浅谈智能化低压断路器

谭小英

广东南冠电气有限公司528251

摘要：本文对智能断路器进行综述,阐述了智能断路器的组成、特点和实现低压断路器智能化的关键技术和设计应用措施。

关键词：智能断路器；组成及原理；发展展望

引言

随着电力技术的高速发展和供电规模的日益扩大,系统的网络结构和运行方式日趋复杂,对电源的可靠性、安全性及供电质量也都提出了更高的要求,相应地对系统设备的操作简便性和安全性以及可靠性也提出了新的要求。低压断路器作为电力供配电系统中广泛使用的主要控制电器,除了要能正常分合相关系统额定电流外,还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流,且不能出现越级跳闸或拒动现象。

特别是随着电力系统控制方式数字化进程的发展应用以及电力系统综合自动化的广泛应用,对系统可视化、自动化、网络化、实时化、精确化的要求越来越高,相应地对应用面积广、网络结构复杂、操作较频繁、故障率高的低压断路器也就提出了更高的要求,传统断路器根本无法满足现代电力系统综合自动化的需要。智能化技术的应用于是成了低压断路器的一个重要发展应用方向。

一、智能化断路器概述

智能化断路器综合了现代高电压零飞弧技术、电子技术、电气自动化技术、网络通信技术、计算机及其软件技术等,采用模块化结构,完全突破了传统断路器的许多不足,集保护、测量、监控于一体。除了具备过载、过流、速断、漏电、接地等常规控制、保护、报警、整定功能外,同时还具备人机对话显示、存储、记忆、逻辑分析、判断和选择以及网络通信等功能。能够实时地显示温度、电流、电压、功率因数、有功、无功等各种特征参数并进行故障参数、类型的储存,具有自诊断能力,从而为运行维护人员进行相应的信息查询和故障判断处理提供现场的实际运行资料,为系统运行方式的优化奠定了基础。通过其所具备的网络通信技术可以使多台智能化断路器实现与中央控制计算机双向通讯,构成智能化的供配电系统,实现“四遥”功能,为无人化站所和实现区域联锁、远方监控、运方调整等创造必要的设备技术保障。

二、智能化断路器的组成及工作原理

智能化断路器中智能化技术的应用核心是集保护、测量、监控于一体的多功能脱扣器,它主要由微处理器单元、信号检测采集单元、开关量输入单元、显示和键盘单元、执行输出单元、通信接口、电源等几个部分组成。如图1所示。

图1智能断路器的组成框图

其各部分原理如下：

2.1微处理器单元

单片机以其高性价比和可靠性成为智能化断路器智能控制系统的首选。微处理器单元由高性能的自带A/D转换、看门狗监视器、I2C串行总线和高速输入输出通道、通讯接口和标准的JTAG程序烧写口的单片机及其外围电子电路组成。配以优化的软件,组成的单片机控制系统所需外围元件少,使得设计简单,布线方便,而且在稳定性和抗干扰能力上都有极大的提高。

各交流量分别经信号输入回路、低通滤波器送到CPU控制的多路开关,经模数转换后,由DB数据总线送到数据存储器（RAM）。CPU通过调用程序存储器（EPROM）中的程序对采集的数据进行计算,其计算结果与存放在电可擦存储器（E2PROM）中的整定值进行比较,作出相应的故障判断处理。再通过输入输出端口（I/O）将处理信号送到相应外设（信号与出口）发出报警信号,或执行跳闸。微处理单元除了要完成整个系统的测量、保护、逻辑等功能外,还具有自我故障诊断和监察的能力,当断路器本身发生故障或环境温度超过允许范围时,能发出相应的信号显示或报警,同时重新起动。自诊断的项目主要有EPROM出错、A/D转换出错、环境超温、CT断线、跳闸线圈断线、断路器拒动及触头维护。微处理单元的自诊断功能不仅大大提高了断路器的运行可靠性,更给后期维修、故障判断工作提供了极大的方便。

2.2信号检测采集单元

信号检测采集单元作为智能化断路器十分重要的组成部分,要求有高的转换精度、灵敏度、可靠性、频率响应、测量范围以及抗干扰能力,以便微处理单元能够作出精确的判断处理。因此,信号检测采集单元将保护信号和测量信号分别取自不同类型的电流互感器,以满足保护和测量的要求。在测量大电流（短路电流）时基本上都采用线性度好、精确度高的空心电流互感器进行保护信号的检测;而小电流及电参数的检测则采用铁芯互感器;测量和保护用的电压信号则由电压互感器获得。上述信号经过信号处理电路后,便能将主回路中的电压及电流信号线性的转换为数字电路和单片机可处理的电平信号,经单片机分析判断后发出信号或控制断路器的动作。

