專利名稱：一種涌流控制器和配電保護系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于涌流保護技術領域，具體涉及一種適用于高壓交流環境下的涌流控制器以及采用該種涌流控制器組成的配電保護系統。
背景技術：
高壓交流斷路器作為配電保護的基礎設備，對電網的安全、穩定運行起到十分重要的作用。可靠性和選擇性都是配電保護系統的四大基本要求之一，需要比電網本身可靠性指標更高的設備來實現，所以斷路器的可靠性尤為重要。涌流控制器是斷路器正確完成功能的核心部件，因此，對涌流控制器的可靠性要求尤為嚴格。涌流是變壓器初始上電時勵磁產生的諧波電流。涌流具有以下特點(1)、變壓器在初始上電瞬間因勵磁過程而必然產生的勵磁涌流(簡稱涌流)。(2)、涌流的有效值很大，可達額定電流的8 10倍；但衰減很快，一般在變壓器上電0. 5 Is后衰減到額定電流的0. 25 0. 5倍。(3)、涌流含有數值很大的非周期分量和高次諧波分量(主要是二次、五次諧波)。國內典型的涌流控制器采用直流采樣，采用“上電延時法”避讓涌流，即控制器上電工作后立即啟動延時避開“涌流”。這種方法中所用涌流控制器本身無法真正識別涌流， 而是認定控制器上電瞬間電網一定存在涌流，其它時間沒有涌流。這種方法既無科學依據、 也不符合電網實情。下面實例說明(1)、故障合閘的情況如果開關合閘時，負載側已經短路，此時涌流控制器上電延時，開關不跳閘。將會對電網造成嚴重危害。(2)、負載側帶多路變壓器或感性負載的情況對于附圖2所示的電網結構，當只有變壓器(1)投入時，控制器(C)可以通過“上電延時法”避讓涌流。如果上電后變壓器O)同時投入，并同樣產生涌流，此時涌流控制器 (C)將涌流視為短路故障加以保護，導致誤動作。造成不必要停電，這樣的誤動作破壞了電網保護選擇性要求。另外，現有的涌流控制器中沒有驅動儲能檢測功能，導致控制器執行多次脫扣動作時會因為電容器內能量不足發生脫不掉的現象，進而導致實際動作延時時間值遠遠大于設定時間值，給電網帶來危害。此外，現有的涌流控制器采用可調電位器校準電流參數，該方法最大的問題就是， 可調電位器在使用中電阻值會發生改變，尤其是在戶外的環境中，這樣電流測量就不準確， 經常導致斷路器誤動作或者不動作。
實用新型內容本實用新型第一個發明目的是提供一種真正能識別涌流，脫扣控制較為可靠的涌流控制器。
3[0015]本實用新型第二個發明目的是提供一種真正識別涌流和實現涌流避讓、故障電流保護功能，脫扣控制較為可靠的配電保護系統。實現本實用新型第一個目的的技術方案是一種涌流控制器，包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分間的脫扣電路和對相電流采樣的電流互感器；所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。上述技術方案中，所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕；校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。上述技術方案中，還包括驅動儲能的檢測電路，所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容Cl、第一電阻R1、第二電阻R2、穩壓二極管D1、和光耦Ul ；第一電阻Rl和第二電阻R2串聯后與儲能電容Cl并聯，第一電阻Rl與第二電阻R2的接點接穩壓二極管Dl 的陰極，穩壓二極管Dl的陽極與光耦Ul中的發光管的陽極相連，光耦Ul中的發光管的陰極與儲能電容Cl的負極相連，光耦Ul中的光敏管的發射極接地，光耦Ul中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連。上述技術方案中，所述單片機的型號為MSP430F2122。實現本實用新型第二個目的的技術方案是一種配電保護系統，包括高壓變壓器、 和具有涌流控制器的高壓交流斷路器；所述涌流控制器包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分間的脫扣電路和對相電流采樣的電流互感器；所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。上述技術方案中，所述單片機對相電流采樣電流互感器采樣的交流信號采用自適應二次諧波算法，計算出采樣波形中的基波IA、二次諧波^、平均值I。、和有效值ID，并計算以下公式比值IaAb和IC/ID ；若IA/IB彡0. 2或IC/ID彡1則判斷為涌流，單片機則延時避讓。上述技術方案中，所述高壓交流斷路器的額定頻率是50Hz，額定電壓是IOkV ；所述高壓變壓器中一次線圈的額定電壓為10kv，二次線圈的額定電壓為380V。上述技術方案中，所述涌流控制器還包括與單片機的顯示輸出端相連的LED ；所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕；校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。上述技術方案中，還包括驅動儲能的檢測電路，所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容Cl、第一電阻R1、第二電阻R2、穩壓二極管D1、和光耦Ul ；第一電阻Rl和第二電阻R2串聯后與儲能電容Cl并聯，第一電阻Rl與第二電阻R2的接點接穩壓二極管Dl 的陰極，穩壓二極管Dl的陽極與光耦Ul中的發光管的陽極相連，光耦Ul中的發光管的陰極與儲能電容Cl的負極相連，光耦Ul中的光敏管的發射極接地，光耦Ul中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連。