用24個(gè)點(diǎn)的。采樣的點(diǎn)數(shù)越多，越能反應(yīng)真實(shí) 的情況，但是這要受設(shè)備的采樣能力的限制，不可能使采樣頻率過(guò)大?，F(xiàn)有技術(shù) 中的傅立葉算法，要判斷故障得釆集一個(gè)周波的數(shù)據(jù)，然后才能判斷，判斷時(shí)間 太長(zhǎng)。本發(fā)明是四個(gè)點(diǎn)一組，作為判斷是否啟動(dòng)變步長(zhǎng)算法的依據(jù)，啟動(dòng)后， 根據(jù)突變情況，確定函數(shù)窗長(zhǎng)，這樣可以大大縮短判別時(shí)間。)
步驟2. 1)中，所述每組采樣電流信號(hào)是連續(xù)4個(gè)采樣點(diǎn)的電流信號(hào)，所述
突變量ZA—n是第4個(gè)采樣點(diǎn)的電流值z(mì)'(4m -1)和第1個(gè)采樣點(diǎn)的電流值!'(4m - 4)差 的絕對(duì)值。
步驟2. 2)中相鄰的采樣點(diǎn)突變量^分別是第4和3個(gè)采樣點(diǎn)、第3和2個(gè) 采樣點(diǎn)、第2和1個(gè)采樣點(diǎn)的電流值差的絕對(duì)值；如果這三個(gè)值都大于預(yù)設(shè)的整 定值/w，則認(rèn)為是過(guò)流/短路，進(jìn)入步驟3)。步驟3)中根據(jù)步驟2.2)中的突變量^的變化率山^ =zAi-!;n確定傅 氏算法中窗長(zhǎng)/f = G(AM)，步長(zhǎng)A/i^QW^)，其中G、 2為由突變量變化率確 定傅氏算法正弦窗的窗長(zhǎng)函數(shù)和步長(zhǎng)函數(shù)；貝lj,對(duì)應(yīng)于第&次采樣值的正弦窗為
"、 1 + . 2兀A
那么，由傅氏算法確定的基波分量余弦量的幅值<formula>formula see original document page 6</formula>和基波分量正弦量的幅值
l丄
，+ -"、 ■ 2("AA)兀
,其中《為基波一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，A為窗
內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)；/(h)為h點(diǎn)的采樣電流值；
最后，得到電流的有效值/,二、i^，如果有效值大于其整定值，則做出
~ 2
保護(hù)動(dòng)作。
所述步驟3)中的整定值通過(guò)微型CT 二次側(cè)的電流確定的，整定值范圍在 5A-30A。
ns的取值原則 一個(gè)周期采樣48個(gè)點(diǎn)，就每4個(gè)點(diǎn)之間相隔的角度是
360/12=30度。正弦或者余弦函數(shù)在過(guò)零點(diǎn)時(shí)候?qū)?shù)最大，也就是說(shuō)那個(gè)時(shí)候兩 個(gè)點(diǎn)之間的差值最大，所以最大差值為Sin30-Sin0=0.5，用這個(gè)系數(shù)乘以保護(hù)線 路的額定最大電流，在乘以一個(gè)相應(yīng)的系數(shù)即可，最后乘以的這個(gè)系數(shù)可以適靈 敏度要求自行調(diào)整， 一般取1.2. 1.5A。
^s的取值原則 一個(gè)周期采樣48個(gè)點(diǎn)，就每個(gè)點(diǎn)之間相隔的角度是
360/48=7.5度。正弦或者余弦函數(shù)在過(guò)零點(diǎn)時(shí)候?qū)?shù)最大，也就是說(shuō)那個(gè)時(shí)候兩 個(gè)點(diǎn)之間的差值最大，所以最大差值為sin7.5-sin0K).1305，用這個(gè)系數(shù)乘以保護(hù) 線路的額定最大電流，在乘以一個(gè)相應(yīng)的系數(shù)即可，最后乘以的這個(gè)系數(shù)可以適 靈敏度要求自行調(diào)整， 一般取1.2. 1.5A。
本發(fā)明具有對(duì)故障電流反應(yīng)靈敏，判斷準(zhǔn)確，判斷時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為自適應(yīng)濾波原理框圖
圖2為實(shí)施例中裝置的電路原理圖
6圖3為裝置中電源電路原理圖 圖4為裝置中復(fù)位電路原理圖 圖5為裝置中A、 C兩相電流采集測(cè)量原理圖 圖6為裝置中單片機(jī)與LCD液晶顯示連接圖 圖7為裝置中開(kāi)關(guān)量輸出、LED顯示原理圖 圖8為裝置中脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路原理圖 圖9為裝置中實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊原理圖 圖10為裝置中單片機(jī)程序流程圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 首先對(duì)本發(fā)明采用的算法進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明.
