傳統(tǒng)的真空斷路器操動機(jī)構(gòu)(電磁式和電動彈簧式) 是由復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械系統(tǒng)，其運(yùn)動時間分散性大，運(yùn)動可控性差，故障率也較高，且響應(yīng)速度慢，因此很難實(shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)動的精確控制。而一種結(jié)合電磁機(jī)構(gòu)和永久磁鐵的新型操動機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，使整個操作機(jī)構(gòu)只有一個運(yùn)行部件，就可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)斷路器機(jī)構(gòu)的全部功能。從永磁機(jī)構(gòu)的工作特性可以看出，永磁機(jī)構(gòu)的帶負(fù)荷特性非常接近真空斷路器的要求，斷路器在動作過程中驅(qū)動力越來越大，以滿足剛分剛合速度由小變大;且無需任何傳統(tǒng)的脫扣和鎖扣裝置，可直接和滅弧室相連，使開關(guān)機(jī)械系統(tǒng)可靠性大大提高;同時，可以減少觸頭彈跳，保證了操動機(jī)構(gòu)的高可靠性［1-2］。

　　本文在以永磁機(jī)構(gòu)為操作機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究了一種基于新型高性能DSP TMS320F2812 和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD) 實(shí)現(xiàn)的高壓真空斷路器智能控制裝置，以DSP 為主控芯片，較傳統(tǒng)的單片機(jī)控制具有較高的數(shù)據(jù)處理速度和較強(qiáng)的外部擴(kuò)展能力，極大地滿足了電力系統(tǒng)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)實(shí)時性要求。而用CPLD 實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制部分，比直接采用DSP 實(shí)現(xiàn)控制具有更高的抗干擾性能，而且只有CPLD 的工作會影響開關(guān)動作，因而有較高的可靠性。并且該裝置設(shè)置了系統(tǒng)監(jiān)控、安全聯(lián)鎖、故障報(bào)警、短路保護(hù)等多種保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了對真空斷路器的智能控制。斷路器智能控制的實(shí)現(xiàn)對提高電網(wǎng)自動化程度和數(shù)字化變電站的發(fā)展具有重要意義。

　　1 智能斷路器的工作原理

　　在IEC 62063 標(biāo)準(zhǔn)中對于智能斷路器設(shè)備的定義為:具有較高性能的斷路器和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有斷路器的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。智能操作斷路器是在現(xiàn)有斷路器基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再增加一個智能控制單元所構(gòu)成，有較好的兼容性。即智能操作斷路器的使用不一定要改變現(xiàn)有變電站和繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的各種功能，只是增加一些新的功能［3-4］。智能操作斷路器工作原理圖如圖1 所示。

　　具有智能操作功能的斷路器由數(shù)據(jù)采集、智能識別和調(diào)節(jié)裝置3 個模塊組成。智能斷路器的智能控制裝置能根據(jù)操作前所采集到的電網(wǎng)信息和主控制室發(fā)出的操作信號，自動識別當(dāng)次操作時斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài)，并根據(jù)事先對斷路器的仿真結(jié)果，決定對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信息，從而獲得在電氣和機(jī)械性能上的最佳分閘效果。當(dāng)系統(tǒng)故障由繼電保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號或操作人員發(fā)出操作信號后，智能操作斷路器首先啟動智能識別模塊工作，判斷當(dāng)前斷路器所處的工作條件，對調(diào)節(jié)裝置發(fā)出不同的定量控制信息而自動調(diào)整操動機(jī)構(gòu)的參數(shù)，以獲得與當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)相適應(yīng)的運(yùn)動特性，從而使斷路器動作。

　　2 智能控制裝置的設(shè)計(jì)

　　2. 1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)智能斷路器的工作原理，控制裝置應(yīng)滿足長期運(yùn)行可靠、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時采集線路上各個電參量、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、完成故障分析、隔離保護(hù)功能;具有遠(yuǎn)程通信功能系統(tǒng)自檢、安全聯(lián)鎖、故障報(bào)警及短路保護(hù)等功能。智能控制裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖如圖2 所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化思想，主要由DSP 主控模塊、數(shù)據(jù)采集及處理模塊、CPLD(MAX7000)智能控制模塊3部分組成。具體包括模擬信號的采集、模擬信號的調(diào)理、開關(guān)量驅(qū)動控制、DSP 與CPLD 接口、斷路器位移檢測、人機(jī)交互接口、與上位機(jī)的通信、系統(tǒng)故障報(bào)警、電源模塊、系統(tǒng)監(jiān)控部分等。

　　(1) 主控模塊設(shè)計(jì)。

　　DSP 主控模塊由DSP主控芯片(TMS320F2812)、人機(jī)接口和遠(yuǎn)程通信單元、儲能監(jiān)視、斷路器位移檢測控制單元等組成。主控模塊檢測到的信號有三相電壓、三相電流和斷路器所處的位移狀態(tài)。斷路器動觸頭從開始運(yùn)動到動靜觸頭導(dǎo)通之間的這段時間是固定的，根據(jù)這個時間即可計(jì)算出合閘啟動信號發(fā)出時所對應(yīng)時刻。而對于觸頭運(yùn)動的中間過程，速度與加速度都是未知的，如果參數(shù)發(fā)生變化，會導(dǎo)致預(yù)先測量的時間發(fā)生變化，這樣，合閘就可能出現(xiàn)在非預(yù)定時刻。因此，要做到準(zhǔn)確分合閘，就要對影響運(yùn)動時間的參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，并根據(jù)在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)實(shí)時調(diào)整控制量，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的控制目標(biāo)。觸頭間隙電壓和電流波形通過信號調(diào)理模塊進(jìn)入數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對信號進(jìn)行不間斷采樣。在接收到分合閘信號后，分合閘信號將調(diào)用分合閘子程序從而判斷發(fā)分合閘信號時間，可通過RS － 485 總線把參數(shù)上傳到控制中心，或者通過CPLD 模塊發(fā)出的中斷請求信號接收遙控分合閘命令。同時可以通過MAX232 進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，也可利用CAN 總線進(jìn)行組網(wǎng)。

　　(2) 數(shù)據(jù)采集與處理模塊。主要由模擬信號調(diào)理、邏輯控制與數(shù)字采集單元組成。為了提高精度，最好對系統(tǒng)的三相電壓和三相電流進(jìn)行交流同步采樣。在這里只用TMS320F2812 自帶的AD 采集單元即可完成采集任務(wù)，因此只需要設(shè)計(jì)模擬量的調(diào)理處理電路就可以輸入AD 通道。

　　( 3 ) CPLD 智能控制模塊。CPLD 采用MAX7000 系列。CPLD 完成開關(guān)量的輸入、運(yùn)行狀態(tài)的顯示、與DSP 的通信以及對外部電路的控制［5-6］。斷路器的狀態(tài)控制、開關(guān)的驅(qū)動電路、異步信號的輸入控制以及一些電壓監(jiān)控信號和開關(guān)狀態(tài)信號都直接和CPLD 有關(guān)。系統(tǒng)工作時，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化，CPLD 將發(fā)出中斷信號，由DSP 讀取狀態(tài)并作出相應(yīng)的處理或傳送給監(jiān)控中心。由于CPLD 生成的是硬件電路，因而具有較高的可