自動重合器是實現配電網電動化的重要設備。我國從80年代末開始引進國外的自動重合器，90年代開始仿制。目前國內應用最多的主要有3種類型，即英國Relly公司的ESR型集成電路控制重合器，英國Brush公司的PMR型微機控制重合器，美國Cooper公司的KFE型集成電路控制重合器。所有進口自動重合器的開關本體均采用高壓合閘線圈，直接從10 kV線路獲取合閘電源，延時、安秒特性為液壓方式。由于生產設備與工藝方面的問題，我國一直受到高壓合閘線圈與液壓部件的國產化與維修工作的困擾，因此仿制的重合器都沒有采用高壓合閘線圈與液壓部件，大多采用集成電路或8位微機控制電路。 
         本文介紹的戶外柱上型智能重合控制器，擯棄了仿制進口自動重合器的電子控制電路的老路，而是以工業級16位微控制器Intel 87C196KC-20以及CPLD器件為主，采用先進的頻率自適應同步快速交流采樣算法(每周波24點)、高性能現場通訊技術及智能控制技術，集測量、控制、保護、通訊、遠動和自生電源裝置、紅外遙控裝置于一體，完全實現了自動重合器的各項功能，并具有自動重合器所不具備的在線檢測、診斷與綜合自動化功能。將大量國產普通的SF6斷路器與真空斷路器改造成“智能斷路器”，以代替價格昂貴的進口自動重合器。

1 配電網對重合器的要求
        配電網的基本結構分為輻射系統和環網系統兩種，線路分段加環網是我國配電自動化的必走之路，自動重合器主要用于配電變電所的出線開關與自動配電開關或分段器相配合實現故障點自動隔離、自動恢復等配電自動化功能。有時也用作饋線的分段開關，但配合與整定相對困難一些。
重合器與普通繼電保護裝置相比較，其不同之處是：
1)要求戶外柱上安裝，運行環境惡劣，可靠性要求更高；
2)具有0～3次自動重合功能；
3)具有3條以上快慢特性的反時限動作曲線可以選用；
4)每次分斷可以有不同的快慢特性相配合；
5)典型的“分—T1—合分—T2—合分—T3—合分—復歸”自動工作循環；
6)自備操作電源與遙控操作功能。
由此可見，配電網自動化對重合控制器的要求高于普通繼電保護和綜合自動化的功能 。

2 智能重合器硬件結構
智能重合控制器主要由單片微型控制器MCU基本系統及測控軟件、通訊接口、電力信號輸入輸出接口3部分構成，獨立完成相應的一個設備(如一條出線)的全數字化數據測量、邏輯運算、故障判斷、保護及手動操作等功能，并可向上位機傳送設備運行數據與開關位置以及接收上位機發來的設定值。
2.1 微控制器及擴展電路
智能重合器微機控制單元的內部結構如圖2—1所示，圖中MCU選用高性能的Intel 87C196KC-20，這是由于其運算速度快(每時鐘周期0.1μs，運行速度為Intel 8098的2～3倍)，實時處理能力強(HSI、HSO、PTS)，內置488B RAM，無寄存器瓶頸，程序可固化于片內16KB EPROM(OTP)。另外擴展一片串行E2PROM作為運行參數存貯器，一片32KB SRAM存儲濾波數據。為記錄故障發生前后波形，外擴一片62256(32KB*8)。MAX197A為單電源(＋5V)、多量程(5V、10V、±5V、±10V)、8路輸入帶內部采樣／保持、時鐘、基準電壓的信號采集系統，轉換時間6.0μs，整體達100KPS采樣速率。X25043芯片將Watchdog定時器、上電復位控制器與512B E2PROM集成到單個芯片內(DIP 8)。
MAX487E為128路RS-485驅動器。其它部分由ATF 1500可編程邏輯陣列實現。整個電路簡單、使用芯片極少，提高了運行的可靠性。該結構為開放式，對配電網各點的不同要求(如輻射點、環網點、電流型、電壓型)，不同功能可以通過軟件開關設置，智能重合控制器的硬件軟件完全一致，可以互換。
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2.2 信號輸入電路
輸入信號有反映開關狀態與手動操作的開關量信號、來自CT與PT的模擬量信號，前者通過光電耦合器可以很方便地實現隔離與變換，送入MCU進行處理，后者采用交流采樣法。在本智能重合控制器中，采用圖2—2所示電路對有關參數進行檢測。由于電流測量與電流保護信號取自不同的CT，其精度范圍與精度等級不同，需采用各自的二次變換器，從不同的A/D通道送入微機，這樣做既保證了正常測量時的精度，又保證故障時信號不飽和失真。由于微機對所有信號巡回檢測，通道之間必然存在延遲，為保證功率計算準確，必須保持同一瞬時的電流電壓值，因此采用4個采樣／保持器。另外，小電流接地系統中，零序CT電流信號極小，故從測量傳感器中輸入并多繞幾圈，可以保證對毫安級電流信號的反映能力 。

