謝建鑫

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，推動(dòng)著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)供電客戶的供電可靠性的要求也越來越高，斷路器是否能正確動(dòng)作在很大程度上影響著供電可靠性。文章主要從背景、研究思路、原理等方面介紹了一種斷路器跳閘跟隨器的研究。

關(guān)鍵詞：跟隨器；單片機(jī)；繼電器

中圖分類號(hào)：TM76；TP74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0005-02

1 研究背景

變電站內(nèi)高壓斷路器是保證安全供電的重要設(shè)備，它不僅可以切斷和接通負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過繼電器保護(hù)裝置可及時(shí)切斷過負(fù)荷電流和短路電流，防止事故擴(kuò)大也保障著電力的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于220 V及以上電壓等級(jí)的斷路器，均采用雙重配置的雙分閘線圈，即采用了分別獨(dú)立的保護(hù)裝置和跳閘回路，兩個(gè)分閘線圈獨(dú)立操作，分閘可靠性高。對(duì)于110 kV及以下斷路器，目前在設(shè)計(jì)和運(yùn)用上，因?yàn)橥顿Y和和配置考慮，均采用單套配置原則，為單個(gè)的跳閘線圈結(jié)構(gòu)，這種配置單分閘線圈結(jié)構(gòu)簡單，但安全性上遠(yuǎn)不如雙重配置的設(shè)備可靠。因?yàn)檫\(yùn)行環(huán)境原因，跳閘線圈在運(yùn)行過程中，容易發(fā)生鐵芯卡澀、線圈接頭和導(dǎo)線接觸不良、以及輔助接點(diǎn)氧化等原因造成控制回路斷線的故障，這些故障導(dǎo)致斷路器分閘拒動(dòng)，使系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)無法得到及時(shí)切除，進(jìn)而引起越級(jí)跳閘等嚴(yán)重后果。

基于上述現(xiàn)狀，為提高單線圈斷路器分閘可靠性，解決因跳閘線圈問題引起的拒動(dòng)問題勢在必行。

2 研究思路

在原跳閘回路并入跳閘跟隨裝置和另一組跳閘線圈，實(shí)現(xiàn)目前單分閘線圈斷路器的雙分閘線圈控制，以提高其分閘可靠性。當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，跳閘跟隨器通過斷路器輔助觸點(diǎn)判斷第一組跳閘線圈的工作情況，當(dāng)?shù)谝唤M跳閘線圈無法正常工作時(shí)，經(jīng)過整定延時(shí)由跳閘跟隨裝置啟動(dòng)第二組跳閘線圈，完成跳閘。如圖1所示。

3 跟隨器結(jié)構(gòu)及原理

3.1 跟隨器的結(jié)構(gòu)

跟隨器由主板及顯示板兩塊板組成，主要包括電源模塊、單片機(jī)、繼電器及外圍元器件，兩塊板則通過牛角插座連接，結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

3.2 跟隨器原理

原理圖，如圖2所示。

①上電檢測：電路上電開始初始化過程，此時(shí)電路開入1、開入2、開入3不能有任何輸入，即全部繼電器不動(dòng)作。若上電時(shí)有任一異常開入，則3 s后單片機(jī)運(yùn)行監(jiān)視紅燈常亮，程序鎖死，需按K1按鈕復(fù)位或直接重新上電。

②正常運(yùn)行：裝置上電電路初始化結(jié)束，檢測無異常開入后，紅燈閃亮，同時(shí)繼電器J5動(dòng)作，其常開接點(diǎn)閉合，當(dāng)斷路器在合位時(shí)，跟跳回路運(yùn)行監(jiān)視黃燈通過外電路接線接通常亮，表示跟跳回路正常。

③運(yùn)行中當(dāng)有開入1時(shí)，裝置經(jīng)整定延時(shí)后，J1至J4動(dòng)作，開入斷開后，J3-J4保持動(dòng)作，直至按下復(fù)歸按鈕或復(fù)位K3按鈕或裝置掉電同樣解除動(dòng)作狀態(tài)。

④運(yùn)行中當(dāng)有開入2時(shí)，為外接急緊分閘開入，當(dāng)外接緊急分閘時(shí)，跟跳裝置不經(jīng)延時(shí)判斷直接動(dòng)作，開出結(jié)果同開入1。

⑤開入3外接跟跳裝置動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸按鈕。開入3接通時(shí)，J3、J4動(dòng)作返回，解除閉合狀態(tài)。

⑥當(dāng)跟跳裝置電源故障時(shí)，繼電器J5常閉接點(diǎn)動(dòng)作，通過外接線將跟跳線圈與主分閘線圈并聯(lián)工作，實(shí)現(xiàn)直接跟跳功能。

⑦顯示板上按鈕K1，當(dāng)K1接通時(shí)不僅可使J3、J4動(dòng)作返回，同時(shí)可使J5動(dòng)作返回，即單片機(jī)程序恢復(fù)初始狀態(tài)，自檢正常3 s后投入。

3.3 跟隨器各功能模塊介紹

3.3.1 電源模塊

跟隨器中的單片機(jī)、繼電器等都是有源元器件，均需工作電源，但其所需要的額定電壓比較小，因此跟跳器中需要配置電源模塊，如采用愛浦電子生產(chǎn)的型號(hào)為WD12-110S05B1的電源模塊，將輸入的DC 110 V電壓轉(zhuǎn)化為DC 5 V電壓輸出。

