消防斷路器過載報(bào)警不脫扣功能信號(hào)輸出方式的探討

陸勝利

【摘?要】近年來社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等也有更高的要求。斷路器是電網(wǎng)重要的控制和保護(hù)設(shè)備，也是能夠應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中最多種類任務(wù)和需求的開關(guān)裝置，一旦發(fā)生故障，可能帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)斷路器的缺陷和故障，保障斷路器的正常運(yùn)行，成為電力系統(tǒng)的重大問題。本文就消防斷路器過載報(bào)警不脫扣功能信號(hào)輸出方式展開探討。

【關(guān)鍵詞】消防;斷路器;過載;不脫扣功能

引言

塑殼斷路器具有過載和短路保護(hù)功能，在低壓供配電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。隨著供配電系統(tǒng)不斷發(fā)展，在有些重要的應(yīng)用領(lǐng)域（如消防、化工、醫(yī)療等特殊場(chǎng)合）由于過載后斷電會(huì)帶來重大損失，為了更好地滿足客戶和市場(chǎng)供電連續(xù)性的要求，斷路器過載后不能跳閘斷電，而是輸出過載信號(hào)，這在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50054—2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.6條有相應(yīng)規(guī)定。

1只報(bào)警不脫扣的剩余電流動(dòng)作斷路器工作原理及使用場(chǎng)合

只報(bào)警不脫扣的剩余電流動(dòng)作斷路器應(yīng)用在一些特殊場(chǎng)合：不因漏電而影響緊急情況的使用電源;用戶得到漏電報(bào)警信號(hào)，可根據(jù)需要適時(shí)檢修漏電的原因，排除故障。主要應(yīng)用場(chǎng)合：消防電源，如消防用電梯、消防水泵、消防報(bào)警等設(shè)備，消防及照明;防盜報(bào)警的電源;醫(yī)院手術(shù)室的電源以及不允許停電的特殊設(shè)備及停電會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的設(shè)備。

2機(jī)械控制方案

（1）機(jī)械控制式斷路器結(jié)構(gòu)。機(jī)械杠桿式過載報(bào)警不脫扣斷路器主要由絕緣外殼、操作手柄、動(dòng)/靜觸頭、滅弧室、操作機(jī)構(gòu)、熱雙金屬片、發(fā)熱元件、牽引桿、支撐件、復(fù)位彈簧、信號(hào)轉(zhuǎn)換杠桿、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊等部件組成，結(jié)構(gòu)緊湊，報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換可靠，成本低。（2）機(jī)械杠桿式報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換原理。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14048.2—2008的要求，當(dāng)主線路負(fù)載端發(fā)生短路時(shí)，斷路器可以通過短路保護(hù)裝置來進(jìn)行保護(hù)脫扣，切斷主電路來保護(hù)線路負(fù)載設(shè)備;當(dāng)主線路出現(xiàn)1.05倍額定電流的過載電流時(shí)，2h內(nèi)線路不應(yīng)有報(bào)警信號(hào)輸出;當(dāng)主電路負(fù)載端任一相出現(xiàn)超過1.3倍額定電流的過載電流，斷路器要具有一定的承載能力，同時(shí)也避免誤報(bào)警信號(hào)輸出，報(bào)警信號(hào)輸出持續(xù)時(shí)間≥0.5h，且<2h。斷路器內(nèi)部通過發(fā)熱元件使熱雙金屬片受熱膨脹彎曲，推動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換杠桿，從而推動(dòng)報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊裝置，至用戶加裝的信號(hào)燈或警報(bào)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。機(jī)械杠桿式熱過載報(bào)警不脫扣斷路器主要利用斷路器熱過載系統(tǒng)中熱雙金屬片受熱膨脹后把熱能轉(zhuǎn)換機(jī)械能。熱雙金屬片是用兩種不同熱膨脹系數(shù)的材料粘合在一起而成的復(fù)合材料。一般普通熱雙金屬片低膨脹層（被動(dòng)層）使用Ni-Fe合金，高膨脹層（主動(dòng)層）使用Ni-Mn-Cu合金或者Fe-Ni-Cr合金。

3智能控制系統(tǒng)方案

3.1基于規(guī)則的識(shí)別系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)制定的規(guī)則進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程。將從電流信號(hào)獲取的振動(dòng)事件的時(shí)間與電流幅值的信息綜合，設(shè)置閾值判定斷路器的故障類型?；谝?guī)則的識(shí)別系統(tǒng)適用于確定性或有嚴(yán)格邏輯關(guān)系的判斷，由于斷路器系統(tǒng)復(fù)雜、采集的信號(hào)具有分散性、工況條件下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)少等原因，基于規(guī)則的識(shí)別系統(tǒng)有時(shí)難以準(zhǔn)確識(shí)別故障。

3.2振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的選擇

振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，通常用于對(duì)機(jī)械振動(dòng)的振動(dòng)加速度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，能夠在變壓器、斷路器和GIS設(shè)備等環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅操作簡(jiǎn)單方便攜帶，且具有很高的靈敏度，對(duì)振動(dòng)信號(hào)因設(shè)備缺陷、零部件松動(dòng)等故障造成的變化，能夠靈敏反映。

3.3智能控制式斷路器結(jié)構(gòu)

