智能型斷路器技術(shù)的新發(fā)展

管瑞良 殷建強

（常熟開關(guān)制造有限公司（原常熟開關(guān)廠），江蘇 常熟 215500）

常熟開關(guān)制造有限公司經(jīng)過多年的發(fā)展，在致力于顧客滿意度方面不斷擴大產(chǎn)品的系列品種，提供高性能、高可靠的產(chǎn)品。目前公司開發(fā)的CW3系列、CM5Z-iP產(chǎn)品引領(lǐng)了行業(yè)第4代斷路器發(fā)展的新潮流，在智能化方面配合成套設(shè)備、智能監(jiān)控系統(tǒng)給用戶提供了三位一體的智能配電系統(tǒng)解決方案。

1 保護技術(shù)新發(fā)展

隨著電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，對配電大容量、高分斷電流的要求也越來越高，發(fā)展了大容量的CW3-7400系列框架斷路器，高分斷性能的CM5系列塑殼斷路器（其690V分斷指標達到了40kA）。CW3系列框架斷路器還實現(xiàn)了Icu=Ics=Icw全電流選擇性保護。其次，為了適用IT系統(tǒng)，如石化行業(yè)的鉆井、打油機設(shè)備、造紙、化工等惡劣環(huán)境和有較長的使用壽命要求的使用場合，發(fā)展了CW3V系列低壓真空斷路器，是傳統(tǒng)框架斷路器操作機構(gòu)和真空開斷技術(shù)的完美結(jié)合，其觸頭滅弧系統(tǒng)采用真空滅弧介質(zhì)的專用真空滅弧室，目前額定電流從 40～3200A，最高工作電壓達1140V，分斷能力達40kA/1140V，而且CW3V系列低壓真空斷路器具有較高的電氣壽命（15000次）和機械壽命（15000次）、更多的運行短路分斷次數(shù)、滅弧能力強等優(yōu)點，能真正實現(xiàn)零飛弧，并且真空滅弧室在使用壽命范圍內(nèi)無需檢修。

在上述產(chǎn)品的發(fā)展中，關(guān)鍵的智能脫扣器也得到了極大的提高，由于是雙線圈技術(shù)的大量應(yīng)用，并從框架斷路器擴展到了智能型塑殼斷路器，如CM5Z系列塑殼斷路器就同時采用了能量互感器與測量互感器，使智能電器實現(xiàn)了各項性能的極大飛躍。電子脫扣器的保護功能更全面，除具有長延時、短延時、瞬時三段保護外，而且通過IDMTL功能優(yōu)化了過負荷保護及與高壓熔絲等配合，還具有不平衡保護、堵轉(zhuǎn)保護、低載保護、長啟動保護功能等。智能斷路器通過采用數(shù)字化保護技術(shù)可提供 ZSI區(qū)域選擇性保護，防止越級跳閘，縮小了斷電范圍，縮短了斷路器分斷時間，對提高線路和設(shè)備壽命，降低投資成本，提高供電可靠性具有積極意義。

為了適應(yīng)新能源市場的需求，現(xiàn)在直流型斷路器也得到了大力發(fā)展，發(fā)展了CM3系列直流型塑殼斷路器和CW3系列直流型框架斷路器。CM3系列直流型塑殼斷路器可滿足小型配電箱、光伏匯流箱、逆變器等成套裝置的安裝要求，外形及安裝尺寸與同殼架的CM3系列交流型塑殼斷路器相同，方便用戶選用。CW3系列直流型框架斷路器除了基本的短路瞬時保護外，用戶還可以選配基于數(shù)字隔離技術(shù)的低壓直流綜合保護器，配套直流斷路器應(yīng)用到光伏發(fā)電、風力發(fā)電為主的新能源和電力牽引、港口與起重等低壓直流輸配電領(lǐng)域中有效地保護負載，具有選擇性保護，并且方便用戶聯(lián)網(wǎng)控制進行遠程管理。

工業(yè)電氣設(shè)備和家用電器的多樣化、普及化使電器電源中含有脈動直流成份越來越多，它們可以使電流波形產(chǎn)生缺損，當發(fā)生對地泄漏電流時可能會使普通的AC型剩余電流保護斷路器拒動，從而無法有效保護人身及線路安全。因此，對突加或緩慢上升的剩余脈沖直流電流也能起保護作用的A型剩余電流保護斷路器的推廣顯得相當重要，A型剩余電流保護斷路器必將具有廣闊的市場前景。因此，發(fā)展了可以實現(xiàn)剩余脈沖直流電流檢測與保護的CM1L/2L及CW3-E37系列剩余電流保護斷路器，滿足了市場需求。

