王 野 姜萬東 遲玉國

（1. 麗水學院電子與電工技術創(chuàng)新重點實驗室，浙江 麗水 323000；2. 江蘇國網自控科技股份有限公司，江蘇 昆山 215311）

電網因雷擊、短路、重合閘、同一段設備起動或故障以及其他原因造成電網電壓短時失壓、電網電壓短時大幅度波動、短時斷電數(shù)秒的現(xiàn)象俗稱“晃電”[1-3]。目前，一般防晃電低壓微機保護裝置大多采取將保護跳閘出口直接串入接觸器線圈輸出端，保護出口繼電器多用小功率繼電器，其斷弧容量都比較?。ㄒ话銥?50VA）。因此，當大功率交流接觸器維持電流比較大，微機保護跳閘動作到斷開交流接觸器線圈時間比較長時，極易燒毀微機保護跳閘繼電器節(jié)點。另外，當電力系統(tǒng)發(fā)生晃電時，電網電壓在某一瞬間甚至低于接觸器線圈的釋放電壓，導致低壓馬達停止運行，也會給用戶帶來嚴重的損失[4-5]。

文獻[6-9]根據防晃電持續(xù)時間短、電壓波動范圍大等特點，提出分批自起動技術或采用專門的防晃電交流接觸器、TPM-MD延時節(jié)能模塊及節(jié)能型交流接觸器等技術。文獻[10-11]提出利用單片機實現(xiàn)防晃電智能交流接觸器的設計。文獻[12-13]指出采用專門的防晃電交流接觸器不適于防晃電要求較高的場合，而采用延時節(jié)能模塊需要與接觸器構成雙線圈結構，不利于快速動作和切換。文獻[14]提出了一種新型防晃電的接觸器智能控制器，該方法綜合運用了防晃電技術、電力電子技術和單片機技術，但只考慮了晃電情況，而沒有考慮交流電壓跌落時斷電的處理。

綜上所述，現(xiàn)有的防晃電技術均考慮單一防晃電功能，而且功能不夠完善。本文采用先進的微電子技術和電力電子技術，設計并實現(xiàn)了具有防晃電智能控制模塊和微機保護裝置結合的方式實現(xiàn)智能控制接觸器跳閘功能。同時，利用防晃電智能控制模塊判斷電力系統(tǒng)發(fā)生交流電壓跌落原因：外部導致的斷電故障或是晃電故障，并且利用將交流切換到直流供電維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。該防晃電智能控制模塊設計兼顧了節(jié)能控制模式應用，降低接觸器功耗。

1 防晃電智能模塊裝置功能

2 防晃電智能跳閘設計與實現(xiàn)

2.1 防晃電智能跳閘模塊硬件的實現(xiàn)

防晃電模塊的硬件實現(xiàn)部分，如圖1（a）所示，分為四大部分：①IGBT、大電阻R和繼電器J1組成無弧切斷電流電路；②繼電器J2構成交流切換直流電路；③電源電路、測量電路和微處理器；④智能跳閘開入量輸入電路。圖1（a）中J1和J2繼電器的選取規(guī)則需承載接觸器運行與啟動電流：選取的繼電器接通電流應大于接觸器啟動電流并留有充裕量。

圖1 防晃電智能控制模塊內部/外部原理圖

防晃電智能跳閘外部接線如圖1（b）所示。防晃電裝置在上電后，檢測到跳閘輸入信號［圖1（a）中的跳閘開入信號，對應圖1（b）中的端子4輸入］變?yōu)楦唠娖胶?，經過延時防抖確認，防晃電裝置將判斷自己的運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能控制跳閘出口：

如果為交流運行狀態(tài)，說明接觸器線圈［接觸器線圈對應圖1（b）中的KM線圈］目前為交流電供電狀態(tài)，則將觸發(fā) IGBT導通，同時啟動繼電器J1，繼電器 J1斷開后（通過延時確保），軟件系統(tǒng)將IGBT關斷，與IGBT并聯(lián)的電阻R投入到線圈回路中，線圈回路電流迅速減小，接觸器開始釋放跳閘；如果為直流運行狀態(tài)，接觸器線圈處于直流供電狀態(tài)，軟件控制系統(tǒng)關閉 PWM脈沖輸出，關閉直流電壓輸出，交流接觸器釋放跳閘。

