新型结构的直流断路器及其测控系统的研究
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摘要
直流断路器是直流供电系统中极其重要的保护设备。本论文研究的新型智能直流断路器，其核心部分是基于单片机和微电子技术的快速检测与控制单元，而操动装置是在传统结构的基础上进行了改进，即采用单机构同步操动，利用电流转移原理来实现直流分断。
本论文的研究内容包括测控单元的硬件、软件设计，新型断路器操动装置的改进设计以及断路器的整体样机调试试验等内容。
测控单元的硬件设计中采用高精度线性光耦和光耦开关实现信号前向通道的隔离放大与指令信号的隔离输出，有效地实现了系统的隔离抗干扰；软件设计采用C51语言进行模块化设计，短路判据采用电流幅值与上升率相结合的快速算法，并采用了复合数字滤波等软件抗干扰措施；操动装置采用永磁机构和同步联动结构，大大提高了断路器的可靠性和可控性。根据上述设计完成了实验样机和控制系统，在合成回路上进行了测控单元与新型断路器的配合试验，验证了此新型智能直流断路器设计的合理性合先进性。
随着科技的不断进步和电力系统的发展要求，智能直流断路器将会得到更广泛的应用。
DC circuit breakers are the most important protection equipments for DC power system._A new-type intelligent circuit DC breaker is studied in this thesis. Its intelligent core is a fast measure and control module based on Single-chip microcomputer and microelectronic technique, its operating-device is improved on the basis of traditional structure-, adopting simultaneous operation with a single machine and utilizing the current commutation principle to realize DC broken.
Research works in the thesis include hardware and software designs of a measure and control unit, the improvements of operating-device design and test of the whole machine device, etc.
The hardware designs of the module adopt high-linearity analog Optic-couplers and Optic-coupler-switches to realize input-signal amplified isolating and the isolation of output signal effectively. Software is designed in C51 language and short criterion adopts amplitude of current combining with its rising rate, and anti-interferences measures of the software, such as digital filtration, -are adopted. The novel, practical structure with permanent magnetic machine has improved the dependability and controllability of the circuit breaker greatly. A sample system was set up. Experiments cooperated with measure and control unit have proved that the new-type intelligent DC circuit breaker's design reasonable.
With constant progressive of science and technology and demands of power system, intelligent DC circuit breakers will get deeply developed.
本论文的研究内容包括测控单元的硬件、软件设计，新型断路器操动装置的改进设计以及断路器的整体样机调试试验等内容。
测控单元的硬件设计中采用高精度线性光耦和光耦开关实现信号前向通道的隔离放大与指令信号的隔离输出，有效地实现了系统的隔离抗干扰；软件设计采用C51语言进行模块化设计，短路判据采用电流幅值与上升率相结合的快速算法，并采用了复合数字滤波等软件抗干扰措施；操动装置采用永磁机构和同步联动结构，大大提高了断路器的可靠性和可控性。根据上述设计完成了实验样机和控制系统，在合成回路上进行了测控单元与新型断路器的配合试验，验证了此新型智能直流断路器设计的合理性合先进性。
随着科技的不断进步和电力系统的发展要求，智能直流断路器将会得到更广泛的应用。
DC circuit breakers are the most important protection equipments for DC power system._A new-type intelligent circuit DC breaker is studied in this thesis. Its intelligent core is a fast measure and control module based on Single-chip microcomputer and microelectronic technique, its operating-device is improved on the basis of traditional structure-, adopting simultaneous operation with a single machine and utilizing the current commutation principle to realize DC broken.
Research works in the thesis include hardware and software designs of a measure and control unit, the improvements of operating-device design and test of the whole machine device, etc.
The hardware designs of the module adopt high-linearity analog Optic-couplers and Optic-coupler-switches to realize input-signal amplified isolating and the isolation of output signal effectively. Software is designed in C51 language and short criterion adopts amplitude of current combining with its rising rate, and anti-interferences measures of the software, such as digital filtration, -are adopted. The novel, practical structure with permanent magnetic machine has improved the dependability and controllability of the circuit breaker greatly. A sample system was set up. Experiments cooperated with measure and control unit have proved that the new-type intelligent DC circuit breaker's design reasonable.
With constant progressive of science and technology and demands of power system, intelligent DC circuit breakers will get deeply developed.
