智能脫扣器設(shè)計(jì) (1)課件

1、1低壓斷路器及智能化脫扣器概述1.1 低壓斷路器隨著電力技術(shù)的高速發(fā)展和供電規(guī)模的日益擴(kuò)大, 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜, 對(duì)電源的可靠性、安全性及供電質(zhì)量也都提出了更高的要求,相應(yīng)地對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的操作簡(jiǎn)便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低壓斷路器作為電力供配電系統(tǒng)中廣泛使用的主要控制電器, 除了要能正常分合相關(guān)系統(tǒng)額定電流外, 還要在相關(guān)系統(tǒng)故障時(shí)能快速有選擇性地可靠分?jǐn)嘞嚓P(guān)系統(tǒng)短路故障電流,且不能出現(xiàn)越級(jí)跳閘或拒動(dòng)現(xiàn)象。 特別是隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展應(yīng)用以及電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用, 對(duì)系統(tǒng)可視化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化的要求越來(lái)越高, 相應(yīng)地對(duì)應(yīng)用面積

2、廣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作較頻繁、故障率高的低壓斷路器也就提出了更高的要求, 傳統(tǒng)斷路器根本無(wú)法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的需要。智能化技術(shù)的應(yīng)用于是成了低壓斷路器的一個(gè)重要發(fā)展應(yīng)用方向。12 脫扣器的發(fā)展過(guò)程脫扣器是能使斷路器在電氣設(shè)備遭受過(guò)載，短路，欠電壓，過(guò)電壓等故障時(shí)實(shí)施各種保護(hù)功能的機(jī)構(gòu)。早起的脫扣器是空氣斷路器采用的電磁式過(guò)電流脫扣器，該脫扣器只能實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)保護(hù)功能。隨著斷路器的發(fā)展，其額定工作電壓，電流以及分段能哭和保護(hù)功能不斷發(fā)展，脫扣器也隨之發(fā)展起來(lái)。在采用油阻尼，空氣阻尼，鐘表結(jié)構(gòu)等作為延時(shí)元件后，脫扣器實(shí)現(xiàn)了過(guò)載延時(shí)和短路延時(shí)等功能。采用熱雙金屬片的熱式脫扣器也逐步出現(xiàn)，到20

3、世紀(jì)60年代初，由于電子技術(shù)的普及和應(yīng)用，出現(xiàn)了半導(dǎo)體脫扣器?，F(xiàn)用的脫扣器出來(lái)熱式脫扣器，電磁式脫扣器外，還有半導(dǎo)體是脫扣器。進(jìn)入20世紀(jì)90年代初依賴，低壓斷路器的保護(hù)緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，由電子式向數(shù)字智能化方向發(fā)展，脫扣器的過(guò)流脫扣系統(tǒng)由微處理器控制。它除了保持了電子式脫扣器的各種優(yōu)點(diǎn)外，還具有保護(hù)精度高，調(diào)節(jié)范圍廣，操作方便等特點(diǎn)。特脫扣器是能使斷路器在電氣設(shè)備遭受過(guò)載，短路，欠電壓，過(guò)電壓等故障時(shí)實(shí)施各種保護(hù)功能的機(jī)構(gòu)。早起的脫扣器是空氣斷路器采用的電磁式過(guò)電流脫扣器，該隨著電力技術(shù)的高速發(fā)展和供電規(guī)模的日益擴(kuò)大, 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)雜, 對(duì)電源的可靠性、安全性及供電質(zhì)量也都

4、提出了更高的要求,相應(yīng)地對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的操作簡(jiǎn)便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低壓斷路器作為電力供配電系統(tǒng)中廣泛使用的主要控制電器, 除了要能正常分合相關(guān)系統(tǒng)額定電流外, 還要在相關(guān)系統(tǒng)故障時(shí)能快速有選擇性地可靠分?jǐn)嘞嚓P(guān)系統(tǒng)短路故障電流,且不能出現(xiàn)越級(jí)跳閘或拒動(dòng)現(xiàn)象。 特別是隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展應(yīng)用以及電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用, 對(duì)系統(tǒng)可視化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化的要求越來(lái)越高, 相應(yīng)地對(duì)應(yīng)用面積廣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作較頻繁、故障率高的低壓斷路器也就提出了更高的要求, 傳統(tǒng)斷路器根本無(wú)法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的需要。智能化技術(shù)的應(yīng)用于是成了低壓斷路器的一個(gè)

