专利名称：一种具有故障区间隔离的断路器控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于12KV电网系统的断路器控制器，更特别地说，是指一种具有故障区间隔离的断路器控制器。
背景技术：
目前关于反时限继电保护器的标准有2种IEC 255-3和IEEE Std C37. 112。IEEE Std C37. 112标准主要是针对北美的微机保护，目前国内应用较多的是IEC255-3标准。在2010年1月20日，公开号CN 101630151A中公开了一种“基于双CPU的断路器智能控制器”。本控制器包括电源单元、采集单元、开入开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元。处理器单元采用双CPU结构，由DSP和ARM组成；采集单元中12通道模拟量采集同时采样，其采样精度为16位，开入开出单元包括16路开入量输入和16路开出量输出；通信单元以高速以太网为主要接口，其它扩展接口包括RS232、RS485和JTAG ；电源单元中各供电回路单独对地；人机交互单元包括液晶显示屏和十字型按键。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有故障区间隔离的断路器控制器，通过在用户侧增加分界开关功能，实现了电网故障区段隔离闭锁，切除用户侧故障区段的功能，而且利用GSM 模块实现了超远距离通信。在本发明中，采用具有分界开关功能断路器控制器的应用能够大大减少无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高用户的供电可靠性。并且还集成了断路器控制器的功能，应用范围更加广泛。本发明设计的一种适用于12KV电网系统的具有故障区间隔离的断路器控制器， 该断路器控制器电流互感器10、电压调理单元20、滤波单元30、电压放大及跟随处理单元 40、双核处理器50和无线收发单元60 ；双核处理器50、与电流互感器10连接在12KV电网系统上；所述的电流互感器10用于采集所述的12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；所述的电压调理单元20用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V20输出；所述的滤波单元30用于对抬高电压信号V2tl进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V30输出；所述的电压放大及跟随处理单元40 —方面用于对滤波后电压信号V3tl进行放大8 倍采样处理，得到放大后电压信号Ve4ci;另一方面用于对滤波后电压信号V3tl进行跟随处理， 得到跟随滤波电压信号Vf4ci;所述的双核处理器50第一方面对接收到的放大后电压信号Ve4ci和跟随滤波电压信号Vf4ci进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVe4ci和数字量的跟随滤波电压信号 DVF40 ；
所述的双核处理器50第二方面对DVe4ci采用电压与电流的转换处理，即 3. 53V/100A，得到所述电压DVe4ci中每一个电压信号所对应的电流值IVe4ci ；也对DV_采用电压与电流的转换处理，即3. 53V/100A，得到所述电压DVf4q中每一个电压信号所对应的电流值 IVf40 ；所述的双核处理器50第三方面依据故障类型策略对IVe4ci和IVf4ci进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin ；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号ra。ut ；所述的双核处理器50第四方面向所述的无线收发单元60发出触发指令DD5tl，使得双核处理器50中保存的故障数据信息通过无线收发单元60向用户发出；所述的双核处理器50第五方面双核处理器50通过无线收发单元60接收用户下发的启动指令DD6tl，使得双核处理器50接收用户下发的操动信息。本发明具有故障区间隔离的断路器控制器的优点在于①CPU能够同时对采集到的工作条件下的三相工作电流、工作零序电流、以及故障时的三相故障电流、零序故障电流进行不同功能的处理，提高了断路器控制器对电网系统的控制精度。②本发明设计的断路器控制器通过GSM作为通讯模块，极大的提升了故障信息的传输距离的能力，实现超远距离通信。③本发明设计的断路器控制器中相序电流保护分为三段定时限电流保护和基于耐热量降低原理的反时限电流保护。④本发明设计的断路器控制器分别对不同故障进行识别，使得电网系统更地为用户端供电。
图1是本发明断路器控制器的结构框图。图2是本发明断路器控制器进行相序故障判断时的流程图。图3是本发明断路器控制器进行断相断线故障判断时的流程图。图4是本发明断路器控制器进行零序故障判断时的流程图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1所示，本发明设计的一种适用于12KV电网系统的具有故障区间隔离的断路器控制器，该断路器控制器电流互感器10、电压调理单元20、滤波单元30、电压放大及跟随处理单元40、双核处理器50和无线收发单元60 ；双核处理器50、与电流互感器10连接在12KV电网系统上；所述的电流互感器10用于采集所述的12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；所述的电压调理单元20用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V20输出；所述的滤波单元30用于对抬高电压信号V2tl进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V30输出；
