CN102170113B - 一种具有故障区间隔离的断路器控制器 - Google Patents

一种具有故障区间隔离的断路器控制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有故障区间隔离的断路器控制器，该断路器控制器包括有电流互感器(10)、电压调理单元(20)、滤波单元(30)、电压放大及跟随处理单元(40)、双核处理器(50)和无线收发单元(60)；电流互感器(10)用于采集12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；该Vin顺次经电压调理单元(20)、滤波单元(30)、电压放大及跟随处理单元(40)后，注入双核处理器(50)中进行故障区间隔离判断。本发明的断路器控制器通过相序、零序和断相断线的故障策略判断，实现了分界开关功能，能完成故障用户隔离闭锁，非故障区段正常供电，提高了配电系统的供电可靠性。

Description

一种具有故障区间隔离的断路器控制器
技术领域
本发明涉及一种应用于12KV电网系统的断路器控制器，更特别地说，是指一种具有故障区间隔离的断路器控制器。
背景技术
目前关于反时限继电保护器的标准有2种：IEC 255-3和IEEE Std C37.112。IEEE Std C37.112标准主要是针对北美的微机保护，目前国内应用较多的是IEC255-3标准。
在2010年1月20日，公开号CN 101630151A中公开了一种“基于双CPU的断路器智能控制器”。本控制器包括电源单元、采集单元、开入开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元。处理器单元采用双CPU结构，由DSP和ARM组成；采集单元中12通道模拟量采集同时采样，其采样精度为16位，开入开出单元包括16路开入量输入和16路开出量输出；通信单元以高速以太网为主要接口，其它扩展接口包括RS232、RS485和JTAG；电源单元中各供电回路单独对地；人机交互单元包括液晶显示屏和十字型按键。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有故障区间隔离的断路器控制器，通过在用户侧增加分界开关功能，实现了电网故障区段隔离闭锁，切除用户侧故障区段的功能，而且利用GSM模块实现了超远距离通信。在本发明中，采用具有分界开关功能断路器控制器的应用能够大大减少无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高用户的供电可靠性。并且还集成了断路器控制器的功能，应用范围更加广泛。
本发明设计的一种适用于12KV电网系统的具有故障区间隔离的断路器控制器，该断路器控制器电流互感器10、电压调理单元20、滤波单元30、电压放大及跟随处理单元40、双核处理器50和无线收发单元60；双核处理器50、与电流互感器10连接在12KV电网系统上；
所述的电流互感器10用于采集所述的12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；
所述的电压调理单元20用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V20输出；
所述的滤波单元30用于对抬高电压信号V20进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V30输出；
所述的电压放大及跟随处理单元40一方面用于对滤波后电压信号V30进行放大8倍采样处理，得到放大后电压信号VE40；另一方面用于对滤波后电压信号V30进行跟随处理，得到跟随滤波电压信号VF40；
所述的双核处理器50第一方面对接收到的放大后电压信号VE40和跟随滤波电压信号VF40进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVE40和数字量的跟随滤波电压信号DVF40；
所述的双核处理器50第二方面对DVE40采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVE40中每一个电压信号所对应的电流值IVE40；也对DVF40采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVF40中每一个电压信号所对应的电流值IVF40；
所述的双核处理器50第三方面依据故障类型策略对IVE40和IVF40进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号FBout；
所述的双核处理器50第四方面向所述的无线收发单元60发出触发指令DD50，使得双核处理器50中保存的故障数据信息通过无线收发单元60向用户发出；
所述的双核处理器50第五方面双核处理器50通过无线收发单元60接收用户下发的启动指令DD60，使得双核处理器50接收用户下发的操动信息。
本发明具有故障区间隔离的断路器控制器的优点在于：
①CPU能够同时对采集到的工作条件下的三相工作电流、工作零序电流、以及故障时的三相故障电流、零序故障电流进行不同功能的处理，提高了断路器控制器对电网系统的控制精度。
②本发明设计的断路器控制器通过GSM作为通讯模块，极大的提升了故障信息的传输距离的能力，实现超远距离通信。
③本发明设计的断路器控制器中相序电流保护分为三段定时限电流保护和基于耐热量降低原理的反时限电流保护。
④本发明设计的断路器控制器分别对不同故障进行识别，使得电网系统更地为用户端供电。
附图说明
图1是本发明断路器控制器的结构框图。
图2是本发明断路器控制器进行相序故障判断时的流程图。
图3是本发明断路器控制器进行断相断线故障判断时的流程图。