5、重要發(fā)展應(yīng)用方向。脫扣器是能使斷路器在電氣設(shè)備遭受過(guò)載，短路，欠電壓，過(guò)電壓等故障時(shí)實(shí)施各種保護(hù)功能的機(jī)構(gòu)。早起的脫扣器是空氣斷路器采用的電磁式過(guò)電流脫扣器，脫扣器只能實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)保護(hù)功能。隨著斷路器的發(fā)展，其額定工作電壓，電流以及分段能哭和保護(hù)功能不斷發(fā)展，脫扣器也隨之發(fā)展起來(lái)。在采用油阻尼，空氣阻尼，鐘表結(jié)構(gòu)等作為延時(shí)元件后，脫扣器實(shí)現(xiàn)了過(guò)載延時(shí)和短路延時(shí)等功能。采用熱雙金屬片的熱式脫扣器也逐步出現(xiàn)，到20世紀(jì)60年代初，由于電子技術(shù)的普及和應(yīng)用，出現(xiàn)了半導(dǎo)體脫扣器?，F(xiàn)用的脫扣器出來(lái)熱式脫扣器，電磁式脫扣器外，還有半導(dǎo)體是脫扣器。進(jìn)入20世紀(jì)90年代初依賴，低壓斷路器的保護(hù)緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，由

6、電子式向數(shù)字智能化方向發(fā)展，脫扣器的過(guò)流脫扣系統(tǒng)由微處理器控制。它除了保持了電子式脫扣器的別是其人機(jī)對(duì)話功能是原來(lái)必須由制造廠整定后交付用戶使用變成了使用單位可以根據(jù)線路中變化的過(guò)載情況或可能的短路故障隨時(shí)自行調(diào)整整定值，斷路器同樣能達(dá)到高精度的保護(hù)要求。脫扣器的種類繁多，但按功能來(lái)劃分，基本上可以分為過(guò)電流，漏電，分勵(lì)和電壓脫扣器；按照結(jié)構(gòu)來(lái)劃分可以分為普通脫扣器，電子式脫扣器和智能式脫扣器。下面將詳細(xì)討論智能化脫扣器。13智能化脫扣器及其關(guān)鍵技術(shù)智能化脫扣器在結(jié)構(gòu)上大致可以分為監(jiān)測(cè)和傳感模塊，信號(hào)處理模塊，動(dòng)作模塊，即將電路參數(shù)檢測(cè)，信號(hào)處理，執(zhí)行單元分離開(kāi)來(lái)，故只要在參數(shù)檢測(cè)和信號(hào)處理單

7、元進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和修改，一個(gè)字脫扣器可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的幾個(gè)脫扣器的功能。智能化脫扣器采用了微處理芯片，從而可使其配備應(yīng)用軟件，在硬件不變的情況下具備較大的適應(yīng)性和升級(jí)能力。智能化的另一個(gè)較大的功能是可以實(shí)現(xiàn)通信化。課通信化是在脫扣器產(chǎn)品中加入相關(guān)通信芯片或電路，是脫扣器的各種狀態(tài)和工作參數(shù)能通過(guò)各種傳輸媒質(zhì)（如現(xiàn)場(chǎng)總線，串行接口線等）與線路上的其他電氣設(shè)備交流，適應(yīng)了當(dāng)前電氣設(shè)備智能化及網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)。國(guó)際上的名牌企業(yè)都有各自的智能化產(chǎn)品，如美國(guó)西屋公司的SPB系列（2505000A）和C系列（1501600A）塑殼式斷路請(qǐng)，德國(guó)西門子公司的3WN系列產(chǎn)品，日本寺崎電氣公司的AT系列（6303

8、200A）萬(wàn)能式和XH系列塑殼式斷路器以及法國(guó)Merlin Gerin公司的Masterpact系列萬(wàn)能式斷路器，沒(méi)過(guò)通用電氣公司退出的帶數(shù)字化固態(tài)脫扣系統(tǒng)的多功能塑殼式斷路器等。ABB公司的SACE Megamax F系列產(chǎn)品中的SACE PR1脫扣器和ISOMAX S系列產(chǎn)品中的PR2I²脫扣器，這兩種脫扣器能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)斷路器進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和操作，通過(guò)簡(jiǎn)單的擴(kuò)展便可以實(shí)現(xiàn)能源集中管理。智能化脫扣器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。在一個(gè)脫扣器上可以集成過(guò)電流，電壓，分勵(lì)等功能。在硬件上，微處理器模塊，輔助功能模塊和執(zhí)行單元都可以是相同的，對(duì)電流和電壓信號(hào)處理，現(xiàn)實(shí)等的不同都可以在設(shè)計(jì)軟件里實(shí)現(xiàn)，過(guò)