為保證電源模塊輸入端電壓及輸出端電壓的穩(wěn)定，在輸入端、輸出端配置了熔斷器、穩(wěn)壓二極管、熱敏電阻、電抗器及電容器等元件，提高抗干擾能力，增強(qiáng)了電壓的穩(wěn)定性。

3.3.2 單片機(jī)——跟跳邏輯信息處理模塊

單片機(jī)作為跳閘跟隨裝置的核心元件，用于裝置動(dòng)作的邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)跳閘跟隨裝置的全部功能?？刹捎肧TC生產(chǎn)的一種低耗能、高性型號(hào)為89C52RC單片機(jī)，擁有靈活的8位CUP和在系統(tǒng)可編程Flash，運(yùn)行速度快，存儲(chǔ)空間大。

89C52RC單片機(jī)的P2.2、P3.6、P2.4引腳分別為無源電壓、有源電壓及緊急分閘的開入，當(dāng)其任意一引腳有高電位開入時(shí)，才會(huì)使P2.5、P2.6引腳輸出控制分閘、閉鎖重合閘信號(hào)，進(jìn)而控制分閘線圈二導(dǎo)通及閉鎖重合閘回路；單片機(jī)的P2.3引腳為信號(hào)復(fù)歸的開入，當(dāng)有高電位開入時(shí)，使P2.7、P2.1引腳輸出控制繼電器J3、J4動(dòng)作返回；單片機(jī)的P3.0、P3.1引腳為單片機(jī)程序讀寫端口。

3.3.3 繼電器——驅(qū)動(dòng)模塊

跟隨器可配置了J1至J5五個(gè)繼電器，型號(hào)及廠家盡可能相同。

各繼電器均有一對(duì)常開接點(diǎn)和一對(duì)常閉接點(diǎn)組成，其功能分別為：J1是跟跳分閘功能；J2是閉鎖重合閘功能；J3是自保持作用；J4是自保持及發(fā)跟跳信號(hào)作用；J5是單片機(jī)自檢監(jiān)視、跟跳回路監(jiān)視及跟跳裝置電源故障時(shí)直接跟跳功能。

3.3.4 其他外圍元器件

①JP1、JP2雙選擇插座，根據(jù)功能選擇接入方向。

JP1為開入1的無源電壓和有源電壓的開入選擇，當(dāng)保護(hù)裝置有備用開入空接點(diǎn)時(shí)，通過JP1短路帽選擇“1-2”接入5 V無源開入，當(dāng)保護(hù)裝置沒有備用開入空接點(diǎn)時(shí)，通過JP1短路帽選擇“2-3”接入110 V有源開入。當(dāng)開入1為110 V有源開入時(shí)，需經(jīng)EL357N（C）型的光電耦合器件作用，輸出滿足單片機(jī)要求的5 V開入，原理如下：

JP2為選擇跟跳裝置時(shí)間延時(shí)是否可調(diào)，其選擇方式如下圖，當(dāng)JP2的短路帽接“2-3”時(shí)，可以通過K1和K2按鈕調(diào)整跟跳時(shí)間延時(shí)；當(dāng)JP2的短路帽接“1-2，跟跳時(shí)間延時(shí)不可調(diào)整。在運(yùn)行中，JP2短路帽應(yīng)接“1-2”，避免運(yùn)行人員誤修改已經(jīng)設(shè)置好的跟跳裝置的延時(shí)時(shí)間。

②K1、K2、K3 為按鈕，功能分別：K1是單片機(jī)程序復(fù)位，可使J3、J4動(dòng)作返回，同時(shí)使J5動(dòng)作返回單片機(jī)程序恢復(fù)初始狀態(tài)；K2是調(diào)整時(shí)間（+）；K3是調(diào)整時(shí)間（-）。

③數(shù)碼顯示屏顯示整定的延時(shí)跟跳時(shí)間，顯示范圍是0～9.99 s，時(shí)間調(diào)整的步長為0.01 s。

④燈1至燈3為指示燈，功能分別是：跟跳裝置動(dòng)作信號(hào)燈（綠色）、單片機(jī)運(yùn)行監(jiān)視燈（紅色）、跟跳回路運(yùn)行監(jiān)視燈（黃色）。

⑤牛角插座是裝置主板與顯示板連接橋梁；插拔式端子是跟跳裝置與外部件連接橋梁。

4 結(jié) 語

本斷路器跳閘跟隨器以單片機(jī)為核心元件，C語言編程控制繼電器輸入輸出，并實(shí)現(xiàn)完成：帶延時(shí)整定的跳閘跟隨功能，跳閘跟隨動(dòng)作時(shí)閉鎖重合閘功能，緊急時(shí)手動(dòng)分閘功能，裝置軟件自檢，裝置分閘線圈通斷自檢及裝置電源故障時(shí)直接跟跳等八大功能。裝置可應(yīng)用到所有單分閘線圈的斷路器中，成功解決斷路器長時(shí)間運(yùn)行中易引起的拒動(dòng)問題，此外裝置遠(yuǎn)跳控制更可靠，尤其適合無人值班變電站，應(yīng)用前景廣大。

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