低压电器设备智能化发展探析

低压电器设备智能化发展探析
摘要：我国智能电网是以特高压作为骨干网络，包括发电、变电、调度、配电和用电等。

配电和用电的主要控制和保护装置是低压设备。

根据数据统计得知，当前95%的电力系统故障发生在配电侧，电力系统约80%的电能是通过电网低压端传输到用户并消耗。

本文主要分析了低压电器设备智能化发展措施。

关键词：低压电器；设备智能化；发展
1低压电器检测装备现状
1.1短路分断试验系统
短路分断试验系统经过了近60年的发展，设备的试验容量和测控方式都有了长足的进步。

国内的低压电器检测机构基本全部具备了短路分断能力试验设备，同时一些大型低压电器生产企业近几年也已经装备或正在建设短路分断能力试验室，因此短路分断试验系统已经成为产品认证试验和产品研发试验的必不可少的装备之一。

短路分断试验系统电源主要有两种:电网和冲击发电机。

其中，国内绝大部分检测机构和制造企业使用电网电源的试验系统，仅有个别检测机构采用了冲击发电机。

采用电网的试验系统结构较简单、试验过程更接近产品的使用情况，但由于对电网有冲击，因此大容量的试验系统很难通过供电局审批。

冲击发动机试验系统不用向供电局申请用电，但发电机组维护复杂，试验过程和产品实际应用有差距。

1.2特性试验系统
1.2.1电源系统
特性试验根据试验电流的大小可采用普通升流变压器系统和多磁路变压器系统。

试验容量小于50kVA时一般采用普通升流变压器系统，50kVA以上采用多磁路变压器系统。

多磁路变压器系统目前最大容量已经达到1920kVA，最大长期输出电流达到40kA。

目前，大多数试验系统试验电流的调节采用传统的调压器调压方式。

近几年，部分设备中采用了电子电源调压。

传统的调压器调压方式结构简单、成本低廉、过载能力较强，但调压速度慢、精度较差;电子电源调压速度快、精度高，但成本较高、过载能力差，由于采用PWM的原理存在谐波，易影响温升测量的精度。

1.2.2测控系统
特性试验系统的测控主要有两类:①长延时/温升试验的稳流控制和测量;②瞬动试验的选相合闸控制和瞬时电流测量。

长延时脱扣试验和温升试验通电时间较长，电流的稳定性是影响试验结果的主要因素之一，因此通常在长延时和温升试验系统中都会采用稳流控制。

传统的稳流控制方式是通过输出电流的反馈来调节调压器的电压，通过各种算法来控制输出电流稳定在给定值的附近。

这种稳流控制方式电路简单、成本较低，但响应速度慢、控制精度较差。

较先进的稳流控制方式是采用电子电源调压，通过输出电流反馈控制电子电源的输出电压。

这种控制方式成本高、响应速度快、精度高，但电源的谐波对温升试验会有影响。

传统的瞬动试验测控采用专用的瞬动试验测控仪。

该测控仪具有选相合闸功能和峰值电流测量功能，但不能进行谐波电流试验，且试验电流的计算只是简单的最高峰值除以，因此和实际的试验电流有差距。

一般用于企业的检测线或质量部门试验设备。

1.3电寿命和机械寿命试验系统
1.3.1电寿命试验系统由电源系统、负载阻抗和测控系统等组成电源和阻抗部
分和短路分断试验的设备基本相同(仅容量不同)，因此主要阐述测控系统的技术。

电寿命测控系统可分两种:多回路独立测控和多回路集中测控。

比较传统的方式是
多回路独立测控。

该方式是在多个回路的试验系统中每个回路单独配置测控系统，特点是测控方式简单、测控软件编程方便，但试验数据集中处理较困难，回路多
的情况下成本较高。

1.3.2机械寿命(可靠性)试验目前大部分都采用PLC控制，对试品的失效主要
是检测触头是否闭合来判断。

但新版的低压电器可靠性标准中对试品的失效是通
过测量触头的压降来判断，因此触头压降的测量成为机械寿命(可靠性)试验的一
个重要环节。

触头压降的测量需解决的问题是将微伏级的信号放大到普通数字表
或数据采集系统能接受的信号，因此高精度、低零漂、低温漂、高稳定性的小信
号放大器是触头压降测量中的一个关键部件。

目前，已研发出了这种信号放大器，为机械寿命(可靠性)试验系统提供了测量的保证。

2低压电器设备智能化发展
2.1智能化低压电器设备通信设计
2.1.1下位机通信软件设计
下位机通信模块主要是为了实现对智能化低压电器设备当中的数据交换，经
过此模块里面的通信软件能把系统运行时所对的参数传输到上位机，进而上位机
就可以依据这些数据发送相关的指令给下位机，该通信程序主要是结合MODBUS
总线通信协议进行的。

在下位机进行通信时，系统先要将收到的MODBUS总线相关通信信息数据进
行结合，对它实行CRC校对，如果得到检验正确的结果就需要对数据进行解析，
然后做出相应的反应，得到应答信息。

否则就需要将数据舍去。

2.1.2上位机通信软件设计
上位机对应的通信模块重点达成的便是与DSP中心控制模块的连接，结合上
位机通信软件实现对电流与电压还有功率等信息数据的搜集，将上位机通信相关
软件进行结合，系统用户可以针对下位机实行操控以及运作，设计出功能较为完备、界面观赏性强与稳定持续性强的上位机通信应用软件能达成对低压电器设备
智能化的远程控制、检测以及调节。

2.2智能化低压电器设备软件设计
2.2.1低压电器的保护功能设计
低压电器的智能操控器对于信号实行取样之后，通过FFT求解解析，利用所
获得的电流对应有效值进行判别是否需实行三段电流维护断开子程序，且通过DSP的高性能计算特性进而达成对应的维护性能。

短路短延时维护以及短路瞬时
维护完成经历相比较而言较简单，重点是依据所检测到的电流对应有效值的详细
大小，通过直接或者是定时器进行延时来维护动作。

过载维护达成流程比较繁杂，重点还是依据总计热效应实行判别而且实行相对应操控。

2.2.2电网电参数计算设计
电力系统在正常进行运作期间时，大部分都是运用快速傅里叶变换（FFT），
它是属于离散傅里叶变换（DFT）的高效益运算，它的运算量相对而言比较小要
比DFT：本文选择了快速傅里叶变换（FFT）算法计算各种电参数。

2.3智能化低压电器设备硬件设计
2.3.1硬件总体结构
结合智能型低压电器自动采集设备参数信息以及电路控制的设计目标，在进
行低压电器的智能化设计时，选择合适的电路结构以及合适的元器件，从而满足设备的内部运算能力、参数监控测量以及EMC等要求。

2.3.2核心控制模块设计
这里选择了TMS320F28335型号DSP芯片来当作是硬件系统里面的重点处理器，这一款芯片属于TI公司进行研发出的一种含有比较高价值比的浮点类型DSP 芯片。

相对于传统化类型的定点DSP芯片，浮点DSP芯片的运算精度高，价格也比较合理，处理运行速度也比较快，功耗比较低，功能相关接口较为丰富，芯片里面的存储空间比较大，A/D转换位数也较高，特别是在实行快速傅里叶变换（FFT）等繁杂求解期间，处理速率以及运算精确度均有着极大提高。

结语
本文主要结合当前低压电器智能化发展的趋势，研究和设计了一种基于DSP 芯片的智能化低压电器设备。

通过在低压电器设备当中融合DSP控制技术，实现对低压电器的集成控制，实现低压电器的智能化的发展，从而更好的保护电网，促进电网智能化的进一步发展。

参考文献
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