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永磁機構真空斷路器智能控制裝置的設計

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  成果簡介:

  原創科技創新實物作品成果——永磁機構真空斷路器智能控制裝置的設計,已在浙江紀元電氣集團試驗且運行效果良好。

  本成果于2015年5月獲得第十屆西安高新“挑戰杯”陜西省大學生課外學術科技作品競賽二等獎;擁有已受理發明專利一項(“單穩態永磁機構戶外真空斷路器智能控制裝置”),已授權使用新型專利一項(“單穩態柱上永磁機構斷路器操作脈沖控制裝置”),同時已發表論文四篇,EI檢索三篇(“單穩態柱上永磁機構斷路器電源設計”、 “智能變電站斷路器狀態監測IED設計”、“基于物聯網的智能高壓開關柜設計”、“10kV永磁機構真空斷路器智能控制器設計”)。

  成果內容提要:

  主要觀點:

  在配電網中,10kV饋電線路占有相當大的比例,而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點處,一般僅安裝熔斷器或分界負荷開關作為保護和控制設備,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構真空斷路器相繼被研制出來,其作為當前電力系統中一種新型電氣設備,具有體積小、結構簡單、零部件少、重量輕、滅弧能力強、故障率低等多方面的優勢,受到各電力行業的青睞。本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動化的發展趨勢而研制的,集保護、測量、控制、通信等功能于一體,采用電力電子控制模塊,動作迅速,而且可以實現精確的時間控制,使永磁機構真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。主要實現功能如下:

  電源管理功能:管理配電線路PT與蓄電池組進行互補供電方式,使整個控制裝置可以在斷電情況下持續運行48小時;對蓄電池組的充放電進行管理,延長蓄電池的使用壽命。

  測量功能:通過繼電保護專用PT和CT進行配電線路電壓、電流信號的采集,經過FFT算法運算后將采集的數據送入主控MCU,實現實時測量數據更新,提供保護邏輯判斷及液晶顯示使用,且測量精度達到1級要求。

  保護及報警功能:具有電流速斷保護、定時限過電流保護、四種反時限過流保護、零序保護、自動重合閘、后加速保護等保護功能,可以對保護進行選擇,整定值設置,延遲時間更改等功能,并且可以實時顯示故障狀態及SOE事件查詢。

  控制功能:通過MCU控制IGBT導通時間進而控制線圈通電時間,以此完成對分合閘操作的精確控制。實驗結果表明:該永磁機構真空斷路器的可靠分閘脈沖時間為20ms、合閘脈沖時間為40ms。

  通信功能:本控制裝置通過RS232實現各模塊之間通信,并可通過GPRS或以太網實現控制裝置與監控中心進行實時人機交互及通信,從而實現智能斷路器與監控中心的遙測、遙控、遙信等功能。

  創新點:

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

  (2)永磁機構的驅動電路:采用IGBT全橋驅動電路可以快速關斷線圈中的大電流,從而控制斷路器實現分合閘操作。與此同時硬件及軟件分別采用閉鎖功能,防止出現橋臂直通燒壞IGBT,從而減少斷路器的誤操作。

  (3)減少能量損耗:經過斷路器分合閘操作時線圈電流波形分析,從而確定斷路器的最優分、合閘脈沖時間。該斷路器的分合閘時間縮短即能量消耗少的同時按鍵、遙控及上位機遠方控制分合閘試驗成功率均達100%,動作可靠性高。

  (4)繼電保護算法的實現:10kV配網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保、定時限過流和反時限過流保護、零序保護等功能實現對被保護線路的智能診斷,并通過三次重合閘及加速功能可以有選擇性的及時切除瞬時故障,有選擇性的切除永久故障,從而保障配網供電的安全、可靠運行。

  (5)操作系統的嵌入:通信程序中嵌入μC/OS-II實時操作系統,可以提高控制裝置的可靠性和實時性。同時該控制裝置具備實時監測并顯示各種電量及非電量參數、設定和修改保護定值及故障事件記錄(SOE)等功能,且提供GPRS、以太網通信接口,可以實現與監控中心進行遠程控制及監控的同時,并可實現就地遙控及按鍵,手動機械分閘等操作。

  (6)本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合自動化發展趨勢而研制的,采用模塊化控制模式集測量、保護、控制、通信等功能于一體。

  這種模塊化的設計改變了傳統的斷路器的控制模式,不同的模塊完成不同的功能,且各模塊相對獨立并行工作,即使其中任一模塊發生故障也不會影響其它模塊,并且更新換代只需更換模塊即可,具有很可觀的經濟效益,擁有廣闊的應用前景。

  實踐意義:

  在我國農網及城市配電網中,10kV饋電線路占有相當大的比例,而在10kV饋電線路的用戶與供電公司的T接點處,一般僅安裝熔斷器或分界負荷開關作為保護和控制設備,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。本設計針對10kV配網中的這種問題,并結合新型永磁機構真空斷路器的優勢開發與其配套的永磁真空斷路器控制裝置,其主要目的是實現對配電線路的保護、監測及對斷路器的遠程控制和集中管理。對于提高配電網智能化、自動化程度和安全性      具有重要現實意義。

  本裝置是針對永磁機構真空斷路器控制裝置的智能化和綜合化的發展趨勢而研制的集保護、測量、控制、通信等功能于一體。采用電力電子控制模塊,動作迅速,而且可以實現精確的時間控制,使使永磁機構真空斷路器成為真正意義的免維護智能化斷路器。具有十分廣泛的應用領域:如供電公司、煤礦、電力公司、油田等。不僅減少設備檢修費用而且也避免了設備故障所帶來的巨大人員及經濟損失。面對配網中寬闊的市場,通過對斷路器控制裝置進行技術改造,使其為我國智能電網輸變電工程提供一種新的研究策略,必將取得可觀的社會效益和企業經濟效益。


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