0 导言
跟着核算机技能、信息技能的前进，电力设备向着可通讯、智能化、网络化方向开展。低压断路器是为供配电网络供给过载、短路和欠压等维护及防止接地等毛病损坏的重要电气元件，智能操控器是完结其丈量和完结各种维护功用的中心操控单元，断路器的智能化首要体现在操控器上。
现在，国内正致力于开发国产第四代断路器，断路器需具有智能化、模块化、可通讯化的功用，供电系统中多台智能型断路器需完结会集监控、连锁维护功用。
智能断路器接入操控网络有多种计划，如依据现场总线的嵌入式网关，设备经过嵌入式模块而非PC 接入Internet。这种计划占用空间大，本钱高，开发任务重，其质量与底层设备的数据传输速度和可靠性联络亲近。也有选用“分布式Web服务器”计划，因为选用削减过的嵌入式TCP /IP协议栈和嵌入式Web 服务器，完结功用较为单一，安全性差，只适用于需求较简略的场合。
现在，因为许多现有断路器仅具有现场总线接口，直接开发具有Internet 接口的断路器本钱高，底层开发难度大，且很难与其他设备进行彼此通讯。故需依据不同的作业环境特色和通讯要求，分级选用不同的通讯方法，用协议转化的方法完结衔接。本文建立了CAN/EtherNet /Internet三级网络模型。完结了跨过现场总线/以太网/互联网三层结构系统的智能办理，不仅能保证现场信息传递高可靠性、实时性，也能统筹长途通讯传输间隔远、速率高的需求，然后完结断路器在电力系统各级的在线监控和信息办理。
1 智能断路器网络模型
在三级网络模型中，要统筹各级功用，需挑选不同的运行机制。榜首级为现场智能断路器级，为强电环境，电磁搅扰强，需提取各种电量的模拟信号，转化为数字信号向上传输。本文选用了CAN 总线完结通讯功用。CAN 总线作为现场总线有许多优势。如选用短帧结构，一帧有8 bit，通讯实时性好且受搅扰率低，CRC 校验及其他校验办法保证了高可靠性，其通讯速率最高达1 Mb /s /40 m，别的开发本钱低，硬件结构简略。
但依据CAN 总线的通讯最多不超越10 km，故在主操控室级转为依据IP 协议的工业以太网方法传输。在这一级对上要接入互联网，满意兼容性，可靠性的要求，对下要传输现场电量参数和操控信息，需满意实时性、高速率的要求。别的，在本级要完结断路器区域连锁维护的功用，需具有必定的核算存储才能，故用PC 机作监控机，可满意各种办理要求。而选用以太网作通讯接口，支撑大部分盛行的现场总线协议，传输速率为10 M/100 m，选用全双工通讯方法，能较好满意实时性要求。在电力调度中心级，为了满意各种电力信息服务的需求，将工业以太网协议转入开放式互联网通讯协议，在接入互联网时要考虑安全性的问题。
网络模型中，首要经过对单个断路器的智能操控器丈量模块、微处理模块、通讯模块进行结构规划，完结根本的维护功用，然后对各级断路器通讯，完结区域联锁维护，与电力调度中心通讯，完结长途监控，如图1 所示。由此可见，断路器三级网络模型具有兼容性、可扩展性，可在硬件不变的基础上进行软件编程，使系统具有较大的适用性和晋级才能。
图1 智能断路器三级网络模型.
2 低压开关室智能断路器级
2. 1 智能操控器硬件电路
断路器智能操控器选用模块化结构，需完结丈量、剖析、履行动作、通讯等功用，硬件电路如图2所示。其间，速饱和电流互感器供给自生作业电源，传感器、空心电流互感器等智能仪表实时收集三相电压、四相电流、电网频率、功率因数等参数，A/D 转化后送入微处理单元进行存储、电能质量剖析、维护值核算，然后经过键盘和LCD 液晶屏整定参数值和动作时刻，显现各参数，宣布毛病报警信息，一起发送信号给磁通变换器履行脱扣指令。作为智能操控器中心的微处理单元，选用内部集成CAN 操控器的高速微处理器DS80C390，最大时钟频率可达40 MHz，集成度高，抗搅扰才能强。为防止电磁搅扰，用光电耦合电路加以阻隔，外接CAN 收发器SN65HVD230。
该收发器为协议操控器与物理传输线路间的接口，供给两者间的差动收发功用，可用于较高搅扰环境下，在不同速率下均具有杰出的收发才能。
图2 智能操控器硬件电路图.
