淺談智能化斷路器的發(fā)展

張鳴帥 吳雪龍 申任邦

摘要：對(duì)智能化斷路器的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了探討，指出智能化斷路器是高壓領(lǐng)域智能化發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：智能化斷路器；智能控制單元；高壓斷路器

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言：

智能化電器設(shè)備除滿足常規(guī)電器設(shè)備的原有功能外，其功能主要表現(xiàn)為：應(yīng)具有靈敏準(zhǔn)確地獲取周圍大量信息的感知功能。隨著電力系統(tǒng)控制方式數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展應(yīng)用以及電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用，對(duì)系統(tǒng)可視化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)時(shí)化、精確化的要求越來越高，相應(yīng)地對(duì)應(yīng)用面積廣、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作較頻繁、故障率高的低壓斷路器也就提出了更高的要求，傳統(tǒng)斷路器根本無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的需要。智能化技術(shù)的應(yīng)用于是成了低壓斷路器的一個(gè)重要發(fā)展應(yīng)用方向。

1.智能化斷路器的簡(jiǎn)介

智能化斷路器綜合了現(xiàn)代高電壓零飛弧技術(shù)、電子技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)等，采用模塊化結(jié)構(gòu)，完全突破了傳統(tǒng)斷路器的許多不足，集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)控于一體。除了具備過載、過流、速斷、漏電、接地等常規(guī)控制、保護(hù)、報(bào)警、整定功能外，同時(shí)還具備人機(jī)對(duì)話顯示、存儲(chǔ)、記憶、邏輯分析、判斷和選擇以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。能夠?qū)崟r(shí)地顯示溫度、電流、電壓、功率因數(shù)、有功、無功等各種特征參數(shù)并進(jìn)行故障參數(shù)、類型的儲(chǔ)存，具有自診斷能力，從而為運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)的信息查詢和故障判斷處理提供現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行資料，為系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

2.智能型高壓電器有關(guān)問題的探討斷路器智能技術(shù)不僅是概念上的轉(zhuǎn)變和理論上的發(fā)展，而且是在眾多領(lǐng)域中技術(shù)上的突破，它的實(shí)現(xiàn)必然會(huì)應(yīng)用一些新技術(shù)、新材料、新工藝，不斷提高產(chǎn)品的檔次和技術(shù)含量，但是在這個(gè)過程中，核心的問題是信息的采樣傳輸與控制系統(tǒng)，這些領(lǐng)域中，有的技術(shù)相對(duì)成熟，有的尚處于開發(fā)研制與試運(yùn)行階段，需要一個(gè)不斷總結(jié)提高和完善的階段，具體以下幾方面: 2.1 信號(hào)處理技術(shù)。對(duì)有些技術(shù)來說，獲得監(jiān)測(cè)信號(hào)只是第一步，必須進(jìn)行故障診斷才能作出判斷、決策。如局部放電監(jiān)測(cè)所得復(fù)雜信號(hào)需要進(jìn)行故障診斷才能實(shí)現(xiàn)故障分類、故障定位、預(yù)期壽命估計(jì)等； 用機(jī)械振動(dòng)法監(jiān)測(cè)斷路器機(jī)械狀態(tài)也需對(duì)獲取信號(hào)作處理才能正確辨識(shí)； 目前對(duì)于斷路器電弧狀態(tài)的研究，也是從電弧電壓入手，通過軟件的處理實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧狀態(tài)的診斷。2.2 傳感技術(shù)。局部放電、高壓導(dǎo)體測(cè)溫、高壓側(cè)電流和電壓的測(cè)量技術(shù)，特別是目前正在開發(fā)研制的光電流、電壓傳感技術(shù)等難度較大的傳感技術(shù)；微機(jī)技術(shù)。開發(fā)出成功的智能化軟件是微機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵。而軟件系統(tǒng)中，主程序則是核心程序。主程序首先完成單片機(jī)和外圍接口芯片的初始化；之后，主程序不斷檢測(cè)并顯示斷路器的工作狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)上位機(jī)的要求與之通信，傳遞有關(guān)的控制和狀態(tài)信息。