图4是本发明断路器控制器进行零序故障判断时的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明设计的一种适用于12KV电网系统的具有故障区间隔离的断路器控制器，该断路器控制器电流互感器10、电压调理单元20、滤波单元30、电压放大及跟随处理单元40、双核处理器50和无线收发单元60；双核处理器50、与电流互感器10连接在12KV电网系统上；
所述的电流互感器10用于采集所述的12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；
所述的电压调理单元20用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V20输出；
所述的滤波单元30用于对抬高电压信号V20进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V30输出；
所述的电压放大及跟随处理单元40一方面用于对滤波后电压信号V30进行放大8倍采样处理，得到放大后电压信号VE40；另一方面用于对滤波后电压信号V30进行跟随处理，得到跟随滤波电压信号VF40；
所述的双核处理器50第一方面对接收到的放大后电压信号VE40和跟随滤波电压信号VF40进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVE40和数字量的跟随滤波电压信号DVF40；
所述的双核处理器50第二方面对DVE40采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVE40中每一个电压信号所对应的电流值IVE40；也对DVF40采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVF40中每一个电压信号所对应的电流值IVF40；
所述的双核处理器50第三方面依据故障类型策略对IVE40和IVF40进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号FBout；
所述的双核处理器50第四方面向所述的无线收发单元60发出触发指令DD50，使得双核处理器50中保存的故障数据信息通过无线收发单元60向用户发出；
所述的双核处理器50第五方面双核处理器50通过无线收发单元60接收用户下发的启动指令DD60，使得双核处理器50接收用户下发的操动信息。
在本发明中，所述的电流信号Iin中包括有采集到的12KV电网系统中的A相工作电流Ia、B相工作电流Ib、C相工作电流Ic、工作零序电流Il，以及12KV电网系统出现故障时的A相故障电流IGA、B相故障电流IGB、C相故障电流IGC、故障零序电流IGl，电流信号Iin采用数学集合表达形式为Iin＝{Ia，Ib，Ic，Il，IGA，IGB，IGC，IGl}。
在本发明中，所述的电流信号Iin经电流互感器10后输出的电压信号Vin中包括有：
A相工作电压Va；
B相工作电压Vb；
C相工作电压Vc；
工作零序电压Vl；
A相故障电压VGA；
B相故障电压VGB；
C相故障电压VGC；
故障零序电压VGl；
电压信号Vin采用数学集合表达形式为Vin＝{Va，Vb，Vc，Vl，VGA，VGB，VGC，VGl}。
在本发明中，抬高电压信号V20包括有：
A相工作抬高电压CVa；
B相工作抬高电压CVb；
C相工作抬高电压CVc；
工作零序抬高电压CVl；
A相故障抬高电压CVGA；
B相故障抬高电压CVGB；
C相故障抬高电压CVGC；
故障零序抬高电压CVGl；
抬高电压信号V20采用数学集合表达形式为V20＝{CVa，CVb，CVc，CVl，CVGA，CVGB，CVGC，CVGl}。
在本发明中，滤波后电压信号V30包括有：
A相工作滤波电压DVa；
B相工作滤波电压DVb；
C相工作滤波电压DVc；
工作零序滤波电压DVl；
A相故障滤波电压DVGA；
B相故障滤波电压DVGB；
C相故障滤波电压DVGC；
故障零序滤波电压DVGl；
滤波后电压信号V30采用数学集合表达形式为V30＝{DVa，DVb，DVc，DVl，DVGA，DVGB，DVGC，DVGl}。
在本发明中，放大后电压信号VE40包括有：
A相工作8倍采样电压EV8a；
B相工作8倍采样电压EV8b；
C相工作8倍采样电压EV8c；
工作零序8倍采样电压EV8l；
A相故障8倍采样电压EV8GA；
B相故障8倍采样电压EV8GB；
C相故障8倍采样电压EV8GC；
故障零序8倍采样电压EV8Gl；
放大后电压信号VE40采用数学集合表达形式为VE40＝{EV8a，EV8b，EV8c，EV8l，EV8GA，EV8GB，EV8GC，EV8Gl}。
在本发明中，跟随滤波电压信号VF40包括有：
A相工作跟随电压FVa；
B相工作跟随电压FVb；
C相工作跟随电压FVc；
工作零序跟随电压FVl；
A相故障跟随电压FVGA；
B相故障跟随电压FVGB；
C相故障跟随电压FVGC；
故障零序跟随电压FVGl；
跟随滤波电压信号VF40采用数学集合表达形式为VF40＝{FVa，FVb，FVc，FVl，FVGA，FVGB，FVGC，FVGl}。
在本发明中，数字量的放大后电压信号DVE40包括有：
A相工作8倍采样数字电压DEV8a；
B相工作8倍采样数字电压DEV8b；
C相工作8倍采样数字电压DEV8c；
工作零序8倍采样数字电压DEV8l；
A相故障8倍采样数字电压DEV8GA；
B相故障8倍采样数字电压DEV8GB；
C相故障8倍采样数字电压DEV8GC；
故障零序8倍采样数字电压DEV8Gl；
数字量的放大后电压信号DVE40采用数学集合表达形式为DVE40＝{DEV8a，DEV8b，DEV8c，DEV81，DEV8GA，DEV8GB，DEV8GC，DEV8Gl}。
在本发明中，数字量的跟随滤波电压信号DVF40包括有：
A相工作跟随数字电压DFVa；