2. 2 断路器三段维护功用的完结
关于单台断路器，首要考虑其可完结的多重维护功用。智能操控器可完结的维护功用首要有三段维护、接地维护、剩下电流维护等，其间三段电流维护是断路器最重要的维护功用，分为过载长延时维护、短路短延时维护和短路瞬动维护，如图3 所示。针对不同的维护要求，可经过设定长延时脱扣电流整定值Ir、长延时时刻整定值tr、短延时脱扣电流整定值Isd、短延时时刻整定值tsd及瞬时脱扣电流值Ii进行调整，其间，过载长延时维护是反时限维护，动作时刻与毛病电流平方成反比，当延时时刻一到，若实践测得的毛病电流值仍大于整定值，即履行脱扣动作。短路短延时维护特性为守时限维护，当短路电流大于8Ir时，守时器发动，设定的动作时刻一到，即履行脱扣动作，不受电流影响。短路瞬动维护为守时限维护，若在某些场合不需求短路瞬动维护，可以封闭此功用。
图3 断路器三段维护曲线.
断路器三段维护算法的程序流程图如图4 所示。依照优先级由高到低，顺次是短路瞬动维护、短路短延时维护、过载长延时维护判别。首要经过CAN 总线接纳上一级发送的参数整定值，微处理器调用守时中止处理程序对电流值采样，由采样所得一个周期的电流值核算出电流有用值，进入三段电流维护程序，与各种维护电流整定值顺次比较，确认不同的维护动作，并将操控信息经过CAN 总线传送到上一级。
图4 三段维护程序流程图.
3 配电所主操控室级
3. 1 断路器主操控室的连锁维护功用
在变电站中，都设有主操控室，经过监控对低压开关室的各级断路器进行协同操控，构成连锁维护。电气主接线选用单母线分段方法，有母线断路器QF1、QF2，母联断路器QF5，分支断路器QF3、QF4、QF6、QF7，这些断路器所在方位不同，假如参数设置值彼此独立，产生毛病时或许形成上下级线路一起断开，会影响其他分支线路正常供电，而发动连锁维护后，依照断路器间逻辑关系，经过束缚设备间动作时刻，可以完结毛病影响区域最小化，继续供电最优化的经济效果，如图5所示。如过载或短路毛病时，设置下级断路器动作时刻整定值使其敏捷动作，而上一级离毛病点最近的断路器有必要延时动作，以保证下级断路器能铲除毛病，在下级断路器维护失效时，上一级断路器再履行后备维护。
3. 2 CAN-TCP /IP 协议转化电路
如图5 所示，在变电站主操控室规划了依据ARM7 嵌入式处理器的协议转化电路，将带有CAN 总线接口的智能断路器接入以太网，不仅可完结断路器的实时监控，也便于与上一级电力调度中心的通讯。电路规划中，选用ARM 核微操控器STR710FZ2T6 完结协议转化，长处是功耗低、功用高、性价比高，一起支撑CAN2. 0 协议和TCP /IP 协议标准。其内部集成有CAN 模块，位速率最高可达1 Mb /s。外接的网络操控芯片CS8900A 是一款低功耗、功用优越的16 bit 以太网操控器，通讯速率10 Mb /s，负责处理以太网数据帧的发送和接纳。
图5 CAN-TCP/IP 协议转化电路.
3. 3 CAN-TCP /IP 协议转化流程
工业以太网选用TCP /IP 协议族，CAN 和TCP /IP 网络是通讯协议彻底不同的异质网络，若想完结之间的信息交流，实质上是在使用层进行协议转化，经过对数据依照不同协议的封装使其可以被不同的网络读取。协议转化进程流程图如图6 所示。
图6 协议转化主程序流程图.
4 电力调度中心级
现在，110 kV 以下配电网中已有许多变电站完结了无人值勤，由电力调度中心进行远方操控。
电力调度中心网络衔接如图7 所示，在该规划中，调度中心与监控级的变电站主操控室都选用TCP /IP 协议通讯，但详细协议方法依据互联网的要求有必定的改动，一起可经过Internet网络与供电局、发电厂、其他电力调度部分通讯，然后联成一个全方位的电力通讯网络，其有许多优势:① 归纳不同区域电力供应状况，和谐各级电网;② 可进行分区段轮番检修，削减停电丢失;③ 联网后，经过广域测控系统的遍及，可进行快速毛病定位，完结智能电网自愈功用;④ 未来会逐渐将新能源( 如风电，太阳能、生物能等) 归入电网规划，进行有用分配，发挥可再生能源的成效，满意经济、环保的要求。但接入Internet 网络会带来许多安全方面的危险，如保密信息走漏、黑客进犯、*侵入等，需选用防火墙、侵略检测、防*、VPN 技能等多种办法构建电力网络的安全防护系统。
图7 电力调度中心网络衔接.
5 结语
本文构建了断路器三级网络模型，以DS80C390 为中心，规划了一种依据CAN 总线的低压断路器智能操控器，完结断路器的三段维护、丈量、操控等功用，提出了一种依据ARM 微操控器STR710FZ2T6 的CAN-TCP /IP 协议转化电路，经过以太网通讯方法与网络上的电力调度中心进行交互，契合智能电器网络化开展趋势，有很好的使用远景，一起对电力网络中其他智能电器的规划也供给了必定的参阅。