9、電流保護(hù)功能需配置過(guò)電流信號(hào)檢測(cè)單元；而電壓保護(hù)則需要配置電源，整流濾波，穩(wěn)壓，欠壓延時(shí)等單元；分勵(lì)功能只需要增加一個(gè)開(kāi)關(guān)即可。1.4 監(jiān)測(cè)和傳感技術(shù)電壓檢測(cè)通常用電壓傳感器（電壓互感器），而電流檢測(cè)常用電流傳感器（電流互感器），后者有實(shí)心和空心之分，兩者各有利弊。采用實(shí)心電流互感器在小電流時(shí)線性度好，但大電流時(shí)鐵心易于飽和，線性度差，測(cè)量范圍??；采用空心電流互感器，線性度好，測(cè)量范圍廣，但小電流時(shí)，信號(hào)較小，測(cè)量誤差大。要提高小電流時(shí)的測(cè)量精度，必須改變互感器線圈匝數(shù)，增加互感器副邊輸出信號(hào)幅度。點(diǎn)小電流時(shí)，若副邊輸出信號(hào)過(guò)大，大電流時(shí)則信號(hào)難以采樣，甚至破壞電路的正常工作。因此，如何提高小

10、電流時(shí)的測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)全范圍電流的精度測(cè)量，是斷路器實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，信號(hào)檢測(cè)單元在采用適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱?，還應(yīng)該采取各種信號(hào)放大器進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅安扇≡肼暈V波器進(jìn)行噪聲濾波等。此外，需要考慮的因素還有很多，如輸入輸出特性，靈敏度，頻率響應(yīng)，時(shí)間常數(shù)，溫度系數(shù)，測(cè)量范圍等。ABB的新產(chǎn)品的檢測(cè)元件就選擇了高質(zhì)量的空心電流互感器。1.5 微處理器及其接口技術(shù)對(duì)位處理器的基本要求是具有硬件通用化，應(yīng)用靈活化及記憶，計(jì)算，查表能力，指令系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)時(shí)控制，執(zhí)行速度快等一系列有點(diǎn)，因?yàn)檫@是斷路器智能化的核心。目前微處理器已形成多系列，多品種局面。我國(guó)當(dāng)前使用的較多的是MCS-51系列，有1

11、0多種型號(hào)。接口技術(shù)是微處理器與外圍設(shè)備之間的技術(shù)，既包括硬件技術(shù)，也包括軟件技術(shù)。接口電路有多鐘，常用的有：微處理器通用接口，鍵盤，顯示器接口，打印機(jī)接口，A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換）接口，D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換0接口等。1.6 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)技術(shù)可以說(shuō)軟件是智能脫扣器的靈魂，微處理器與數(shù)字電路的本質(zhì)區(qū)別就是在于它具有軟件系統(tǒng)，很多硬件電路能實(shí)現(xiàn)的，軟件也能做到，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)可以考慮用軟件來(lái)部分或全部實(shí)現(xiàn)硬件的功能。從軟件的功能來(lái)看可以分為兩大類，一類是執(zhí)行軟件，要能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如實(shí)時(shí)采樣，數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)實(shí)，打印，輸出控制，通訊，人工智能，優(yōu)化技術(shù)等。另一類是監(jiān)控軟件，這是專門用來(lái)協(xié)調(diào)各

12、執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度的軟件。這兩了軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重于算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化；監(jiān)控軟件著眼全局，邏輯嚴(yán)密。當(dāng)前重點(diǎn)放在前者上，由于脫扣器的工作特點(diǎn)，快速反映對(duì)其工作性能的作用不言而喻，在加強(qiáng)傳感器技術(shù)研究的前提下，采用先進(jìn)的算法也是很有必要的。ABB新的斷路器所采用的算法在幾百s內(nèi)就能檢測(cè)出增大的短路電流，此段時(shí)間包含了相電流的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間，噪聲濾波器的動(dòng)作時(shí)間，信號(hào)處理以及發(fā)出開(kāi)斷指令所需要的時(shí)間。在最佳短路參數(shù)條件下（短路發(fā)生在接近90°相位時(shí)），此算法能夠在小于200s內(nèi)檢測(cè)到短路電流。此算法能夠區(qū)分短路和噪聲脈

