摘 要 采用单片机(89C51)作为10kV户外真空分段器的控制核心元件，介绍了控制器的软硬件总体设计。
关键词 单片微机 分段器 控制
1 引言
分段器具有分合额定电压及以下负荷电流的能力，它与重合器或具有重合闸功能的断路器相 配合，可广泛应用于中压配电系统中，使配电系统能够自动地判断、识别和隔离故障区段，保证非故障区的正常供电，从而尽可能地减少因故障而造成的停电时间和停电范围。
目前，我国无论是引进还是自行开发的分段器，其控制装置大都采用分立电子元件构成，它 存在着功能单一、灵活性较差的缺点，难以适应配电系统自动化程度日益提高的需要。因此我们研制了一种用单片机作为电子控制器的新型真空分段器，它具有功能强、硬件体积小、软件更改方便等特点，使控制更为灵活，操作更加简单。
2 分段器的基本工作原理
分段器按照其工作原理及功能可分为电压-时间式、开环-联络式和电流-脉冲计数式三种类型。采用单片机设计开发的电压-时间式分段器在10kV配电系统中的应用如图1所示。
图1 电压-时间式分段器的应用
图1中，QF为重合器或装有继电保护装置的断路器；QFD1、QFD2、QFD3 为三个分段器；TV1、TV2、TV3为三个电压互感器。
当线路中K点发生短路故障时，QF动作掉闸，线路失压，QFD1、QFD2、QFD3也跟着分闸；当QF重合之后，电压恢复，QFD1、QFD2也按一定时间间 隔分段合闸送电，由于K点发生的短路故障尚未消除，当此处的QFD3闭合后，又使QF再次掉闸，QFD1、QFD2、QFD3也再次分闸；再合QF，由于是QF D3合闸时才引起的再次失电，已超过了QFD1、QFD2的合闸闭锁时限(它们已解锁复位)，QFD1、QFD2可正常合闸，但尚在QFD3的合闸闭锁时间内，故QFD3闭锁于分闸状态，从而自动切除了故障点。
3 分段器的主要技术指标及功能
在现有10kV分段器的基础上对其控制装置进行技术改造，用单片机89C51作为核心控制元件 代替继电器等分立元件构成新型的电子控制器。该分段器的主要技术指标及功能如下。
(1)主回路额定电压10kV，最高工作电压11.5kV。
(2)主回路额定电流400A，额定短路开断电流31.5kA(峰值)。
(3)控制回路额定为交流110V。
(4)合闸延迟时间1～10s。
(5)闭锁复位时间1～4s。
(6)具有手动、自动操作方式。
(7)可以进行参数设置和显示。
(8)单片机具有掉电保护功能，电源恢复供电时，可自动上电复位。
4 分段器电子控制系统的硬件设计
图2为该分段器控制系统的总体硬件结构框图，它分为以下几个主要组成部分。
图2 硬件结构图
(1)真空负荷开关本体 真空负荷开关属于电磁式，它由操作机构的贮能弹簧、传动装置、 贮能电动机、分闸线圈及三相主、辅触头构成。使用安装在机构箱外的手柄让弹簧贮能，可直接用手力人工进行分合闸操作，无需经过贮能电动机和分闸线圈。
(2)电源部分 由电压互感器经分段器进线侧引入交流110V电压，提供分、合闸操作所需要 的 能量；交流110V电压经过隔离、整流、滤波产生+5V的直流电压供单片机使用；同时，+5V的 电压经直流变换器得到+12V的电压作为单片微机系统输入、输出电路的工作电源，供按钮、指示灯、继电器等元件使用。
(3)输入输出部分 输入部分包括键盘与状态检测。通过键盘上的工作方式选择开关，可以 使 分段器处于自动或手动状态。手动状态下，可置入运行参数，电压-时间型分段器有两个重要参数，一个是得电延迟时间，简称T1；一个是合闸后计时闭锁复位时间，简称T2， 要求T1＞T2。为便于用户随时设定和修改T1、T2，在键盘上设置了拨码开关，应用软件编程可以很方便地更正和查看这两个参数。
单片机发出的分、合闸及闭锁信号一方面经输出隔离电路点亮相应的状态指示灯，另一方面 经分、合闸驱动电路控制合闸线圈或合闸电动机，完成分段器的电动分、合闸操作。
(4)单片微处理器系统 单片微处理器系统包括89C51芯片、电源检测与复位电路及I/O电路。 单片微处理器由外部电路获得输入信号，经内部软件程序判断与处理，输出分合闸及闭锁信号。当单片机经电源检测电路得到失压信号时立即发出分闸指令，由分闸线圈控制电磁铁完成分闸动作。
为保证分段器在掉电情况下能完成分闸及闭锁功能并保存断电时的现场信息，电路的设计上 采取了以下措施。
①当电源检测电路监测到掉电信号时，通过单片机上的INT1向CPU发中断申请，由于贮能电 容的延时供电，使单片机可以从容地将分段器现场的工作状态信息送入片内RAM保存，在电源恢复供电以前，靠电池对RAM供电。
②分闸线圈的控制电路中设有充电电容。线路正常供电时，该电容处于浮充电状态，一旦收 到自动或手动分闸信号，该电容器向分闸线圈提供能量。
③单片机使用的+5V电源和输入输出电路使用的+12V电源正常情况下由电网电源供电。当电 网出现故障而断电时，贮能电容可短时供电，在这一段时间里，单片机输出分闸闭锁信号，经输出驱动电路控制分闸线圈，使分段器可靠地分闸断电。
5 软件设计
系统软件的设计是紧紧围绕硬件电路进行的，软件部分的主要功能是经输入电路接受键盘命令、检测电源信号、分段器工作状态等，根据实际情况进入相应的监控程序。图3给出软件控制流程图。
图3 软件流程图
6 结束语
随着配电系统自动化程度的提高，开关电器正逐步向智能化方向发展。本文介绍的方案已通过实验调试，它具有控制装置体积小、重量轻、软件 更改灵活、工作稳定可靠等优点，是一种新型智能化开关。
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