大電流高速控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種大電流高速控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]短路故障在電力系統(tǒng)出現(xiàn)概率較高，短路電流是正常額定電流的幾倍，甚至幾十倍，如此大的短路電流流過電力設(shè)備時，會對電力設(shè)備造成巨大地沖擊性損傷。
[0003]高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中對電力設(shè)備起保護(hù)作用的關(guān)鍵設(shè)備，它切斷短路電流的時間直接影響電力設(shè)備的使用壽命，對電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜考核的一個重要數(shù)據(jù)就是動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。短路電流、短路沖擊電流通過電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜時，相鄰載流導(dǎo)體間將產(chǎn)生巨大的電動力，衡量電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜能否承受短路時最大電動力的這種能力，稱作動穩(wěn)定；短路電流通過電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜時，電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜要產(chǎn)生熱量，并且該熱量與電流的平方成正比，當(dāng)有短路電流通過電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜時，將產(chǎn)生巨大的熱量，能否承受短路時巨大熱量的能力為熱穩(wěn)定。
[0004]由此可見，動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定不僅和短路電流有關(guān)，還和短路電流流過電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜的時間有著因果性關(guān)系。如果能夠縮短高壓開關(guān)柜的動作時間，將大大縮短電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜遭受短路電流的沖擊，從而可有效延長電力設(shè)備的使用壽命。如果要縮短高壓開關(guān)柜動作時間，只有縮短柜內(nèi)真空斷路器動作時間和微機(jī)保護(hù)裝置的計(jì)算分析時間。目前真空斷路器的動作時間是相對比較固定的，大約為20— 60mS之間，該技術(shù)領(lǐng)域的改進(jìn)空間已非常有限。故而在微機(jī)保護(hù)裝置的計(jì)算分析時間上做改進(jìn)以達(dá)到有效縮短高壓開關(guān)柜動作時間更為現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域所迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種大電流高速控制器，有效縮短短路電流作用設(shè)備時間，繼而有效降低短路電力對電力設(shè)備形成的沖擊，降低電力設(shè)備的故障率，提尚電力設(shè)備的可使用壽命。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:大電流高速控制器，其特征在于:包括電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、供電模塊、信號觸發(fā)模塊及真空斷路器，所述電流信號模塊連通至信號采樣模塊，所述信號采樣模塊連通至信號觸發(fā)模塊，所述信號觸發(fā)模塊連通至真空斷路器，所述供電模塊分別連通至電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、信號觸發(fā)模塊，所述各模塊部件之間的連通方式均為單向輸送連通。
[0007]作為一種改進(jìn)，還包括MAX191A/D轉(zhuǎn)換器。以有效保證對電流信號的實(shí)時處理。
[0008]作為一種改進(jìn)，所述信號采樣模塊中設(shè)有可編程邏輯器件ispl032E(CPLD)芯片。將電流增長率的計(jì)算方法通過軟件編程后下載在此芯片中，此算法要借助此芯片的運(yùn)算性能來實(shí)現(xiàn)。
[0009]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案，其有益效果在于:通過電流增長率的計(jì)算來判斷電流值是否達(dá)到設(shè)定值，從而快速地判斷出流過高壓開關(guān)柜的短路電流是否達(dá)到設(shè)定電流，快速得到準(zhǔn)確的判斷結(jié)果，其他智能模塊得到信號后迅速動作反應(yīng)，從而減少短路電流流過電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜的時間，避免電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜遭到短路電流的巨大沖擊，以達(dá)到延長電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜使用壽命的目的。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明:
[0011]圖1是本實(shí)用新型各模塊工作流程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型短路電流和設(shè)定電力運(yùn)算的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型實(shí)際電流波形導(dǎo)數(shù)的機(jī)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，大電流高速控制器，其特征在于:包括電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、供電模塊、信號觸發(fā)模塊及真空斷路器，所述電流信號模塊連通至信號采樣模塊，所述信號采樣模塊連通至信號觸發(fā)模塊，所述信號觸發(fā)模塊連通至真空斷路器，所述供電模塊分別連通至電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、信號觸發(fā)模塊，所述各模塊部件之間的連通方式均為單向輸送連通。
[0015]I)電流信號模塊的作用是將電流信號經(jīng)過磁隔離后轉(zhuǎn)換電壓信號；
[0016]2)信號采樣模塊的作用是對電流信號模塊輸出的電壓信號進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算等處理，如果電流信號的增長率滿足條件，則發(fā)出動作信號給信號表決模塊；
[0017]3)信號表決模塊的作用是對三個信號采樣模塊輸出的動作信號進(jìn)行判斷，若三個信號采樣模塊中有二個信號采樣模塊發(fā)出動作信號則信號表決模塊發(fā)出動作信號給信號觸發(fā)模塊；
[0018]4)信號觸發(fā)模塊的作用是將信號表決模塊發(fā)出的動作信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出，從而驅(qū)動高壓開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器動作。