B相工作跟随数字电压DFVb；
C相工作跟随数字电压DFVc；
工作零序跟随数字电压DFVl；
A相故障跟随数字电压DFVGA；
B相故障跟随数字电压DFVGB；
C相故障跟随数字电压DFVGC；
故障零序跟随数字电压DFVGl；
数字量的跟随滤波电压信号DVF40采用数学集合表达形式为DVF40＝{DFVa，DFVb，DFVc，DFVl，DFVGA，DFVGB，DFVGC，DFVGl}。
在本发明中，数字量的放大后电压信号DVE40＝{DEV8a，DEV8b，DEV8c，DEV8l，DEV8GA，DEV8GB，DEV8GC，DEV8Gl}中各元素经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值采用集合表示为IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8Gb，IEV8GC，IEV8Gl}，其中：
A相工作8倍采样数字电压DEV8a经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8a；
B相工作8倍采样数字电压DEV8b经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8b；
C相工作8倍采样数字电压DEV8c经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8c；
工作零序8倍采样数字电压DEV8l经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8l；
A相故障8倍采样数字电压DEV8GA经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8GA；
B相故障8倍采样数字电压DEV8GB经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8GB；
C相故障8倍采样数字电压DEV8GC经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8GC；
故障零序8倍采样数字电压DEV8Gl经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IEV8Gl。
在本发明中，数字量的跟随滤波电压信号DVF40＝{DFVa，DFVb，DFVc，DFVl，DFVGA，DFVGB，DFVGC，DFVGl}中各元素经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值采用集合表示为IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}，其中：
A相工作跟随数字电压DFVa经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVa；
B相工作跟随数字电压DFVb经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVb；
C相工作跟随数字电压DFVc经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVc；
工作零序跟随数字电压DFVl经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVl；
A相故障跟随数字电压DFVGA经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVGA；
B相故障跟随数字电压DFVGB经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVGB；
C相故障跟随数字电压DFVGC经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVGC；
故障零序跟随数字电压DFVGl经3.53V/100A的电压转电流处理后对应的电流值记为IFVGl。
在本发明中，故障类型策略中包括的故障类型有：相序过流故障GZA、零序过流故障GZB、断相故障GZC和CT断线故障GZD。
在本发明中，正常工作条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为工作电流模型，该工作电流模型在双核处理器50进行模数转换、采样赋值、以及信息显示。
在本发明中，在有故障条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为故障电流模型，该故障电流模型在双核处理器50中会依据故障类型策略进行故障判断以及相关处理。故障类型策略的具体处理步骤有相序过流故障处理步骤、断相及CT断线故障处理步骤和零序过流故障处理步骤。
(一)相序过流故障处理步骤
参见图2所示，当IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}输入至所述的双核处理器50中后，相序过流故障处理执行步骤101，在步骤101中对IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}中的IFVGA，IFVGB，IFVGC进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmax-L；
在步骤102中，对SFVmax-L分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值SFVmax-L7、8倍电流值SFVmax-L8、9倍电流值SFVmax-L9；
