基于CAN 总线的智能断路器网络模型
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2. 2 断路器三段保护功能的实现
对于单台断路器，主要考虑其可实现的多重保护功能。智能控制器可实现的保护功能主要有三段保护、接地保护、剩余电流保护等，其中三段电流保护是断路器最重要的保护功能，分为过载长延时保护、短路短延时保护和短路瞬动保护，如图3 所示。针对不同的保护要求，可通过设定长延时脱扣电流整定值Ir、长延时时间整定值tr、短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。
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