2 監(jiān)測技術(shù)新發(fā)展

近年來隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展與新能源的興起，對智能低壓電器提出了新的要求。智能電網(wǎng)要求用戶端采用統(tǒng)一、標準化產(chǎn)品，使各類智能低壓電器能在新的統(tǒng)一標準的技術(shù)支持系統(tǒng)中逐步集成、整合，最終實現(xiàn)各種技術(shù)的高度融合，將測、檢、控、保、管5大功能集中、整合于一體，成為綜合性、多功能的開關(guān)電器設(shè)備。目前大多數(shù)的塑殼斷路器一般只提供過電流檢測保護，但隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展和深入，對用戶端低壓電器提出了新的要求，如智能型斷路器還兼有監(jiān)測的功能，其中的智能脫扣器除了實現(xiàn)電流測量及三段保護功能外，還呈現(xiàn)附帶電壓、功率測量、諧波分析，以及其他的運行管理、維護功能等。

目前 CW3系列框架斷路器的各相電流測量精度達±1.5%、電壓測量精度達±0.5%，而且還具有需用電流、功率、需用功率、功率因子、頻率、電能、電流和電壓2～31各次諧波含有率、電流和電壓諧波總畸變率、基波電壓、基波電流、基波功率等測量功能。其中CM5Z-iP系列塑殼斷路器型智能脫扣器也采用了雙線圈技術(shù)，實現(xiàn)了 RMS測量保護技術(shù)，自動跟蹤系統(tǒng)頻率變化，各相電流測量精度達±1.5%、電壓精度±0.5%。通過采用瞬時有功、無功計算方式，確保在各種非純正弦波形條件下功率測量的準確性，可測量有功功率 P、無有功功率 Q、視在功率S、功率因素PF及電能測量，測量精度達±2.5%，滿足內(nèi)部計量要求。此外，智能斷路器還提供了需量管理和諧波測量功能，可測量各相電流需用值及有功功率、無功功率需用值、視在功率需用值，對電流電壓的諧波畸變程度進行定量評估，包括各相的基波電流或電壓值、基波有功功率、基波無功功率、基波視在功率、各相電流電壓值的總諧波畸變THD與thd值、諧波含有率測量。通過使用高性能的智能化斷路器，可以有效監(jiān)測系統(tǒng)的電能消耗和實現(xiàn)能源的最佳配置，從而提高利用效率達到節(jié)能減排目的。

3 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)新發(fā)展

智能低壓電器產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化已是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。目前國際上較有影響力的總線標準有40余種，在工業(yè)現(xiàn)場領(lǐng)域使用最多的有 Modbus、Profibus、DeviceNet、CAN等。根據(jù)低壓電器產(chǎn)品和低壓配電與控制系統(tǒng)的特點，總體來說 Modbus總線因通信協(xié)議簡潔，便于使用者掌握，已成為在低壓電器事實上的行業(yè)標準。Profibus、DeviceNet總線雖然通信速率相對較高，但因協(xié)議復(fù)雜，技術(shù)開放性差等因素在國內(nèi)使用相對較少，而CAN總線因傳輸可靠性高，抗干擾能力強，支持節(jié)點多等特點，近年來在工控領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用。