当IVE40＝{IVE8a，IVE8b，IVE8c，IVE8l，IVE8GA，IVE8GB，IVE8GC，IVE8Gl}输入至所述的双核处理器50中后，相序过流故障处理执行步骤103，在步骤103中对IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC，IEV8Gl}中的IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmax-H；
在步骤104中，判断SFVmax-H是否在SFVmax-L7与SFVmax-L9之间，即SFVmax-L7＜SFVmax-H＜SFVmax-L9；若是，则将SFVmax-H赋值给第一判断电流值IXA；若不是(不是此范围SFVmax-L7与SFVmax-L9之间)，则执行步骤105；
在步骤105中，判断SFVmax-H的电流采样值是否溢出(溢出阈值512)，若溢出，则将SFVmax-L8赋值给第二判断电流值IXB；若没有溢出，则执行步骤106；
在步骤106中，将IXA与IXB作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量IXD＝min{IXA，IXB}；
在步骤107中，第一方面将IXA与电流设定值IX-in作比，若IXA＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-A；若IXA≤IX-in则双核处理器50不进行故障处理；或者
第二方面，将IXB与电流设定值IX-in作比，若IXB＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为
Figure BDA0000057247000000092
计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-B；若IXB≤IX-in则双核处理器50不进行故障处理；或者
第三方面，将IXD＝min{IXA，IXB}与电流设定值IX-in作比，若IXD＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为
Figure BDA0000057247000000093
计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-D；若IXD≤LX-in则双核处理器50不进行故障处理；
在步骤108中，第一方面将IEmax-A乘以有效值系数得到IEmax-A的有效值的最大电流值IMmax-A，然后将IMmax-A与IX-in作比，若IMmax-A＞IX-in则记录下故障时间及故障类型(即相序过流故障GZA)；若IMmax-A≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者
第二方面将IEmax-B乘以有效值系数得到IEmax-B的有效值的最大电流值IMmax-B，然后将IMmax-B与IX-in作比，若IMmax-B＞IX-in则记录下故障时间及故障类型(即相序过流故障GZA)；若IMmax-B≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者
第三方面将IEmax-D乘以有效值系数
Figure BDA0000057247000000103
得到IEmax-D的有效值的最大电流值IMmax-D，然后将IMmax-D与IX-in作比，若IMmax-D＞IX-in则记录下故障时间及故障类型(即相序过流故障GZA)；若IMmax-D≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；
在步骤109中，通过定时限和反时限的电流时间设置TIMEin(可以设置为2秒、或者5秒等)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束相序过流故障判断。
(二)断相及CT断线故障处理步骤
参见图3所示，当IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}输入至所述的双核处理器50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤201，在步骤201中对IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}中的IFVGA，IFVGB，IFVGC进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IFVGA，IFVGB，IFVGC中的之一小于A/D采样值IA/D(IA/D可以设定为3或者为10等)，判断为有故障；
当IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC，IEV8Gl}输入至所述的双核处理器50中后，断相及CT断线故障处理执行步骤202，在步骤202中对IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC，IEV8Gl}中的IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC不全部同时小于A/D采样值IA/D(IA/D可以设定为3或者为10等)，判断为有故障；也就是说，当IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC全部同时小于A/D采样值IA/D，则认为12KV电网无故障；
在步骤203中，若步骤202输出为有故障，则携同步骤201的故障执行步骤204；
在步骤204中，从IFVGA，IFVGB，IFVGC中选取出小于IA/D的相，然后对剩余的相进行电流值求和，得到非故障相的电流之和I总；
