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永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器智能控制裝置的設(shè)計(jì)

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  成果簡(jiǎn)介:

  原創(chuàng)科技創(chuàng)新實(shí)物作品成果——永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器智能控制裝置的設(shè)計(jì),已在浙江紀(jì)元電氣集團(tuán)試驗(yàn)且運(yùn)行效果良好。

  本成果于2015年5月獲得第十屆西安高新“挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng);擁有已受理發(fā)明專利一項(xiàng)(“單穩(wěn)態(tài)永磁機(jī)構(gòu)戶外真空斷路器智能控制裝置”),已授權(quán)使用新型專利一項(xiàng)(“單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器操作脈沖控制裝置”),同時(shí)已發(fā)表論文四篇,EI檢索三篇(“單穩(wěn)態(tài)柱上永磁機(jī)構(gòu)斷路器電源設(shè)計(jì)”、 “智能變電站斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED設(shè)計(jì)”、“基于物聯(lián)網(wǎng)的智能高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)”、“10kV永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器智能控制器設(shè)計(jì)”)。

  成果內(nèi)容提要:

  主要觀點(diǎn):

  在配電網(wǎng)中,10kV饋電線路占有相當(dāng)大的比例,而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點(diǎn)處,一般僅安裝熔斷器或分界負(fù)荷開關(guān)作為保護(hù)和控制設(shè)備,難以迅速隔離故障用戶并且影響非故障用戶的供電可靠性。近年來隨著各種永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器相繼被研制出來,其作為當(dāng)前電力系統(tǒng)中一種新型電氣設(shè)備,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、重量輕、滅弧能力強(qiáng)、故障率低等多方面的優(yōu)勢(shì),受到各電力行業(yè)的青睞。本裝置是針對(duì)永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)而研制的,集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信等功能于一體,采用電力電子控制模塊,動(dòng)作迅速,而且可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制,使永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器成為真正意義的免維護(hù)智能化斷路器。主要實(shí)現(xiàn)功能如下:

  電源管理功能:管理配電線路PT與蓄電池組進(jìn)行互補(bǔ)供電方式,使整個(gè)控制裝置可以在斷電情況下持續(xù)運(yùn)行48小時(shí);對(duì)蓄電池組的充放電進(jìn)行管理,延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。

  測(cè)量功能:通過繼電保護(hù)專用PT和CT進(jìn)行配電線路電壓、電流信號(hào)的采集,經(jīng)過FFT算法運(yùn)算后將采集的數(shù)據(jù)送入主控MCU,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)更新,提供保護(hù)邏輯判斷及液晶顯示使用,且測(cè)量精度達(dá)到1級(jí)要求。

  保護(hù)及報(bào)警功能:具有電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)、四種反時(shí)限過流保護(hù)、零序保護(hù)、自動(dòng)重合閘、后加速保護(hù)等保護(hù)功能,可以對(duì)保護(hù)進(jìn)行選擇,整定值設(shè)置,延遲時(shí)間更改等功能,并且可以實(shí)時(shí)顯示故障狀態(tài)及SOE事件查詢。

  控制功能:通過MCU控制IGBT導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)而控制線圈通電時(shí)間,以此完成對(duì)分合閘操作的精確控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的可靠分閘脈沖時(shí)間為20ms、合閘脈沖時(shí)間為40ms。

  通信功能:本控制裝置通過RS232實(shí)現(xiàn)各模塊之間通信,并可通過GPRS或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制裝置與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)人機(jī)交互及通信,從而實(shí)現(xiàn)智能斷路器與監(jiān)控中心的遙測(cè)、遙控、遙信等功能。

  創(chuàng)新點(diǎn):

 ?。?)PT與蓄電池組互補(bǔ)供電方式:當(dāng)配電線路中出現(xiàn)電壓跌落嚴(yán)重或者出現(xiàn)配電線路斷電時(shí),可以使用蓄電池組給整個(gè)裝置供電,最短維持時(shí)間不少于48小時(shí),且可以給電容充電,滿足最少一組“分-合-分”的操作,從而保證整個(gè)控制裝置不間斷供電的目的。