在現(xiàn)有技術(shù)中，自適應(yīng)濾波的研究始于上世紀(jì)五十年代。參考圖l，自適應(yīng) 濾波的迭代公式為
= , _ = f (，* W _ Ir W，)① eW =病- 7 W =柳+洲-y W = c(" +洲……(2) ，+ 1)=釋)+ 2/^("歸)......(3)
式中，義7'("為"時(shí)刻參考輸入信號(hào)；『(A)為自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)；fT(A)為 未知系統(tǒng)權(quán)系數(shù)；"0t)為期望信號(hào)；為濾波器輸出信號(hào)；e(W為由f(yt)和c(yt) 組成的誤差信號(hào)；《fc)為干擾信號(hào)，c(/t)為跟蹤誤差信號(hào)；//為步長(zhǎng)因子。
自適應(yīng)算法的目的就是通過(guò)誤差反饋不斷調(diào)整濾波器的權(quán)值W("來(lái)逼近 ，使得/("能夠跟蹤rf("的變化。
在繼電保護(hù)算法中，設(shè)輸入的電流信號(hào)為/(/)，傅氏分解后為
/(/)-l;[八sin(2兀/j + ^)〗^(0 + 4(0……(4)，式中'/"為第"次諧波頻率，
/"為諧波的幅值，A為諧波的相角。"o為基波電流，^w為除基波電流外所有 諧波電流總和。將/",)設(shè)為圖1中的干擾信號(hào)""，/^)作為期望信號(hào)"a),輸入
電流信號(hào)/(o作為參考輸入信號(hào)義("。繼電保護(hù)算法為現(xiàn)有成熟技術(shù)，在此不作 進(jìn)一步限制。在微機(jī)保護(hù)算法中，輸入電流信號(hào)《f)即參考輸入信號(hào)進(jìn)入自適應(yīng)濾波 器后，輸出信號(hào)y'(/t)跟蹤期望信號(hào)c/("， y(/t)從幅值和相位上逼近電流基波分量
"f)。當(dāng)/(&)在幅值及相位均相等時(shí)，即可判定故障狀態(tài)，進(jìn)入故障處理程序。 微機(jī)保護(hù)算法為現(xiàn)有成熟技術(shù)，在此不作進(jìn)一步限制。
傳統(tǒng)的自適應(yīng)濾波算法一般為定歩長(zhǎng)自適應(yīng)算法，即不考慮步長(zhǎng)因子//，主
要是靠改變權(quán)系數(shù)『("來(lái)改變保護(hù)算法的響應(yīng)速度和計(jì)算精度，而『(A:)—經(jīng)確
定，在硬件程序中往往未考慮也無(wú)法進(jìn)行更改。因此，傳統(tǒng)自適應(yīng)保護(hù)算法在響 應(yīng)速度與計(jì)算精度之間無(wú)法兼顧。
現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于式(4)中的被采樣電流信號(hào)奶=|;[/>(2兀/ "<^)]，
展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)后為= Z [" sin("6V) + 6 cosOv)]，式中，"為自然數(shù)；A
表示基波角頻率； 和&分別表示各次諧波的余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)的幅值，其中a。表 示直流分量。
以",和6,分別表示基波分量余弦量、正弦量的幅值，貝(j，基波有效值為
時(shí)間，/7為采樣窗內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，《 = 2tt/， /為基波頻率，r = i//。 采樣后，連續(xù)函數(shù)變?yōu)殡x散函數(shù)，積分運(yùn)算變?yōu)殡x散求和運(yùn)算。
離散全周傅氏算法的正弦窗可以表示為wW = l^>tsin，，式中〖為
基波一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，A = 0,l,2,...,《-1。本例中優(yōu)選《=48，即采樣頻 率為2400//z 。
考慮窗長(zhǎng)為a-w;-:r時(shí)
a禾n夂為
式中4為采樣間隔
8本發(fā)明實(shí)施例的變步長(zhǎng)自適應(yīng)算法在未檢測(cè)到突變量(每4個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算一 次突變量)的運(yùn)行方式下，取每四個(gè)采樣點(diǎn)中的最后一個(gè)，即
/t'=4m-1(柳=0,1,2,...,12)計(jì)算參加傅氏計(jì)算，計(jì)算輸入電流有效值，此時(shí)對(duì)于 傅氏算法相當(dāng)于每采樣周期12個(gè)采樣點(diǎn)，即每周期采樣點(diǎn)為尺'=12，
此時(shí)a,和6，為
