专利名称：一种涌流控制器和配电保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于涌流保护技术领域，具体涉及一种适用于高压交流环境下的涌流控制器以及采用该种涌流控制器组成的配电保护系统。
背景技术：
高压交流断路器作为配电保护的基础设备，对电网的安全、稳定运行起到十分重要的作用。可靠性和选择性都是配电保护系统的四大基本要求之一，需要比电网本身可靠性指标更高的设备来实现，所以断路器的可靠性尤为重要。涌流控制器是断路器正确完成功能的核心部件，因此，对涌流控制器的可靠性要求尤为严格。涌流是变压器初始上电时励磁产生的谐波电流。涌流具有以下特点(1)、变压器在初始上电瞬间因励磁过程而必然产生的励磁涌流(简称涌流)。(2)、涌流的有效值很大，可达额定电流的8 10倍；但衰减很快，一般在变压器上电0. 5 Is后衰减到额定电流的0. 25 0. 5倍。(3)、涌流含有数值很大的非周期分量和高次谐波分量(主要是二次、五次谐波)。国内典型的涌流控制器采用直流采样，采用“上电延时法”避让涌流，即控制器上电工作后立即启动延时避开“涌流”。这种方法中所用涌流控制器本身无法真正识别涌流， 而是认定控制器上电瞬间电网一定存在涌流，其它时间没有涌流。这种方法既无科学依据、 也不符合电网实情。下面实例说明(1)、故障合闸的情况如果开关合闸时，负载侧已经短路，此时涌流控制器上电延时，开关不跳闸。将会对电网造成严重危害。(2)、负载侧带多路变压器或感性负载的情况对于附图2所示的电网结构，当只有变压器(1)投入时，控制器(C)可以通过“上电延时法”避让涌流。如果上电后变压器O)同时投入，并同样产生涌流，此时涌流控制器 (C)将涌流视为短路故障加以保护，导致误动作。造成不必要停电，这样的误动作破坏了电网保护选择性要求。另外，现有的涌流控制器中没有驱动储能检测功能，导致控制器执行多次脱扣动作时会因为电容器内能量不足发生脱不掉的现象，进而导致实际动作延时时间值远远大于设定时间值，给电网带来危害。此外，现有的涌流控制器采用可调电位器校准电流参数，该方法最大的问题就是， 可调电位器在使用中电阻值会发生改变，尤其是在户外的环境中，这样电流测量就不准确， 经常导致断路器误动作或者不动作。
实用新型内容本实用新型第一个发明目的是提供一种真正能识别涌流，脱扣控制较为可靠的涌流控制器。
3[0015]本实用新型第二个发明目的是提供一种真正识别涌流和实现涌流避让、故障电流保护功能，脱扣控制较为可靠的配电保护系统。实现本实用新型第一个目的的技术方案是一种涌流控制器，包括单片机、用于控制高压交流断路器分间的脱扣电路和对相电流采样的电流互感器；所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。上述技术方案中，所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮；校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。上述技术方案中，还包括驱动储能的检测电路，所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容Cl、第一电阻R1、第二电阻R2、稳压二极管D1、和光耦Ul ；第一电阻Rl和第二电阻R2串联后与储能电容Cl并联，第一电阻Rl与第二电阻R2的接点接稳压二极管Dl 的阴极，稳压二极管Dl的阳极与光耦Ul中的发光管的阳极相连，光耦Ul中的发光管的阴极与储能电容Cl的负极相连，光耦Ul中的光敏管的发射极接地，光耦Ul中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连。上述技术方案中，所述单片机的型号为MSP430F2122。实现本实用新型第二个目的的技术方案是一种配电保护系统，包括高压变压器、 和具有涌流控制器的高压交流断路器；所述涌流控制器包括单片机、用于控制高压交流断路器分间的脱扣电路和对相电流采样的电流互感器；所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。上述技术方案中，所述单片机对相电流采样电流互感器采样的交流信号采用自适应二次谐波算法，计算出采样波形中的基波IA、二次谐波^、平均值I。、和有效值ID，并计算以下公式比值IaAb和IC/ID ；若IA/IB彡0. 2或IC/ID彡1则判断为涌流，单片机则延时避让。上述技术方案中，所述高压交流断路器的额定频率是50Hz，额定电压是IOkV ；所述高压变压器中一次线圈的额定电压为10kv，二次线圈的额定电压为380V。上述技术方案中，所述涌流控制器还包括与单片机的显示输出端相连的LED ；所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮；校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。上述技术方案中，还包括驱动储能的检测电路，所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容Cl、第一电阻R1、第二电阻R2、稳压二极管D1、和光耦Ul ；第一电阻Rl和第二电阻R2串联后与储能电容Cl并联，第一电阻Rl与第二电阻R2的接点接稳压二极管Dl 的阴极，稳压二极管Dl的阳极与光耦Ul中的发光管的阳极相连，光耦Ul中的发光管的阴极与储能电容Cl的负极相连，光耦Ul中的光敏管的发射极接地，光耦Ul中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连。