 ?。?)永磁機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路:采用IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路可以快速關(guān)斷線圈中的大電流,從而控制斷路器實(shí)現(xiàn)分合閘操作。與此同時(shí)硬件及軟件分別采用閉鎖功能,防止出現(xiàn)橋臂直通燒壞IGBT,從而減少斷路器的誤操作。

 ?。?)減少能量損耗:經(jīng)過斷路器分合閘操作時(shí)線圈電流波形分析,從而確定斷路器的最優(yōu)分、合閘脈沖時(shí)間。該斷路器的分合閘時(shí)間縮短即能量消耗少的同時(shí)按鍵、遙控及上位機(jī)遠(yuǎn)方控制分合閘試驗(yàn)成功率均達(dá)100%,動(dòng)作可靠性高。

 ?。?)繼電保護(hù)算法的實(shí)現(xiàn):10kV配網(wǎng)中常見的故障有單相接地、相間短路、相間短路接地等故障。本裝置通過速斷保護(hù)保、定時(shí)限過流和反時(shí)限過流保護(hù)、零序保護(hù)等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)線路的智能診斷,并通過三次重合閘及加速功能可以有選擇性的及時(shí)切除瞬時(shí)故障,有選擇性的切除永久故障,從而保障配網(wǎng)供電的安全、可靠運(yùn)行。

  (5)操作系統(tǒng)的嵌入:通信程序中嵌入μC/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),可以提高控制裝置的可靠性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)該控制裝置具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示各種電量及非電量參數(shù)、設(shè)定和修改保護(hù)定值及故障事件記錄(SOE)等功能,且提供GPRS、以太網(wǎng)通信接口,可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控的同時(shí),并可實(shí)現(xiàn)就地遙控及按鍵,手動(dòng)機(jī)械分閘等操作。

  (6)本裝置是針對(duì)永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)而研制的,采用模塊化控制模式集測(cè)量、保護(hù)、控制、通信等功能于一體。

  這種模塊化的設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的斷路器的控制模式,不同的模塊完成不同的功能,且各模塊相對(duì)獨(dú)立并行工作,即使其中任一模塊發(fā)生故障也不會(huì)影響其它模塊,并且更新?lián)Q代只需更換模塊即可,具有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益,擁有廣闊的應(yīng)用前景。

  實(shí)踐意義:

  在我國(guó)農(nóng)網(wǎng)及城市配電網(wǎng)中,10kV饋電線路占有相當(dāng)大的比例,而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點(diǎn)處,一般僅安裝熔斷器或分界負(fù)荷開關(guān)作為保護(hù)和控制設(shè)備,難以迅速隔離故障用戶并且影響非故障用戶的供電可靠性。本設(shè)計(jì)針對(duì)10kV配網(wǎng)中的這種問題,并結(jié)合新型永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的優(yōu)勢(shì)開發(fā)與其配套的永磁真空斷路器控制裝置,其主要目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的保護(hù)、監(jiān)測(cè)及對(duì)斷路器的遠(yuǎn)程控制和集中管理。對(duì)于提高配電網(wǎng)智能化、自動(dòng)化程度和安全性      具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

  本裝置是針對(duì)永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器控制裝置的智能化和綜合化的發(fā)展趨勢(shì)而研制的集保護(hù)、測(cè)量、控制、通信等功能于一體。采用電力電子控制模塊,動(dòng)作迅速,而且可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制,使使永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器成為真正意義的免維護(hù)智能化斷路器。具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域:如供電公司、煤礦、電力公司、油田等。不僅減少設(shè)備檢修費(fèi)用而且也避免了設(shè)備故障所帶來的巨大人員及經(jīng)濟(jì)損失。面對(duì)配網(wǎng)中寬闊的市場(chǎng),通過對(duì)斷路器控制裝置進(jìn)行技術(shù)改造,使其為我國(guó)智能電網(wǎng)輸變電工程提供一種新的研究策略,必將取得可觀的社會(huì)效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。


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