所述的电压放大及跟随处理单元40 —方面用于对滤波后电压信号V3tl进行放大8 倍采样处理，得到放大后电压信号Ve4ci;另一方面用于对滤波后电压信号V3tl进行跟随处理， 得到跟随滤波电压信号Vf4ci;所述的双核处理器50第一方面对接收到的放大后电压信号Ve4ci和跟随滤波电压信号Vf4ci进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVe4ci和数字量的跟随滤波电压信号 DVf40 ；所述的双核处理器50第二方面对DVe4ci采用电压与电流的转换处理，即 3. 53V/100A，得到所述电压DVe4ci中每一个电压信号所对应的电流值IVe4ci ；也对DVf4ci采用电压与电流的转换处理，即3. 53V/100A，得到所述电压DVf4q中每一个电压信号所对应的电流值 IVf40 ；所述的双核处理器50第三方面依据故障类型策略对IVe4ci和IVf4ci进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin ；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号ra。ut ；所述的双核处理器50第四方面向所述的无线收发单元60发出触发指令DD5tl，使得双核处理器50中保存的故障数据信息通过无线收发单元60向用户发出；所述的双核处理器50第五方面双核处理器50通过无线收发单元60接收用户下发的启动指令DD6tl，使得双核处理器50接收用户下发的操动信息。在本发明中，所述的电流信号Iin中包括有采集到的12KV电网系统中的A相工作电流Ia、B相工作电流Ib、C相工作电流I。、工作零序电流I1,以及12KV电网系统出现故障时的A相故障电流Ιω、B相故障电流IeB、C相故障电流Iec、故障零序电流Iel，电流信号Iin 采用数学集合表达形式为Iin = {Ia，Ib, I。，I1, Ιω，IeB，IGC, IgJ。在本发明中，所述的电流信号Iin经电流互感器10后输出的电压信号Vin中包括有A相工作电压Va;B相工作电压Vb;C相工作电压Vc;工作零序电压V1;A相故障电压Vca;B相故障电压Vgb;C相故障电压Vcc;故障零序电压Vcl ；电压信号Vin采用数学集合表达形式为Vin = {Va，Vb, Vc, V1, VGA, Vgb, Vgc, Vg1}。在本发明中，抬高电压信号V2tl包括有A相工作抬高电压CVa;B相工作抬高电压CVb ；C相工作抬高电压CVc ；工作零序抬高电压CV1 ；A相故障抬高电压CVca ；B相故障抬高电压CVffl ；C相故障抬高电压CVec ；
故障零序抬高电压CVcl ；抬高电压信号V2tl采用数学集合表达形式为V2tl = {CVa，CVb, CVc, CV1, CVga, CVgb, CVgc, CVgJ。在本发明中，滤波后电压信号V3tl包括有A相工作滤波电压DVa;B相工作滤波电压DVb ；C相工作滤波电压DVc ；工作零序滤波电压DV1 ；
A相故障滤波电压DVga ；B相故障滤波电压DVgb ；C相故障滤波电压DVcc ；故障零序滤波电压DVel ；滤波后电压信号V3。采用数学集合表达形式为V3tl = {DVa，DVb, DVc, DV1, DVga, DVgb, DVgc, DVgJ。在本发明中，放大后电压信号包括有A相工作8倍采样电压EV8a ；B相工作8倍采样电压EV8b ；C相工作8倍采样电压EV8c ；工作零序8倍采样电压EV81 ；
A相故障8倍采样电压EV8ca ；B相故障8倍采样电压EV8cb ；C相故障8倍采样电压EV8gc ；故障零序8倍采样电压EV8el ；放大后电压信号Ve4q采用数学集合表达形式为Ve4q = {EV8a，EV8b, EV8c, EV81, EV8ga, EV8GB，EV8gc，EV801I。在本发明中，跟随滤波电压信号包括有A相工作跟随电压FVa;B相工作跟随电压FVb;C相工作跟随电压FVc;工作零序跟随电压FV1 ；A相故障跟随电压FVca ；B相故障跟随电压FVgb ；C相故障跟随电压FVgc ；故障零序跟随电压FVg1 ；跟随滤波电压信号VF4。采用数学集合表达形式为Vf4q = {FVa，FVb, FVc, FV1, FVga, FVgb, FVgc, FVg1}。在本发明中，数字量的放大后电压信号DVe4q包括有A相工作8倍采样数字电压DEV8a ；B相工作8倍采样数字电压DEV8b ；
C相工作8倍采样数字电压DEV8c ；工作零序8倍采样数字电压DEV81 ；
A相故障8倍采样数字电压DEV8m ；B相故障8倍采样数字电压DEV8ffl ；C相故障8倍采样数字电压DEV8ec ；故障零序8倍采样数字电压DEV8el ；数字量的放大后电压信号DVe4ci采用数学集合表达形式为DVe4ci= {DEV8a, DEV8b, DEV8c, DEV81, DEV8ga, DEV8gb, DEV8gc, DEV8g1I。在本发明中，数字量的跟随滤波电压信号DV_包括有A相工作跟随数字电压DFVa ；B相工作跟随数字电压DFVb ；C相工作跟随数字电压DFVc ；工作零序跟随数字电压DFV1 ；A相故障跟随数字电压DFVm ；B相故障跟随数字电压DFVra ；C相故障跟随数字电压DFVec ；故障零序跟随数字电压DFVel ；数字量的跟随滤波电压信号DV_采用数学集合表达形式为DVf4ci = {DFVa，DFVb, DFVc, DFV1, DFVga, DFVgb, DFVgc, DFVg1I。