一種新型10kV真空開關智能控制器的設計

呂 高,覃晉民,康 凱,張麗萍

(1.太原電力高等專科學校 電力工程系,山西 太原 030013;2.交城供電支公司,山西 交城 030500)

一種新型10kV真空開關智能控制器的設計

呂 高1,覃晉民2,康 凱2,張麗萍2

(1.太原電力高等專科學校 電力工程系,山西 太原 030013;2.交城供電支公司,山西 交城 030500)

一種新型10kV真空開關智能控制器的設計方法,即利用無線收發模塊,在線查詢線路運行參數,具有過流速斷、自動重合閘等功能,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平;通過比較各條線路“零序電流相對量”來準確判斷單相接地故障的具體發生位置,提高了單相接地故障判斷的準確性。

智能控制器;單相接地故障;零序電流相對量

0 引言

10kV真空開關智能控制器的應用是配網自動化發展的方向。傳統的智能控制器具有數據測試與查詢、正常分合控制、過流保護跳閘、重合閘等功能,對單相接地故障的判斷大多采取絕對值大小比較判斷的方法。由于測試誤差等原因,容易出現單相接地故障“誤判”和“錯判”的結果。本文提出了一種采用零序電流變化量來判斷單相接地故障發生位置的新方法,結合無線信息傳輸技術,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平,完善了其故障保護功能。

1 智能控制器的組成

智能控制器的主要組成部分包括電壓互感器、電流互感器、電能計量模塊、單片機、GSM模塊、無線通信模塊、鍵盤、繼電器組成,框圖如圖1所示。

圖1 智能控制器組成框圖

1.1 電壓互感器和電流互感器

電壓互感器選用PT204A(2mA/2mA),從線路的TV二次側取得100V電壓,經50KΩ電阻后接到PT204A。電流互感器選用HCT260(5A/ 2.5mA),線性范圍可達100A,電流取自線路 TA的二次側。

1.2 電能計量模塊

電能計量模塊采用電能計量芯片CS5463芯片。

CS5463是Cirrus Logic公司推出的高精度電表集成電路,CS5463內部集合兩通道Δ Σ模—數轉換器、功率計算、電能到頻率的轉換和一個串行口等,可以精確測量瞬時電壓、電流和計算電流有效值、電壓有效值、瞬時功率、有功功率和無功功率等,而且很方便單片機用雙向串行接口控制。

1.3 單片機

單片機采用STC12C5A32S2。該單片機有超強的抗干擾能力,帶1280字節片內RAM數據存儲器;帶EEPROM功能和復位電路。兩個全雙工異步串行口。單片機是整個控制器的核心,主要功能是從電能計量模塊讀取數據,通過無線通信模塊和 GSM模塊進行數據交換,通過鍵盤設置各種參數,通過繼電器進行控制。

1.4 GSM模塊

無線收發模塊使用西門子公司的無線通訊模塊產品(GSM)。該模塊主要用于通過手機短信的方式查詢線路運行參數、運行狀態。出現故障時單片機會自動通過短信方式通知管理人員。

1.5 無線通信模塊

無線通信模塊使用nRF2401,nRF2401是單片射頻收發芯片,工作于2.4～2.5GHz ISM頻段,芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊,輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。該模塊主要實現對控制器的就地遙控和參數測量等功能。

1.6 鍵盤

鍵盤由8個獨立按鍵組成,分別具有左移功能,右移功能,上移功能,下移功能,加法功能,減法功能,撤銷功能,確定功能。主要用于通過LCD顯示屏對初始化參數的設置和修改,對運行方式的轉換。

1.7 繼電器

繼電器使用JQX-102F-P。繼電器的作用是控制輸出繼電器。

2 智能控制器主要功能

2.1 查詢數據功能

正常運行時,有三種方法可以查詢運行數據:(1)是通過手持的遙控設備在現場就地查詢; (2)是通過控制器的LCD顯示屏查詢;(3)是通過手機短信的方式查詢。

2.2 開關控制功能

開關的控制功能有三種方法:(1)由手持的遙控設備在現場實現開關的分閘和合閘操作; (2)由控制器的操作面板實現;(3)通過手機短信的方法實現。

2.3 保護功能

當線路發生相間短路故障時,智能控制器測得的短路電流超過過流速斷整定值時,該線路不帶延時跳閘;當線路發生相間短路并接地故障時,智能控制器測得的短路電流超過過流I段整定值或零序過流I段整定值時,該線路經延時后跳閘。

當線路跳閘后,根據重合閘的設定次數進行重合,待重合次數變為零后,控制器不再發重合指令,開關不再重合。

對于單相接地故障,本文根據零序電流變化量的相對大小來準確判斷單相接地故障發生的位置的方法:

1)單相接地故障零序電流變化量判斷法

正常運行時,接在同一干線上的 n條線路,三相電流的不平衡以及測試裝置的離散影響都會引起零序電流測試誤差(在線路投入初期,正常運行情況下,經控制器現場實測得到的零序電流值)。不同的控制器或不同的線路,該零序電流測試誤差值是不同的。假設第 k條支線的零序電流測試誤差值為I′0k。利用實測零序電流值I″0k與測試誤差值I′0k,可以計算出該線路零序電流的實際零序電流量 xk(下腳 k代表第k條線路):

并計算出其零序電流的相對值 yk:

一般情況下,當第 k條線路線路發生單相接地故障時,故障線路的零序電流滿足第一判據式:

而且,其 yk明顯大于非故障線路的零序電流相對值,據此可以準確判定單相故障發生在第k條線路。

2)單相接地故障保護功能的實現方法:

單相接地故障保護功能的實現見圖2。

圖2 單相接地故障保護功能框圖

采用上述方法可以自動、快速、準確判定出單相接地故障的位置,并進行報警和跳閘處理。

3 結論

通過對樣機的過流速斷功能、過流延時跳閘功能、重合閘次數功能以及單相接地故障延時跳閘功能等各項功能進行測試,均能達到設計要求。

采用智能控制器,可以快速得知線路運行有關數據,及時發現線路故障信息,提高供電管理水平。對單相接地故障,采用零序電流及其相對量來綜合判斷發生的位置,準確性得以提高。減少了因尋找單相接地點而誤拉、多拉正常線路、擴大停電范圍現象的發生,從而提高供電的可靠性。

[1]GB/T14285-2006,繼電保護及安全自動裝置技術規程[S].

[2]DL/T 448-2000,電能計量裝置技術管理規程[S].

[3]DL T 5137-2001,電測量及電能計量裝置設計技術規程[S].

[4]唐國紅.基于VC++的單片機編程器軟件的設計[J].現代電子技術,2007,30(8).

[責任編輯:王 琨]

The Design for a new type of 10KV Vacuum Switch Intelligent Controller

LV G ao1,TAN Jin-min2,KANG K ai2,ZHANGLi-ping2
(1.Taiyuan Electric Power Institute,Taiyuan,030013,China; 2.Jiaocheng,Shanxi Power Supply Branch Company,Jiaocheng,030500,China)

This paper presents a new design method of 10kv vacuum switch intelligent controller,using a wireless transceiver modules,online-checking line operating parameters,with fast over-current fault protection.Intelligent controller improves the operation and control level。By comparing“zero-sequence current relative quantity”of the lines,single-phase ground fault location is determined with Higher accuracy.

Intelligent Controller;Single-phase ground fault;The relative amount of zero sequence currenthing quality

book=2010,ebook=11

TM13

A

1671-5977(2010)01-0136-03

2010-02-20

呂 高(1975-),男,山西大同人,太原電力高等專科學校電力工程系講師。