高可靠性智能CT保護(hù)裝置的研究與設(shè)計(jì)

顧群

摘要：本設(shè)計(jì)是以型號(hào)為PIC16F877的單片機(jī)為控制核心，通過外圍信號(hào)采集與處理、動(dòng)作電流和時(shí)間延時(shí)設(shè)定、動(dòng)作執(zhí)行等電路模塊，實(shí)現(xiàn)了操作可靠性高、靈敏度高、價(jià)格低的智能CT保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。該保護(hù)裝置在設(shè)計(jì)過程中引入了防誤動(dòng)作理念，優(yōu)化了軟件算法，能有效地減少企業(yè)、民用中的觸電傷亡以及由漏電引起的火災(zāi)事故，因此具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) CT保護(hù)裝置 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0176-01

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)控制要求也越來越高，而在系統(tǒng)中廣泛用于一次測量與控制的傳統(tǒng)型電流互感器（CT）已無法滿足控制要求。存在著如：測量精度差、動(dòng)作不可靠、靈敏度低以及影響繼電保護(hù)裝置的正常工作等問題[1]。

通過研究，我們發(fā)現(xiàn)一般CT二次開路保護(hù)裝置是并接于CT二次繞組兩端的，其動(dòng)作值與開路電壓的峰值有著直接的關(guān)系，因此為了保證動(dòng)作的可靠性，就要確保其動(dòng)作值，大于系統(tǒng)一次短路在其二次回路中所產(chǎn)生的電壓最大峰值。只有這樣才能在系統(tǒng)正常運(yùn)行及一次系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)不會(huì)誤動(dòng)，CT二次開路時(shí)不會(huì)拒動(dòng)[2]。本設(shè)計(jì)就針對(duì)該問題進(jìn)行探索，并對(duì)此提出了具體設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

本研究采用高品質(zhì)的單片機(jī)作為主控芯片，同時(shí)針對(duì)CT在運(yùn)行中的復(fù)雜情況采用在輸入輸出兩級(jí)隔離；并創(chuàng)新的引入防誤動(dòng)作和后加速保護(hù)理念，開發(fā)具有高準(zhǔn)確性、高可靠性和高智能的CT保護(hù)裝置性。

2 系統(tǒng)硬件組成與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

智能CT保護(hù)裝置的硬件核心部件是型號(hào)為PIC16F877的單片機(jī)，其外圍電路如圖1所示，主要由信號(hào)采集與處理、相位同步、動(dòng)作電流和時(shí)間延時(shí)設(shè)定、動(dòng)作執(zhí)行以及數(shù)字顯示五大部分組成。其中信號(hào)采集與處理電路的作用是檢測出系統(tǒng)漏電信號(hào)，送至單片機(jī)的A/D模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過相位同步電路將電壓信號(hào)與漏電信號(hào)的相位進(jìn)行比較，根據(jù)它們的相位差單片機(jī)判斷出各相漏電電流，設(shè)定額定漏電動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間[3]。如長時(shí)間運(yùn)行在高電壓、雷擊電流等狀況下，此時(shí)軟件采用傅氏算法，同時(shí)并用2s延長動(dòng)作時(shí)間以躲過繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，避免CT保護(hù)動(dòng)作短接CT而造成保護(hù)繼電裝置拒動(dòng)作。在單片機(jī)的直接控制下，動(dòng)作執(zhí)行部分完成漏電保護(hù)功能，數(shù)字顯示部分將實(shí)時(shí)顯示漏電電流值。

2.1 檢測模塊

檢測模塊是由信號(hào)采集與處理組成的，通過電流互感器對(duì)漏電電流進(jìn)行采樣，再對(duì)互感器二次側(cè)輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、電壓提升后，轉(zhuǎn)換為A/D 模塊可以采集的0～5V電壓信號(hào)后，最后送入單片機(jī)。PIC16F877芯片根據(jù)預(yù)置的電流互感器衰減倍數(shù)和提升電壓的數(shù)值，通過算法軟件計(jì)算出實(shí)際的電流有效值[4]。檢測模塊的原理圖如下圖2所示。

2.2 控制執(zhí)行模塊

本模塊包含控制和執(zhí)行兩大部分，控制部分是通過PIC16F877單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，芯片通過對(duì)檢測到的漏電流進(jìn)行分析后，作出相應(yīng)的動(dòng)作指示；而執(zhí)行部分即為操作執(zhí)行單元，可設(shè)置為人工分合閘和自動(dòng)分合閘兩種操作方式，自動(dòng)分合閘由單片機(jī)進(jìn)行控制完成。圖3為保護(hù)裝置的動(dòng)作執(zhí)行電路原理圖，設(shè)計(jì)時(shí)選用了線性光電隔離器件PC817，目的是將單片機(jī)控制部分與后面的繼電器動(dòng)作部分相隔離，以提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

2.3 電源模塊

本設(shè)計(jì)中從節(jié)約成本的角度考慮，將給繼電器供電的12V交流電壓信號(hào)經(jīng)橋式整流、濾波后，再經(jīng)過線性穩(wěn)壓器件LM7805和LM7905輸出+5V和-5V的電源電壓，給集成運(yùn)放放大器、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示芯片等部件供電。電源電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主要部分是信號(hào)采集與處理，它是保護(hù)裝置高可靠性與智能化的集中體現(xiàn)。在軟件編程中我們根據(jù)所采集到的漏電信號(hào)變化的快慢，而采用不同的分析、編程方法。對(duì)變化不快的這類漏電信號(hào)，采取實(shí)時(shí)跟蹤顯示的方式，根據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)切換漏電電流的動(dòng)作范圍。而對(duì)于突然變化的漏電信號(hào)，將其和預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延時(shí)值，保護(hù)執(zhí)行部件在控制器的指示下自動(dòng)執(zhí)行斷開操作，以達(dá)到漏電保護(hù)的目的。

硬件和軟件是構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)所不可缺少的兩大組成部分。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成后，軟件設(shè)計(jì)將為整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和可靠運(yùn)行提供有力的保障，CT保護(hù)裝置也才能真正具有智能性。為企業(yè)與民用的安全用電提供保障，具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]王汝文，宋政湘，張國鋼.電器智能化原理及應(yīng)用[M].北京電子工業(yè)出版社，2009.

[2]馬寧.漏電保護(hù)裝置的正確選用.工業(yè)安全與環(huán)境，2012.

[3]王秀芬，張曙偉，呂斌，吳承璇，曲君樂.PIC單片機(jī)控制的漏電保護(hù)器測試系統(tǒng).山東科學(xué)，2011.

[4]蔡月明，李惠宇，何勝利.智能開關(guān)控制裝置關(guān)鍵技術(shù)研究.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011.