智能控制式斷路器主要由斷路器本體、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、智能控制器、短路保護(hù)裝置、電流采集器、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊等核心部件組成。智能控制器主要由CPU核心處理器、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、電流采集器、電源采集模塊、測(cè)量模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MCU模塊、人機(jī)接口模塊、通信模塊、報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊等組成。智能控制系統(tǒng)方案除實(shí)現(xiàn)過載報(bào)警等功能外，還可測(cè)量電壓、功率，從而進(jìn)行諧波分析，實(shí)現(xiàn)電能管理。可根據(jù)客戶的需求，在主線路出現(xiàn)過載時(shí)斷路器不脫扣，而是轉(zhuǎn)換成一種信號(hào)輸出。

3.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的容錯(cuò)性和非線性特性，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛重視。運(yùn)用反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練振動(dòng)信號(hào)特征量樣本，識(shí)別正確率較高。徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在逼近能力、分類能力、學(xué)習(xí)速度方面占優(yōu)，適合多變量函數(shù)逼近，將其運(yùn)用于振動(dòng)信號(hào)故障識(shí)別，運(yùn)用融合了密度函數(shù)估計(jì)和貝葉斯決策理論的概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷識(shí)別，均取得較好的效果。研究人員常用粒子群算法等訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以更好地逼近全局最優(yōu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是需要較大的訓(xùn)練樣本，容易陷入過學(xué)習(xí)和局部最優(yōu)，導(dǎo)致識(shí)別能力下降。

3.5斷路器檢測(cè)系統(tǒng)總體方案

在對(duì)斷路器進(jìn)行分、合閘操作時(shí)，首先需要進(jìn)行儲(chǔ)能操作，通過電機(jī)對(duì)合閘彈簧完成儲(chǔ)能后，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)維持在儲(chǔ)能狀態(tài);其次，在執(zhí)行合閘操作后，合閘彈簧儲(chǔ)存的能量被全部釋放出來，其中一小部分被用于保證操作的順利進(jìn)行，剩余大部分能量被用于分閘彈簧儲(chǔ)能操作，以此保證在合閘操作執(zhí)行完后能順利執(zhí)行下一步分閘操作。之后，當(dāng)合閘彈簧釋放能量完成后，再一次進(jìn)行合閘彈簧儲(chǔ)能操作;最后，當(dāng)彈簧操作機(jī)構(gòu)執(zhí)行分閘操作時(shí)，分閘彈簧將儲(chǔ)存的能量全部釋放，當(dāng)執(zhí)行完后便恢復(fù)到初始儲(chǔ)能狀態(tài)。已知測(cè)量結(jié)果會(huì)受傳感器安裝位置的影響，通過對(duì)比其測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，安裝位置與測(cè)量效果之間的關(guān)系為越靠近動(dòng)力源效果越好。因此，相比于其他安裝位置，選擇為彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架時(shí)，數(shù)據(jù)的保真度更高效果更好。在測(cè)量斷路器振動(dòng)信號(hào)之前，首先需要人為進(jìn)行故障設(shè)置，將其分別設(shè)置為鐵芯卡澀、緩沖器無效超程及絕緣拉桿松動(dòng)等三種故障;之后分別在上述三種故障和正常狀態(tài)下對(duì)斷路器進(jìn)行合閘操作，分別采集100組動(dòng)作時(shí)的振動(dòng)信號(hào)，在振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀將其放大后，傳輸至主機(jī);最后對(duì)其去噪、特征提取及故障診斷。

3.6智能控制器系統(tǒng)

當(dāng)出現(xiàn)1.05倍整定電流的過載電流時(shí)，通過電流互感器、智能控制器系統(tǒng)的微處理器循環(huán)采集到主電路電流信號(hào)。當(dāng)主電路電流值未達(dá)到過載報(bào)警輸出電流設(shè)定值時(shí)，不會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào);當(dāng)主電路電流值達(dá)到整定值的1.3倍電流時(shí)，且未達(dá)到短延時(shí)或瞬時(shí)電流動(dòng)作值，經(jīng)過設(shè)定可調(diào)延時(shí)后輸出電平信號(hào)給智能控制器。智能控制器模塊檢測(cè)到報(bào)警電平信號(hào)后驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，用戶可以通過判定繼電器觸點(diǎn)開、閉狀態(tài)或利用繼電器控制聲、光報(bào)警來提醒線路發(fā)生過載信號(hào)?？筛鶕?jù)需求，選擇過載電流報(bào)警功能和延時(shí)報(bào)警功能的智能控制器，以滿足特殊場(chǎng)合的使用。另外，智能控制式斷路器還可帶有通信功能。

結(jié)語

要保證診斷方法的完備性，也就是要保證實(shí)際應(yīng)用中診斷的準(zhǔn)確率滿足工程要求，需要深入探索自主診斷方法。通過熱雙金屬片發(fā)熱膨脹彎曲的機(jī)械杠桿原理實(shí)現(xiàn)過載報(bào)警不脫扣功能，以及通過智能控制系統(tǒng)在斷路器內(nèi)部增加電流互感器采集電流，再通過單片機(jī)運(yùn)算輸出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警不脫扣功能，均能很好地滿足用戶特殊場(chǎng)合的使用需求，在市場(chǎng)上也得到大量的推廣使用。

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（作者單位：巨邦集團(tuán)有限公司）