一種綜合型智能開關綜合控制器設計

蘇杭

摘 要：將重合器、分段器、FTU和智能分界開關等配網自動化產品技術進行整合，開發一款綜合性的新型智能開關綜合控制器。該控制器集保護、測量、控制、監測、通訊、遠動等多種功能于一體，具有高度集成、靈活配置、友好人機界面的特點，可對架空線路上的柱上開關、分段開關、聯絡開關等一次設備進行控制操作，實現配電網故障定位、故障隔離和自動快速恢復非故障區域供電。

關鍵詞：控制器；多功能；測控；電氣自動化.

一、前言

隨著社會經濟和科學技術的高速發展，城鄉電網對高質量、高可靠性的電能供應提出了越來越高的要求。逐步實現城鄉電網的配電自動化、電氣化、智能化，以提高整個配電系統的電能和供電可靠性，可以明顯增加供電企業的經濟效益和社會效益。

配電網自動化主要包括變電站自動化和饋線自動化。在配電網中由饋線引起的停電時有發生，故障發生后，如何盡快恢復供電是饋線自動化的一項重要內容。智能開關綜合控制器是采用現代化微電子技術和通訊技術等多種新技術的新型高壓戶外開關的電子控制單元。在歐美等國家，智能開關控制器在歐美等發達國家普及廣泛，其使用率將近90%。我國在智能開關綜合控制器技術方面剛剛起步，運行和制造經驗都很少。隨著國家智能化電網建設的腳步加快，智能開關控制裝置作為配電網自動化終端設備已越來越受到電力產品生產企業的關注。

本文將重合器、分段器、FTU和智能分界開關等配網自動化產品技術進行整合，開發一款綜合性的新型智能開關綜合控制器，解決現有配電自動化設備控制器種類多、成本高、功能單一等缺陷。產品集保護、測量、控制、監測、通訊、遠動等多種功能于一體，具有高度集成、靈活配置、友好人機界面的特點。產品可對架空線路上的柱上開關、分段開關、聯絡開關等一次設備進行控制操作，從而實現配電網故障定位、故障隔離和自動快速恢復非故障區域供電，可實現配電網自動化的基本功能，也可作為有后臺系統的配電網自動化終端設備，滿足電力系統高穩定性和可靠性的要求，是實現電力系統自動化的基礎硬件裝置。

二、總體方案設計

該智能開關綜合控制器采用32位ARM控制器、DSP處理器、A/D采集芯片、CAN總線和新工藝，實現對架空線路上的柱上開關、分段開關、聯絡開關等一次設備進行操作，集保護、測量、監測、遠動功能于一體。主要功能如下：

1）人機界面、網絡通訊等管理功能。由ARM單片機實現。運行速度快，可以非常可靠地記錄各類運行數據、故障信息。片內存儲容量大，可存儲多達10套保護定值，還可以實現故障錄波功能。網絡接口能力強，可靈活選用雙以太網、雙CANBUS、雙485接口。人機管理模塊采用實時多任務操作系統，界面、網絡等任務實時性好。

2）保護功能。采用32位浮點DSP處理器+16位高精度AD轉換芯片。配合每周波48點高速采樣，諧波處理能力強。程序及數據均在片內運行，運行速度快、可靠性高，實現計量數據的高精度和保護動作的高速度。

3）自動控制功能。采用模塊化設計，各功能單獨成獨立的控制單元。保護模塊采用計算機輔助圖形界面實現原理設計（PLC），可以方便的編輯所需功能；程序修改、下載首創采用以太網口，可以實現遠程程序升級。

4）抗干擾功能。電源部分采用多級濾波，最大限度阻隔外界電網干擾。控制主線路模塊化安裝，外連接采用標準接插件插拔方式，強弱電徹底分離，抗干擾能力強；保護功能與測控功能模塊化設計，互不影響；

三、硬件設計

主控制部分采用雙32位處理器；保護功能采用32位浮點DSP處理器+16位高精度AD轉換芯片，配合每周波48點高速采樣；電源部分采用多級濾波；各功能模塊間采用多CPU智能插件設計；插件間基于CANBUS總線聯系，減少插件間連線，接插不良實時檢測。

四、軟件設計

軟件設計基于狀態分析的方法，采用模塊化編程。保護模塊采用計算機輔助圖形界面實現原理設計（PLC），便于系列產品二次開發與功能修改，工程設計靈活、快捷；程序修改、下載首創采用以太網口，可以實現遠程程序升級。

五、保護功能

將故障錄波、涌流抑制、冷負荷啟動、過負荷保護、低電壓保護、過電壓保護、低頻保護、超頻保護、負序電壓保護、負序電流保護功能。在原有三段式電流保護基礎上，加入方向和電壓保護功能，更好地適應電網全方面保護要求。

參考文獻：

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[3] 余爾汶. 基于GIS平臺的配電網應急搶修系統[J].供用電，2016（9）：35-40.

項目支持：溫州市公益計劃項目（G20150005）