在本发明中，数字量的放大后电压信号DVe4q = {DEV8a, DEV8b, DEV8c, DEV81, DEV8ga, DEV8gb, DEV8gc, DEV8g1I中各元素经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值采用集合表示为 IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8cb, IEV8gc, IEV8gJ，其中A相工作8倍采样数字电压DEV8a经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8a ；B相工作8倍采样数字电压DEV8b经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEVia ；C相工作8倍采样数字电压DEV8e经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8c ；工作零序8倍采样数字电压DEV8^S 3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV81 ；A相故障8倍采样数字电压DEV8m经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8m ；B相故障8倍采样数字电压DEV8ffl经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8gb ；C相故障8倍采样数字电压DEV8ee经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8gc ；故障零序8倍采样数字电压DEV8el经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8el。在本发明中，数字量的跟随滤波电压信号DVf4ci = {DFVa，DFVb, DFVc, DFV1, DFVga,DFVgb, DFVgc, DFVgJ中各元素经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值采用集合表示为 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVel}，其中A相工作跟随数字电压DFVa经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVa；B相工作跟随数字电压DFVb经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVb ；C相工作跟随数字电压DFV。经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVc；工作零序跟随数字电压DFV1经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFV1 ；A相故障跟随数字电压DFVm经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVga ；B相故障跟随数字电压DFVra经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVgb ；C相故障跟随数字电压DFVec经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVgc ；故障零序跟随数字电压DFVel经3. 53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为 IFVg1。在本发明中，故障类型策略中包括的故障类型有相序过流故障(Xa、零序过流故障GZb、断相故障和CT断线故障G&。在本发明中，正常工作条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为工作电流模型，该工作电流模型在双核处理器50进行模数转换、采样赋值、以及信息显示。在本发明中，在有故障条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为故障电流模型，该故障电流模型在双核处理器50中会依据故障类型策略进行故障判断以及相关处理。 故障类型策略的具体处理步骤有相序过流故障处理步骤、断相及CT断线故障处理步骤和零序过流故障处理步骤。(一)相序过流故障处理步骤参见图2 所示，当 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器50中后，相序过流故障处理执行步骤101，在步骤101中对IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVgJ 中的 IFVca，IFVgb, IFVec 进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmarf ；在步骤102中，对SFVmari分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值SFVmarf7、8倍电流值SFVmari8、9倍电流值SFVmarf9 ；当IVe4q = {IVE8a, IVE8b, IVE8c, IVE81, IVE8ga，IVE8gb，IVE8gc, IVE8g1I 输入至所述的双核处理器50中后，相序过流故障处理执行步骤103，在步骤103中对IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8gb, IEV8gc，IEV8g1I 中的 IEV8ga，IEV8gb, IEV8ec 进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmarf ；在步骤104 中，判断 SFVmarf 是否在 SFVmarf7 与 SFVmarf9 之间，即 SFVmarf7 < SFVmarf < SFVmari9 ；若是，则将SFVmarf赋值给第一判断电流值Ixa ；若不是(不是此范围SFVmarf7与SFVfflax_L9之间)，则执行步骤105 ；在步骤105中，判断SFVmarf的电流采样值是否溢出(溢出阈值512)，若溢出，则将 SFVmax,赋值给第二判断电流值Ixb ；若没有溢出，则执行步骤106 ；在步骤106中，将Ixa与Ixb作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量Ixd = minUxA, IxbI ；在步骤107中，第一方面将Ixa与电流设定值。