在步骤205中，对I总与断相阈值IY(IY＝1022～1028)作比，若I总与IY在作比32次中，有三分之二以上作比次数满足I总在IY的数值范围之内，则判断为断相故障GZC；其余为CT断线故障GZD；
在步骤206中，当为断相故障GZC时，通过断相电流时间设置TIMEXIN(可以设置为5秒)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束断相故障判断；若为CT断线故障GZD，在双核处理器50中进行指示灯提示。
(三)零序过流故障处理步骤
参见图4所示，当IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}输入至所述的双核处理器50中后，零序过流故障处理执行步骤301，在步骤301中提取出IVF40＝{IFVa，IFVb，IFVc，IFVl，IFVGA，IFVGB，IFVGC，IFVGl}中的IFVGl；
在步骤302中，对IFVGl分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值IFVGl-7、8倍电流值IFVGl-8、9倍电流值IFVGl-9；
当IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC，IEV8Gl}输入至所述的双核处理器50中后，零序过流故障处理执行步骤303，在步骤303中提取出IVE40＝{IEV8a，IEV8b，IEV8c，IEV8l，IEV8GA，IEV8GB，IEV8GC，IEV8Gl}中的IEV8Gl；
在步骤304中，判断IEV8Gl是否在IFVGl-7与IFVGl-9之间，即IFVGl-7＜IEV8Gl＜IFVGl-9；若是，则将IEV8Gl赋值给第三判断电流值IlA；若不是(不是此范围IFVGl-7与IFVGl-9之间)，则执行步骤305；
在步骤305中，判断IEV8Gl的电流采样值是否溢出(溢出阈值512)，若溢出，则将IFVGl-8赋值给第四判断电流值IlB；若没有溢出，则执行步骤306；
在步骤306中，将IlA与IlB作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量IlD＝min{IlA，IlB}；
在步骤307中，第一方面将IlA与零序电流设定值Il-in作比，若IlA＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZB)，然后进行延时处理；若IlA≤Il-in则双核处理器50不进行故障处理；或者
第二方面，将IlB与零序电流设定值Il-in作比，若IlB＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZB)，然后进行延时处理；若IlB≤Il-in则双核处理器50不进行故障处理；或者
第三方面，将IlD＝min{IlA，IlB}与零序电流设定值Il-in作比，若IlD＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和故障类型(即零序过流故障GZB)，然后进行延时处理；若IlD≤Il-in则双核处理器50不进行故障处理；
在步骤308中，通过零序定时限电流时间设置TIMEl-in(可以设置为30分钟、或者60分钟等)进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束零序过流故障判断。
在本发明中，零序故障判断与相电流故障以及断相断线故障判断是不同，一般情况下零序电流的故障处理时间很长(需要几十分钟甚至几小时)，因此没有必要每个采样周期(5/3ms)都进行延时处理，而是在采集完一个周波(20ms)零序电流后再进行延时处理，在几乎不影响延时精度的条件下节省采样周期的程序代码量。
在本发明中，电流互感器采用湖北天瑞电子有限公司生产的型号为TR0102-2SD传感器。无线收发模块采用WAVECOME公司生产的Q2403A芯片。电压调理单元采用运放芯片OP295。滤波单元采用运放芯片OP295及阻容电路组成巴斯沃特滤波器。电压放大及跟随单元采用运放芯片OP295。在电压放大及跟随单元中，放大8倍的采样值定义为采样高值，而另一个定义为采样低值，理论上同一个电流的采样高值应该为采样低值的8倍。如果得到的采样高值是采样低值的8倍，表明采样正确，取采样高值与8倍采样低值中的大值；如果得到的采样高值不是采样低值的8倍，这时有两种情况，若是采样高值溢出，表明过流倍数大于2.5倍，取8倍采样低值，否则表明出现了采样故障，取采样高值与8倍采样低值中的小值；
通常情况下，保护的线路的故障电流要求能够达到20倍过流，并且对电流的采样精度也有±5％的限制，而双核处理器选用MC9S12XDP512芯片，该芯片提供的是两个8通道的10位A/D转换精度的A/D转换器，显然应用常规的单通道A/D采样是无法同时满足采样倍数和采样精度的要求的，为此本控制器采用一种双精度放大电路来解决这个问题。本发明CPU采用的是飞思卡尔的MC9S12XDP512芯片，此芯片是面向工业应用而设计的，具有良好的数据采集能力和状态监测能力，可以实现高精度的模拟量采集和多路开入开出量，实现人机交互功能和通信功能。
要满足±5％的采样精度，故障电流最小值(即1倍过流值)的采样值至少需要8位(28＝256，采样精度为)，如果采用单通道采样，20倍过流的采样值则需要12到13位，显然微处理器MC9S12XDP512不能满足。但是当采样值为12或13位的时候采样精度已经远远超出要求了，本控制器相电流故障处理采用反时限特性曲线，其特点是延时时间在过流倍数较小的情况下变化比较明显，在过流倍数较大的情况下变化反而比较缓和，即较大过流倍数的电流值对采样精度的要求不高，可见外扩高采样精度的A/D转换器的实际意义不是很大。虽然微处理器MC9S12XDP512内置A/D转换器的采样精度不能达到要求，但是微处理器提供了丰富的A/D转换通道。

