低壓斷路器智能控制器的優化

摘 要：傳統的低壓斷路器是通過電磁元件完成保護工作的，但電磁元件的抗干擾性差，保護效果差，很容易埋下安全隱患。一旦電磁元件損壞，就有可能引發錯誤動作，影響正常用電。而智能控制器是以傳統低壓斷路器為基礎，利用目前先進的數字化測控保護技術提升低壓斷路器的保護精度與抗干擾性，進而提升低壓斷路器的安全性、智能化與自動化，以保證正常的用電安全。

關鍵詞：低壓斷路器；智能控制器；優化

引言

低壓斷路器是低壓配電系統中最為重要的電器開關設備之一，對供電系統與配電系統的正常運行與安全供電起著關鍵性的作用。低壓斷路器的控制器是配合其完成對電力系統的控制、保護和監測工作，以保證當系統出現故障時，能夠快速的切斷系統中的故障部分或中斷整個系統的供電，以保證電力系統的安全。

1 低壓斷路器智能控制器的控制系統優化

智能控制器的控制系統應具備以下幾個功能：保護功能、能及時測量、實施監控并顯示的功能、故障信息存儲功能、通信組網功能與低壓斷路器維護功能。所以，智能控制器的控制系統可以從三個方面來實現：（1）通過智能控制器和PROFIBUS-DP來建立站通信模塊；（2）以MODBUS與PROFIBUS-DP總線為基礎完成對低壓斷路器的監控系統的建立；（3）建立有效的低壓斷路器維護系統[1]。

如此設計可以實現以下幾個有點：（1）低壓斷路器能夠利用RS485與RS232接口與第三方的PROFIBUS-DP從站通信模塊或其他第三方通信模塊進行通信；（2）當組網通信出現故障或暫時不能使用時，可以利用RS232接口對電網繼續進行監控；并且在系統的調試過程中，也可以利用RS232接口對相關的智能控制進行調試與監控，省去了轉換接口的工作，降低了工作量與轉換信息復雜性的同時，也提升了系統運行的可靠性[2，3]。

2 低壓斷路器智能控制器的硬件優化

2.1 智能控制器接口板的優化

優化智能控制器接口板的目的主要有三個：一是為各種電路提供需要的電源電壓；二是完成對電流互感器與電壓傳感器發出信號的采集，并進行恰當的預調理；三是連接預報警、脫口、卸載、合閘及分閘等快關量輸入和輸出的驅動電路，使之能夠成一個完整的系統并能正常運行[4]。

一般智能控制器的供電方式以直流輔助電源和變壓整流供電為主，這兩種供電方式即可以分開單獨使用，也可以相互配合。當智能控制器的保護線路被上級斷路器保護分分斷時，智能控制器是無法繼續進行工作的。這時就需要通過增加輔助電源，完成對斷路器的參數整定與功能實驗等，并同時為計算機隨時與斷路器恢復通信做好準備工作與維護工作。

信號的預調理電路是智能控制器中另一個重要的組成部分。信號預調理電路是通過對低通濾波器和放過壓處理來運行的。而信號預調理的另一個功能就是將電流互感器與電壓互感器輸出的電壓信號轉變為主電板能夠接受并處理的電壓型號，即-10～10V電壓信號。經過信號預調理的處理后，即便是在電流比較低的時候，也可以對其進行計算；而在電流比較大時，也能夠對該信號做出計算。如此一來，大大提升了對電流量程的測量精度[5]。

開關量輸入與輸出的驅動電路是提升智能控制體可靠性的關鍵所在。所有的開關量信號的輸入與輸出都是由復雜可編程邏輯器件（CPLD）完成。其工作順序是所有的開關量輸出信號都是需要經過單片機發送給CPLD的；然后再由CPLD處理，并發出最終的脫扣、合分閘與卸載等信號；同時，光電會隔離CPLD與輸出電路，進而提升智能控制器的抗干擾性。需要注意的是，若是需要手動分閘，應該先將CPLD分閘扭按下，以保證手動分閘時的分閘信號有效性。當分閘信號有效時，就會反饋給CPLD，以防止分勵線圈因為長時間的通電而損壞，幫助其很好的實現了自動保護功能。

2.2 智能控制器的主機板優化

智能控制器的主機板應由微控制器、電源電路、信號調理電路、時鐘電路、存儲電路、人機界面與通信接口電路等模板組成。

微控制器模板可通過單片機或CPLD來建立。單片機在微機測量與方面具有很好的優勢，且其電耗非常的低，能作為性能優異的MCU并已經在國內得到廣泛的應用。一般智能控制器會選擇型號為MSP430F149的單片機，該電極片具有很好的存儲功能，擁有6個八位雙向的多功能口和引腳復用，使每個口都能夠被設置成模塊方式[6]。由于其內在的芯片具有自動掃描功能，讓A/D轉換器不需要依賴中央處理器就能夠獨立完成工作，大大降低了中央處理的工作負擔，提升了系統的工作效率。而同時該單片機具備一個硬件成大器，能夠完成四種運算，大大降低了乘法指令的工作時間；而其具備的兩個UART接口使之在不需要進行擴展的情況下也能夠與計算機完成通信。

低壓斷路器是一種需要對配電系統的短路、過流、絕緣監事、欠壓等故障處理的裝置，使其能夠在及時切斷故障回路，并通知維修人員及時排查故障，防止事故進一步惡化。這是一個較為復雜的處理過程，需要智能控制器具備足夠的可靠性，能夠在故障發生時及時的做出正確的反應；在沒有故障時，也不會出現錯誤的動作。當斷路器通斷感性敷在時，開關觸點的拉弧就會產生很強的電磁信號，這種電磁信號會對智能控制系統造成強烈的干擾。如果智能控制系統長期處于這種電磁信號中，就一定會影響到其工作的可靠性。而CPLD在構建內部硬件時就完全考慮到以上情況，采用合閘、分閘和脫扣等方式來輸出執行信號，就能夠有效解決因電磁干擾而無法正常工作的情況，大大提升了智能控制器的安全性與可靠性。同時，CPLD還能夠防止分勵線圈被燒毀的現象。為智能控制器的正常運作提供了最大的安全保證。

3 結束語

如今，智能控制器已經成為供電線路智能斷路器中的中心控制部件，對保證低壓斷路器的正常工作，提升配電系統的正常運行具有重要的意義。智能控制器的優化應從兩方面進行，一是從對其內部的控制系統進行優化，二是對其外在的控制硬件進行優化。內部控制系統的優化應重視實現保護功能、能及時測量、實施監控并顯示的功能、故障信息存儲功能、通信組網功能與低壓斷路器維護功能。而外部硬件的優化的重點應該放在接口板與主機板的優化中。加強智能控制器的抗干擾能力，提升控制器系統對故障及時診斷和處理的能力，這些都是需要內在系統與外在硬件共同實現。

參考文獻

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[5]王永忠.斷路器欠壓脫扣器的優化設計[J].低壓電器，2012，2：17-19.

[6]王興利，顏從強，胡浪濤.智能型萬能式斷路器在供配電運行管理中的應用[J].電氣應用，2012，10：20-23+31.

作者簡介：匡紅勇（1978，01-），男，民族：漢，籍貫：湖南省祁東縣，學歷：大專，研究方向：低壓電器斷路器制造及其應用，工作單位：東莞基業電氣設備有限公司。