2.3 信號輸出回路
微機控制單元的輸出信號主要是跳合閘出口命令，一般是用MCU通過輸出鎖存器控制驅動電路，使相應的中間快速繼電器動作，實際應用中為防止誤動(一般是上電復位時和外部電磁場干擾)常用輸出鎖存器的幾位組成特定的密碼啟動光電隔離與驅動電路，從而使出口繼電器可靠動作。實用中還要在軟件中設置強電保護功能以防止操作機構卡死而引起的開關跳合閘線圈燒毀以及出口繼電器觸點損壞。
2.4 Watchdog抗干擾電路
為提高控制器的抗干擾能力，電氣電路采用多級隔離，并設二級Watchdog電路。第一級為MCU內置WDT電路，可以防止程序偶爾鎖死，在MCU本身正常的情況下，自動恢復工作。第二級為X25043提供的外置WDT電路，在第一級失效時(尤其是MCU本身已經損壞的情況下)強行復位，并封鎖輸出電路，保證在MCU發生故障時開關不會誤動作。

3 交流采樣算法
3.1 三相交流電路中基本參數的測量原理
三相交流電路中，在理論上電壓和電流一般均為有效值的測量，其計算公式為
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用微機進行采樣計算來實現有效值的測量，假定每周期采樣次數為N，電壓離散采樣值為Ui，電流離散采樣值為Ii，則電壓、電流有效值可用以下兩式求得：
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3.2 交流采樣算法
智能開關能否滿足對保護裝置選擇性、快速性、靈敏性和可靠性的要求，關鍵在于其算法的應用，即從一系列的離散值中，運用某種數學運算方法得出與采樣時刻無關的量，并與整定值進行比較，再進行邏輯運算，從而做出跳閘與否的判斷。然而，電力系統發生故障時，由于非線性鐵磁元件、分布電容及CT、PT過渡過程的影響，故障電流和電壓并非純正弦波，而是含有衰減的非周期分量與高頻分量。以往各種基于純正弦波的算法的結果會產生相當大的誤差。在低壓系統中，這些誤差對保護的影響可用時限躲過，而高壓系統對保護的快速性有嚴格的要求，工程實現比較困難。
本文介紹小電流接地系統中用作保護算法的積分法，其依據是正弦量的半周絕對值積分正比于幅值Vm。數字算法表示為
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式中V(i)為第i個采樣值，N為一周內的采樣數(一般為12或24)，K(α)為比例系數，與初始采樣點V(0)的角度有關，此算法僅因初始采樣點不同引起的誤差較大(對每周24點采樣算法中，初始采樣點引起的誤差約為1%)，但個別采樣值受干擾后對總值的影響較小，在半波積分過程中部分諧波相抵消。
電流、電壓和三相有功功率的數字算法公式為
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式中i(k)、u(k)為第k點的電流、電壓采樣值，由上述算法可分別算出IA、IC和UAB、UCB。其它量如cosφ也可據此推算出。在普通算法中，Q算式通常由P算式導出，而本控制器采用的算法中，Q算式直接由電流、電壓導出，極大地提高了計算精度，并具有方向性。
由于i、u的檢測采用12位A/D轉換器，上述算法實質上只需16位有符號整數的加法與乘法運算，因此MCU可以在一個采樣周期內(對于每周波24點采樣為0.833ms)完成所有的運算 ，如保護判斷、邏輯運算、延時、通訊等。另外，電網頻率的變化必然使上述算法產生誤差 ，因此系統的采樣頻率不可能固定，必須自動跟蹤電網頻率。

4 結論
        本智能重合器及其配套的綜合自動化系統已在甘肅、云南、湖南等地配電變電站安全運行。特別是與某農電開關廠合作研制的自備操作電源、紅外遙控裝置的智能重合器，現已在江西、湖南等地掛網運行，完全取代了進口自動重合器，為我國城鄉配電網改造工程的順利實施提供一條多快好省的捷徑。