13、沖，且速度相當(dāng)快（總檢測(cè)時(shí)間1ms）。而且，為了能夠早期檢測(cè)增加的短路電流值，僅檢測(cè)現(xiàn)在的電流指示不夠的，必須能夠預(yù)測(cè)電流的變化趨勢(shì)?？梢酝撚^察相電流的一階或多階導(dǎo)數(shù)di（t）/dt獲得，即可對(duì)所預(yù)測(cè)的情況的實(shí)際電流i（t）和它的導(dǎo)數(shù)之間的聯(lián)系進(jìn)行跟蹤。這也是需要現(xiàn)金復(fù)雜的算法。此外，斷路器不僅要早短路故障發(fā)生時(shí)開(kāi)斷電路，而且當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)保持閉合狀態(tài)。若是由于誤報(bào)警導(dǎo)致停電，會(huì)造成極大浪費(fèi)，要設(shè)法避免。這樣是要采取相關(guān)的算法。1.7 抗干擾技術(shù)電子電器的干擾來(lái)自各個(gè)方面，有電氣干擾，還有環(huán)境溫度變化以及電壓，振動(dòng)，時(shí)間等各種因素造成的干擾，其中電氣干擾是各類干擾中的主要因素。干擾通過(guò)各種

14、線路侵入微處理器系統(tǒng)。也可以以場(chǎng)的形式從空間侵入微機(jī)系統(tǒng)，供電線路是電網(wǎng)中各種浪涌電壓入侵的主要途徑。有的斷路器工作環(huán)境惡劣，干擾因素多，他常常工作在大電流（幾KA，短路時(shí)可達(dá)50KA以上）。以場(chǎng)的形式入侵時(shí)干擾傳播的主要途徑，表現(xiàn)為通過(guò)靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)燈方式在微處理器系統(tǒng)中形成干擾，引起斷路器誤動(dòng)作?？垢蓴_的措施有硬件抗干擾，軟件抗干擾，也有軟硬件結(jié)合的措施。分析干擾源及干擾波的傳播途徑，合理選擇抗干擾措施是低壓斷路器實(shí)現(xiàn)智能化的重要內(nèi)容。1.8可靠性技術(shù)電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)的范圍很廣，諸如元器件的可靠性，技術(shù)設(shè)計(jì)，工藝水平和技術(shù)管理等共同性決定了電子產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。提高產(chǎn)品的可靠性，必

15、須掌握產(chǎn)品失效規(guī)律，只有對(duì)產(chǎn)品的失效規(guī)律有全面的了解，才能采取有效的措施去提高產(chǎn)品的可靠性。2 系統(tǒng)功能與硬件設(shè)計(jì)智能脫扣器的主要原理框圖如圖1所示。主要由電源模塊、電流檢測(cè)調(diào)理單元、P89LPc938單片機(jī)、脫扣器檢測(cè)和脫扣控制電路、I²C總線和通訊模塊六大部分組成。工作時(shí)，電流互感器(空心線圈)采集三相電流和地線電流，送入整流電橋，通過(guò)采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸出兩路信號(hào)。一路是通過(guò)整流電橋?qū)斎氲慕涣餍盘?hào)進(jìn)行濾波、轉(zhuǎn)換，變成+15V直流電壓，再通過(guò)7805電路和7103電路，對(duì)產(chǎn)生的直流電進(jìn)行電壓變換，產(chǎn)生+5V和+3V直流電源，分別給單片機(jī)和脫扣器檢測(cè)電路供電。一路

16、是從直流部分取樣，通過(guò)LM324電路進(jìn)行放大，并對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行取樣和計(jì)算。從LM324電路放大后的取樣信號(hào)，又輸出兩路信號(hào)。一路送往P89LPC938單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器接口，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換、計(jì)算和判斷；另一路送往Hc00和LM358電路組成的模擬脫扣檢測(cè)電路，單片機(jī)將檢測(cè)到的電流信號(hào)與整定值比較，判斷是否脫扣，若脫扣則確定動(dòng)作時(shí)間并發(fā)出控制信號(hào)及報(bào)警信號(hào)，將直接驅(qū)動(dòng)脫扣電路發(fā)出跳閘信號(hào)。通過(guò)I² C總線8位遠(yuǎn)程IO擴(kuò)展口芯片擴(kuò)展了鍵盤接口，擴(kuò)大了脫扣器整定量程，可以更大限度地對(duì)脫扣器的各種保護(hù)特性的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和檢驗(yàn)。提供標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)通訊。智能脫扣器