[0019]5)供電模塊的作用是將直流電源進(jìn)行濾波處理后，供給電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊和信號觸發(fā)模塊四個模塊使用。
[0020]本實(shí)施例中，還包括MAX191A/D轉(zhuǎn)換器。和處理速度達(dá)到納秒級的超大規(guī)模可編程邏輯器件ispl032E(CPLD)來保證對電流信號的實(shí)時處理，這樣，兩個采樣點(diǎn)的電流信號差值就是電流信號的增長率，不需要再對電流信號進(jìn)行計(jì)算來求電流增長率，大大地加快的電流信號的處理速度，從而能夠保證在ISOuS內(nèi)完成對電流信號的分析判斷。同時為了保證對電流信號判斷的準(zhǔn)確性，本實(shí)施例中采取了三選二的冗余電路，對電流信號的判斷更加可靠、準(zhǔn)確，從而保證了動作信號的準(zhǔn)確性。
[0021]本實(shí)施例中，所述信號采樣模塊中設(shè)有可編程邏輯器件ispl032E(CPLD)芯片。將電流增長率的計(jì)算方法通過軟件編程后下載在此芯片中，此算法也是要借助此芯片的高速運(yùn)算能力才能實(shí)現(xiàn)的。
[0022]短路電流波形是一個正弦波形，它的周期20mS，而目前微機(jī)保護(hù)裝置的基本思想是使用通用信號處理器(DSP)，通過對一個周期電流的計(jì)算，計(jì)算出短路電流值，以便確定是否達(dá)到設(shè)定值。雖然此芯片的運(yùn)算速度和運(yùn)算能力比以前的單片機(jī)主快了很多，但還是要對信號進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，這就不可避免的存在循環(huán)、比較的運(yùn)算步驟，導(dǎo)致會占用大量的運(yùn)算時間，故而微機(jī)保護(hù)裝置的判斷時間除了 20mS固有時間以外，還應(yīng)包括分析運(yùn)算的時間。
[0023]對于任何一個正弦波來說，通過測量正弦波每一個點(diǎn)的增長率，可以預(yù)知這個正弦波的峰值大小，從而可以判斷出電流是否超過設(shè)定值。本發(fā)明使用超大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷ㄟ^比較每一點(diǎn)的電流增長率(di/dt)，連續(xù)測量10個點(diǎn)，考慮干擾因素，10個點(diǎn)中只要有8個點(diǎn)的電流增長率均大于設(shè)定的電流波形的對應(yīng)點(diǎn)的電流增長率，就可以判定流過高壓開關(guān)柜的電流達(dá)到了設(shè)定值，即可以認(rèn)定線路中出現(xiàn)了短路故障。
[0024]如圖2所示，其中I表示設(shè)定電流的曲線Ii1= V 2X1 ^sincot(IiA) ;2表示短路電流的曲線i2= V 2XI2Xsinot(kA) !(IiVdt1表示在tl時亥I」，電流曲線I的電流增長率；Ai1Zdt1= V 2X1 > ω X cos ω t! (kA/uS) ;di2/dt^示在 tl 時刻，電流曲線 2 的電流增長率；di2/Clt1= V 2 X I 2 X ω X cos ω ^t1 (kA/uS)。
[0025]由圖2比較可知，計(jì)算設(shè)定電流I和短路電流2的電流值完全可以由計(jì)算設(shè)定電流I和短路電流2的電流增長率來替代。
[0026]由于大電流高速控制器中采用了高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D)，每一個點(diǎn)的采樣時間為15uS，這樣連續(xù)10個點(diǎn)的采樣時間就是150uS，同時由于超大規(guī)模可編程邏輯器件是由數(shù)字電路一與、非門電路構(gòu)建而成，因此運(yùn)算速度達(dá)到了 nS級，在15uS以內(nèi)就能完成運(yùn)算，不會占用多余時間。
[0027]電流波形i = V 2XIXsinot是由多個點(diǎn)連接而成的，X軸方向的間隔表示時間At，Y軸方向的間隔表示電流差值Λ i，由這兩個邊圍成的三角形的斜邊的斜率就是Ai/At，如圖3所示，當(dāng)At足夠小時，Ai/At就等于電流波形在這點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，即電流增長率=V 2X I X ω X COSO t，數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D)每15uS采樣一個電流值，那么兩次采樣的電流值的差就是電流增長率。
[0028]這樣就不需要再進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算就可以直接得到電流增長率，運(yùn)算時間大大地壓縮了。
[0029]除上述優(yōu)選實(shí)施例外，本實(shí)用新型還有其他的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型作出各種改變和變形，只要不脫離本實(shí)用新型的精神，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.大電流高速控制器，其特征在于:包括電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、供電模塊、信號觸發(fā)模塊及真空斷路器，所述電流信號模塊連通至信號采樣模塊，所述信號采樣模塊連通至信號觸發(fā)模塊，所述信號觸發(fā)模塊連通至真空斷路器，所述供電模塊分別連通至電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、信號觸發(fā)模塊，所述各模塊部件之間的連通方式均為單向輸送連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電流高速控制器，其特征在于:還包括MAX191A/D轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電流高速控制器，其特征在于:所述信號采樣模塊中設(shè)有可編程邏輯器件ispl032E(CPLD)芯片。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種大電流高速控制器，包括電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、供電模塊、信號觸發(fā)模塊及真空斷路器，所述電流信號模塊連通至信號采樣模塊，所述信號采樣模塊連通至信號觸發(fā)模塊，所述信號觸發(fā)模塊連通至真空斷路器，所述供電模塊分別連通至電流信號模塊、信號采樣模塊、信號表決模塊、信號觸發(fā)模塊，所述各模塊部件之間的連通方式均為單向輸送連通。通過電流增長率的計(jì)算來判斷電流值是否達(dá)到設(shè)定值，從而快速地判斷出流過高壓開關(guān)柜的短路電流是否達(dá)到設(shè)定電流，快速得到準(zhǔn)確的判斷結(jié)果，其他智能模塊得到信號后迅速動作反應(yīng)，避免造成短路電流的巨大沖擊，以達(dá)到延長電力設(shè)備和高壓開關(guān)柜使用壽命的目的。
【IPC分類】H02H3-08
【公開號】CN204407855
【申請?zhí)枴緾N201520132958
【發(fā)明人】晉毓斌
【申請人】安徽康邁德電力保護(hù)設(shè)備有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月9日