引文
[1] 万绍尤．低压智能型断路器国内外当前状况．江苏电器，2001，3：5-8
[2] 林国庆，张培铭，张冠生．低压断路器智能化综述．电气开关，1996，6：3-6
[3] 陈振生．智能化高压电器．电气开关，1998，5
[4] 万绍尤．低压智能型断路器国内外当前状况．江苏电器，2001，3：5-8
[5] 王富东，王家善等．智能化断路器的开发．低压电器，2000，2：13-17
[6] 袁铎宁．中压断路器智能化测控单元的研制．西安交通大学，硕士学位论文，1996
[7] 邹积岩，王毅．开关智能化的概念与相关的理论问题．高压电器，2000，6：14-16
[8] 贾臻．电力系统中中压和低压断路器智能监控单元的研制．西安交通大学，硕士学位论文，1998
[9] 王章启，李喜桂．关于开关电器的智能化．高压电器，1999，35(3)：46-48
[10] B. L. Sheng. A New Synthetic Test Circuit for Ultra High Voltage Circuit Breakers. IEEEPWRD, Oct 1997, 12(4): 1514-1519
[11] Pieter H. Schavenaker. Digital Testing Of High-Voltage Circuit Breakers. IEEE Computer Application in Power. April2000, 52-56
[12] 吕钢．国产DS18型直流快速断路器的结构特点与维护．鞍钢技术，2001，5：66-68
[13] 孙世双，郑益慧，张文荣，叶芃生．低压断路器智能控制装置可靠性研究．电力自动化设备，2002，22(7)：23-26
[14] 卓乐友，陈巩，刘百震，南寅．低压直流断路器的性能和应用．中国电力，1998，31(6)： 68-69
[15] 陈春，乔巍，叶芃生．基于单片机的智能型低压断路器．电力自动化设备，2003，23(2)：49-51
[16] HEWLETT PACKARD公司资料手册
[17] 赵昕，刘洪涛．高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用．国外电子元器件，2003，2：24-25
[18] 阳勇，熊会．光电耦合器在电源技术中的应用．国外电子元器件，2002，5：68-69
[19] 吕勇军．模拟光耦HCNR201及在数据采集系统中的应用．国外电子元器件，2003，4： 68-69
[20] 邱关源．电路．北京：人民教育出版社，1982第二版：167-170
[21] 何立民．单片机应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1997
[22] 董恩源，杜广波，邹积岩，袁铎宁．新型直流断路器在短路故障保护中的应用．电工技术杂志，2003，11：29-31
[23] 高惠平．串行ADC TLC2543与单片机的接口．电子世界，2003，5：35
[24] 朱元清．TLC2543 11通道工2位串行A／D转换器的原理与应用．电子技术应用．1998，10：66-68
[25] 肖伸平．带串行控制和11路输入的模数转换器TLC2543及应用．国外电子元器件，2000，1：13-15
[26] 黄晓兵，王立琦．串行LED显示驱动器MAX7219．电测与仪表，2000，12：50-52
[27] 陈增辉，刘西玲．使用MAX7219时应注意的几个问题．国外电子元器件，2002，11：22-24
[28] MAXIM公司．MAXIM产品数据手册．2001
[29] 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001．129-132
[30] 孙涵芳．单片机原理及其应用．北京：北京航空航天大学出版社，2002．163
[31] 王三胜，徐茵，顾彪，杨大智．MAX813LT作原理及其在51单片机系统抗干扰中的应用．工业仪表与自动化装置，2001，3：53-56
[32] 张兆臣，刘晓峰，王春风．基于MAX813L芯片的单片机系统的抗干扰设计．微计算机信息，1999，3：74-75
[33] 陈晓宁，马志瀛，苏方春．超高压智能操作断路器智能控制单元的研究．电网技术，2000，24(5)：45-47
[34] 马建明．数据采集与处理．西安：电子科技大学出版社，1998．326
[35] 傅扬烈．单片机原理与应用教程．北京：电子工业出版社，2002，193-194
[36] 孙传友．测控电路及装置．北京：北京航空航天大学出版社，2002．36
[37] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1998，223
[38] 王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京：北京航空航天大学出版杜，1999
[39] 何立民．单片机应用技术选编工．北京航空航天大学出版社，1998
[40] 蒋世祥，黄文胜．单片机系统实用抗干扰设计．科技通报，2001，7：60-63