，作比，若Ixa > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值remax_A ； 若Ixa ^ Ix-in则双核处理器50不进行故障处理；或者第二方面，将Ixb与电流设定值。，作比，若Ixb > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为I愿，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmarf ；若Ixb彡1^则双核处理器50不进行故障处理；或者第三方面，将Ixd = min{IXA，IXB}与电流设定值Ix_in作比，若Im > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值remax_D ； 若Ixd ^ Lx_in则双核处理器50不进行故障处理；在步骤108中，第一方面将以有效值系数，得到IEmax_A的有效值的最大电流值 IMmax-a， 然后将 IMmax-A 与。，作比，若 IMmax-A > Ιχ+则记录下故障时间及故障类型 (即相序过流故障G。；若IMmax_A ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者第二方面将IEmarf乘以有效值系数，得到IEmarf的有效值的最大电流值IMmax_B， 然后将IMmarf与1^作比，若IMmarf > 1^则记录下故障时间及故障类型(即相序过流故障G。；若IMmarf ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者第三方面将IEmarf乘以有效值系数，得到ffimax_D的有效值的最大电流值IMmax_D， 然后将IMmax-D与1^作比，若IMmarf > 1^则记录下故障时间及故障类型(即相序过流故障G。；若IMmarf ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；在步骤109中，通过定时限和反时限的电流时间设置TIMEin(可以设置为2秒、或者5秒等)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束相序过流故障判断。(二)断相及CT断线故障处理步骤参见图3 所示，当 IVF4。= {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤201，在步骤201中对IVf4q ={IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVgJ 中的 IFVca，IFVgb, IFVec 进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IFVm，IFVgb, IFVgc中的之一小于A/D采样值IA/D (IA/D可以设定为3或者为10等)，判断为有故障；当IVE4。= {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 输入至所述的双核处理器50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤202，在步骤202中对IVe4q = (IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 中的 IEV8eA，IEV8gb, IEV腳进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IEV8eA，IEV8gb, IEV8gc不全部同时小于A/D采样值IA/D(IA/D可以
12设定为3或者为10等)，判断为有故障；也就是说，当IEV8eA，IEV8gb, IEV8gc全部同时小于A/ D采样值IA/D，则认为12KV电网无故障；在步骤203中，若步骤202输出为有故障，则携同步骤201的故障执行步骤204 ；在步骤204中，从IFVm，IFVgb, IFVgc中选取出小于IA/D的相，然后对剩余的相进行电流值求和，得到非故障相的电流之和；在步骤205中，对I总与断相阈值IY(IY = 1022 1028)作比，若I总与Iy在作比 32次中，有三分之二以上作比次数满足1,6在Iy的数值范围之内，则判断为断相故障6& ；其余为CT断线故障GA ；在步骤206中，当为断相故障时，通过断相电流时间设置TIMExin (可以设置为5 秒)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin,使断路器实现分闸， 结束断相故障判断；若为CT断线故障G&，在双核处理器50中进行指示灯提示。(三)零序过流故障处理步骤参见图4 所示，当 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器50中后，零序过流故障处理执行步骤301，在步骤301中提取出IVf4q = {IFVa，IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 中的 IFVcl ；在步骤302中，对IFVel分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值IFVel_7、8倍电流值IFVel_8、9倍电流值IFVel_9 ；当IVe40 = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8gb, IEV8gc，IEV8g1I 