根据电流、电压的采样值,还可利用不同的算法计算出相应的电压、电流的有效值、有功功率、无功功率、频率、功率因数、电能等参数,实现各种表计功能,对降低成本,简化布线,提高低压配电的可靠性大有益处。

2.3通信接口

智能化断路器所带的串行通信接口,可将智能化断路器连接到现场总线,将配电系统组成一局域网,一台计算机作为主站,若干带通讯接口的智能断路器组成从站。断路器编号、分合闸状态、各种设定值、运行电流、电压、故障电流、动作时间及故障状态等多种参数进行网络传输,实现与系统上位管理机或控制调度中心计算机间的信息交换,接收上位机或远方调度控制中心的数据上传要求,完成对现场设备的远方监控和遥测、遥讯、遥调、遥控功能。

三、低压断路器的发展展望

3.1低压断路器发展的目标要求

在来自外国企业的冲击和压力下，我国的低压断路器企业必须引进新的生产资料，发展新的生产技术，形成新的生产力，加强民族产业的凝聚力，提高整个低压断路器行业的档次与实力，保持对国外先进企业的竞争力。企业的管理模式与市场营销手段，更应向其它发展较为先进的行业看齐。

3.2低压断路器发展的技术支持

①大电流电弧分断技术

随着供电规模的不断扩大，电力系统对可靠性、智能化、自动化以及高效化的更严格要求，因此对低压断路器的分断性能要求也在不断提高。为了提高系统安全性，新一代万能断路器已经达到额定极限短路分断能力、额定运行短路分断能力和额定短时耐受点流的趋同，为提高参数性能，新一代断路器也开始采用双断点触头灭弧系统。

②过电流保护新技术

现行的低压断路器主要保护配电系统过电流，目前的断电器性能基本能满足保障要求。但是，在配电系统过电流的保护来看，目前的断路器是不完全合格的。因此，新一代低压断路器的过电流保护技术才能达到要求。过电流保护技术能在极短时间内做出断电保护判定，把判定时间从原来的1~1.2s缩减到目前的0.2-0.5s，缩减了保护选择时间，也更节材节能。在成套装置的安装板上，先安装一个断路器的安装座，安装座上6个插头，断路器的连接板上有6个插座。安装座的面上有连接板或安装座后有螺栓，安装座预先接上电源

线和负载线。使用时，将断路器直接插进安装座。如果断路器坏了，只要拔出坏的，换上一只好的即可。它的更换时间比板前，板后接线要短，且方便。

③可通信与综合智能化技术

电力系统对系统保护的可靠性，智能化，自动化要求愈发严格，配电系统实现系统网络化是必然的发展方向。低压断路器与用电设备

之间必须具有双方通信和控制的功能。断路器在信息显不、负载监控、实验、通讯、现场编程及故障参数记录这些完善功能上的发展和应用，使配电系统通信网络变得更简洁、更效率。基于微处理器的智能电器具有强大的检测功能和通信功能，因而利用智能电器实现电力质量监控是最合适的方案，这也是当前中压和低压智能电器的一个新的发展方向.用智能电器实现PQ监控有两种结构:一是用于低压智能配电系统中的专用智能化电力质量监控器;二是让智能化低压断路器或保护继电器兼有电力质量监控功能。

④低压断路器小型化与模块化技术

低压断路器小型化主要借助于新技术、新工艺应用以及产品结构上创新，新一代产品与第三代产品相比，体积平均缩小20%一50%。低压断路器零部件及附属配件的制造是国家低压电器生产科研水平的一个重要量化标准。产品小型化模块化，是技术创新、设备优化的体现，同时也能节省整个系统耗材。断路器模块化水平包括:功能附件模块种类、标准化程度、制造工艺性、维护方便性以及模块小型化

等。

⑤低压断路器可靠性与环保技术

低压断路器的可靠性包括动作可靠性、分断可靠性和承受环境变化可靠性。动作可靠性能有效提高低压断路器机械寿命和操作判定准确性;分断可靠性是断路器熄弧性能与可靠性达到最佳状态。承受环境可靠性则关系到断路器的使用耐久性。

四、结语

电的产生、输送、使用中,配电是一个极其重要的环节。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备,低压断路器则是一种使用量大面广的电器。阐述了低压断路器的发展趋势。

参考文献:

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[3]低压断路器的概况与展望[J].连理枝.江苏电器.2003(02)

[4]低压断路器智能化综述[J].林国庆,张培铭,张冠生.企业技术开发.1997(03)