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        基于DSP的斷路器智能化技術研究

        2012-07-03 06:39:14王吉忠鄧為包涌泉
        船電技術 2012年4期
        關鍵詞:整定值智能型中斷

        王吉忠 鄧為 包涌泉

        (1.海軍駐武漢712所軍事代表室,武漢430064;2.中國船舶重工集團公司712研究所,武漢430064)

        1 引言

        斷路器是用于接通、分斷電力系統(tǒng)及對各種故障進行保護控制的一種開關電器,廣泛用于各類電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)中,一般具有過載、短路、漏電、接地等故障保護功能.傳統(tǒng)斷路器的檢測和保護功能多由電磁元件完成,其動作時間長,保護精度低,整定困難。隨著社會的發(fā)展,技術的進步,人們對供電系統(tǒng)的自動化程度要求越來越高,傳統(tǒng)斷路器的功能已不能滿足供電系統(tǒng)自動化的需要,因此,對于單臺斷路器就要求其自動化、智能化、模塊化,對于供電系統(tǒng)中的多臺斷路器要求能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信、集中監(jiān)控等,即所謂的智能型斷路器.

        智能型斷路器的中樞部件是智能測控單元。智能測控單元由于采用了計算機技術、數(shù)字處理技術、控制理論、可編程邏輯技術和串行通信技術等,實現(xiàn)各種保護、報警、顯示與控制功能。同時通過各種通信接口實現(xiàn)遙測、遙調、遙控、遙信等“四遙”功能,在網(wǎng)絡系統(tǒng)中可通過上位機集中監(jiān)測和控制。因此,帶智能測控單元的斷路器在低壓配電系統(tǒng)中得到了廣泛應用。

        2 智能型斷路器的硬件設計

        智能型斷路器核心由DSP、外擴存儲器、模擬信號變換電路、通訊接口、固態(tài)繼電器等幾部分組成,原理框圖如圖1所示。

        2.1 數(shù)字核心處理電路

        我們選用了TI公司的TMS320F2407(以下簡稱F2407)型DSP作為核心控制芯片。相對于單片機來說,相同的時鐘頻率下,DSP有著更快的指令執(zhí)行速度,大部分的指令可以在一個時鐘周期內完成。F2407的工作電壓是3.3V,兼容5V TTL電平,內嵌32K字的flashROM、544字的DRAM和2K字的SRAM;此外F2407還配置有CAN控制器、異步串行通訊口(SCI)、同步外設接口(SPI)、2×8路10位的A/D轉換通道、硬件看門狗電路、以及大量的數(shù)字I/O端口。我們使用F2407片內的存儲器存放程序,外擴RAM 芯片作數(shù)據(jù)存儲器。擴展一片串行EEPROM用于存放參數(shù),具體參數(shù)包括長短延時電流整定值,長短延時時間整定值等。

        圖1 原理框圖

        主回路的電流信號經過隔離變換電路后送到DSP片內的A/D轉換通道采樣;當回路過流時I/O口輸出動作信號,經光電隔離后驅動脫扣器線圈分斷斷路器。

        CAN是一種典型的現(xiàn)場總線,應用CAN總線可以滿足智能斷路器數(shù)據(jù)通信的可靠性、實時性和節(jié)點的易擴充等要求。通過CAN接口,上位機和計算機可以設定斷路器的電流整定值和時間整定值等參數(shù);同時主回路電流、斷路器的狀態(tài)等各種信息能實時的傳遞給上位機顯示。

        裝置本身的狀態(tài)能通過裝置面板指示燈顯示,通過按鈕可對裝置進行檢測,本裝置同時具有自診斷功能。

        由于充分的使用了F2407片內的資源,使得硬件電路得到簡化,提高了整個裝置的可靠性。

        2.2 分閘線圈操作單元

        傳統(tǒng)斷路器是用電磁繼電器來控制分閘線圈的。由于電磁繼電器的動作時間一般為10~20 ms,斷路器動作時間較長,難以滿足系統(tǒng)快速分斷的要求。而固態(tài)繼電器其動作時間不大于1 ms;同時它的驅動電路的設計也較方便。本裝置中DSP的I/O口信號通過緩沖電路驅動光電隔器,光電隔離器將3.3 V信號變換成24 V信號控制固態(tài)繼電器的導通,實現(xiàn)斷路器快速分斷。

        3 軟件設計

        3.1 保護特性的實現(xiàn)

        斷路器脫扣特性中核心部分是三種保護特性:過載長延時保護特性、短路短延時保護特性和電流逆向保護特性。

        3.2 軟件結構

        保護軟件主要由主程序和中斷程序兩部分組成。其中主程序流程如圖2所示,保護裝置在上電或硬件復位后,開始初始化,然后程序執(zhí)行全面上電自檢。若自檢不能通過將發(fā)出告警信號并閉鎖保護;若上電自檢通過,數(shù)字保護裝置進入主循環(huán)。在主循環(huán)過程中進行按健掃描,可以隨時手動自檢;并將主回路電流、斷路器的狀態(tài)等各種信息實時的傳遞給上位機。定時器每隔一個周期產生一次中斷。定時周期設為100 μs。在定時請求中斷信號到來時,DSP可相應中斷,執(zhí)行中斷服務程序。定時中斷服務程序流程如圖3所示,程序首先進行數(shù)據(jù)的采集和處理,然后執(zhí)行保護算法,最后進行保護判斷完成保護功能。

        4 結論

        本文提出的基于DSP芯片的智能型斷路器的設計,充分利用了DSP芯片強大的處理能力,同時使用固態(tài)繼電器控制脫扣器動作,實現(xiàn)快速精確保護。

        [1]羅超, 李凡. 智能斷路器的特點及應用.

        [2]王善偉, 戴瑜興. 基于CAN總線的低壓智能斷路器的設計.

        [3]TMS320LF/Lc24ox DSP Controllers System and Peripherals, 2000.

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