[41] 张金波，顾秀娟．单片机系统常见干扰及抗干扰措施．煤矿自动化，2001，6：40-42
[42] 黄再银，李丽．单片机应用系统中的干扰抑制技术．电子产品世界，2002，11：46-48
[43] Berizzi A, Silvestri A, Zaninelli D, et al. Short circuit Current Calculation fo rDC System. IEEE Trans on Industry Application, 1996, 32 (5): 990-997
[44] 董斌．地铁直流牵引供电系统中的di／dt和△I保护．机车电传动，2003，3：38-40
[45] DC Short-circuit Current Analysis for System with Static Sources. IEEE Transon Industry Application, 1999, 35(1): 144-1514
[46] 邵贝贝．单片机系统可靠性技术及发展．电子产品世界，1999，8：32-34
[47] 张毅刚等．MCS-51单片机应用设计．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996．56
[48] 蒋萌辉，詹仕华．基于单片机测控系统抗干扰的软件设计．福州大学学报(自然科学版)，2001，29(8)：83-85
[49] 杨旭雷，张浩，王鹏光．智能型断路器测控单元的软硬件设计．电力自动化设备，2002，22(7)：35-37
[50] 张阿南．一种智能断路器．煤炭技术，1996，4：42-46
[51] Pieter H. Schavenaker. Digital Testing Of High-Voltage Circuit Breakers. IEEE Computer Application in Power. April2000, 52-56
[52] M.I.Lai. Mechanical Failure Detection of Circuit Breakers. IEEEPWRD, October1988, 3(4): 1724-1731
[53] 徐国政．高压断路器原理和应用．北京：清华大学出版社，2003．216
[54] (美)李天和(Lee，T．H) 编著．《大功率开关装置的物理基础与工程应用》．北京：电力工业出版社，1982．204-205
[55] 付万安，宋宝韫．高压断路器永磁操动机构的研究，中国电机工程学报，2000，8：
52-55
[56] 李冶，张力超，林莘．也谈永磁机构，高压开关行业通讯，2000，1：23-25徐
[2] 林国庆，张培铭，张冠生．低压断路器智能化综述．电气开关，1996，6：3-6
[3] 陈振生．智能化高压电器．电气开关，1998，5
[4] 万绍尤．低压智能型断路器国内外当前状况．江苏电器，2001，3：5-8
[5] 王富东，王家善等．智能化断路器的开发．低压电器，2000，2：13-17
[6] 袁铎宁．中压断路器智能化测控单元的研制．西安交通大学，硕士学位论文，1996
[7] 邹积岩，王毅．开关智能化的概念与相关的理论问题．高压电器，2000，6：14-16
[8] 贾臻．电力系统中中压和低压断路器智能监控单元的研制．西安交通大学，硕士学位论文，1998
[9] 王章启，李喜桂．关于开关电器的智能化．高压电器，1999，35(3)：46-48
[10] B. L. Sheng. A New Synthetic Test Circuit for Ultra High Voltage Circuit Breakers. IEEEPWRD, Oct 1997, 12(4): 1514-1519
[11] Pieter H. Schavenaker. Digital Testing Of High-Voltage Circuit Breakers. IEEE Computer Application in Power. April2000, 52-56
[12] 吕钢．国产DS18型直流快速断路器的结构特点与维护．鞍钢技术，2001，5：66-68
[13] 孙世双，郑益慧，张文荣，叶芃生．低压断路器智能控制装置可靠性研究．电力自动化设备，2002，22(7)：23-26
[14] 卓乐友，陈巩，刘百震，南寅．低压直流断路器的性能和应用．中国电力，1998，31(6)： 68-69
[15] 陈春，乔巍，叶芃生．基于单片机的智能型低压断路器．电力自动化设备，2003，23(2)：49-51
[16] HEWLETT PACKARD公司资料手册
[17] 赵昕，刘洪涛．高线性模拟光耦HCNR201原理及其在检测电路中的应用．国外电子元器件，2003，2：24-25
[18] 阳勇，熊会．光电耦合器在电源技术中的应用．国外电子元器件，2002，5：68-69
[19] 吕勇军．模拟光耦HCNR201及在数据采集系统中的应用．国外电子元器件，2003，4： 68-69
[20] 邱关源．电路．北京：人民教育出版社，1982第二版：167-170