输入至所述的双核处理器50中后，零序过流故障处理执行步骤303，在步骤303中提取出IVe4q = (IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 中的 IEV8g1 ；在步骤304 中，判断 IEV8g1 是否在 IFVG1_7 与 IFVG1_9 之间，即 IFVG1_7 < IEV8g1 < IFVG1_9 ；若是，则将IEV8el赋值给第三判断电流值Iia ；若不是(不是此范围IFVel_7与 IFVG1_9之间)，则执行步骤305 ；在步骤305中，判断IEV8el的电流采样值是否溢出(溢出阈值512)，若溢出，则将 IFVG1_8赋值给第四判断电流值I1b ；若没有溢出，则执行步骤306 ；在步骤306中，将Iia与I1b作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量I1d = min{I1A, I1B}；在步骤307中，第一方面将Iia与零序电流设定值I1,作比，若Iia > I1^in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZb)，然后进行延时处理；若Iia ^ I1,则双核处理器50不进行故障处理；或者第二方面，将I1b与零序电流设定值I1,作比，若I1b > I1,则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZb)，然后进行延时处理； 若I1b ^ Ii-in则双核处理器50不进行故障处理；或者第三方面，将I1d = min{I1A, I1B}与零序电流设定值I1,作比，若I1d > ΙΗη则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZb)，然后进行延时处理；若I1d ^ I1,则双核处理器50不进行故障处理；在步骤308中，通过零序定时限电流时间设置ΤΙΜΕΗη(可以设置为30分钟、或者 60分钟等)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束零序过流故障判断。
在本发明中，零序故障判断与相电流故障以及断相断线故障判断是不同，一般情况下零序电流的故障处理时间很长(需要几十分钟甚至几小时)，因此没有必要每个采样周期(5/;3mS)都进行延时处理，而是在采集完一个周波OOms)零序电流后再进行延时处理，在几乎不影响延时精度的条件下节省采样周期的程序代码量。在本发明中，电流互感器采用湖北天瑞电子有限公司生产的型号为TR0102-2SD 传感器。无线收发模块采用WAVEC0ME公司生产的Q2403A芯片。电压调理单元采用运放芯片0P^5。滤波单元采用运放芯片0P295及阻容电路组成巴斯沃特滤波器。电压放大及跟随单元采用运放芯片0P^5。在电压放大及跟随单元中，放大8倍的采样值定义为采样高值，而另一个定义为采样低值，理论上同一个电流的采样高值应该为采样低值的8倍。如果得到的采样高值是采样低值的8倍，表明采样正确，取采样高值与8倍采样低值中的大值； 如果得到的采样高值不是采样低值的8倍，这时有两种情况，若是采样高值溢出，表明过流倍数大于2. 5倍，取8倍采样低值，否则表明出现了采样故障，取采样高值与8倍采样低值中的小值；通常情况下，保护的线路的故障电流要求能够达到20倍过流，并且对电流的采样精度也有士5%的限制，而双核处理器选用MC9S12)(DP512芯片，该芯片提供的是两个8通道的10位A/D转换精度的A/D转换器，显然应用常规的单通道A/D采样是无法同时满足采样倍数和采样精度的要求的，为此本控制器采用一种双精度放大电路来解决这个问题。本发明CPU采用的是飞思卡尔的MC9S12)(DP512芯片，此芯片是面向工业应用而设计的，具有良好的数据采集能力和状态监测能力，可以实现高精度的模拟量采集和多路开入开出量，实现人机交互功能和通信功能。要满足士 5 %的采样精度，故障电流最小值(即1倍过流值)的采样值至少需要8
位(28 = 2 56，采样精度为叾)，如果采用单通道采样，20倍过流的采样值则需要12到13
256
位，显然微处理器MC9S12)(DP512不能满足。但是当采样值为12或13位的时候采样精度已经远远超出要求了，本控制器相电流故障处理采用反时限特性曲线，其特点是延时时间在过流倍数较小的情况下变化比较明显，在过流倍数较大的情况下变化反而比较缓和，即较大过流倍数的电流值对采样精度的要求不高，可见外扩高采样精度的A/D转换器的实际意义不是很大。虽然微处理器MC9S12)(DP512内置A/D转换器的采样精度不能达到要求，但是微处理器提供了丰富的A/D转换通道。
1权利要求
1. 一种具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于该断路器控制器包括有电流互感器(10)、电压调理单元00)、滤波单元(30)、电压放大及跟随处理单元GO)、双核处理器(50)和无线收发单元(60)；所述的电流互感器(10)用于采集所述的12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；所述的电流信号Iin中包括有采集到的12KV电网系统中的 A相工作电流Ia、B相工作电流Ib、C相工作电流I。、工作零序电流I1,以及12KV电网系统出现故障时的A相故障电流Ιω、Β相故障电流IeB、C相故障电流I『故障零序电流Iel，电流信号Iin采用数学集合表达形式为Iin = {Ia，Ib, I。，I1, IGA，IGB，IGC，IG1}；所述的电流信号Iin 经电流互感器10后输出的电压信号Vin中包括有A相工作电压Va、B相工作电压Vb、C相工作电压V。、工作零序电压\、A相故障电压VeA、B相故障电压VeB、C相故障电压Vee、故障零序电压Vg1，电压信号Vin采用数学集合表达形式为Vin = {Va，Vb, Vc, V1, Vga，VGB, Vgc，VG1}；所述的电压调理单元O0)用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V2tl输出；抬高电压信号V2tl包括有A相工作抬高电压CVa、B相工作抬高电压CVb、C 相工作抬高电压CV。