1
2A;兀
《-i , 2》(()cos
A =二
k 一i
2W)
a =0
2A:兀 7
(6)，式中/0O為電流信號(hào)的第
/t'次采樣值。
同理，計(jì)算突變量的采樣間隔也為4個(gè)采樣點(diǎn)，第A:、4w-l次采樣結(jié)束后， 將該次采樣的瞬時(shí)值/(4附-1) = #')與第*'=4(附-1)-1次采樣的瞬時(shí)值 《4(m — 1) -1) = -1)計(jì)算突變量/A—4 —| /(f) I -1 /(A' -1) II……(7)
當(dāng)突變量14大于其整定值^4、.時(shí)，啟動(dòng)變步長(zhǎng)突變量計(jì)算。計(jì)算第
々=4w —1次采樣值及以前三個(gè)時(shí)亥U: /t —1 = 4附一2、 /t —2 = 4m — 3、七一3 = 4附一4 的采樣值的三個(gè)突變量
,M =||《4附—1) H《4m 一 2) HI州H
=|| /(4w — 2)卜I /(4附-3) HI — 1)卜I # -2) II 、
"4m — 3) H /(4m — 4) — 2)卜| /(/i: — 3) ||
(8)
將三個(gè)纟m、 L。
zm—2與整定值^比較，當(dāng)三個(gè)突變量全部大于整定值^
時(shí)，啟動(dòng)自適應(yīng)窗長(zhǎng)。
若未全部大于整定值，則繼續(xù)采樣計(jì)算突變量，此時(shí)計(jì)算突變量的采樣相鄰
的采樣點(diǎn)，即^HU("卜IW-……(9)，這樣，將大大提高突變量檢測(cè)的速
度，在最快的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)一次系統(tǒng)相關(guān)輸入量的變化。
當(dāng)出現(xiàn)三個(gè)連續(xù)突變量^大于整定值時(shí)，設(shè)突變量的變化率為
二 — z'aa:—1
(11)
根據(jù)突變量的變化率確定傅氏算法的窗長(zhǎng)為// = (7^^)……(12)、確 定的算法步長(zhǎng)為^々=0("^)……(13)， G、 2為由突變量變化率確定傅氏
9算法正弦窗的窗長(zhǎng)函數(shù)和步長(zhǎng)函數(shù)-
//,^arctan(《)
//^是全周傅氏算法窗長(zhǎng)，即數(shù)據(jù)窗包括一個(gè)周波內(nèi)的全部采樣點(diǎn)。
確定窗長(zhǎng)//后，對(duì)應(yīng)于第看yt次采樣值的正弦窗為
'.(14);
-減
-成
1
.2兀/7 S1I1-
由傅氏算法確定的^和、為:
1
■， + ■"、 2("M)兀
—丄
〃+l
2 X州sm
(15)
根據(jù)式(5)，每次采樣結(jié)束計(jì)算電流基波的有效值，再與整定值/,一w比較，
當(dāng)計(jì)算出的基波有效值大于整定值/,^j則發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。
上述方法的實(shí)現(xiàn)裝置是電流保護(hù)控制裝置，該裝置包括電源模塊、單片機(jī)、 A、 C相電流互感器、電量信號(hào)采集模塊、人機(jī)交互界面模塊、幵關(guān)量輸出模塊 和脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊，與上位機(jī)通信模塊，時(shí)鐘模塊；所述電源模塊的輸出連接 單片機(jī)的電源輸入端；A、 C相電流互感器的輸出分別連接電量信號(hào)采集模塊的 輸入端，信號(hào)采集模塊的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后連接單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端；參 數(shù)輸入與顯示模塊連接單片機(jī)的輸入端；單片機(jī)擴(kuò)展485串行接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī) 通信，利用單片機(jī)I2C接口連接時(shí)鐘現(xiàn)實(shí)模塊；單片機(jī)的輸出端連接開(kāi)關(guān)量輸 出模塊的輸入端，開(kāi)關(guān)量輸出模塊的輸出端連接脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的控制端，脫 扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的電源端連接到A、 C互感器的輸出端；脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊的輸 出端連接外部脫扣線圈。