目前，多數(shù)廠商的低壓斷路器一般通過MODBUS現(xiàn)場總線和協(xié)議轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)配電監(jiān)控系統(tǒng)不同的通信協(xié)議要求，滿足了絕大部分的應(yīng)用，但這種應(yīng)用方式存在較多的缺點，如使用成本高、通信速度下降、使用不方便等。在某些場所，用戶對系統(tǒng)實時性要求較高，隨著電子元器件的發(fā)展和芯片性能的提高，使得設(shè)計集成多種總線接口于一體的通信模塊成為可能，因此在 CW3系列智能型斷路器上開發(fā)出了基于內(nèi)部總線的一體化協(xié)議通信模塊，通過內(nèi)部總線與斷路器控制器實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換，并進行協(xié)議轉(zhuǎn)換后發(fā)送給上位機，或者接收上位機的命令并完成與斷路器控制器的數(shù)據(jù)交換。采用基于內(nèi)部總線的一體化協(xié)議通信模塊的斷路器，可通過選裝不同的通信模塊來支持不同的通信協(xié)議，提高了模塊化和應(yīng)用的靈活性，并且較原來使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接不同協(xié)議的現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)響應(yīng)速度更快，大幅提高了通信系統(tǒng)的實時性，而且對于用戶來說無需購買協(xié)議轉(zhuǎn)換器，節(jié)省了成本，接線也更加簡單、方便。用戶通過基于內(nèi)部總線的一體化通信模塊可以使斷路器控制器以 Modbus、Profibus、CAN或者DeviceNet協(xié)議中的任一種協(xié)議和上位機進行通信，實現(xiàn)“四遙”功能，提高了斷路器集成度，實現(xiàn)高速、雙向、實時的通信要求，更好地適應(yīng)了市場需求，符合智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

4 診斷技術(shù)新發(fā)展

隨著智能低壓電器的發(fā)展，人們對快速定位電器故障、事件查詢等要求也越來越迫切。為此，CW及CM系列斷路器發(fā)展了各種智能化診斷技術(shù)，最新的功能例如有：①分勵脫扣器、合閘電磁鐵、欠電壓脫扣器、貯能電機斷線監(jiān)測功能，智能脫扣器可在線監(jiān)測上述電器附件的線圈是否斷線，當發(fā)生斷線故障時可通過智能脫扣器查詢具體發(fā)生故障的附件；②通過智能脫扣器可以查詢最近的故障脫扣記錄，便于進行故障分析和處理；③通過智能脫扣器或上位機能獲得在輔助電源供電期間或復(fù)位以后的歷史記錄，提供斷路器運行過程中的最大/最小電流、最大/最小電壓、功率因數(shù)最大/最小值、頻率最大/最小值、峰值需用功率、需用最大電流值等；④通過計數(shù)器輸出，智能脫扣器或上位機能獲得在輔助電源供電期間或復(fù)位以后的累計合分次數(shù)。

除了上述方式，現(xiàn)在智能斷路器產(chǎn)品還可通過豐富的附件實現(xiàn)智能診斷、事件查詢功能，例如：①通過便攜可靠的測試工具給斷路器輸入信號，在現(xiàn)場對斷路器進行檢測，對斷路器動作特性進行測試；②通過短信通知模塊能夠以短信的形式將報警信息通知值班人員；③通過FCX3智能配電監(jiān)控器，與可通信斷路器組網(wǎng)后不僅能顯示各種電氣參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)等功能，還能進行遠程監(jiān)控、配置，并具有以太網(wǎng)和短消息通知功能；④通過FWB1溫度報警模塊，能夠?qū)崟r檢測低壓電器的關(guān)鍵連接處的溫度，并實現(xiàn)溫度設(shè)定及報警輸出；⑤通過 CJSY-1B型多功能失壓計時器能夠?qū)崟r監(jiān)測計量回路工作狀態(tài)情況，并根據(jù)出現(xiàn)的故障類型或異?，F(xiàn)象進行判斷、記錄及進行實時報警。

5 結(jié)論

以上簡要介紹了智能型斷路器各種新技術(shù)的發(fā)展，主要體現(xiàn)了智能型斷路器相關(guān)保護功能更全面、更可靠，并大幅提高了分斷能力；產(chǎn)品測量更加完善，精度進一步提高，塑殼斷路器也實現(xiàn)了電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)測；通信功能實時性提高，實現(xiàn)了各種協(xié)議一體化通信；具備快速準確的智能故障診斷技術(shù)等特點。智能型斷路器更符合智能電網(wǎng)的要求，智能化、高性能、高可靠的設(shè)計理念滿足了電器智能化的發(fā)展要求，如CW3、CM5系列智能型斷路器具備以上特點，也較好地滿足了智能電網(wǎng)的要求。智能型斷路器正面臨新的發(fā)展時期，智能電網(wǎng)也進入全面建設(shè)期，智能型斷路器有著美好的發(fā)展前景，常熟開關(guān)制造有限公司將緊緊抓住歷史賦予我們的良好機遇，以市場為導(dǎo)向，以滿足客戶需求為前提，深入開展智能型斷路器各種關(guān)鍵技術(shù)的研究，繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的新潮流。