上述技术方案中，所述单片机的型号为MSP430F2122。本实用新型具有以下优点(1)本实用新型摒除了传统的直流取样，采用交流取样，单片机可获得电流的全部信息(如波形、相位、幅值)，为以后的涌流波形的分析奠定正确基础。(2)本实用新型能够正确识别出采样电流是涌流还是故障电流，在背景技术提到的故障合间或负载侧带多路变压器或感性负载等情况下也不会发生误动作。[0029](3)本实用新型具有驱动储能的检测电路，在使用时，当储能电容上的电压值到达某一固定值时，给单片机一个信号，为单片机执行保护动作提供一个依据，确保了脱扣控制的可靠性。此外，单片机通过电流互感器实时检测相电流，根据实时的相电流、充电时间和充电量的比例关系，从控制器上电复位后，开始计算储能电容的充电电量，直到储能电容的电量满足脱扣要求，置标志位，然后停止计算。使用时，采用两种检测方法同时判断储能电容上的电压值是否到达预设值，任意一种方法检测到储能电容已经储能完成，则认为电容储能完成。(4)本实用新型在使用时，通过软件智能计算的方法，用校表程序自动校准电流参数，校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。这种办法参数长久准确，保证了测量的准确性，从而确保长期工作的稳定可靠性。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为本实用新型中涌流控制器的一种电路结构示意图；图2为本实用新型中配电保护系统的一种结构示意图；图3是图2所示配电保护系统中产生的涌流波形特征图。
具体实施方式
(实施例1、涌流控制器)图1为本实用新型中涌流控制器的一种电路结构示意图，显示了本实用新型中涌流控制器的一种具体实施方式
。本实施例是一种用于高压交流断路器中的涌流控制器，见图1所示，包括单片机、 用于控制高压交流断路器分闸的脱扣电路、对相电流采样的电流互感器、与单片机的显示输出端相连的LED、和所述驱动储能的检测电路；所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮；校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容Cl、第一电阻R1、第二电阻R2、稳压二极管D1、和光耦Ul ；第一电阻Rl和第二电阻R2串联后与储能电容Cl并联，第一电阻 Rl与第二电阻R2的接点接稳压二极管Dl的阴极，稳压二极管Dl的阳极与光耦Ul中的发光管的阳极相连，光耦Ul中的发光管的阴极与储能电容Cl的负极相连，光耦Ul中的光敏管的发射极接地，光耦Ul中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连本实施例所用单片机的型号为MSP430F2122。(实施例2、配电保护系统)图2和图3显示了本实用新型中配电保护系统的一种具体实施方式
，其中图2为本实用新型中配电保护系统的一种结构示意图；图3是图2所示电路中产生的涌流波形特征图。本实施例是一种用于高压电网中的配电保护系统，见图2和图3，包括两台高压变压器、和具有涌流控制器的高压交流断路器；所述涌流控制器包括单片机、用于控制高压交流断路器分闸的脱扣电路、对相电流采样的电流互感器、LED、和驱动储能的检测电路；所述脱扣机构包括电磁式脱扣器和脱扣电路；所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连，LED与单片机的显示输出端相连。所述涌流控制器作为高压交流断路器核心部件，用于根据交流取样电流分析判断其是涌流还是故障电流；如果是故障电流则发出立即脱扣指令，高压交流断路器立即分闸； 如果是涌流，则延时避让。所述高压交流断路器的额定频率是50Hz，额定电压是IOkV ；所述高压变压器中一次线圈的额定电压为10kv，二次线圈的额定电压为380V。所述单片机对相电流采样电流互感器采样的交流信号采用自适应二次谐波算法， 计算出采样波形中的基波Ia、二次谐波Ib、平均值Ic、和有效值ID，并计算以下公式比值IA/ Ib和IC/ID ；若IA/IB彡0. 2或IC/ID彡1则判断为涌流，单片机则延时避让。所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮，校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容Cl、第一电阻R1、第二电阻R2、稳压二极管D1、和光耦Ul ；第一电阻Rl和第二电阻R2串联后与储能电容Cl并联，第一电阻 Rl与第二电阻R2的接点接稳压二极管Dl的阴极，稳压二极管Dl的阳极与光耦Ul中的发光管的阳极相连，光耦Ul中的发光管的阴极与储能电容Cl的负极相连，光耦Ul中的光敏管的发射极接地，光耦Ul中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连。本实施例所用单片机的型号为MSP430F2122。上述实施例1和实施例2具有以下优点(1)上述实施例1和实施例2摒除了传统的直流取样，采用交流取样，单片机可获得电流的全部信息(如波形、相位、幅值)，为以后的涌流波形的分析奠定正确基础。(2)上述实施例1和实施例2能够正确识别出采样电流是涌流还是故障电流，发出延时避让或脱扣分间指令，即使在背景技术提到的故障合间或负载侧带多路变压器或感性负载等情况下也不会发生误动作。(3)上述实施例1和实施例2具有驱动储能的检测及计量电路，在使用时，当储能电容上的电压值到达某一固定值时，给单片机一个信号，为单片机执行保护动作提供一个依据，确保了脱扣控制的可靠性。