、工作零序抬高电压CVpA相故障抬高电压0^3相故障抬高电压CVeB、 C相故障抬高电压CVe。、故障零序抬高电压CVel，抬高电压信号V2tl采用数学集合表达形式为 V20 = {CVa, CVb, CVc, CV1, CVga, CVgb, CVgc, CVg1}；所述的滤波单元(30)用于对抬高电压信号V^1进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V3tl输出；滤波后电压信号V3tl包括有A相工作滤波电压DVa、B相工作滤波电压DVb、C相工作滤波电压DV。、工作零序滤波电压DVp A相故障滤波电压DVeA、B相故障滤波电压DVeB、 C相故障滤波电压DVe。、故障零序滤波电压DVel，滤波后电压信号V3tl采用数学集合表达形式为 V30 = {DVa, DVb, DVc, DV1, DVga, DVgb, DVgc, DVgJ ；所述的电压放大及跟随处理单元GO) —方面用于对滤波后电压信号V3tl进行放大8倍采样处理，得到放大后电压信号Ve4ci ；另一方面用于对滤波后电压信号V3tl进行跟随处理，得到跟随滤波电压信号Vf4ci;所述的放大后电压信号Ve4ci包括有A相工作8倍采样电压EV8a、B相工作8倍采样电压 EV8bX相工作8倍采样电压EV8。、工作零序8倍采样电压EV81、A相故障8倍采样电压EV8eA、 B相故障8倍采样电压EV8eB、C相故障8倍采样电压EV8e。、故障零序8倍采样电压EV8el，放大后电压信号Ve4ci采用数学集合表达形式为Ve4ci = {EV8a，EV8b, EV8c, EV81, EV8ga, EV8gb, EV8gc, EV8g1I ；所述的跟随滤波电压信号Vf4ci包括有A相工作跟随电压FVa、B相工作跟随电压FVb、C 相工作跟随电压FV。、工作零序跟随电压FV1、A相故障跟随电压FVeA、B相故障跟随电压FVeB、 C相故障跟随电压FVe。、故障零序跟随电压FVel，跟随滤波电压信号采用数学集合表达形式为 Vf4q = {FVa, FVb, FVc, FV1, FVga, FVgb, FVgc, FVg1}；所述的双核处理器(50)第一方面对接收到的放大后电压信号Ve4ci = {EV8a，EV8b, EV8c, EV81, EV8ga, EV8gb, EV8gc, EV8g1I 和跟随滤波电压信号 Vf4q = {FVa, FVb, FVc, FV1, FVga, FVgb, FVgc, FVg1}进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVE4tl = {DEV8a, DEV8b, DEV8c, DEV81, DEV8ga, DEV8gb, DEV8gc, DEV8g1I 和数字量的跟随滤波电压信号 DVf4q = {DFVa，DFVb, DFVc, DFV1, DFVga, DFVgb, DFVgc, DFVgJ ；所述的双核处理器(50)第二方面对 DVe4ci = {DEV8a, DEV8b, DEV8c, DEV81, DEV8ga, DEV8gb,DEV8gc，DEV8g1I采用电压与电流的转换处理，即3. 53V/100A，得到所述电压DVe40 = (DEV8a, DEV8b, DEV8c, DEV81, DEV8ga, DEV8gb, DEV8gc, DEV8g1I 中每一个电压信号所对应的电流值 IVe4q = {IEV8a，IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8gb, IEV8gc，IEV8g1I ；对 DVf4ci = {DFVa, DFVb, DFVc, DFV1, DFVga, DFVgb, DFVgc, DFVg1I采用电压与电流的转换处理，即3. 53V/100A，得到所述电压DVf4q ={DFVa,DFVb,DFVc,DFV1,DFVga,DFVgb,DFVgc,DFVgJ 中每一个电压信号所对应的电流值 IVf4q =UFVa，IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVgJ ；所述的双核处理器(50)第三方面依据故障类型策略对IVe4ci = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 和 IV刚={IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin ；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号FB。ut ；所述的双核处理器(50)第四方面向所述的无线收发单元(60)发出触发指令DD5tl，使得双核处理器(50)中保存的故障数据信息通过无线收发单元(60)向用户发出；所述的双核处理器(50)第五方面双核处理器(50)通过无线收发单元(60)接收用户下发的启动指令DD6tl，使得双核处理器(50)接收用户下发的操动信息。
2.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于所述的故障类型策略中包括的故障类型有相序过流故障、零序过流故障、断相故障和CT 断线故障G&。
3.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于在正常工作条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为工作电流模型，该工作电流模型在双核处理器(50)进行模数转换、采样赋值、以及信息显示。
