一種12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】一種12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]斷路器作為電力系統(tǒng)中關(guān)合與開斷電路的重要設(shè)備，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。其中，真空斷路器以其內(nèi)部高真空、高介質(zhì)強(qiáng)度的特點(diǎn)，具有絕緣強(qiáng)度高、不必頻繁檢修等優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中得到了極為廣泛地應(yīng)用，尤以對(duì)電容器進(jìn)行投切控制實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償最為典型。真空斷路器的結(jié)構(gòu)多樣，由最初的手動(dòng)式發(fā)展到彈簧、液壓和永磁機(jī)構(gòu)。其中永磁機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)在很大程度上簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，提高了操動(dòng)的可靠性，另外其動(dòng)作時(shí)間分散性小，分合時(shí)間趨于固定值，方便控制，因此得到了極大發(fā)展。
[0004]傳統(tǒng)的真空斷路器缺乏對(duì)電流相位的有效控制，極易導(dǎo)致在電流非過零點(diǎn)附近分合電容器，從而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的浪涌電流和操作過電壓暫態(tài)過程。這些暫態(tài)現(xiàn)象極易造成二次側(cè)繼保裝置的誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，也對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大威脅，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓，帶來不可估量的嚴(yán)重后果。
[0005]傳統(tǒng)的抑制分合閘涌流的方法是加載電抗器或合閘電阻，將嚴(yán)重的暫態(tài)現(xiàn)象分割成多個(gè)較弱的暫態(tài)過程，從而把合閘涌流限制在一定幅值以內(nèi)。這種方法操作復(fù)雜，器件因頻繁切換而容易受損；而抑制過電壓暫態(tài)過程則采用加裝阻容吸收裝置，其原理就是通過并聯(lián)電容器來增加被保護(hù)設(shè)備的并聯(lián)電容。這種裝置對(duì)于電阻和電容的阻值選取要求極為苛刻，選取不當(dāng)將產(chǎn)生諧波，反而增加了系統(tǒng)的故障率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述存在的不足，提供一種12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)采集電流相位，并能控制斷路器在電流過零點(diǎn)處進(jìn)行電容器的投切操作，從而有效避免分合閘涌流和操作過電壓暫態(tài)過程，提高斷路器工作的可靠性。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由控制板和驅(qū)動(dòng)板兩部分組成，控制板和驅(qū)動(dòng)板相互隔離?？刂瓢宀杉诫娏餍盘?hào)后，從信號(hào)中提取出過零點(diǎn)作為選相控制的參考時(shí)間點(diǎn)。接收到斷路器的分合閘指令后，控制板先通過計(jì)算得到一段延時(shí)時(shí)間，延時(shí)之后再控制驅(qū)動(dòng)板的線圈放電以進(jìn)行斷路器的分合閘操作，從而保證在電流過零點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)電容器的平穩(wěn)投切。
[0008]控制板，用于采集電流信號(hào)，從信號(hào)中提取出過零點(diǎn)作為選相控制的參考時(shí)間點(diǎn)，在接收到斷路器的分合閘指令后，計(jì)算延時(shí)時(shí)間，控制驅(qū)動(dòng)板。
[0009]驅(qū)動(dòng)板，用于對(duì)永磁機(jī)構(gòu)線圈放電使永磁機(jī)構(gòu)激磁，實(shí)現(xiàn)斷路器的分合閘操作。
[0010]所述控制板與驅(qū)動(dòng)板互聯(lián)；所述控制板的電壓互感器和電流互感器分別連接電網(wǎng)；所述驅(qū)動(dòng)板的線圈控制電路與斷路器互聯(lián)，所述控制板的控制器連接斷路器。
[0011]所述控制板包括控制器、電壓互感器、電流互感器、信號(hào)采集電路、信號(hào)調(diào)理電路、分合閘指令讀取電路和顯示電路；信號(hào)調(diào)理電路、分合閘指令讀取電路和顯示電路分別連接控制器；所述電壓互感器和電流互感器分別連接信號(hào)采集電路的相應(yīng)輸入端，信號(hào)采集電路的輸出端連接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端。
[0012]所述電壓互感器和電流互感器分別從電網(wǎng)中采集電壓信號(hào)和電流信號(hào)，其中電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)采集電路后轉(zhuǎn)換成同相位電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后提取出系統(tǒng)的參考零點(diǎn)；分合閘指令讀取電路接收到斷路器的分合信號(hào)后，控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)板發(fā)出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)斷路器的分合操作；顯示電路用于實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)參數(shù)，包括電流大小、斷路器分合狀態(tài)。
[0013]所述驅(qū)動(dòng)板由充電電容、充電電源電路、電容電壓檢測(cè)電路、線圈控制電路以及驅(qū)動(dòng)電路組成；所述驅(qū)動(dòng)電路和電容電壓檢測(cè)電路分別連接線圈控制電路的輸入端；所述電容電壓檢測(cè)電路與充電電容互連；所述充電電源電路連接充電電容。
[0014]所述充電電容作為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電源；所述充電電源電路為電容提供高質(zhì)量的充電電源，并對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)板實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)；所述電容電壓檢測(cè)電路通過對(duì)充電電容電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證充電電容兩端電壓達(dá)到線圈放電要求，使永磁機(jī)構(gòu)可靠動(dòng)作；所述線圈控制電路通過對(duì)線圈中所流通的電流方向的控制，實(shí)現(xiàn)永磁機(jī)構(gòu)的分閘與合閘操作。
