一种新型10kV真空开关智能控制器的设计

吕 高,覃晋民,康 凯,张丽萍

(1.太原电力高等专科学校 电力工程系,山西 太原 030013;2.交城供电支公司,山西 交城 030500)

一种新型10kV真空开关智能控制器的设计

吕 高1,覃晋民2,康 凯2,张丽萍2

(1.太原电力高等专科学校 电力工程系,山西 太原 030013;2.交城供电支公司,山西 交城 030500)

一种新型10kV真空开关智能控制器的设计方法,即利用无线收发模块,在线查询线路运行参数,具有过流速断、自动重合闸等功能,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平;通过比较各条线路“零序电流相对量”来准确判断单相接地故障的具体发生位置,提高了单相接地故障判断的准确性。

智能控制器;单相接地故障;零序电流相对量

0 引言

10kV真空开关智能控制器的应用是配网自动化发展的方向。传统的智能控制器具有数据测试与查询、正常分合控制、过流保护跳闸、重合闸等功能,对单相接地故障的判断大多采取绝对值大小比较判断的方法。由于测试误差等原因,容易出现单相接地故障“误判”和“错判”的结果。本文提出了一种采用零序电流变化量来判断单相接地故障发生位置的新方法,结合无线信息传输技术,提高了智能控制器的智能化管理和控制水平,完善了其故障保护功能。

1 智能控制器的组成

智能控制器的主要组成部分包括电压互感器、电流互感器、电能计量模块、单片机、GSM模块、无线通信模块、键盘、继电器组成,框图如图1所示。

图1 智能控制器组成框图

1.1 电压互感器和电流互感器

电压互感器选用PT204A(2mA/2mA),从线路的TV二次侧取得100V电压,经50KΩ电阻后接到PT204A。电流互感器选用HCT260(5A/ 2.5mA),线性范围可达100A,电流取自线路 TA的二次侧。

1.2 电能计量模块

电能计量模块采用电能计量芯片CS5463芯片。

CS5463是Cirrus Logic公司推出的高精度电表集成电路,CS5463内部集合两通道Δ Σ模—数转换器、功率计算、电能到频率的转换和一个串行口等,可以精确测量瞬时电压、电流和计算电流有效值、电压有效值、瞬时功率、有功功率和无功功率等,而且很方便单片机用双向串行接口控制。

1.3 单片机

单片机采用STC12C5A32S2。该单片机有超强的抗干扰能力,带1280字节片内RAM数据存储器;带EEPROM功能和复位电路。两个全双工异步串行口。单片机是整个控制器的核心,主要功能是从电能计量模块读取数据,通过无线通信模块和 GSM模块进行数据交换,通过键盘设置各种参数,通过继电器进行控制。

1.4 GSM模块

无线收发模块使用西门子公司的无线通讯模块产品(GSM)。该模块主要用于通过手机短信的方式查询线路运行参数、运行状态。出现故障时单片机会自动通过短信方式通知管理人员。

1.5 无线通信模块

无线通信模块使用nRF2401,nRF2401是单片射频收发芯片,工作于2.4～2.5GHz ISM频段,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块,输出功率和通信频道可通过程序进行配置。该模块主要实现对控制器的就地遥控和参数测量等功能。

1.6 键盘

键盘由8个独立按键组成,分别具有左移功能,右移功能,上移功能,下移功能,加法功能,减法功能,撤销功能,确定功能。主要用于通过LCD显示屏对初始化参数的设置和修改,对运行方式的转换。

1.7 继电器

继电器使用JQX-102F-P。继电器的作用是控制输出继电器。

2 智能控制器主要功能

2.1 查询数据功能

正常运行时,有三种方法可以查询运行数据:(1)是通过手持的遥控设备在现场就地查询; (2)是通过控制器的LCD显示屏查询;(3)是通过手机短信的方式查询。

2.2 开关控制功能

开关的控制功能有三种方法:(1)由手持的遥控设备在现场实现开关的分闸和合闸操作; (2)由控制器的操作面板实现;(3)通过手机短信的方法实现。

2.3 保护功能

当线路发生相间短路故障时,智能控制器测得的短路电流超过过流速断整定值时,该线路不带延时跳闸;当线路发生相间短路并接地故障时,智能控制器测得的短路电流超过过流I段整定值或零序过流I段整定值时,该线路经延时后跳闸。

当线路跳闸后,根据重合闸的设定次数进行重合,待重合次数变为零后,控制器不再发重合指令,开关不再重合。

对于单相接地故障,本文根据零序电流变化量的相对大小来准确判断单相接地故障发生的位置的方法:

1)单相接地故障零序电流变化量判断法

正常运行时,接在同一干线上的 n条线路,三相电流的不平衡以及测试装置的离散影响都会引起零序电流测试误差(在线路投入初期,正常运行情况下,经控制器现场实测得到的零序电流值)。不同的控制器或不同的线路,该零序电流测试误差值是不同的。假设第 k条支线的零序电流测试误差值为I′0k。利用实测零序电流值I″0k与测试误差值I′0k,可以计算出该线路零序电流的实际零序电流量 xk(下脚 k代表第k条线路):

并计算出其零序电流的相对值 yk:

一般情况下,当第 k条线路线路发生单相接地故障时,故障线路的零序电流满足第一判据式:

而且,其 yk明显大于非故障线路的零序电流相对值,据此可以准确判定单相故障发生在第k条线路。

2)单相接地故障保护功能的实现方法:

单相接地故障保护功能的实现见图2。

图2 单相接地故障保护功能框图

采用上述方法可以自动、快速、准确判定出单相接地故障的位置,并进行报警和跳闸处理。

3 结论

通过对样机的过流速断功能、过流延时跳闸功能、重合闸次数功能以及单相接地故障延时跳闸功能等各项功能进行测试,均能达到设计要求。

采用智能控制器,可以快速得知线路运行有关数据,及时发现线路故障信息,提高供电管理水平。对单相接地故障,采用零序电流及其相对量来综合判断发生的位置,准确性得以提高。减少了因寻找单相接地点而误拉、多拉正常线路、扩大停电范围现象的发生,从而提高供电的可靠性。

[1]GB/T14285-2006,继电保护及安全自动装置技术规程[S].

[2]DL/T 448-2000,电能计量装置技术管理规程[S].

[3]DL T 5137-2001,电测量及电能计量装置设计技术规程[S].

[4]唐国红.基于VC++的单片机编程器软件的设计[J].现代电子技术,2007,30(8).

[责任编辑: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

吕 高(1975-),男,山西大同人,太原电力高等专科学校电力工程系讲师。