4.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于在有故障条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为故障电流模型，该故障电流模型在双核处理器 (50)中会依据故障类型策略进行故障判断以及相关处理；故障类型策略的具体处理步骤有相序过流故障处理步骤、断相及CT断线故障处理步骤和零序过流故障处理步骤。
5.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于所述的相序过流故障处理步骤有当 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器 50中后，相序过流故障处理执行步骤101，在步骤101中对IVf40 = {IFVa，IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVel}中的IFVeA，IFVgb, IFVec进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值οργ ·O 厂 v max-L >在步骤102中，对SFVmari分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理， 得到7倍电流值SFVmax_w、8倍电流值SFVmari8、9倍电流值SFVmarf9 ；当 IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 输入至所述的双核处理器50中后，相序过流故障处理执行步骤103，在步骤103中对IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 中的 IEV8eA，IEV8gb, IEV8gc 进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmarf ；在步骤104中，判断SFVmarf是否在SFVmari7与SFVmari9之间，即SFVmarf7 < SFVmarf < SFVmart9 ；若是，则将SFVmax-^t值给第一判断电流值Ixa ；若不是，则执行步骤105 ；在步骤105中，判断SFVmarf的电流采样值是否溢出，若溢出，则将SFVmari8赋值给第二判断电流值Ixb ；若没有溢出，则执行步骤106 ；在步骤106中，将Ixa与Ixb作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量Ixd = min {IXA，I XB^ ；在步骤107中，第一方面将Ixa与电流设定值。，作比，若Ixa > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值ffimax_A ；若Ixa ^ Ix-in则双核处理器50不进行故障处理；或者第二方面，将Ixb与电流设定值。，作比，若Ixb > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为、ms，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值ffimax_B ；若Ixb ( Ix_in则双核处理器50不进行故障处理；或者第三方面，将Ixd = min{IXA, IxbI与电流设定值Ιχ+作比，若Ixd > Ix_in则进行故障计数，一次计数周期为，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值ffimax_D ；若Iro ^ Ix_in则双核处理器50不进行故障处理；在步骤108中，第一方面将迟^乘以有效值系数，得到remax-A的有效值的最大电流值IMmax_A，然后将IMmax_A与。，作比，若IMmax_A > Ix_in则记录下故障时间及相序过流故障 GZa ；若IMmax_A ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者第二方面将IEmarf乘以有效值系数ν ，得到remax_B的有效值的最大电流值IMmax_B， 然后将IMmax-B与Ix-in作比，若IMmarf > Ix_in则记录下故障时间及相序过流故障( ；若 IMmarf ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者第三方面将IEmarf乘以有效值系数λ/ ，得到IEmarf的有效值的最大电流值IMmax_D， 然后将IMmarf与Ix_in作比，若IMmarf > Ix_in则记录下故障时间及相序过流故障( ；若 IMmarf ( Ix_in则进行断相及CT断线故障处理步骤；在步骤109中，通过定时限和反时限的电流时间设置TIMEin进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin,使断路器实现分闸，结束相序过流故障判断。
6.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于所述的断相及CT断线故障处理步骤有当 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器 50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤201，在步骤201中对IVf40 = {IFVa，IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I中的IFVeA，IFVgb, IFVe。进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IFVm，IFVgb, IFVe。