[0015]所述控制板搭載RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的精確延時(shí)；合理控制延時(shí)時(shí)間，能使得斷路器在電流過零點(diǎn)處分合閘，從而有效避免分合閘涌流和操作過電壓暫態(tài)過程，提高斷路器工作的可靠性。
[0016]所述信號(hào)采集電路先將電流信號(hào)通過小電阻轉(zhuǎn)換成同相位的電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)經(jīng)過限流電阻Rl后通過電壓互感器ZMPT107進(jìn)行隔離，經(jīng)電容C15和電阻R2進(jìn)行相位的補(bǔ)償，再通過電容C14和電容C16電容器組的去耦和濾波；通過調(diào)整采樣電阻R2的阻值，使輸入電壓在系統(tǒng)能承受的電壓范圍之內(nèi)。
[0017]所述信號(hào)調(diào)理電路包括有電壓抬升、濾波、阻抗隔離和提取過零點(diǎn)四個(gè)功能。
[0018]所述分合閘指令讀取電路由光電耦合器4N35組成；在二端口接線座Header2端，分合閘指令輸出相應(yīng)信號(hào)后，光電耦合器將該信號(hào)進(jìn)行隔離，并將信號(hào)輸送至控制板的GP1 口，實(shí)現(xiàn)指令的讀取功能。
[0019]所述線圈控制電路為H橋型電路，以電容作為線圈的動(dòng)作能源；Q01、Q02、Q03、Q04為絕緣柵雙極型晶體管IGBT，在分閘操作時(shí)控制Q01、Q04導(dǎo)通，Q02、Q03關(guān)斷，使電容對(duì)斷路器分合閘線圈放電時(shí)電流方向?yàn)檎?，完成分閘操作；合閘操作時(shí)控制Q02、Q03導(dǎo)通，Q01、Q04關(guān)斷，使線圈放電時(shí)電流方向?yàn)樨?fù)，完成合閘操作；實(shí)際操作時(shí)給上下橋臂的開關(guān)管設(shè)定死區(qū)時(shí)間，防止上下橋臂導(dǎo)通造成短路。
[0020]所述驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)芯片TC4427構(gòu)成；二端口接線座Header2處接收到分合閘信號(hào)后，通過光電耦合器進(jìn)行隔離，將信號(hào)輸入至驅(qū)動(dòng)芯片TC4427 ;驅(qū)動(dòng)芯片根據(jù)該信號(hào)的值決定是否輸出大電流，以驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT ;TC4427最大輸出電流為1.5A，保證了絕緣柵雙極型晶體管IGBT的可靠控制。
[0021]本發(fā)明的工作原理是，選相控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于選相控制時(shí)間的精確。影響選相時(shí)間精確性的因素主要包括斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間、驅(qū)動(dòng)板線圈勵(lì)磁時(shí)間、參考零點(diǎn)的捕捉以及程序延時(shí)時(shí)間。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分合動(dòng)作時(shí)間基本恒定，驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)完畢后其線圈勵(lì)磁時(shí)間也為恒定值，參考零點(diǎn)的捕捉精確性由后續(xù)硬件設(shè)計(jì)和程序計(jì)算決定，因此選相控制的精確性主要取決于程序的延遲時(shí)間。合理控制延時(shí)時(shí)間，使得斷路器在電流過零點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)分合閘操作，如此實(shí)現(xiàn)精確的選相控制。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明系統(tǒng)充分掌握電流信號(hào)的實(shí)時(shí)相位信息，在接收到斷路器分合閘信號(hào)后保證在電流過零點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)斷路器的準(zhǔn)確分合閘操作，有效避免了浪涌電流和操作過電壓的發(fā)生，提高了供電的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例選相控制時(shí)序圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例控制板信號(hào)采集電路圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例控制板信號(hào)調(diào)理電路圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例控制板分合閘指令讀取電路圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例控制板顯不電路圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動(dòng)板充電電源電路圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動(dòng)板電容電壓檢測(cè)電路圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動(dòng)板線圈控制電路圖；
圖10為本發(fā)明實(shí)施例驅(qū)動(dòng)板IGBT驅(qū)動(dòng)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1所示，12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)的控制器在h時(shí)刻接收系統(tǒng)或者用戶發(fā)來的合閘命令，檢測(cè)到系統(tǒng)電壓隨后來的第一個(gè)過零點(diǎn)時(shí)刻Tzero(或者再過幾個(gè)半波的過零點(diǎn))，使斷路器在指定的相位時(shí)刻Tob點(diǎn)處合閘。斷路器本身固有的機(jī)械合閘時(shí)間為Tcls，因此從過零點(diǎn)Tzero到控制器發(fā)出合閘指令Tc時(shí)刻有一段延時(shí)Tdl。合閘流程為:控制器接收合閘命令后檢測(cè)一個(gè)過零點(diǎn)作為參考時(shí)間點(diǎn)，從過零點(diǎn)后經(jīng)過Tdl的延時(shí)后控制器發(fā)出合閘指令，經(jīng)過固有斷路器合閘時(shí)間Tcls后，斷路器在指定的相角Tob處完成合閘操作。
[0025]如圖2所示，12kV永磁真空斷路器智能選相控制系統(tǒng)由控制板和驅(qū)動(dòng)板兩部分組成。控制板的電壓互感器PT和電流互感器CT分別從電網(wǎng)中采集到電壓信號(hào)和電流信號(hào)，其中電流信號(hào)經(jīng)過信號(hào)采集電路后轉(zhuǎn)換成同相位電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后提取出系統(tǒng)的參考零點(diǎn)。顯示電路實(shí)時(shí)顯示電網(wǎng)狀態(tài)信息和斷路器的分合狀態(tài)。分合閘信號(hào)讀取電路接收到斷路器的分合閘信號(hào)后，控制器發(fā)出指令，使驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行線圈的放電操作。驅(qū)動(dòng)板采用充電電容作為永磁機(jī)構(gòu)斷路器的驅(qū)動(dòng)電源，電源電路負(fù)責(zé)提供電容的充電電源，電容電