[21] 何立民．单片机应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1997
[22] 董恩源，杜广波，邹积岩，袁铎宁．新型直流断路器在短路故障保护中的应用．电工技术杂志，2003，11：29-31
[23] 高惠平．串行ADC TLC2543与单片机的接口．电子世界，2003，5：35
[24] 朱元清．TLC2543 11通道工2位串行A／D转换器的原理与应用．电子技术应用．1998，10：66-68
[25] 肖伸平．带串行控制和11路输入的模数转换器TLC2543及应用．国外电子元器件，2000，1：13-15
[26] 黄晓兵，王立琦．串行LED显示驱动器MAX7219．电测与仪表，2000，12：50-52
[27] 陈增辉，刘西玲．使用MAX7219时应注意的几个问题．国外电子元器件，2002，11：22-24
[28] MAXIM公司．MAXIM产品数据手册．2001
[29] 王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社，2001．129-132
[30] 孙涵芳．单片机原理及其应用．北京：北京航空航天大学出版社，2002．163
[31] 王三胜，徐茵，顾彪，杨大智．MAX813LT作原理及其在51单片机系统抗干扰中的应用．工业仪表与自动化装置，2001，3：53-56
[32] 张兆臣，刘晓峰，王春风．基于MAX813L芯片的单片机系统的抗干扰设计．微计算机信息，1999，3：74-75
[33] 陈晓宁，马志瀛，苏方春．超高压智能操作断路器智能控制单元的研究．电网技术，2000，24(5)：45-47
[34] 马建明．数据采集与处理．西安：电子科技大学出版社，1998．326
[35] 傅扬烈．单片机原理与应用教程．北京：电子工业出版社，2002，193-194
[36] 孙传友．测控电路及装置．北京：北京航空航天大学出版社，2002．36
[37] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1998，223
[38] 王福瑞．单片微机测控系统设计大全．北京：北京航空航天大学出版杜，1999
[39] 何立民．单片机应用技术选编工．北京航空航天大学出版社，1998
[40] 蒋世祥，黄文胜．单片机系统实用抗干扰设计．科技通报，2001，7：60-63
[41] 张金波，顾秀娟．单片机系统常见干扰及抗干扰措施．煤矿自动化，2001，6：40-42
[42] 黄再银，李丽．单片机应用系统中的干扰抑制技术．电子产品世界，2002，11：46-48
[43] Berizzi A, Silvestri A, Zaninelli D, et al. Short circuit Current Calculation fo rDC System. IEEE Trans on Industry Application, 1996, 32 (5): 990-997
[44] 董斌．地铁直流牵引供电系统中的di／dt和△I保护．机车电传动，2003，3：38-40
[45] DC Short-circuit Current Analysis for System with Static Sources. IEEE Transon Industry Application, 1999, 35(1): 144-1514
[46] 邵贝贝．单片机系统可靠性技术及发展．电子产品世界，1999，8：32-34
[47] 张毅刚等．MCS-51单片机应用设计．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1996．56
[48] 蒋萌辉，詹仕华．基于单片机测控系统抗干扰的软件设计．福州大学学报(自然科学版)，2001，29(8)：83-85
[49] 杨旭雷，张浩，王鹏光．智能型断路器测控单元的软硬件设计．电力自动化设备，2002，22(7)：35-37
[50] 张阿南．一种智能断路器．煤炭技术，1996，4：42-46
[51] Pieter H. Schavenaker. Digital Testing Of High-Voltage Circuit Breakers. IEEE Computer Application in Power. April2000, 52-56
[52] M.I.Lai. Mechanical Failure Detection of Circuit Breakers. IEEEPWRD, October1988, 3(4): 1724-1731
[53] 徐国政．高压断路器原理和应用．北京：清华大学出版社，2003．216
[54] (美)李天和(Lee，T．H) 编著．《大功率开关装置的物理基础与工程应用》．北京：电力工业出版社，1982．204-205
[55] 付万安，宋宝韫．高压断路器永磁操动机构的研究，中国电机工程学报，2000，8：
52-55
[56] 李冶，张力超，林莘．也谈永磁机构，高压开关行业通讯，2000，1：23-25徐