中的之一小于A/D采样值IA/D，判断为有故障；当 IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 输入至所述的双核处理器50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤202，在步骤202中对IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8eJ 中的 IEV8eA，IEV8gb, IEV8e。进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IEV8eA，IEV8gb, IEV8e。不全部同时小于A/D采样值IA/D，判断为有故障； 也就是说，当IEV8eA，IEV8gb, IEV8ee全部同时小于A/D采样值IA/D，则认为12KV电网无故障； 在步骤203中，若步骤202输出为有故障，则携同步骤201的故障执行步骤204 ； 在步骤204中，从IFVm，IFVgb, IFVgc中选取出小于IA/D的相，然后对剩余的相进行电流值求和，得到非故障相的电流之和1,6 ；在步骤205中，对1,6与断相阈值Iy作比，若与Iy在作比32次中，有三分之二以上作比次数满足1,6在Iy的数值范围之内，则判断为断相故障以。；其余为CT断线故障(Xd ；在步骤206中，当为断相故障时，通过断相电流时间设置TIMExin进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束断相故障判断； 若为CT断线故障G&，在双核处理器(50)中进行指示灯提示。
7.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于所述的零序过流故障处理步骤有当 IVf4q = {IFVa, IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 输入至所述的双核处理器 50中后，零序过流故障处理执行步骤301，在步骤301中提取出IVf40 = {IFVa，IFVb, IFVc, IFV1, IFVga, IFVgb, IFVgc, IFVg1I 中的 IFVcl ；在步骤302中，对IFVel分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值IFVel_7、8倍电流值IFVel_8、9倍电流值IFVel_9 ；当 IVe4q = {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga, IEV8gb, IEV8gc, IEV8g1I 输入至所述的双核处理器(50)中后，零序过流故障处理执行步骤303，在步骤303中提取出IVe4q= {IEV8a, IEV8b, IEV8c, IEV81, IEV8ga，IEV8gb，IEV8gc，IEV8g1I 中的 IEV8g1 ；在步骤 304 中，判断 IEV8el 是否在 IFVel_7 与 IFVel_9 之间，即 IFVel_7 < IEV8g1 < IFVG1_9 ； 若是，则将IEV8el赋值给第三判断电流值Iia ；若不是，则执行步骤305 ；在步骤305中，判断IEV8el的电流采样值是否溢出，若溢出，则将IFVel_8赋值给第四判断电流值I1b ；若没有溢出，则执行步骤306 ；在步骤306中，将Iia与I1b作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量I1d = min {I1A， IibI ；在步骤307中，第一方面将Iia与零序电流设定值、，作比，若Iia > Iwn则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障GZb，然后进行延时处理；若 Iia ^ I1,则双核处理器(50)不进行故障处理；或者第二方面，将I1b与零序电流设定值、，作比，若I1b > Iwn则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障( ，然后进行延时处理；若I1b彡I1,则双核处理器(50)不进行故障处理；或者第三方面，将I1d = min{I1A, I1B}与零序电流设定值I1,作比，若I1d > I1,则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障，然后进行延时处理；若 I1d ^ Iwn则双核处理器(50)不进行故障处理；在步骤308中，通过零序定时限电流时间设置TIME1,进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin,使断路器实现分闸，结束零序过流故障判断。
8.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于所述的双核处理器(50)选用MC9S12)(DP512芯片。
全文摘要
本发明公开了一种具有故障区间隔离的断路器控制器，该断路器控制器包括有电流互感器(10)、电压调理单元(20)、滤波单元(30)、电压放大及跟随处理单元(40)、双核处理器(50)和无线收发单元(60)；电流互感器(10)用于采集12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；该Vin顺次经电压调理单元(20)、滤波单元(30)、电压放大及跟随处理单元(40)后，注入双核处理器(50)中进行故障区间隔离判断。本发明的断路器控制器通过相序、零序和断相断线的故障策略判断，实现了分界开关功能，能完成故障用户隔离闭锁，非故障区段正常供电，提高了配电系统的供电可靠性。
文档编号H02J13/00GK102170113SQ20111010408
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者唐鸿彬, 孙一航, 廉世军, 张路明, 武建文 申请人:北京航空航天大学, 珠海市可利电气有限公司