所述電量信號(hào)釆集模塊包括兩個(gè)電流互感器CT1、 CT2，它們的輸入端分別 連接A、 C相電流互感器的輸出端，兩個(gè)電流互感器的輸出信號(hào)分別經(jīng)可調(diào)電阻、 組容濾波電路調(diào)理后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)的采集信號(hào)輸入端。所述A、 C相 電流互感器輸出電流在電流互感器CT1和CT2取樣后并聯(lián)接到一起連接微型電流 互感器CT3的輸入端、電流互感器CT3的輸出端連經(jīng)電源模塊的輸入端。所述脫 扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊包括升壓電路、儲(chǔ)能電容和整流橋，升壓電路與儲(chǔ)能電容串聯(lián)， 為儲(chǔ)能電容充電；儲(chǔ)能電容和整流橋并聯(lián)接在一起連接控制裝置外部的脫扣線 圈，控制脫扣線圈脫扣。
所述于上位機(jī)通信，采用485串行通訊接口技術(shù)完成與上位機(jī)的通信，參數(shù) 設(shè)定也可以通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行。
所述的時(shí)鐘功能，通過(guò)外接DS1307時(shí)鐘芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述的人機(jī)交互界面，由功能按鍵配合液晶現(xiàn)實(shí)完成各種參數(shù)的設(shè)定，LCD 還可以用來(lái)現(xiàn)實(shí)故障的種類(lèi)，故障電流的大小，故障時(shí)間，故障斷路器編號(hào)等信息。這兩項(xiàng)功能集成在塊電路板上，通過(guò)接插件可以與主電路板連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)定，也可以安裝于控制平臺(tái)上，通過(guò)串行總線進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定。
所述單片機(jī)是日本瑞撒公司推出的M16C/62P系列單片機(jī)M30626FHPFP，外接頻率是10MHz晶振；單片機(jī)的復(fù)位輸入端連接復(fù)位電路；還外接了時(shí)鐘現(xiàn)實(shí)芯片；擴(kuò)展了 485總線；單片機(jī)的輸出端還連接LCD組成的顯示模塊。
如圖3、 4所示，電源模塊由電流互感器、全波整流電路、穩(wěn)壓電路、瞬態(tài)過(guò)壓抑制電路、共模和差模抑制電路組成。線路A、 C兩相電流互感器輸出電流在微型電流互感器取樣后并聯(lián)接到一起，經(jīng)過(guò)控制器內(nèi)部另一微型電流互感器、全波整流電路、穩(wěn)壓電路，使得交流電壓變?yōu)椴▌?dòng)不大的12V直流電壓，即可為繼電器供電。集成穩(wěn)壓芯片7805內(nèi)部含有啟動(dòng)電路、串聯(lián)穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路，把+12V直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+5V電壓，為運(yùn)放等器件供電，穩(wěn)壓二極管Z1將電路的過(guò)電壓限制在一定水平，保護(hù)繼電器線圈和后級(jí)7805等器件；電容C2可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲，起著一個(gè)低頻騷擾濾波器的作用。再把+5V直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的+3.3V電壓，為控制器內(nèi)部單片機(jī)供電，輸出接10uF電容來(lái)保證輸出的穩(wěn)定性，如圖3所示，這里采用的電壓檢測(cè)芯片是飛利浦公司的MAX708RD。 MAX708RD是一款用于+3. 3V電源系統(tǒng)的電壓監(jiān)測(cè)芯片，復(fù)位門(mén)檻電壓為+2.63V，具有雙路電源監(jiān)控、電源失效告警和復(fù)位功能和手動(dòng)復(fù)位功能。當(dāng)復(fù)位按鈕SW1閉合、系統(tǒng)剛上電或MAX708RD的電源電壓降到+2. 63V —下時(shí)，低有效復(fù)位輸出引腳變低，芯片M16C/62P-M30626FHPFP可靠復(fù)位。
如圖3所示，電量信號(hào)采集模塊分為A、 C兩相采集，每一相由一只電流互感器、 一路可調(diào)電阻、阻容濾波電路，運(yùn)放組成，分別接入單片機(jī)I/0引腳。
如圖4所示，LCD與單片機(jī)連接圖。將LCD相應(yīng)的數(shù)據(jù)線和控制線連接好和M16C/62P-M30626FHPFP，對(duì)LCD進(jìn)行相應(yīng)的寫(xiě)操作就可以實(shí)現(xiàn)LCD顯示。