Claims (8)

1.一种具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：该断路器控制器包括有电流互感器（10）、电压调理单元（20）、滤波单元（30）、电压放大及跟随处理单元（40）、双核处理器（50）和无线收发单元（60）；
所述的电流互感器（10）用于采集12KV电网系统中的电流信号Iin，并将电流信号Iin转换成电压信号Vin输出；所述的电流信号Iin中包括有采集到的12KV电网系统中的A相工作电流Ia、B相工作电流Ib、C相工作电流Ic、工作零序电流Il，以及12KV电网系统出现故障时的A相故障电流IGA、B相故障电流IGB、C相故障电流IGC、故障零序电流IGl，电流信号Iin采用数学集合表达形式为Iin＝{Ia,Ib,Ic,Il,IGA,IGB,IGC,IGl}；所述的电流信号Iin经电流互感器（10）后输出的电压信号Vin中包括有A相工作电压Va、B相工作电压Vb、C相工作电压Vc、工作零序电压Vl、A相故障电压VGA、B相故障电压VGB、C相故障电压VGC、故障零序电压VGl，电压信号Vin采用数学集合表达形式为Vin＝{Va,Vb,Vc,Vl,VGA,VGB,VGC,VGl}；
所述的电压调理单元（20）用于对电压信号Vin进行稳压及抬高电压处理，得到抬高电压信号V20输出；抬高电压信号V20包括有A相工作抬高电压CVa、B相工作抬高电压CVb、C相工作抬高电压CVc、工作零序抬高电压CVl、A相故障抬高电压CVGA、B相故障抬高电压CVGB、C相故障抬高电压CVGC、故障零序抬高电压CVGl，抬高电压信号V20采用数学集合表达形式为V20＝{CVa,CVb,CVc,CVl,CVGA,CVGB,CVGC,CVGl}；
所述的滤波单元（30）用于对抬高电压信号V20进行高频滤波处理，得到滤波后电压信号V30输出；滤波后电压信号V30包括有A相工作滤波电压DVa、B相工作滤波电压DVb、C相工作滤波电压DVc、工作零序滤波电压DVl、A相故障滤波电压DVGA、B相故障滤波电压DVGB、C相故障滤波电压DVGC、故障零序滤波电压DVGl，滤波后电压信号V30采用数学集合表达形式为V30＝{DVa,DVb,DVc,DVl,DVGA,DVGB,DVGC,DVGl}；
所述的电压放大及跟随处理单元（40）一方面用于对滤波后电压信号V30进行放大8倍采样处理，得到放大后电压信号VE40；另一方面用于对滤波后电压信号V30进行跟随处理，得到跟随滤波电压信号VF40；
所述的放大后电压信号VE40包括有A相工作8倍采样电压EV8a、B相工作8倍采样电压EV8b、C相工作8倍采样电压EV8c、工作零序8倍采样电压EV8l、A相故障8倍采样电压EV8GA、B相故障8倍采样电压EV8GB、C相故障8倍采样电压EV8GC、故障零序8倍采样电压EV8Gl，放大后电压信号VE40采用数学集合表达形式为VE40＝{EV8a,EV8b,EV8c,EV8l,EV8GA,EV8GB,EV8GC,EV8Gl}；
所述的跟随滤波电压信号VF40包括有A相工作跟随电压FVa、B相工作跟随电压FVb、C相工作跟随电压FVc、工作零序跟随电压FVl、A相故障跟随电压FVGA、B相故障跟随电压FVGB、C相故障跟随电压FVGC、故障零序跟随电压FVGl，跟随滤波电压信号VF40采用数学集合表达形式为VF40＝{FVa,FVb,FVc,FVl,FVGA,FVGB,FVGC,FVGl}；
所述的双核处理器（50）第一方面对接收到的放大后电压信号VE40＝{EV8a,EV8b,EV8c,EV8l,EV8GA,EV8GB,EV8GC,EV8Gl}和跟随滤波电压信号VF40＝{FVa,FVb,FVc,FVl,FVGA,FVGB,FVGC,FVGl}进行模数转换，获得数字量的放大后电压信号DVE40＝{DEV8a,DEV8b,DEV8c,DEV8l,DEV8GA,DEV8GB,DEV8GC,DEV8Gl}和数字量的跟随滤波电压信号DVF40＝{DFVa,DFVb,DFVc,DFVl,DFVGA,DFVGB,DFVGC,DFVGl}；
所述的双核处理器（50）第二方面对DVE40＝{DEV8a,DEV8b,DEV8c,DEV8l,DEV8GA,DEV8GB,DEV8GC,DEV8Gl}采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVE40＝{DEV8a,DEV8b,DEV8c,DEV8l,DEV8GA,DEV8GB,DEV8GC,DEV8Gl}中每一个电压信号所对应的电流值IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}；对DVF40＝{DFVa,DFVb,DFVc,DFVl,DFVGA,DFVGB,DFVGC,DFVGl}采用电压与电流的转换处理，即3.53V/100A，得到所述电压DVF40＝{DFVa,DFVb,DFVc,DFVl,DFVGA,DFVGB,DFVGC,DFVGl}中每一个电压信号所对应的电流值IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}；
所述的双核处理器（50）第三方面依据故障类型策略对IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}和IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}进行故障类型判断，得到断路器的作动信号FBin；然后，断路器作出动作，并输出分合闸信号FBout；
所述的双核处理器（50）第四方面向所述的无线收发单元（60）发出触发指令DD50，使得双核处理器（50）中保存的故障数据信息通过无线收发单元（60）向用户发出；
