基于CAN总线的智能断路器网络模型

延时脱扣电流整定值Isd、短延时时间整定值tsd及瞬时脱扣电流值Ii进行调整，其中，过载长延时保护是反时限保护，动作时间与故障电流平方成反比，当延时时间一到，若实际测得的故障电流值仍大于整定值，即执行脱扣动作。短路短延时保护特性为定时限保护，当短路电流大于8Ir时，定时器启动，设定的动作时间一到，即执行脱扣动作，不受电流影响。短路瞬动保护为定时限保护，若在某些场合不需要短路瞬动保护，可以关闭此功能。

图3 断路器三段保护曲线.

断路器三段保护算法的程序流程图如图4 所示。依照优先级由高到低，依次是短路瞬动保护、短路短延时保护、过载长延时保护判断。首先通过CAN 总线接收上一级发送的参数整定值，微处理器调用定时中断处理程序对电流值采样，由采样所得一个周期的电流值计算出电流有效值，进入三段电流保护程序，与各种保护电流整定值依次比较，确定不同的保护动作，并将控制信息通过CAN 总线传送到上一级。

图4 三段保护程序流程图.

3 配电所主控制室级

3. 1 断路器主控制室的连锁保护功能

在变电站中，都设有主控制室，通过监控对低压开关室的各级断路器进行协同控制，形成连锁保护。电气主接线采用单母线分段形式，有母线断路器QF1、QF2，母联断路器QF5，分支断路器QF3、QF4、QF6、QF7，这些断路器所处位置不同，如果参数设置值相互独立，发生故障时可能造成上下级线路同时断开，会影响其他分支线路正常供电，而启动连锁保护后，依照断路器间逻辑关系，通过约束设备间动作时间，可以实现故障影响区域最小化，持续供电最优化的经济效果，如图5所示。如过载或短路故障时，设置下级断路器动作时间整定值使其迅速动作，而上一级离故障点最近的断路器必须延时动作，以确保下级断路器能清除故障，在下级断路器保护失效时，上一级断路器再执行后备保护。

3. 2 CAN-TCP /IP 协议转换电路

如图5 所示，在变电站主控制室设计了基于ARM7 嵌入式处理器的协议转换电路，将带有CAN 总线接口的智能断路器接入以太网，不仅可完成断路器的实时监控，也便于与上一级电力调度中心的通信。电路设计中，选用ARM 核微控制器STR710FZ2T6 实现协议转换，优点是功耗低、性能高、性价比高，同时支持CAN2. 0 协议和TCP /IP 协议规范。其内部集成有CAN 模块，位速率最高可达1 Mb /s。外接的网络控制芯片CS8900A 是一款低功耗、性能优越的16 bit 以太网控制器，通信速率10 Mb /s，负责处理以太网数据帧的发送和接收。

图5 CAN-TCP/IP 协议转换电路.

3. 3 CAN-TCP /IP 协议转换流程

　　工业以太网采用TCP /IP 协议族，CAN 和TCP /IP 网络是通信协议完全不同的异质网络，若想完成之间的信息交换，实质上是在应用层进行协议转换，通过对数据按照不同协议的封装使其能够被不同的网络读取。协议转换过程流程图如图6 所示。

图6 协议转换主程序流程图.

4 电力调度中心级

目前，110 kV 以下配电网中已有很多变电站实现了无人值班，由电力调度中心进行远方控制。

电力调度中心网络连接如图7 所示，在该设计中，调度中心与监控级的变电站主控制室都采用TCP /IP 协议通信，但具体协议方式根据互联网的要求有一定的改变，同时可通过Internet网络与供电局、发电厂、其他电力调度部门通信，从而联成一个全方位的电力通信网络，其有很多优势:① 综合不同区域电力供应情况，协调各级电网;② 可进行分区段轮流检修，减少停电损失;③ 联网后，通过广域测控系统的普及，可进行快速故障定位，实现智能电网自愈功能;④ 未来会逐步将新能源( 如风电，太阳能、生物能等) 纳入电网规划，进行有效调配，发挥可再生能源的功效，满足经济、环保的要求。但接入Internet 网络会带来很多安全方面的隐患，如保密信息泄露、黑客攻击、*侵入等，需采用防火墙、入侵检测、防*、VPN 技术等多种措施构建电力网络的安全防护体系。

图7 电力调度中心网络连接.

5 结语

本文构建了断路器三级网络模型，以DS80C390 为核心，设计了一种基于CAN 总线的低压断路器智能控制器，实现断路器的三段保护、测量、控制等功能，提出了一种基于ARM 微控制器STR710FZ2T6 的CAN-TCP /IP 协议转换电路，通过以太网通信方式与网络上的电力调度中心进行交互，符合智能电器网络化发展趋势，有很好的应用前景，同时对电力网络中其他智能电器的设计也提供了一定的参考。