如圖5所示，開(kāi)關(guān)量輸出模塊由繼電器、光耦TLP521、驅(qū)動(dòng)三極管和保護(hù)電路組成，單片機(jī)輸出引腳輸與三極管的控制極連接，繼電器兩端反相并聯(lián)快速二極管IN4148。
如圖6所示，脫扣線圈驅(qū)動(dòng)模塊由升壓電路、儲(chǔ)能電容、整流橋組成，作為輸出端口連接控制裝置外部的脫扣線圈
如圖7所示，為實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。控制器對(duì)短路故障的保護(hù)需要對(duì)時(shí)間的精確記錄，以方便檢修和故障統(tǒng)計(jì)。單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器數(shù)量有限，因此需要專門(mén)的硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。為此，控制器選取了美國(guó)DALLAS公司推出的I2C總線接口實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1307和+3V的紐扣電池。
程序流程如圖8所示，具體步驟為
(1) 初始化；
(2) 合閘延時(shí)(可調(diào))；
(3) 采集A、 C兩相電流并判斷電流有效值是否超過(guò)整定值；
(4) 否，則重新采樣，返回步驟3;是，則對(duì)超過(guò)整定值的相電流進(jìn)行變步自適應(yīng)離散傅立葉分。若比值超過(guò)勵(lì)磁涌流的門(mén)坎值，則認(rèn)為線路中有變壓器突然空載合閘，沒(méi)有過(guò)流、短路故障，也返回步驟3。若比值未超過(guò)勵(lì)磁涌流的門(mén)坎值，則在由開(kāi)關(guān)量輸入設(shè)置的延時(shí)時(shí)間內(nèi)連續(xù)判斷線路是否存在過(guò)流、短路狀態(tài)；如果不是持續(xù)性的過(guò)流、短路，返回步驟3，如果是持續(xù)性的過(guò)流、短路，則控制線路斷路器分閘。(5)結(jié)束。
裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部連接方式如圖IO所示。裝置有5根外部引出線，其中3根連接A、 C相電流互感器，電流互感器的公共端連接機(jī)殼，接入大地；另外2根連接脫扣線圈，控制斷路器分閘。虛線框內(nèi)為裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，連接方式為導(dǎo)線連接。為485串行通訊留有接線端子，可以根據(jù)應(yīng)用情況決定是否引線。
通過(guò)對(duì)可調(diào)電阻B、 C的調(diào)節(jié)，可以將整定值調(diào)整為5A。調(diào)節(jié)方法如下將裝置與A相電流互感器連接好，并將互感器輸出電流調(diào)整為5A，然后逆著圖中箭頭方向調(diào)節(jié)可調(diào)電阻B。當(dāng)LED燈D由不亮變?yōu)榫鶆蜷W爍，A相整定值即已調(diào)整為5A。 C相整定值調(diào)整方法同A相的調(diào)整方法。當(dāng)連接人機(jī)交互界面時(shí)候，LCD上會(huì)現(xiàn)實(shí)調(diào)整結(jié)果。
整定值調(diào)整完畢后，進(jìn)行保護(hù)時(shí)間的設(shè)置。通過(guò)LCD上菜單配合功能鍵，設(shè)定相應(yīng)的速斷倍數(shù)，速斷時(shí)間，以及合閘涌流延時(shí)設(shè)置。
在上述歩驟都進(jìn)行完畢后，將裝置與線路斷路器連接好并固定。圖3中連線1 3連接電流互感器，4 5連接脫扣線圈。當(dāng)線路斷路器突然上電時(shí)，裝置啟動(dòng)內(nèi)部延時(shí)程序，躲過(guò)此時(shí)的涌流；在線路穩(wěn)定運(yùn)行后，若出現(xiàn)涌流，裝置根據(jù)算法能將其識(shí)別出來(lái)，不會(huì)使斷路器誤動(dòng)作；只有在線路處于過(guò)流、短路狀態(tài)下，裝置才控制其開(kāi)關(guān)量輸出電路，使其接通脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路。脫扣線圈得電后，擊打斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的鎖扣環(huán)節(jié)，解除其死鎖狀態(tài)，斷路器分閘。
最后，通過(guò)485串行接口，將故障信息實(shí)事的傳遞給上位機(jī)。
