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、学习、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、COSφ、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(VSM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
各种功能菜单,并可显示各种测量数据、参数等。
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
3、LED指示灯 (1)A、B、C指示灯
三相带电LED指示灯,当三相带电时点亮,颜色为红色。
(2)闭锁、解锁指示灯
当三相带电时,闭锁指示红灯点亮; 当三相同时不带电时，闭锁解除指示绿灯亮。
(3)A路加热、B路加热指示灯
当控制器进行加热时,加热指示红灯点亮。
(4) A路加热断线、A路加热断线断线报警指示灯 控制器检测到加热器断线时, 断线报警指示红灯点亮。 (5)分闸断线、合闸断线报警指示灯
控制器检测到分闸回路或合闸回路断线时, 断线报警指示红灯点亮。 (6)真空度报警指示灯
控制器检测到真空度超标时,报警指示红灯点亮。