王長(zhǎng)紅

摘 要：智能控制器是通過(guò)互感器將主線(xiàn)路中的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電路可處理的信號(hào)，信號(hào)處理單元對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行濾波和整形，信號(hào)采樣后經(jīng)多路開(kāi)關(guān)送入CPU，在CPU內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理，運(yùn)算結(jié)果與整定值比較后輸出符合預(yù)設(shè)定保護(hù)特性的邏輯電平信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)放大后可直接驅(qū)動(dòng)斷路器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和其他輔助繼電器，使斷路器動(dòng)作或輸出聲音、光信號(hào)。

關(guān)鍵詞：智能;控制器;電流;信號(hào)

智能控制器使用采集轉(zhuǎn)換而來(lái)的數(shù)字信號(hào)完成各種電量參數(shù)的計(jì)算，包括電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)的計(jì)算。電力系統(tǒng)中的模擬信號(hào)其主要成分是l、3、5次諧波，對(duì)于六次以上的諧波和高頻干擾經(jīng)過(guò)模擬通道中RC低通濾波加以濾除;對(duì)于六次及以下各次諧波分量借用數(shù)字濾波算法加以提取。

1 電壓、電流的計(jì)量

電流與電壓檢測(cè)方法是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，以電流為例，對(duì)正弦電流采樣數(shù)據(jù)處理方法采用傅立葉變換得：

原理是：A/D以一定的采樣頻率進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，獲得信號(hào)離教的采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)離散傅立葉變換（DFT），計(jì)算出基波有效值，計(jì)算公式如下：

其中N為每周波的采樣點(diǎn)數(shù)，為第n個(gè)采樣數(shù)值，為電流的實(shí)都，為電流的虛部?；ㄐ盘?hào)占到總信號(hào)的95%以上，而且不包含各種諧波分量，常用作各種保護(hù)算法的依據(jù)，其余諧波分量可以作為故障分析等的參考。

（1）電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)及功率的計(jì)量。

1）電網(wǎng)頻率和功率因數(shù)的計(jì)量。利用控制器內(nèi)部芯片將正弦交流電壓信號(hào)和正弦交流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，產(chǎn)生單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，兩個(gè)中斷信號(hào)0（INT0）之間的定時(shí)即為電網(wǎng)的周期，通過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算即可得到頻率。中斷0（INT0）和中斷l(xiāng)（INT1）之間的計(jì)時(shí)即為電壓與電流之間的時(shí)間差，通過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算即可得到功率因數(shù)。

2）功率的計(jì)量。由于低壓供電系統(tǒng)中絕大多數(shù)為三相四線(xiàn)制，智能控制器采用三表法測(cè)量功率：

2 保護(hù)的原理及實(shí)現(xiàn)方法

配電系統(tǒng)和用電設(shè)備過(guò)載時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)載電流成倍增加，在線(xiàn)路和設(shè)備上直接以的形式表現(xiàn)出來(lái)。在反時(shí)限延時(shí)保護(hù)特性曲線(xiàn)范圍內(nèi)被保護(hù)電器的時(shí)間——電流特性呈現(xiàn)“常數(shù)”的反時(shí)限特性。

（1）保護(hù)的算法及分析。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，往往是在基波上疊加有衰減的非周期分量和各種高頻分量，因此要求控制器對(duì)輸入的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，盡可能的濾除非周期分量積高頻分量。傅氏算法帶有很強(qiáng)的濾除高次諧波的功能，且收斂穩(wěn)定，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）三段電流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理。過(guò)電流保護(hù)是智能型斷路器最重要的保護(hù)功能。智能控制器具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)短路瞬動(dòng)三段電流。

下面根據(jù)特性曲線(xiàn)依次分析智能斷路器三段保護(hù)特性：

1）過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)特性。過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：。