上述技術方案中，所述單片機的型號為MSP430F2122。本實用新型具有以下優點(1)本實用新型摒除了傳統的直流取樣，采用交流取樣，單片機可獲得電流的全部信息(如波形、相位、幅值)，為以后的涌流波形的分析奠定正確基礎。(2)本實用新型能夠正確識別出采樣電流是涌流還是故障電流，在背景技術提到的故障合間或負載側帶多路變壓器或感性負載等情況下也不會發生誤動作。[0029](3)本實用新型具有驅動儲能的檢測電路，在使用時，當儲能電容上的電壓值到達某一固定值時，給單片機一個信號，為單片機執行保護動作提供一個依據，確保了脫扣控制的可靠性。此外，單片機通過電流互感器實時檢測相電流，根據實時的相電流、充電時間和充電量的比例關系，從控制器上電復位后，開始計算儲能電容的充電電量，直到儲能電容的電量滿足脫扣要求，置標志位，然后停止計算。使用時，采用兩種檢測方法同時判斷儲能電容上的電壓值是否到達預設值，任意一種方法檢測到儲能電容已經儲能完成，則認為電容儲能完成。(4)本實用新型在使用時，通過軟件智能計算的方法，用校表程序自動校準電流參數，校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。這種辦法參數長久準確，保證了測量的準確性，從而確保長期工作的穩定可靠性。
為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為本實用新型中涌流控制器的一種電路結構示意圖；圖2為本實用新型中配電保護系統的一種結構示意圖；圖3是圖2所示配電保護系統中產生的涌流波形特征圖。
具體實施方式
(實施例1、涌流控制器)圖1為本實用新型中涌流控制器的一種電路結構示意圖，顯示了本實用新型中涌流控制器的一種具體實施方式
。本實施例是一種用于高壓交流斷路器中的涌流控制器，見圖1所示，包括單片機、 用于控制高壓交流斷路器分閘的脫扣電路、對相電流采樣的電流互感器、與單片機的顯示輸出端相連的LED、和所述驅動儲能的檢測電路；所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕；校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容Cl、第一電阻R1、第二電阻R2、穩壓二極管D1、和光耦Ul ；第一電阻Rl和第二電阻R2串聯后與儲能電容Cl并聯，第一電阻 Rl與第二電阻R2的接點接穩壓二極管Dl的陰極，穩壓二極管Dl的陽極與光耦Ul中的發光管的陽極相連，光耦Ul中的發光管的陰極與儲能電容Cl的負極相連，光耦Ul中的光敏管的發射極接地，光耦Ul中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連本實施例所用單片機的型號為MSP430F2122。(實施例2、配電保護系統)圖2和圖3顯示了本實用新型中配電保護系統的一種具體實施方式
，其中圖2為本實用新型中配電保護系統的一種結構示意圖；圖3是圖2所示電路中產生的涌流波形特征圖。本實施例是一種用于高壓電網中的配電保護系統，見圖2和圖3，包括兩臺高壓變壓器、和具有涌流控制器的高壓交流斷路器；所述涌流控制器包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分閘的脫扣電路、對相電流采樣的電流互感器、LED、和驅動儲能的檢測電路；所述脫扣機構包括電磁式脫扣器和脫扣電路；所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連，LED與單片機的顯示輸出端相連。所述涌流控制器作為高壓交流斷路器核心部件，用于根據交流取樣電流分析判斷其是涌流還是故障電流；如果是故障電流則發出立即脫扣指令，高壓交流斷路器立即分閘； 如果是涌流，則延時避讓。所述高壓交流斷路器的額定頻率是50Hz，額定電壓是IOkV ；所述高壓變壓器中一次線圈的額定電壓為10kv，二次線圈的額定電壓為380V。所述單片機對相電流采樣電流互感器采樣的交流信號采用自適應二次諧波算法， 計算出采樣波形中的基波Ia、二次諧波Ib、平均值Ic、和有效值ID，并計算以下公式比值IA/ Ib和IC/ID ；若IA/IB彡0. 2或IC/ID彡1則判斷為涌流，單片機則延時避讓。所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕，校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容Cl、第一電阻R1、第二電阻R2、穩壓二極管D1、和光耦Ul ；第一電阻Rl和第二電阻R2串聯后與儲能電容Cl并聯，第一電阻 Rl與第二電阻R2的接點接穩壓二極管Dl的陰極，穩壓二極管Dl的陽極與光耦Ul中的發光管的陽極相連，光耦Ul中的發光管的陰極與儲能電容Cl的負極相連，光耦Ul中的光敏管的發射極接地，光耦Ul中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連。本實施例所用單片機的型號為MSP430F2122。上述實施例1和實施例2具有以下優點(1)上述實施例1和實施例2摒除了傳統的直流取樣，采用交流取樣，單片機可獲得電流的全部信息(如波形、相位、幅值)，為以后的涌流波形的分析奠定正確基礎。(2)上述實施例1和實施例2能夠正確識別出采樣電流是涌流還是故障電流，發出延時避讓或脫扣分間指令，即使在背景技術提到的故障合間或負載側帶多路變壓器或感性負載等情況下也不會發生誤動作。(3)上述實施例1和實施例2具有驅動儲能的檢測及計量電路，在使用時，當儲能電容上的電壓值到達某一固定值時，給單片機一個信號，為單片機執行保護動作提供一個依據，確保了脫扣控制的可靠性。此外，單片機通過電流互感器實時檢測相電流，根據實時的相電流、充電時間和充電量的比例關系，從控制器上電復位后，開始計算儲能電容的充電電量，直到儲能電容的電量滿足脫扣要求，置標志位，然后停止計算。使用時，采用兩種檢測方法同時判斷儲能電容上的電壓值是否到達預設值，任意一種方法檢測到儲能電容已經儲能完成，則認為電容儲能完成。(4)上述實施例1和實施例2在使用時，通過軟件智能計算的方法，用校表程序自動校準電流參數，校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。這種辦法參數長久準確，保證了測量的準確性，從而確保長期工作的穩定可靠性。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些