所述的双核处理器（50）第五方面通过无线收发单元（60）接收用户下发的启动指令DD60，使得双核处理器（50）接收用户下发的操动信息。
2.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：所述的故障类型策略中包括的故障类型有：相序过流故障GZA、零序过流故障GZB、断相故障GZC和CT断线故障GZD。
3.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：在正常工作条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为工作电流模型，该工作电流模型在双核处理器（50）进行模数转换、采样赋值、以及信息显示。
4.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：在有故障条件下采集到的12KV电网系统的电流，称为故障电流模型，该故障电流模型在双核处理器（50）中会依据故障类型策略进行故障判断以及相关处理；故障类型策略的具体处理步骤有相序过流故障处理步骤、断相及CT断线故障处理步骤和零序过流故障处理步骤。
5.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：所述的相序过流故障处理步骤有：
当IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}输入至所述的双核处理器（50）中后，相序过流故障处理执行步骤101，在步骤101中对IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}中的IFVGA,IFVGB,IFVGC进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmax-L；
在步骤102中，对SFVmax-L分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值SFVmax-L7、8倍电流值SFVmax-L8、9倍电流值SFVmax-L9；
当IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}输入至所述的双核处理器（50）中后，相序过流故障处理执行步骤103，在步骤103中对IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}中的IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC进行电流瞬时值比较，提取出电流最大值SFVmax-H；
在步骤104中，判断SFVmax-H是否在SFVmax-L7与SFVmax-L9之间，即SFVmax-L7＜SFVmax-H＜SFVmax-L9；若是，则将SFVmax-H赋值给第一判断电流值IXA；若不是，则执行步骤105；
在步骤105中，判断SFVmax-H的电流采样值是否大于溢出阈值512，若溢出，则将SFVmax-L8赋值给第二判断电流值IXB；若没有溢出，则执行步骤106；
在步骤106中，将IXA与IXB作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量IXD＝min{IXA,IXB}；
在步骤107中，第一方面将IXA与电流设定值IX-in作比，若IXA＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为
Figure FDA00002957191200031
ms，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-A；若IXA≤IX-in则双核处理器（50）不进行故障处理；或者
第二方面，将IXB与电流设定值IX-in作比，若IXB＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为
Figure FDA00002957191200032
ms，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-B；若IXB≤IX-in则双核处理器（50）不进行故障处理；或者
第三方面，将IXD＝min{IXA,IXB}与电流设定值IX-in作比，若IXD＞IX-in则进行故障计数，一次计数周期为
Figure FDA00002957191200033
ms，计满6次，然后取出三相电流故障有效值的最大电流值IEmax-D；若IXD≤IX-in则双核处理器（50）不进行故障处理；
在步骤108中，第一方面将IEmax-A乘以有效值系数
Figure FDA00002957191200034
，得到IEmax-A的有效值的最大电流值IMmax-A，然后将IMmax-A与IX-in作比，若IMmax-A＞IX-in则记录下故障时间及相序过流故障GZA；若IMmax-A≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者
第二方面将IEmax-B乘以有效值系数
Figure FDA00002957191200041
得到IEmax-B的有效值的最大电流值IMmax-B，然后将IMmax-B与IX-in作比，若IMmax-B＞IX-in则记录下故障时间及相序过流故障GZA；若IMmax-B≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；或者
第三方面将IEmax-D乘以有效值系数
Figure FDA00002957191200042
得到IEmax-D的有效值的最大电流值IMmax-D，然后将IMmax-D与IX-in作比，若IMmax-D＞IX-in则记录下故障时间及相序过流故障GZA；若IMmax-D≤IX-in则进行断相及CT断线故障处理步骤；
