文档介绍：模块化结构智能断路器 IED 的设计西安森源开关技术研究所有限公司陈建平胡占强苏晓东摘要: 根据国家电网对智能高压电力设备,应具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的要求。设计了一种满足上述要求,根据各个功能要求的模块化的智能开关控制器(IED) , 叙述了各个功能模块的技术要求,以及整体控制的产品设计。关键词: 智能断路器、机械特性、保护计量、接点测温、真空度监测、开关状态。一、引言智能化电器是指能自动适应电网、环境及控制要求的变化,始终处于最佳运行工况的电器。由于电力系统及电力设备其物理过程的复杂性、不确定性和模糊性,难以有精确的数学描述,所以应采用计算机技术,通过感知、学****记忆和大范围的自适应等手段,及时适应环境和任务的变化,以有效的处理和控制,使电器设备和电力系统达到其最佳的性能指标。智能化电器包含三个层次:智能化电器元件、智能化开关柜和智能化供配电系统。智能化开关设备由一次开关电器元件和智能监控单元组成。智能控制单元不仅可替代原有开关设备二次系统的测量、保护和控制功能,还应能记录设备各种运行状态的历史数据、各种数据的现场显示,并通过数字通信网络向系统控制中心传送各类现场参数,接收系统控制中心的远方操作和管理。此外,开关设备的一次开关电器为智能电器元件时,也可由控制中心直接进行远方的智能控制。智能化开关,其“智能化”应包含几部分: ⑴二次系统智能化:二次系统包括:保护、测量、控制、操作、防误闭锁、通讯、远动、信息处理等功能模块集成于一体,实现开关二次系统智能化功能。 10KV 开关二次系统智能化主要有: 保护:10KV 线路速断、过流保护、单相接地及重合闸等微机保护单元测量:对开关所连接线路进行高速交流采样,并计算 U、I、P、Q、COS φ、有功电度、无功电度、故障电流检测与识别控制:开关的分闸与合闸,闸刀及电容器组的控制通讯:对内各功能模块的通讯,对外与上位机计算机通讯远动:实现遥信、遥测、遥控、遥调四遥功能,及通讯规约的转换和信息传送信息处理:统计、计算、报警、谐波分析、故障诊断、定位、隔离及重构等各种信息分析处理技术⑵一次开关本体的在线监测智能化·开关智能化操作,提高开关通断特性。通过智能化检测单元,实现开关主触头电压过零关合和电流过零分闸。提高开关的寿命和性能,改善电网电能质量。·开关机械特性在线监测和故障预测,开关触头的行程、运动速度曲线、温升、弹簧机构工作状态等参数的在线监测,重要参数的变化趋势分析,可以实现开关故障预测,制定合理开关检修策略,提高开关动作可靠性,安全性,延长开关寿命具有积极意义。·真空开关真空度监测·开关动作在线监测,开关分/合闸次数,开关切断电流水平·开关接点温度的在线监测⑶开关智能化的几个关键技术问题·高速高性能微处理器的使用,由于采样的数据越来越多,以及同步开关功能的实现,要求微处理器的速度很高,有些必须要采用多处理器并行工作模式才能够完成实时处理的要求·一次与二次系统协调开发,通常二次系统与一次系统是由不同厂家生产,随着技术的发展,越来越多的电力企业要求一次设备开关和二次系统统一起来,从整体出发,实现 10KV 一次设备开关智能化,从而简化系统内部接线,降低成本, 缩小体积,节省占地面积,节省电缆,减少现场安装调试工作量,降低系统运行成本·新型传感器技术的应用,开关的智能化与传感器技术分不开,要提高智能化开关的可靠性、检测精度,需要采用新型的传感器,光电传感器、在线位移传感器、角度传感器、光纤温度传感器、及检测真空度的传感技术。尤其是开关本体的在线监测,传感技术成为制约该领域发展的主要因素二、产品说明本产品的智能开关控制器(IED) 目前以弹操机构 VS1 断路器为设计对象(VS M 永磁机构主要含有操作控制器,做为下一轮设计的对象)。所监测的对象和操作的对象主要有以下几部分: ⑴开关机械特性测量⑵开关状态显示及温湿度控制⑶开关的 10KV 线路保护⑷开关的触头及母线测温⑸开关真空度测量⑹开关电力参数测量产品总体拓扑图如下总体方案为一个主控制器(主 IED); 各个功能采用模块(分 IED) 插板方式。一、主控制器(主 IED): ·LCD 显示器: 240X128 图形点阵·高性能中央处理器: Microchip dsPIC30F6010A 嵌入式处理器·大容量存贮器: 存储 LCD 字库及整定数据·键盘: 功能键(确认、取消、) 方向键( ▲、▼、?、?) ·开关的状态显示及语音提示·高压室、电缆室的温湿度控制·三相带电显示·双路通讯模块·电源转换模块 1、面板布置示意图 2、 LCD 显示器 LCD 采用 240 ×128 点阵式图文液晶显示器, 显示特点为全中文菜单结构, 可显示各种功能菜单,并可显示各种测量数据、参数等。 3、 LED 指示灯(