6屬于本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
權利要求1.一種涌流控制器，包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分閘的脫扣電路和對相電流采樣的電流互感器；其特征在于所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。
2.根據權利要求1所述的涌流控制器，其特征在于所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕；校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。
3.根據權利要求1所述的涌流控制器，其特征在于還包括驅動儲能的檢測電路，所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容(Cl)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、穩壓二極管(Dl)、和光耦(Ul)；第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)串聯后與儲能電容(Cl)并聯，第一電阻(Rl)與第二電阻(R2)的接點接穩壓二極管(Dl)的陰極，穩壓二極管(Dl)的陽極與光耦(Ul)中的發光管的陽極相連，光耦(Ul)中的發光管的陰極與儲能電容(Cl)的負極相連，光耦(Ul)中的光敏管的發射極接地，光耦(Ul)中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連。
4.根據權利要求1-3之一所述的涌流控制器，其特征在于所述單片機的型號為 MSP430F2122。
5.一種配電保護系統，包括高壓變壓器、和具有涌流控制器的高壓交流斷路器；其特征在于所述涌流控制器包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分閘的脫扣電路和對相電流采樣的電流互感器；所述相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。
6.根據權利要求5所述的配電保護系統，其特征在于所述單片機對相電流采樣電流互感器采樣的交流信號采用自適應二次諧波算法，計算出采樣波形中的基波IA、二次諧波 Ib、平均值Ic、和有效值Id,并計算以下公式比值:IA/IB和IC/ID ；若IaAb彡0. 2或IC/ID彡1 則判斷為涌流，單片機則延時避讓。
7.根據權利要求5所述的配電保護系統，其特征在于所述高壓交流斷路器的額定頻率是50Hz，額定電壓是IOkV ；所述高壓變壓器中一次線圈的額定電壓為10kV，次線圈的額定電壓為380V。
8.根據權利要求5所述的配電保護系統，其特征在于所述涌流控制器還包括與單片機的顯示輸出端相連的LED ；所述單片機的電流參數校準控制端連接有校準按鈕；校準的電流系數以數值的形式保存在單片機的Flash中。
9.根據權利要求5所述的配電保護系統，其特征在于還包括驅動儲能的檢測電路，所述驅動儲能的檢測及計量電路包括儲能電容(Cl)、第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、穩壓二極管(Dl)、和光耦(Ul)；第一電阻(Rl)和第二電阻(R2)串聯后與儲能電容(Cl)并聯，第一電阻(Rl)與第二電阻(R2)的接點接穩壓二極管(Dl)的陰極，穩壓二極管(Dl)的陽極與光耦(Ul)中的發光管的陽極相連，光耦(Ul)中的發光管的陰極與儲能電容(Cl)的負極相連，光耦(Ul)中的光敏管的發射極接地，光耦(Ul)中的光敏管的集電極與斷路器的單片機相連。
10.根據權利要求5-9之一所述的配電保護系統，其特征在于所述單片機的型號為 MSP430F2122。
專利摘要本實用新型公開了一種涌流控制器和配電保護系統，該涌流控制器，包括單片機、用于控制高壓交流斷路器分閘的脫扣電路和對相電流采樣的電流互感器；相電流采樣電流互感器直接與單片機的電流檢測端相連，脫扣電路與單片機的脫扣控制輸出端相連。該配電保護系統，包括高壓變壓器、和具有上述涌流控制器的高壓交流斷路器。本實用新型摒除了傳統的直流取樣，采用交流取樣，使得單片機可獲得電流的全部信息，從而能夠正確識別出采樣電流是涌流還是故障電流，發出延時避讓或分閘指令，即使在背景技術提到的故障合閘或負載側帶多路變壓器或感性負載等情況下也不會發生誤動作。
文檔編號H02H7/22GK202019189SQ20102068672
公開日2011年10月26日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者關朋, 梁隆軍, 鄭春橋, 鄭海波, 陳俊 申請人:浙江南瑞科技有限公司