在步骤109中，通过定时限和反时限的电流时间设置TIMEin进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束相序过流故障判断。
6.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：所述的断相及CT断线故障处理步骤有：
当IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}输入至所述的双核处理器（50）中后，断相及CT断线故障处理执行步骤201，在步骤201中对IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}中的IFVGA,IFVGB,IFVGC进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IFVGA,IFVGB,IFVGC中的之一小于A/D采样值IA/D，判断为有故障；
当IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}输入至所述的双核处理器（50）中后，断相及CT断线故障处理执行步骤202，在步骤202中对IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}中的IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC进行断相断线判断，所述的断相断线判断是指IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC不全部同时小于A/D采样值IA/D，判断为有故障；也就是说，当IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC全部同时小于A/D采样值IA/D，则认为12KV电网无故障；
在步骤203中，若步骤202输出为有故障，则携同步骤201的故障执行步骤204；
在步骤204中，从IFVGA,IFVGB,IFVGC中选取出小于IA/D的相，然后对剩余的相进行电流值求和，得到非故障相的电流之和I总；
在步骤205中，对I总与断相阈值IY作比，若I总与IY在作比32次中，有三分之二以上作比次数满足I总在IY的数值范围之内，则判断为断相故障GZC；其余为CT断线故障GZD；
在步骤206中，当为断相故障GZC时，通过断相电流时间设置TIMEXIN进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束断相故障判断；若为CT断线故障GZD，在双核处理器（50）中进行指示灯提示。
7.根据权利要求4所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：所述的零序过流故障处理步骤有：
当IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}输入至所述的双核处理器（50）中后，零序过流故障处理执行步骤301，在步骤301中提取出IVF40＝{IFVa,IFVb,IFVc,IFVl,IFVGA,IFVGB,IFVGC,IFVGl}中的IFVGl；
在步骤302中，对IFVGl分别进行采样7倍放大、采样8倍放大、采样9倍放大处理，得到7倍电流值IFVGl-7、8倍电流值IFVGl-8、9倍电流值IFVGl-9；
当IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}输入至所述的双核处理器（50）中后，零序过流故障处理执行步骤303，在步骤303中提取出IVE40＝{IEV8a,IEV8b,IEV8c,IEV8l,IEV8GA,IEV8GB,IEV8GC,IEV8Gl}中的IEV8Gl；
在步骤304中，判断IEV8Gl是否在IFVGl-7与IFVGl-9之间，即IFVGl-7＜IEV8Gl＜IFVGl-9；若是，则将IEV8Gl赋值给第三判断电流值IlA；若不是，则执行步骤305；
在步骤305中，判断IEV8Gl的电流采样值是否大于溢出阈值512，若溢出，则将IFVGl-8赋值给第四判断电流值IlB；若没有溢出，则执行步骤306；
在步骤306中，将IlA与IlB作比，选取电流最小的电流值作为电流对比量IlD＝min{IlA,IlB}；
在步骤307中，第一方面将IlA与零序电流设定值Il-in作比，若IlA＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障GZB，然后进行延时处理；若IlA≤Il-in则双核处理器（50）不进行故障处理；或者
第二方面，将IlB与零序电流设定值Il-in作比，若IlB＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障GZB，然后进行延时处理；若IlB≤Il-in则双核处理器（50）不进行故障处理；或者
第三方面，将IlD＝min{IlA,IlB}与零序电流设定值Il-in作比，若IlD＞Il-in则进行故障计数，一次计数周期为20ms，并记录故障时间和零序过流故障GZB，然后进行延时处理；若IlD≤Il-in则双核处理器（50）不进行故障处理；
在步骤308中，通过零序定时限电流时间设置TIMEl-in进行故障延时处理，若延时时间到，则输出断路器的作动信号FBin，使断路器实现分闸，结束零序过流故障判断。
8.根据权利要求1所述的具有故障区间隔离的断路器控制器，其特征在于：所述的双核处理器（50）选用MC9S12XDP512芯片。
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