在結(jié)構(gòu)上，裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，獨(dú)立封閉單元機(jī)箱，密封性好，抗干擾、堅(jiān)固可靠，抗振動(dòng)能力強(qiáng)。
所述裝置采用高性能單片機(jī)，該單片機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)?？梢灾苯討?yīng)用于只裝設(shè)A、 C兩相電流互感器的線路斷路器，作為切斷過(guò)流、短路線路，躲過(guò)涌流的電流保護(hù)控制裝置。它的電源直接取自線路電流互感器，不需要額外的電壓互感器等設(shè)備。
在保護(hù)時(shí)間配合方面，其過(guò)流延時(shí)時(shí)間可以任意設(shè)定，速斷電流倍數(shù)可以任意設(shè)定，速斷延時(shí)時(shí)間可以任意設(shè)定，合閘延時(shí)時(shí)間可以任意設(shè)定，可以充分滿足各種實(shí)際運(yùn)行的需要。
在對(duì)線路斷路器的分閘控制方面，它的脫扣線圈驅(qū)動(dòng)電路采用的是充電電容和線路電流同時(shí)提供電流的方式；由于有了充電電容，線路上電流互感器的功率要求不大，5VA即可，這樣電流互感器的尺寸可以做的較小一些，精度也會(huì)提高，使其更容易安裝和使用。
在線路過(guò)流、短路與涌流的識(shí)別方面，其釆用通過(guò)計(jì)算電流有效值啟動(dòng)故障判別程序，基于變步長(zhǎng)自適應(yīng)算法的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法來(lái)識(shí)別線路過(guò)流、短路狀態(tài)和涌流。即在裝置突然上電時(shí)加入延時(shí)，避開(kāi)本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流；在穩(wěn)定運(yùn)行后通過(guò)變步長(zhǎng)計(jì)算出電流有效值，如果超過(guò)設(shè)定值并達(dá)到判別條件，改變步長(zhǎng)，調(diào)用自適應(yīng)算法，來(lái)識(shí)別線路過(guò)流、短路或是涌流，以避開(kāi)下級(jí)線路出現(xiàn)的涌流，并對(duì)本級(jí)線路實(shí)施保護(hù)。該算法能有效地提高微機(jī)保護(hù)的響應(yīng)速度，提高微機(jī)保護(hù)性能。
可以事實(shí)記錄故障的時(shí)間、上傳故障信息到上位機(jī)。擴(kuò)展的485總線可以外接GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)無(wú)線傳送，滿足配網(wǎng)自動(dòng)化的要求。
良好的人機(jī)交互界面。人機(jī)交互界面模塊，與主電路采用接口連接，可以根據(jù)需要及時(shí)插拔，也可以將人機(jī)交互界面安裝于控制保護(hù)平臺(tái)上，進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。
1權(quán)利要求
1、一種真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，包括步驟1)從電流互感器采樣電流信號(hào)；2)在一個(gè)電流信號(hào)基波周期內(nèi)采樣，判斷采樣得到的電流信號(hào)是干擾信號(hào)，還是過(guò)流/短路信號(hào)；3)如果是過(guò)流/短路信號(hào)，則以采樣得到的電流信號(hào)為參數(shù)，計(jì)算電流有效值，如果該有效值大于整定值，則做出保護(hù)動(dòng)作；否則，則繼續(xù)采樣；其特征是所述步驟2)中還包括步驟2.1)先對(duì)間隔多個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)的一組采樣電流信號(hào)計(jì)算突變量iΔ-n；如果突變量iN-n大于其預(yù)設(shè)的整定值iN-ns，則進(jìn)入步驟2.2)；如果iΔ-n不大于預(yù)設(shè)的整定值iΔ-ns，則繼續(xù)對(duì)下一組采樣點(diǎn)的電流信號(hào)計(jì)算突變量；本步驟中，每組采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)相同。2.2)對(duì)該組采樣點(diǎn)中每對(duì)相鄰的采樣點(diǎn)計(jì)算突變量iΔk，如果每個(gè)突變量iΔk都大于其預(yù)設(shè)的整定值iΔ1s，則認(rèn)為是過(guò)流/短路，進(jìn)入步驟3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是步驟(1) 中，當(dāng)突然上電時(shí)，延時(shí)采樣，避開(kāi)本級(jí)線路突然合閘時(shí)出現(xiàn)的涌流。