其中，t為長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作延時(shí)值，I為過(guò)電流值，為長(zhǎng)延時(shí)電流保護(hù)整定值，K為長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間系數(shù)整定值，為特快反時(shí)限特性（動(dòng)作時(shí)間與故障電流成反比）。其中N相可設(shè)置為50%保護(hù)或l00%保護(hù)，長(zhǎng)延時(shí)動(dòng)作時(shí)間系數(shù)整定值K決定過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)的選擇范圍。

2）短延時(shí)特性。短路短延時(shí)特性可以分為兩段，即反時(shí)限特性和定時(shí)限特性。當(dāng)短延時(shí)電流整定值小于8Ir時(shí)，斷路器短延時(shí)特性同時(shí)具有反時(shí)限和定時(shí)限保護(hù)特性;當(dāng)短延時(shí)電流整定值大于8Ir時(shí)，斷路器短延時(shí)特性只有定時(shí)限特性。具體的技術(shù)指標(biāo)為：Ir=（0.4-15）In;=0.1，0.2，0.3，0.4s，其中In為額定電流值，tS為延時(shí)時(shí)間。

3）短路瞬動(dòng)特性。短路瞬時(shí)保護(hù)功能是為了在較大短路電流時(shí)能及時(shí)分?jǐn)嗑€(xiàn)路而設(shè)置的，它的動(dòng)作特性為定時(shí)限，動(dòng)作時(shí)間一般在10-20ms。采用即采即比的方法，CPU將采集來(lái)的電流信號(hào)的峰值和整定值進(jìn)行比較，如果某次的電流信號(hào)峰值大于整定電流值，則再采樣一次，兩次的結(jié)果相近的話(huà)，說(shuō)明發(fā)生短路故障。如果兩次結(jié)果相差很大，那么就不是短路故障。

（3）保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。定時(shí)限保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理比較簡(jiǎn)單。當(dāng)故障電流值大于相應(yīng)的整定電流值時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到，保護(hù)動(dòng)作。

3 其它保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理

除三段電流保護(hù)功能外，智能斷路器還具有單相接地保護(hù)或漏電保護(hù)和不平衡保護(hù)等保護(hù)功能，下面依次討論各保護(hù)的實(shí)現(xiàn)原理。

（1）接地或漏電保護(hù)。單相接地保護(hù)指故障電流在幾百安培以上的金屬性接地保護(hù)，一般用于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，控制器分兩種不同保護(hù)方式：

一種為內(nèi)部互感器矢量和方式（接地保護(hù)），控制器根據(jù)三相電流和中性級(jí)電流矢量和進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)斷路器極數(shù)分為3PT、4PT、（3P+N）T三種形式。該種方式一般適用于平衡負(fù)載;不平衡負(fù)載或電動(dòng)機(jī)負(fù)載一般只報(bào)警不脫扣。另一種為外接漏電互感器方式（漏電保護(hù)），控制器直接取外加的一個(gè)電流互感器的輸出電流信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，一般互感器的二次輸出為5A/1A（互感器一次電流小于等于400A時(shí)，二次為1A;400A以上時(shí)二次為5A），該種互感器的靈敏度較高，特別適合于從幾十安培開(kāi)始的較小接地電流的保護(hù)。

（2）負(fù)載監(jiān)控保護(hù)特性。負(fù)載監(jiān)控是在發(fā)生過(guò)載故障前的一種補(bǔ)救手段，當(dāng)線(xiàn)路中出現(xiàn)較大電流時(shí)通過(guò)舍棄一些負(fù)載來(lái)使電流減小。若智能脫扣器為上一級(jí)開(kāi)關(guān)，下級(jí)有多條支路分別供電給不同性質(zhì)的負(fù)載，當(dāng)發(fā)生過(guò)載故障時(shí)，智能脫扣器將有選擇的切掉線(xiàn)路中不重要的負(fù)載，以保證重要負(fù)載的連續(xù)工作。

（3）電流不平衡保護(hù)特性。電流不平衡的保護(hù)可以對(duì)斷相和三相的電流不平衡進(jìn)行保護(hù)。其計(jì)算公式為，為三相電流的平均值。其延時(shí)為定時(shí)限，延時(shí)時(shí)間為。

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