17、框圖圖1圖22.1 電源模塊智能控制器采用雙電源供電，一路為自生電源，用電流互感器從主電路感應(yīng)出電流，經(jīng)過(guò)三相整流、濾波、穩(wěn)壓，輸出+3V、+5 V、+15V電壓，分別供單片機(jī)、電流電壓采樣電路及脫扣驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，當(dāng)線路電流不低于04倍額定電流值時(shí)，即可保證控制器的正常工作；另一路為輔助電源，選用寬電源輸入的開(kāi)關(guān)電源模塊，不僅在主電源不能工作時(shí)提供電源，還可在斷路器斷開(kāi)的情況下使智能脫扣器繼續(xù)工作，如參數(shù)整定、狀態(tài)顯示和通信。同時(shí)在系統(tǒng)斷電的情況下，我們用電池來(lái)維持單片機(jī)的低功耗狀態(tài)。2.2 電流檢測(cè)調(diào)理單元 電流檢測(cè)調(diào)理單元由采樣電阻、整流濾波、放大電路組成。其主要功能包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波

18、、跟隨、放大、帶通濾波4個(gè)環(huán)節(jié)，這樣能夠去掉大部分干擾信號(hào)。采樣信號(hào)通過(guò)LM324電路進(jìn)行放大，然后對(duì)放大信號(hào)進(jìn)行取樣和計(jì)算。最后，將取樣電流信號(hào)送到單片機(jī)AD采樣通道口，以使系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)AD轉(zhuǎn)換。2.3 微處理器單元單片機(jī)以其高性價(jià)比和可靠性成為智能化斷路器智能控制系統(tǒng)的首選。微處理器單元由高性能的自帶A/D 轉(zhuǎn)換、看門狗監(jiān)視器、I2C 串行總線和高速輸入輸出通道、通訊接口和標(biāo)準(zhǔn)的JTAG 程序燒寫口的單片機(jī)及其外圍電子電路組成。配以優(yōu)化的軟件, 組成的單片機(jī)控制系統(tǒng)所需外圍元件少, 使得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單, 布線方便, 而且在穩(wěn)定性和抗干擾能力上都有極大的提高。各交流量分別經(jīng)信號(hào)輸入回路、低通濾波器

19、送到CPU 控制的多路開(kāi)關(guān), 經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后, 由DB 數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 。 CPU 通過(guò)調(diào)用程序存儲(chǔ)器（ EPROM） 中的程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算, 其計(jì)算結(jié)果與存放在電可擦存儲(chǔ)器（ E2PROM）中的整定值進(jìn)行比較, 作出相應(yīng)的故障判斷處理。再通過(guò)輸入輸出端口（ I/O） 將處理信號(hào)送到相應(yīng)外設(shè)（ 信號(hào)與出口） 發(fā)出報(bào)警信號(hào), 或執(zhí)行跳閘。微處理單元除了要完成整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量、保護(hù)、邏輯等功能外, 還具有自我故障診斷和監(jiān)察的能力,當(dāng)斷路器本身發(fā)生故障或環(huán)境溫度超過(guò)允許范圍時(shí), 能發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)顯示或報(bào)警, 同時(shí)重新起動(dòng)。自診斷的項(xiàng)目主要有EPROM出錯(cuò)、A/D 轉(zhuǎn)換出錯(cuò)、環(huán)

20、境超溫、CT 斷線、跳閘線圈斷線、斷路器拒動(dòng)及觸頭維護(hù)。微處理單元的自診斷功能不僅大大提高了斷路器的運(yùn)行可靠性, 更給后期維修、故障判斷工作提供了極大的方便。24 脫扣器檢測(cè)和脫扣控制電路主要任務(wù)是實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示三相電路的電流、電壓等參數(shù)，同時(shí)判斷電流是否大于所設(shè)定的故障電流值而決定是否發(fā)出脫扣控制信號(hào)，并實(shí)時(shí)處理過(guò)載、短路、接地故障等故障信號(hào)，按保護(hù)特性要求延時(shí)或瞬時(shí)控制執(zhí)行元件分?jǐn)鄶嗦菲?，從而達(dá)到保護(hù)的目的。本設(shè)計(jì)采用過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)(反時(shí)限)、短路短延時(shí)(反時(shí)限+定時(shí)限)、短路瞬動(dòng)三段保護(hù)，各種故障保護(hù)的電流整定值和動(dòng)作時(shí)間可通過(guò)鍵盤設(shè)定，并存儲(chǔ)在單片機(jī)的EEPROM中。單片機(jī)將檢測(cè)到的電流值