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是步驟(2) 中， 一個(gè)基波周期內(nèi)采樣48個(gè)點(diǎn)，即采樣頻率為2400/fe。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，特征是步驟2. 1)中，所述每組采樣電流信號(hào)是連續(xù)4個(gè)采樣點(diǎn)的電流信號(hào)，所述突變量^—n是第(4個(gè)采樣點(diǎn)的電流值i(4m-l)和第1個(gè)采樣點(diǎn)的電流值!'(4m-4)差的絕對(duì)值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是步驟(2. 2)中相鄰的采樣點(diǎn)突變量/處分別是第4和3個(gè)采樣點(diǎn)、第3和2個(gè)采樣點(diǎn)、第2和1個(gè)采樣點(diǎn)的電流值差的絕對(duì)值;如果這三個(gè)值都大于預(yù)設(shè)的整定值/^ ，則認(rèn)為是過(guò)流/短路，進(jìn)入步驟3);如果每個(gè)突變量^k不是都大于其預(yù)設(shè)的整定值/^ ，則認(rèn)為不是過(guò)流/短路，繼續(xù)采樣。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，其特征是所述步驟3)中根據(jù)步驟2. 2)中的突變量《k的變化率&^ = /M - 確定傅氏算法中窗長(zhǎng)// = 6(^^)，歩長(zhǎng)AA:-2W^),其中G、 g為由突變量變化率確定傅氏算法正弦窗的窗長(zhǎng)函數(shù)和步長(zhǎng)函數(shù) <formula>formula see original document page 0</formula>是全周傅氏算法窗長(zhǎng)，即數(shù)據(jù)窗包括一個(gè)周波內(nèi)的全部釆樣點(diǎn)；則，對(duì)應(yīng)于第A <formula>formula see original document page 0</formula>那么，由傅氏算法確定的基波分量余弦量的幅值 <formula>formula see original document page 0</formula>和基波分正弦的幅值 <formula>formula see original document page 0</formula>，其中《為基波一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，A為窗內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)；！'(h)為h點(diǎn)的采樣電流值;最后，得到電流的有效值/,=」^^,如果有效值大于其整定值，則做出 保護(hù)動(dòng)作。
全文摘要
一種真空斷路器中電流保護(hù)控制方法，步驟是，先從電流互感器采樣電流信號(hào)；再判斷采樣得到的電流信號(hào)是否過(guò)流/短路信號(hào)；如果是，則以采樣得到的電流信號(hào)為參數(shù)，計(jì)算電流有效值，如果該有效值大于整定值，則做出保護(hù)動(dòng)作；否則，則繼續(xù)采樣；判斷電流信號(hào)步驟是，2.1)先對(duì)間隔多個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)的一組采樣電流信號(hào)計(jì)算突變量i_Δ-n；如果突變量i_Δ-n大于其預(yù)設(shè)的整定值i_Δ-ns，則進(jìn)入步驟2.2)；如果i_Δ-n不大于預(yù)設(shè)的整定值i_Δ-ns，則繼續(xù)對(duì)下一組采樣點(diǎn)的電流信號(hào)計(jì)算突變量；本步驟中，每組采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)相同；2.2)對(duì)該組采樣點(diǎn)中每對(duì)相鄰的采樣點(diǎn)計(jì)算突變量i_Δk，如果每個(gè)突變量i_Δk都大于其預(yù)設(shè)的整定值i_Δ1S，則認(rèn)為是過(guò)流/短路，進(jìn)入步驟3)。
文檔編號(hào)H02H7/22GK101494374SQ20091002567
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
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