智能断路器*概述

　　智能断路器是供配电系统中的重要设备。它担负着断开故障,控制、调节的任务。随用电系统的规模和等级不断扩大,系统的网络结构和运行方式日趋复杂,传统的断路器已越来越难满足系统的可靠性、准确性和实时性的要求。微处理器、微电子传感技术、控制技术、通信、电力电子技术的飞速发展,使得断路器智能化的发展成为可能,并成为断路器技术的发展方面。

　　智能断路器由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。可按电压波形控制跳、合闸角度，**控制跳、合闸过程的时间，减少瞬时过电压幅值。

　　断路器操作所需的各种信息由装在断路器设备内的数字化控制装置直接处理，使断路器装置能独立地执行其当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统。

　　新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障之前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生。

　　智能断路器具有数字化接口，可收发GOOSE消息以实现开关控制。

　　智能断路器*组成

　　智能断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。

　　智能断路器*分类

　　低压断路器，从结构、用途和所具备的功能来分， 智能断路器 主要有万能式(又称框架式)和塑料外壳式两大类。还有一些特殊用途的断路器，如真空断路器等。

　　智能断路器*工作原理

　　智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流，自动选择操作机构及灭弧室预先设定的工作条件，如正常运行电流较小时以较低速度分闸，系统短路电流较大时以较高速度分闸，以获得电气和机械性能上的*佳分闸效果。

　　这种智能操作要求断路器具有机构动作时间上的可控性，目前断路器常用的气动操作机构，液压操作机构和弹簧操作机构由于中间转换介质等因素，控制时间离散性大，其运动特性很难达到理想的可控状态。采取电磁操作机构的断路器利用电容储能、永磁保持、电磁驱动、电子控制等技术，当机构确定后运动部件只有一个，没有中间转换介质，分合闸特性仅与线圈参数相关，可以通过微电子技术来实现微秒级的控制，通过对于速度特性控制实现断路器的智能化操作。

　　智能操作断路器的工作过程是:当系统故障由继电保护装置发出分闸信号或由操作人员发出操作信号后，首先启动智能识别模块工作，判断当前断路器所处的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器动作。

　　智能断路器*性能特点

　　智能化断路器比较传统的电磁式或电子式断路器,一般都具有如下特点：

　　1.保护功能的多样化

　　传统的断路器采用热继电器构成过载保护,电磁快速脱扣器作为短路保护构成长延时、瞬时两断特性,实现保护功能一体化困难。智能化断路器,采用微处理器作为其处理核心,用软件实现其保护功能,因此可方便地将电流三段保护,断相、反相、欠压、过压、不平衡保护、逆功率保护,接地保护集于一身,并可做到一种保护功能多种动作特性。

　　2.自适应性强

　　由于智能化断路器采用微处理器作处理核心、惯性小、速度快,其保护的选择性、灵活性好,重复误差小,其保护功能和特性可以全范围调节,故而可以任意选择保护功能动作特性,表现出较大的自适应性,适用不同场合,特别是易于实现级联保护的级间选择性的协调配合。

　　3.良好的人机界面

　　智能化断路器一般具有良好的人机界面,操作者可以通过键盘、选择开关、按钮完成各种控制参数和命令的输入,同时也可通过信号灯、数显%&∋、微打等了解断路器的工作状况,运行参数以及各种保护特性,通过人机界面,操作者能完成对断路器的就地控制,且有效地避免误操作。

　　4.强大的通讯功能

　　单台智能化断路器通过通讯接口可方便地构成开关柜控制系统。这种系统由多台智能化断路器组成,各断路器通过通信总线将计量内容、保护信息、工作状况等传送至主控计算机,并通过中央计算机将操作员命令、保护参数配置和实时时钟等信息传送到断路器,实施对断路器的遥测、遥讯、遥控、遥调各主控制计算机之间联网,形成多台开关柜或整个变电站的集中微机控制,能实现整个变电站的无人执守。

　　5.计量与故障信息显示功能

　　智能化断路器能测量三相电压、电流、功率因数、频率、电路的有功功率、无功功率、动作时间及分断次数,替代传统的计量表计、计数器,并据要求控制计量精度∗当故障发生时记录类型、故障电压、电流及发生时问等信息,通过%&∋显示这些数据起到辅助分析,诊断故障作用。

