高压开关柜

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摘 要：电力系统中高压开关柜的一次开关设备工作状态、温湿度控制、高压带电指示等功能一般是由信号灯和独立的电气元件实现的，这势必会带来集成度低、配线复杂、可靠性差的缺点。本文介绍了一种开关柜智能测控装置，适用于3～35kV户内高压开关柜，用于一次开关设备状态模拟显示、高压带电指示、防凝露温湿度控制、电参数测量等，大大提高了开关柜操控和测显的集成度和智能化程度。关键词：MC9S08AW32；开关柜；一次系统图；智能测控装置Abstract: According to the survey, working state of the switching device, control of temperature and humidity and high-voltage live instruction are usually achieved by some signal lamps and several independent electronic devices in a high-voltage switchboard of power system, which will inevitably bring about the shortcomings of low integration, complex wiring, and lower reliability. An intelligent monitoring and control device for switchboard named ASD is introduced in this paper, which is used in 3 ~ 35kV indoor high voltage switchboard. The device is used for the indicate of switching device status, high-voltage live instructions, anti-condensing temperature and humidity control, electrical parameter measurement and so on, which is highly increased the integration and intelligence of manipulation and measurement of the switchboard.Key words: MC9S08AW32; switchboard ; primary system diagram; intelligent monitoring and control device0　 引言　　开关柜一般有断路器（负荷开关）、隔离刀闸、接地刀闸等一次开关设备。在运行或调试中，监测这些一次开关设备状态是至关重要的。在传统的开关柜上，一般使用信号灯来指示这些状态的，这样做显示不直观，且接线不方便。开关柜智能测控装置将一次设备状态显示与开关柜的一次方案图相结合，LED显示器件置于一次方案图中设备符号所处位置，电路状态一目了然，生动直观，如图1　　同时集成的高压带电显示、自动温湿度控制、电参数测量功能使开关柜盘面简洁大方，降低二次接线工作量。1　 硬件设计方法1.1 设计平台　　中央处理器采用Freescale公司的第一款基于高度节能型S08核的器件MC9S08AW32高性能单片机，该单片机片上资源丰富，支持BDM片上调试功能，片内集成看门狗电路，抗干扰能力突出，具有业内最佳的EMC性能。CPU总线频率最高可达20MHz，最高运行速率可达40MHz。丰富的片上资源：32KB在线可编程FLASH存储器，内部时钟发生器，带有2个可编程定时器，丰富的I/O口：双SCI口，SPI、I2C等接口，极大的方便了硬件的扩展。　　电能计量芯片采用美国ADI公司的高精确度三相电能测量芯片ADE7758。该芯片的测量精度高，功能强大。该IC内嵌高精度的模数转换器和固定模式的数字处理信号处理器( DSP)，具有数字积分、数字滤波、实用电能监测、计量功能。芯片带有一个SPI串行口、有功电能脉冲输出、无功电能脉冲输出，可用于各种三相系统中有功功率、无功功率、电能、电压电流有效值的测量以及以数字方式校正系统误差所必须的信号处理电路。　　ADE7758为各相提供系统校准功能，包括有效值偏移校准、相位校准、功率校准。1.2 设计框图　　装置硬件电路设计框图如下，整个系统以MC9S08AW32为核心，按功能可划分为中央处理单元、电源模块、电压电流采样及运算、开关量控制模块、温湿度采集模块、人机交互模块、通讯模块等。1.3 部分电路1.3.1 中央处理单元　　中央处理单元电路图如图3所示，CPU对采样信号进行处理计算，根据测量得到的电流、电压、温湿度值与预先设定的各种保护数值进行对比，由此来判断开关柜的电压电流是否正常、温湿度状况是否正常，若不正常则输出相应的告警信息。外部扩展了铁电存储器，用于存储一些重要的参数，即使以后升级程序也不会丢失先前的重要数据。1.3.2 开关量控制模块　　开关量控制模块包括开关量输入和告警输出，其电路图如图4所示。开关量输入经光电耦合接入CPU；告警由GPIO口经光电耦合器连接到继电器输出。