2.2 防晃電智能跳閘控制模塊軟件的實現(xiàn)

由硬件電路可知，整個智能跳閘過程為無觸點斷弧過程，防晃電智能跳閘控制系統(tǒng)流程圖如圖 2所示。

圖2 防晃電智能跳閘軟件控制流程圖

1）智能跳閘標志為1

如果智能跳閘標志為 1，則說明防晃電模塊已經啟動。需要判斷系統(tǒng)運行模式為交流或直流。

交流模式：如果沒有交流電流，則直接到智能跳閘程序出口；如果有交流電流，則需關閉繼電器J1，重置智能跳閘標志為0后智能跳閘。

(1)目標價格政策的實施要充分考慮市場的對外開放程度。市場開放程度不僅取決于市場準入政策，還與進口品與國產品之間的替代彈性有關。由于大豆市場開放程度高，對外依存度大，因此大豆目標價格政策的實施會對資源配置產生較大扭曲，從而使得政策的經濟效率大大降低。為此目標價格政策的實施要充分考慮市場開放程度、進口依存度以及產品供給彈性等條件，并非適合任何產品市場。

直流模式：如果沒有直流電流，則直接到智能跳閘程序出口；如果有直流電流，則需關閉繼電器J1和J2，重置智能跳閘標志為0智能跳閘。

2）智能跳閘標志為0

如果智能跳閘標志為 0，說明防晃電模塊需要等待外部的智能跳閘開入量輸入。

外部智能跳閘開入為 1，則計數(shù)跳閘延時計數(shù)器，當這個計數(shù)器小于 10ms時，選擇智能跳閘出口；反之，判斷系統(tǒng)運行模式為交流還是直流。

交流模式：觸發(fā) IGBT導通，同時啟動繼電器J1，通過延時 8ms后，關斷 IGBT，實現(xiàn)大電阻R接入回路，置智能跳閘標志為 1，同時禁止切換標志為1；直流模式：禁止PWM輸出電壓。置智能跳閘標志為1，同時禁止切換標志為1。

外部智能跳閘開入為 0，置跳閘延時計數(shù)器為0，轉到跳閘延時計數(shù)器條件判斷。

3 防晃電功能設計與實現(xiàn)

晃電延時目的是在交流系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落（電壓突然跌落50V或降低到180V以下）時，智能控制系統(tǒng)啟動交流向直流切換，切換到直流維持狀態(tài)，接觸器線圈在直流電壓的維持下，主觸點和輔助觸點繼續(xù)吸合。在晃電延時時間到后，判斷交流電壓是否恢復到正常值（程序默認185V以上），如果已經恢復，則切換到交流運行狀態(tài)，裝置認為供電系統(tǒng)發(fā)生了“晃電”；如交流電壓低于正常電壓值，則切斷直流電壓，并返回到交流模式，為下次系統(tǒng)上電做好準備，此時智能控制系統(tǒng)認為系統(tǒng)“斷電”而非“晃電”。

如圖3所示，T1為系統(tǒng)發(fā)生晃電的持續(xù)時間，一般在0.5～1s左右?；坞姷难訒r時間（圖中為Thd，為設置定值）設置需要大于系統(tǒng)發(fā)生晃電的持續(xù)時間，并有一定的裕量。T2（＜400μs＝為判斷晃電并切換時間，在整個晃電延時Thd內，智能控制系統(tǒng)工作在DC模式，輸出直流電壓，直到Thd結束，切換到交流模式。如果在Thd延時結束時，交流電壓恢復，認為是系統(tǒng)晃電；否則，認為是系統(tǒng)斷電，而非晃電（因為電壓跌落的時間持續(xù)時間超過了晃電設定時間）。