此外，单片机通过电流互感器实时检测相电流，根据实时的相电流、充电时间和充电量的比例关系，从控制器上电复位后，开始计算储能电容的充电电量，直到储能电容的电量满足脱扣要求，置标志位，然后停止计算。使用时，采用两种检测方法同时判断储能电容上的电压值是否到达预设值，任意一种方法检测到储能电容已经储能完成，则认为电容储能完成。(4)上述实施例1和实施例2在使用时，通过软件智能计算的方法，用校表程序自动校准电流参数，校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。这种办法参数长久准确，保证了测量的准确性，从而确保长期工作的稳定可靠性。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些
6属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.一种涌流控制器，包括单片机、用于控制高压交流断路器分闸的脱扣电路和对相电流采样的电流互感器；其特征在于所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。
2.根据权利要求1所述的涌流控制器，其特征在于所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮；校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。
3.根据权利要求1所述的涌流控制器，其特征在于还包括驱动储能的检测电路，所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容(Cl)、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、稳压二极管(Dl)、和光耦(Ul)；第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)串联后与储能电容(Cl)并联，第一电阻(Rl)与第二电阻(R2)的接点接稳压二极管(Dl)的阴极，稳压二极管(Dl)的阳极与光耦(Ul)中的发光管的阳极相连，光耦(Ul)中的发光管的阴极与储能电容(Cl)的负极相连，光耦(Ul)中的光敏管的发射极接地，光耦(Ul)中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连。
4.根据权利要求1-3之一所述的涌流控制器，其特征在于所述单片机的型号为 MSP430F2122。
5.一种配电保护系统，包括高压变压器、和具有涌流控制器的高压交流断路器；其特征在于所述涌流控制器包括单片机、用于控制高压交流断路器分闸的脱扣电路和对相电流采样的电流互感器；所述相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。
6.根据权利要求5所述的配电保护系统，其特征在于所述单片机对相电流采样电流互感器采样的交流信号采用自适应二次谐波算法，计算出采样波形中的基波IA、二次谐波 Ib、平均值Ic、和有效值Id,并计算以下公式比值:IA/IB和IC/ID ；若IaAb彡0. 2或IC/ID彡1 则判断为涌流，单片机则延时避让。
7.根据权利要求5所述的配电保护系统，其特征在于所述高压交流断路器的额定频率是50Hz，额定电压是IOkV ；所述高压变压器中一次线圈的额定电压为10kV，次线圈的额定电压为380V。
8.根据权利要求5所述的配电保护系统，其特征在于所述涌流控制器还包括与单片机的显示输出端相连的LED ；所述单片机的电流参数校准控制端连接有校准按钮；校准的电流系数以数值的形式保存在单片机的Flash中。
9.根据权利要求5所述的配电保护系统，其特征在于还包括驱动储能的检测电路，所述驱动储能的检测及计量电路包括储能电容(Cl)、第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、稳压二极管(Dl)、和光耦(Ul)；第一电阻(Rl)和第二电阻(R2)串联后与储能电容(Cl)并联，第一电阻(Rl)与第二电阻(R2)的接点接稳压二极管(Dl)的阴极，稳压二极管(Dl)的阳极与光耦(Ul)中的发光管的阳极相连，光耦(Ul)中的发光管的阴极与储能电容(Cl)的负极相连，光耦(Ul)中的光敏管的发射极接地，光耦(Ul)中的光敏管的集电极与断路器的单片机相连。
10.根据权利要求5-9之一所述的配电保护系统，其特征在于所述单片机的型号为 MSP430F2122。
专利摘要本实用新型公开了一种涌流控制器和配电保护系统，该涌流控制器，包括单片机、用于控制高压交流断路器分闸的脱扣电路和对相电流采样的电流互感器；相电流采样电流互感器直接与单片机的电流检测端相连，脱扣电路与单片机的脱扣控制输出端相连。该配电保护系统，包括高压变压器、和具有上述涌流控制器的高压交流断路器。本实用新型摒除了传统的直流取样，采用交流取样，使得单片机可获得电流的全部信息，从而能够正确识别出采样电流是涌流还是故障电流，发出延时避让或分闸指令，即使在背景技术提到的故障合闸或负载侧带多路变压器或感性负载等情况下也不会发生误动作。
文档编号H02H7/22GK202019189SQ20102068672
公开日2011年10月26日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者关朋, 梁隆军, 郑春桥, 郑海波, 陈俊 申请人:浙江南瑞科技有限公司