21、與這些整定值相比較，判斷閾值是否脫扣，在AD中斷模塊的每一個(gè)中斷中執(zhí)行瞬動(dòng)保護(hù)子程序，若超過(guò)設(shè)定的瞬動(dòng)閾值，即脫扣；若未超過(guò)閾值，則繼續(xù)采樣。若脫扣，則先確定動(dòng)作時(shí)間，再發(fā)出控制信號(hào)，同時(shí)顯示故障電流、故障類型和動(dòng)作時(shí)間；否則，刷新顯示。為保證斷路器的可靠動(dòng)作，還提供模擬脫扣方式，當(dāng)故障信號(hào)超過(guò)規(guī)定值時(shí)，不經(jīng)過(guò)單片機(jī)的檢測(cè)而直接使斷路器脫扣。2.5 顯示和鍵盤單元在智能化設(shè)備中, 不僅要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制, 還要能把相關(guān)信息傳遞給操作運(yùn)行人員, 還要能夠接受外部輸入并做出響應(yīng)。良好的用戶界面是人機(jī)對(duì)話所不可缺少的, 靈活的鍵盤管理及直觀的信息顯示給用戶提供了極大的便利。通過(guò)液晶屏或發(fā)光管能夠適時(shí)顯示

22、各種狀態(tài)和負(fù)載的參數(shù)值及故障電流、故障類型和保護(hù)動(dòng)作、試驗(yàn)整定情況, 結(jié)合按鍵還可以進(jìn)行保護(hù)的整定、預(yù)警值的設(shè)定、開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)和各種功能的檢測(cè)。26 通信模塊通過(guò)RS一485RS一422收發(fā)器模塊MAx3082E，脫扣器能與上位PC機(jī)進(jìn)行Rs485通信，將脫扣器設(shè)置的參數(shù)、檢測(cè)的電流情況、記錄的重要事件等傳送到上位PC機(jī)。同時(shí)，上位PC機(jī)可通過(guò)RS485通信對(duì)斷路器進(jìn)行遙控(斷路器分、合閘)、遙測(cè)、遙調(diào)(調(diào)整保護(hù)整定值)、遙信的“四遙”功能。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程軟件設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分, 主程序和中斷程序。主程序包括故障處理、鍵盤處理、顯示處理、通信處理等子程序; 中斷程序包括定

23、時(shí)器中斷、鍵盤中斷、通訊中斷等。 單片機(jī)對(duì)工頻電流信號(hào)進(jìn)行采樣, 利用一種基于小波分析和FFT 的改進(jìn)算法計(jì)算電流的有效值,可以提高采樣的精度, 滿足系統(tǒng)對(duì)延時(shí)保護(hù)高精度的要求。小波算法在采樣過(guò)程中檢測(cè)到可疑信號(hào)點(diǎn)后, 由FFT 算法進(jìn)行有效值判斷, 如果沒(méi)有超過(guò)門檻值, 則可疑信號(hào)點(diǎn)無(wú)效, 回到小波算法中繼續(xù)尋找采樣可疑點(diǎn); 如果有效值超過(guò)門檻值, 則認(rèn)為可疑點(diǎn)有效, 根據(jù)各保護(hù)條件輸出相應(yīng)信號(hào)。 多功能脫扣器實(shí)時(shí)控制采用定時(shí)器中斷方式,判斷瞬時(shí)故障為最優(yōu)先中斷; 判斷短延時(shí)、長(zhǎng)延時(shí)和接地故障為次優(yōu)先級(jí)中斷, 按鍵操作為低級(jí)中斷。每一相電流依次采樣, 分別與前一次保存的數(shù)據(jù)比較, 保存較大的數(shù)據(jù)。接著計(jì)算出最大相電流,與瞬時(shí)整定電流值比較, 判斷是否瞬時(shí)故障。按鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求, I/0 響應(yīng)中斷, 執(zhí)行中斷服務(wù)程序