　　6.故障的自诊断能力、预警与试验功能

　　对构成断路器电子元器件的工作状态进行自诊断,当出现故障时可发出报警并使断路器分断。具有预警功能,使操作人员可以及时处理电网的异常情况。微处理器能进行“脱扣”与“非脱扣”两种方式试验,和用模拟信号进行长延时,瞬时整定值的试验。

　　智能断路器*产品特点

　　u 基于微机、电力电子技术和新型传感器(电子互感器、光学互感器)建立新的断路器二次系统;

　　u 基于IEC 61850，保护和控制命令可以通过光纤网络实现与断路器操作机构的数字化接口。这些技术使得变电站的过程层也得以数字化，以太网构成全变电站的神经**。

　　智能断路器*技术参数

　　交流额定电流630~5000A;

　　短路分断能力80KA~120KA(有效值);

　　额定工作电压AC690V及以下;

　　DW45万能断路器具有3极和4极;

　　智能断路器*优越性

　　u 使断路器实际操作大多是在较低速度下开断，从而减小断路器开断时的冲击力和机械磨损，不仅可减少机械故障和提高可靠性，还能提高断路器的操作使用寿命，在工程上有较大的经济效益和社会效益;

　　u 有可能改变目前的试探性自动重合闸的工作方式，而成为自适应自动重合闸，即做到在短路故障开断后，如故障仍存在，则会拒绝重合，只有当故障消除后才能重合;

　　u 实现分相合闸，降低合闸操作过电压，取消合闸电阻，进一步提高可靠性;

　　u 实现分相分闸，控制实际燃弧时间，使断路器起弧时间控制在*有利于燃弧的相位角，不受系统燃弧时差要求的限制，从而提高断路器实际开断能力;

　　u 实现集成开关设备，从而实现紧凑型变电站。

　　智能断路器*数字接口

　　u 智能操作的核心是断路器能够根据其工作条件自动地调整开断性能以实现**操作。

　　u 跳合闸信号通过网络方式传输，省却了大量的二次电缆，这将大大提高变电站二次系统的可靠性和**性;同时，将有利于实现二次系统的状态检修。

　　u 智能断路器是数字化变电站的重要支撑技术。该技术的应用对于提高电网**稳定水平具有积极和长远的意义。

　　智能断路器*工作模式

　　智能断路器的基本工作模式为：当系统故障由继电保护装置发出断开信号或由操作人员发出操作信号后，首先启动智能识别模块，判断当前状态即断路器所处的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整相关参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器动作。其核心在于根据监测到的不同故障电流自动选择操动机构参数及灭弧室预先规定的工作条件，电流小时低速断开，电流大时高速断开，以获得电气和机械性能上的*佳断开效果。

　　智能断路器*作用

　　智能断路器用于控制和保护低压配电网络。 智能断路器一般安装在低压配电 DW45万能式断路器柜中作主开关起总保护作用。DW45万能式断路器其技术性能已达到了国际上同类型产品的先进水平。

　　智能断路器*功能

　　智能断路器机构位于断路器正面。机构采用五连杆的自由脱扣器机构，并设计成贮能形式。 智能断路器 在使用过程中，机构总是处于预贮能位置，只要断路器一接到合闸命令，断路器就能立即瞬时闭合。预贮能的释放按钮或合闸电磁铁来完成。电动传动机构自成一体，贮能轴与主轴之间通过凹凸形楔**动联结，装拆方便。

　　智能断路器*选型指南

　　智能型万能式断路器用作电气设备或线路保护时，用户选型时主要有以下4点考虑：

　　(1)选用断路器的额定电流大于或等于线路或电气设备的额定电流;

　　(2)选用断路器的额定短路分断能力(电流)大于或等于线路的预期(*大)短路电流;

　　(3)选用断路器的保护功能相对完善**，能满足其工作场合的要求;

