低压断路器智能控制器的优化

摘 要：传统的低压断路器是通过电磁元件完成保护工作的，但电磁元件的抗干扰性差，保护效果差，很容易埋下安全隐患。一旦电磁元件损坏，就有可能引发错误动作，影响正常用电。而智能控制器是以传统低压断路器为基础，利用目前先进的数字化测控保护技术提升低压断路器的保护精度与抗干扰性，进而提升低压断路器的安全性、智能化与自动化，以保证正常的用电安全。

关键词：低压断路器；智能控制器；优化

引言

低压断路器是低压配电系统中最为重要的电器开关设备之一，对供电系统与配电系统的正常运行与安全供电起着关键性的作用。低压断路器的控制器是配合其完成对电力系统的控制、保护和监测工作，以保证当系统出现故障时，能够快速的切断系统中的故障部分或中断整个系统的供电，以保证电力系统的安全。

1 低压断路器智能控制器的控制系统优化

智能控制器的控制系统应具备以下几个功能：保护功能、能及时测量、实施监控并显示的功能、故障信息存储功能、通信组网功能与低压断路器维护功能。所以，智能控制器的控制系统可以从三个方面来实现：（1）通过智能控制器和PROFIBUS-DP来建立站通信模块；（2）以MODBUS与PROFIBUS-DP总线为基础完成对低压断路器的监控系统的建立；（3）建立有效的低压断路器维护系统[1]。

如此设计可以实现以下几个有点：（1）低压断路器能够利用RS485与RS232接口与第三方的PROFIBUS-DP从站通信模块或其他第三方通信模块进行通信；（2）当组网通信出现故障或暂时不能使用时，可以利用RS232接口对电网继续进行监控；并且在系统的调试过程中，也可以利用RS232接口对相关的智能控制进行调试与监控，省去了转换接口的工作，降低了工作量与转换信息复杂性的同时，也提升了系统运行的可靠性[2，3]。

2 低压断路器智能控制器的硬件优化

2.1 智能控制器接口板的优化

优化智能控制器接口板的目的主要有三个：一是为各种电路提供需要的电源电压；二是完成对电流互感器与电压传感器发出信号的采集，并进行恰当的预调理；三是连接预报警、脱口、卸载、合闸及分闸等快关量输入和输出的驱动电路，使之能够成一个完整的系统并能正常运行[4]。

一般智能控制器的供电方式以直流辅助电源和变压整流供电为主，这两种供电方式即可以分开单独使用，也可以相互配合。当智能控制器的保护线路被上级断路器保护分分断时，智能控制器是无法继续进行工作的。这时就需要通过增加辅助电源，完成对断路器的参数整定与功能实验等，并同时为计算机随时与断路器恢复通信做好准备工作与维护工作。

信号的预调理电路是智能控制器中另一个重要的组成部分。信号预调理电路是通过对低通滤波器和放过压处理来运行的。而信号预调理的另一个功能就是将电流互感器与电压互感器输出的电压信号转变为主电板能够接受并处理的电压型号，即-10～10V电压信号。经过信号预调理的处理后，即便是在电流比较低的时候，也可以对其进行计算；而在电流比较大时，也能够对该信号做出计算。如此一来，大大提升了对电流量程的测量精度[5]。

开关量输入与输出的驱动电路是提升智能控制体可靠性的关键所在。所有的开关量信号的输入与输出都是由复杂可编程逻辑器件（CPLD）完成。其工作顺序是所有的开关量输出信号都是需要经过单片机发送给CPLD的；然后再由CPLD处理，并发出最终的脱扣、合分闸与卸载等信号；同时，光电会隔离CPLD与输出电路，进而提升智能控制器的抗干扰性。需要注意的是，若是需要手动分闸，应该先将CPLD分闸扭按下，以保证手动分闸时的分闸信号有效性。当分闸信号有效时，就会反馈给CPLD，以防止分励线圈因为长时间的通电而损坏，帮助其很好的实现了自动保护功能。

2.2 智能控制器的主机板优化

智能控制器的主机板应由微控制器、电源电路、信号调理电路、时钟电路、存储电路、人机界面与通信接口电路等模板组成。

微控制器模板可通过单片机或CPLD来建立。单片机在微机测量与方面具有很好的优势，且其电耗非常的低，能作为性能优异的MCU并已经在国内得到广泛的应用。一般智能控制器会选择型号为MSP430F149的单片机，该电极片具有很好的存储功能，拥有6个八位双向的多功能口和引脚复用，使每个口都能够被设置成模块方式[6]。由于其内在的芯片具有自动扫描功能，让A/D转换器不需要依赖中央处理器就能够独立完成工作，大大降低了中央处理的工作负担，提升了系统的工作效率。而同时该单片机具备一个硬件成大器，能够完成四种运算，大大降低了乘法指令的工作时间；而其具备的两个UART接口使之在不需要进行扩展的情况下也能够与计算机完成通信。

低压断路器是一种需要对配电系统的短路、过流、绝缘监事、欠压等故障处理的装置，使其能够在及时切断故障回路，并通知维修人员及时排查故障，防止事故进一步恶化。这是一个较为复杂的处理过程，需要智能控制器具备足够的可靠性，能够在故障发生时及时的做出正确的反应；在没有故障时，也不会出现错误的动作。当断路器通断感性敷在时，开关触点的拉弧就会产生很强的电磁信号，这种电磁信号会对智能控制系统造成强烈的干扰。如果智能控制系统长期处于这种电磁信号中，就一定会影响到其工作的可靠性。而CPLD在构建内部硬件时就完全考虑到以上情况，采用合闸、分闸和脱扣等方式来输出执行信号，就能够有效解决因电磁干扰而无法正常工作的情况，大大提升了智能控制器的安全性与可靠性。同时，CPLD还能够防止分励线圈被烧毁的现象。为智能控制器的正常运作提供了最大的安全保证。

3 结束语

如今，智能控制器已经成为供电线路智能断路器中的中心控制部件，对保证低压断路器的正常工作，提升配电系统的正常运行具有重要的意义。智能控制器的优化应从两方面进行，一是从对其内部的控制系统进行优化，二是对其外在的控制硬件进行优化。内部控制系统的优化应重视实现保护功能、能及时测量、实施监控并显示的功能、故障信息存储功能、通信组网功能与低压断路器维护功能。而外部硬件的优化的重点应该放在接口板与主机板的优化中。加强智能控制器的抗干扰能力，提升控制器系统对故障及时诊断和处理的能力，这些都是需要内在系统与外在硬件共同实现。

参考文献

[1]陈培国.低压万能式断路器研发现状及思索[J].电器与能效管理技术，2016，2：23-27+35.

[2]向波.我国低压电器现状及发展探讨[J].中国高新技术企业，2016，

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[3]周亚军，颜喜清，李晓军.智能型塑壳低压断路器控制器硬件设计[J].杭州电子科技大学学报，2014，3：83-86.

[4]甘人铭.智能低压配电系统的分析及实现[J].硅谷，2013，5：42.

[5]王永忠.断路器欠压脱扣器的优化设计[J].低压电器，2012，2：17-19.

[6]王兴利，颜从强，胡浪涛.智能型万能式断路器在供配电运行管理中的应用[J].电气应用，2012，10：20-23+31.

作者简介：匡红勇（1978，01-），男，民族：汉，籍贯：湖南省祁东县，学历：大专，研究方向：低压电器断路器制造及其应用，工作单位：东莞基业电气设备有限公司。