圖3 晃電延時與交直流切換過程

圖4所示為模擬系統(tǒng)晃電和系統(tǒng)斷電情況實驗方法。其中 KK為空氣開關，用來模擬系統(tǒng)斷電和晃電；RL用于模擬在實際應用過程中控制柜和現(xiàn)場分合按鈕之間的長距離走線電阻；SB1為模擬現(xiàn)場控制合閘按鈕，SB2為模擬現(xiàn)場分閘按鈕，KM為接觸器輔助接點，XQ為接觸器線圈。圖 5（a）和圖5（b）分別給出電力系統(tǒng)交流電壓跌落時，利用泰克示波器TDS 1012C-SC實測交流切換到直流的狀態(tài)后供電系統(tǒng)未恢復與恢復到交流波形圖。

圖4 實驗分析示意圖

圖5 電力系統(tǒng)交流發(fā)生系統(tǒng)斷電/晃電情況

圖5（a）所示交流系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落時，防晃電智能模塊將交流切換到直流運行狀態(tài)。利用防晃電智能模塊提供自動輸出的直流電壓維持交流接觸器吸合，維持時間（設定的晃電延時時間）持續(xù)到釋放接觸器。但系統(tǒng)并未及時的恢復到交流運行狀態(tài)。此時，防晃電智能裝置將釋放交流接觸器，認為是外部的原因導致的斷電故障。圖5（b）可以看出，在交流切換到直流維持設定的晃電時間之后，系統(tǒng)又重新切換回到交流運行狀態(tài)，說明系統(tǒng)發(fā)生了短暫的晃電故障。

防晃電智能模塊，可以運行在節(jié)能模式，不僅可以防止晃電，又可以降低接觸器能耗。表1給出系統(tǒng)運行在交流模式（常規(guī)交流接觸器裝置）和直流節(jié)能模式（加裝防晃電智能控制系統(tǒng)）能耗對比數(shù)據，該數(shù)據是選用CJ40-200交流接觸器實驗而得。數(shù)據表明用戶在直接應用常規(guī)交流接觸器防晃電的情況下，實測電壓為217.6V，有功功率為28W，年度量為 245kW·h。而在應用防晃電智能控制系統(tǒng)選擇直流節(jié)能運行模式工作時，其電壓輸出為6V，有功功率為2.1W，年電度量為45kW·h，節(jié)能比例為81.63%。

表1 交流運行和直流運行模式下節(jié)能數(shù)據比較

4 防晃電智能控制模塊優(yōu)越性

防晃電智能控制模塊的優(yōu)越性，具體如下：

1）完全實現(xiàn)智能切換，切換時間小于2ms。

2）抗晃電模塊，根據測量出線圈交流維持電流Iac，在接觸器線圈失電時，快速切換到直流電源供電。直流源的輸出直流電流為Idc=0.9Iac，確保接觸器直流可靠維持。

3）用戶可設置維持時間，調整為0.5～5s。

4）可靠的晃電切換條件：①電壓跌落；②電流沒有明顯增大。條件①和②必須同時滿足才切換。否則，認為屬于異常（如接觸器線圈短路）。

5）高達3A的直流輸出電流。

6）直流電源的控制采用超級電容儲能。用大功率的運放作為直流電源輸出回路。支持最大 3A直流輸出維持電流，且內部損耗功率小。

7）可靠的切換判別，自動識別接觸狀態(tài)，無需接觸器節(jié)點接入。

防晃電智能控制模塊已應用在河南神馬六六鹽項目，投入運行至今獲得了用戶良好評價。

5 結論

防晃電智能控制模塊的開發(fā)解決了大功率接觸器使用過程中，利用跳閘繼電器節(jié)點直接切斷電源實現(xiàn)接觸器跳閘，極易引起跳閘出口繼電器拉弧失敗，使繼電器出口接點粘聯(lián)的問題。通過防晃電智能控制系統(tǒng)的無斷弧切斷電流電路功能，可以在交、直流模式運行下有效地控制跳閘出口；同時，采用防晃電智能控制模塊可以選擇直流運行方式，降低接觸器的能耗；在電力系統(tǒng)交流電壓跌落時，該智能模塊可徹底的解決由于系統(tǒng)電源晃電問題給用戶造成的困擾和嚴重的經濟損失。

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