　　(4)选用断路器的外形尺寸相对较小，节省空间， 智能断路器 便于在同一柜内可安装多台断路器。

　　智能断路器*典型应用的系统

　　u 智能断路器技术的进一步发展就是将非常规互感器、间隔内的隔离开关、接地开关等一次设备及其相应控制装置有机地组合和集成到智能断路器内，这种集成装置可称为智能开关系统。

　　u 插接式开关系统PASS(Plug&Switch System)。

　　PASS采用了智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过程监视和站内计算机监控。通过智能软件分析可确定出设备的运行状况。PASS中安装了电子式互感器。通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号。

　　u 全部采用智能化PASS开关的澳大利亚的275kV Blackwall变电站和Braemar变电站已分别于1999年和2000年投入了运行。

　　u MITS智能化开关产品(Mitsubishi Information Technology Switchgear)

　　MITS以无铁芯电流互感器和分压式电压互感器取代了常规电流互感器和电压互感器，配合使用同步相位控制器和复合传感器，可以实现智能化变电站的全数字化要求。

　　u HIS(Highly Integrated Switchgear)

　　类似于ABB的PASS，但未采用电子式互感器。在断路器智能化方面，采用了智能模块对断路器的相关参数进行监视，并通过高速现场总线传输到变电站层作进一步的分析。

　　u 国内制造商也开始了智能断路器技术的研究，平顶山天鹰集团的ZF11-252KV GIS，状态监控系统集成了传感器技术、PLC技术、计算机技术、监测技术、网络技术以及通讯技术等，实现对GIS产品内部电器元件、特别是对其中断路器及其操作机构部分的状态监测，通过对其内部多种状态参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显示以及相应的控制操作，已在云南大关变应用。

　　智能断路器*故障排除

　　1.断路器合不上闸

　　没有储能

　　失压线圈没带电

　　断开位置锁没开

　　远程合闸按钮不通电

　　本体没有遥到位

　　2.断路器运输中损坏

　　抽架变形

　　二次线接触**

　　本体遥不出来

　　3.控制单元的问题

　　• 负载低于额定值的20%

　　• 显示器故障(同我们联系)

　　4.低负载脱扣

　　• 遇到此故障速与厂家联系。

　　智能断路器*研究

　　智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生。智能断路器实现电子操动，变机械储能为电容储能，变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械系统可靠性提高。

　　在目前阶段，智能断路器得到了相应的发展，具有智能操作功能的断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。工作原理见图1，图中实线部分为现有断路器和变电站的有关结构和相互关联。智能识别模块是智能控制单元的核心，由微处理器构成的微机控制系统，能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号，自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态，根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的分合闸运动特性，并对执行机构发出调节信息，待调节完成后再发出分合闸信号;数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析;执行机构��能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成，用来调整操动机构的参数，以便改变每次操作时的运动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。

　　智能化断路器虽有众多优良的性能，但也面临着许多亟待改善的问题：

　　首先，由传统的机械化操动机构向电子化操动机构的转变，使控制回路可靠性面临着电子器件易老化和强电磁干扰的考验。复杂电子设备使用寿命与一次设备使用寿命的不匹配将严重影响智能断路器的发展。所以，断路器动作方式的根本性改变使众多生产厂家在开发智能断路器产品时是极其谨慎的。

　　其次，复杂的智能控制器必将使智能化断路器的生产成本大大提高，这也阻碍了该类产品的推广普及。绝缘监测设备在智能化断路器中占有重要地位，但其开发和生产成本居高不下。

　　断路器智能化是一项更新换代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和**发展，如传感器技术、计算机技术、微电子技术、信息技术和电磁兼容技术等，需要更多的投入和开发。

　　智能断路器已将计量、控制及通信等功能融于一体，使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发展又为智能断路器功能的多样化，可靠性的提高，性能优化提供了技术保障。智能断路器的技术发展主要有如下几个趋势：①新型传感器向更灵敏、小型化方向发展，微处理器向大存储容量、外设集成化发展，将为智能断路器性能的优化奠定基础。②总线技术应用于智能断路器，采用串行通信方式实现现场设备与主控制器进行双向通信，提高传输的信息量、信息传输的精度，从而提高系统的性能及可靠性。③采用新的更完善的通信协议，向着标准化、开放性发展的同时，更要注重互联性网络接口的产品，产品间的通用性。④智能断路器朝功能**化方向发展。如监控电网的谐波分量、功率因数和波形畸变等，而且能记录电网的波形变化，实时观测电网的工作情况等等。⑤将人工智能技术用于智能断路器可以提高智能控制器的**度。