开关量输入设有8路，依次对应一次图中的断路器合、断路器分、手车工作位置、手车试验位置、接地刀位置以及弹簧储能指示，其余预留。开关量输入对应一次图可编程设置。开关量输出设有6路，依次输出加热器1、加热器2、风扇、告警、照明、闭锁的状态。1.3.3 人机交互单元　　本装置高端产品的人机交互界面采用LCD液晶显示模块。LCD采用128*128点阵显示，初始界面为电参量显示界面，通过按键输入进入菜单设置界面，菜单选项均采用中文显示界面，使得操作直观易懂。通过菜单选项可以设置诸如接线方式、电压变比、电流变比、告警定值、通信地址波特率等参数。低端产品则采用双排四位LED数码管显示来温湿度信息及各种可编程信息。用户可根据实际需要进行设置各种告警定值参数、通信地址波特率等。1.4 评述　　本装置采用的电源模块为开关电源模块。该电源模块输入电压为AC90～285V或DC100～300V，输入频率45～60Hz，输出电压稳定、故障率小，输出纹波＜1％，转换效率≥75％。具有过压、过流保护。该模块经实际现场使用，具有很高的稳定性、可靠性和抗干扰能力。　　温湿度传感器采用SHT10，该系列产品是一款高度集成的温湿度传感器芯片，具有超快响应、抗干扰能力强等优点，提供全标定的数字输出。CPU与SHT10采用串行接口，在传感器信号的读取及电源损耗方面，都做了优化处理。　　高压带电显示模块由高压带电传感器输入电信号，由此判断此高压柜是否带电。由于母线电压较高，所以高压带电显示电路采用了各种过压保护、隔离保护器件来确保装置内部电路的正常工作。　　此外，本装置还集成有操控功能、人体感应功能、语音防误提示功能等。2　 软件设计流程　　系统软件设计包括主程序、通讯模块2个部分。　　主程序完成上电或复位初始化，电能芯片初始化，其他外设初始化，温湿度测量，读取电参数，电量计算，状态显示及报警处理，LCD显示刷新及按键处理等功能，程序设计流程如图5。　　CPU初始化主要指对CPU的特殊状态寄存器SFR进行配置，设置I/O口的输入输出状态及初始状态，读取铁电寄存器数据等；电能芯片初始化主要指对ADE7758功能寄存器的配置；主程序其余部分则是对各项功能的完成，只有合理安排程序流程来完成这些功能，装置才能可靠工作。　　通讯模块以中断方式实现，主要完成接收数据，协议处理等功能。通讯协议采用标准MODBUS-RTU规约，便于上位机的通讯，与其他网络仪表组网使用，实现对开关柜状态的实时监测。3　 实现的技术指标及性能　　ASD系列开关柜智能测控装置的技术指标见表1。产品设计时采用优异的电磁干扰PCB设计技术，生产时经过整机带电老化与出厂检验测试，确保了产品的长期工作的稳定性和可靠性。 表1　ASD装置技术指标技术参数指标输入网络三相三线、三线四线频率45～60 Hz[t

一般来说，直流高压发生器在满足工频情况下220KV电压等级以下的电缆直流耐压试验的，但有些特殊场合下，有些电缆、电气的额定电压等级是有特殊要求的，比如我国煤炭行业井下电缆、电气的电压就与地面额定压不同，只有6KV，那么遇到这种情况，如何为直流高压发生器装置设定试验电压呢?　　按照规定，不同的电缆需要的试验电压和加压时间是不一样的。以交联聚乙烯电缆为例，上述的6KV电缆，所需要的直流试验电压为25KV，持续时间5分钟。　　一般试验，需要从40%的足额试验电压开始缓慢提升电压至足额电压。持续5min 。如果是不满一年的新电缆线路，停电只一个月的。可以做50%规定试验电压，持续1min，停电一年的需要按照一般性试验要求做。　　具体不同电缆的试验电压和加压时间规定，及具体的试验要求，在电力电缆预防性试验规程中都有详细说明。　　直流耐压相关知识链接：　　固体电介质的击穿形式有：电击穿、热击穿和电化学击穿。同一种电介质在不同的外界条件下，可以发生不同的击穿形式。　　(1)电击穿　　由于外电场的存在，电离电子在强电场中积累起足够能量，使其相互间发生碰撞导致电击穿。其特点是过程快，击穿电压高。　　(2)热击穿　　击穿电压随温度和电压作用时间的延长而迅速下降，这时的击穿过程与电介质中的热过程有关，称为热击穿。环境温度和电压作用时间增加，热击穿电压下降 电介质厚度增加，平均击穿场强将下降。　　(3)电化学击穿　　在电场作用下，电介质中可能因此而发生化学变化，不可逆地逐渐增大了电介质的电导，最后导致击穿，称为电化学击穿。由于化学变化通常导致介质损失增加，因而电化学击穿的最终形式常是热击穿。　　(4)沿面击穿　　在实际的绝缘结构中，固体介质周围往往有气体或液体介质，击穿常常沿着两种电介质交界面并在电气强度较低的一侧发生，称为沿面击穿。沿面击穿电压比单一介质击穿电压要低。电容器电极边缘，电机线(棒)端部绝缘体很容易发生沿面放电，对绝缘的损害很大。　　直流高压发生器的常见故障及处理：　　故障1.打开直流高压发生器电源开关，电源指示灯和绿灯都不亮?　　故障分析:　　检查电源保险丝，电源线和电源开关 　　解决方案:　　如果其中任何一个出现损坏请及时更换。　　故障2. 打开直流高压发生器的电源开关后，电源指示绿灯闪烁并同时伴有蜂鸣声。　　故障分析:　　A.没有接地 　　B.接地不可靠 　　C.使用的发电机电源或者是经过开关柜隔离变压器的电源。　　解决方案:　　A.接地 　　B.检查接地线是否可靠,重新接地 　　C.如果电源经 1/1 隔离变或现场用自发电源，则必须人为将电源有一点与大地联接。