2.3 一般來說，電子設(shè)備的使用壽命遠(yuǎn)低于高壓電器設(shè)備本身的壽命，這是一個(gè)矛盾。解決的辦法有:提高電子設(shè)備的可靠性，這可以從設(shè)計(jì)、制造及適當(dāng)改善運(yùn)行條件幾方面著手； 采用綜合判斷； 應(yīng)有自檢功能；對(duì)于相同功能的部件，采用模塊化設(shè)計(jì)，以降低成本增加備用量，達(dá)到總體上提高電子設(shè)備的可靠性。2.4 目前，對(duì)高壓斷路器智能化經(jīng)濟(jì)問題的考慮，總是偏重對(duì)智能化需要而購置的設(shè)備的價(jià)格；其次，再包括減少維修次數(shù)節(jié)約的經(jīng)費(fèi)和減少一次事故所節(jié)約的費(fèi)用。按理說，這是很不夠的。比如，由于實(shí)現(xiàn)了斷路器的受控操作，斷路器的開斷容量可以減少，是否能選擇開斷容量小一些的斷路器？操作過電壓的倍數(shù)下降了，設(shè)備的絕緣水平能否下降？再者，由于智能化斷路器科技含量高、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高而受到用戶的青睞，在競(jìng)爭(zhēng)中中標(biāo)而獲利，這些潛在的經(jīng)濟(jì)效益能不能考慮?？偟膩砜?，無論是研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、制造廠商還是使用單位，把目標(biāo)瞄準(zhǔn)智能化斷路器不失為明智之舉。當(dāng)前在計(jì)算機(jī)等設(shè)備不斷降價(jià)的情況下，監(jiān)測(cè)設(shè)備價(jià)格也不斷降低。這種趨勢(shì)還會(huì)繼續(xù)下去。但無論如何，仍要相當(dāng)經(jīng)費(fèi)。如日本三菱公司在97國(guó)際電力設(shè)備及技術(shù)展覽會(huì)上顯示的GIS監(jiān)測(cè)設(shè)備包括局部放電等約10項(xiàng)內(nèi)容的裝置，價(jià)格不超過GIS本身的1/10。這比幾年前聽到的1/3要便宜不少。如采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備還會(huì)便宜得多。國(guó)外也十分關(guān)心監(jiān)測(cè)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)問題，并作出了不少經(jīng)濟(jì)分析。如有用下列公式作為采用監(jiān)測(cè)設(shè)備的條件:C

斷路器智能化是一項(xiàng)更新?lián)Q代的工作，它涉及到很多領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，如傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及斷路器本身及操動(dòng)機(jī)構(gòu)等方面，需要更多的投入和開發(fā)。但是，可以展望，隨著智能化進(jìn)程上的難題一個(gè)一個(gè)地被破解，性能優(yōu)越的智能化斷路器終將會(huì)在不久的將來登堂入室，為人們所熟悉和喜愛。世界上先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家都看好在電力系統(tǒng)中高壓領(lǐng)域智能化高壓電器的發(fā)展前景和潛在的效益，加大了研究的投入和開發(fā)的力度，比較典型的有ABB公司推出的CAT，具有人工智能技術(shù)的斷路器，如前面所討論的，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器的受控操作；ABB公司推出的光電式電流傳感器和電壓傳感器在高壓領(lǐng)域中替代了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器和電壓互感器，解決了智能化高壓電器設(shè)備中傳感技術(shù)的難題。目前，已經(jīng)大量應(yīng)用的信號(hào)數(shù)字化傳輸技術(shù)大大緩解了信號(hào)傳播中干擾的影響程度等，這些高新技術(shù)的應(yīng)用都為智能化斷路器技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)高壓斷路器智能化經(jīng)濟(jì)問題的考慮，總是偏重對(duì)智能化需要而購置的設(shè)備的價(jià)格；其次，再包括減少維修次數(shù)節(jié)約的經(jīng)費(fèi)和減少一次事故所節(jié)約的費(fèi)用。按理說，這是很不夠的。當(dāng)前，世界上先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家都看好在電力系統(tǒng)中高壓領(lǐng)域智能化高壓電器的發(fā)展前景和潛在的效益，加大了研究的投入和開發(fā)的力度，比較典型的有ABB公司推出的CAT，具有人工智能技術(shù)的斷路器，如前面所討論的，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器的受控操作；ABB公司推出的光電式電流傳感器和電壓傳感器在高壓領(lǐng)域中替代了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器和電壓互感器，解決了智能化高壓電器設(shè)備中傳感技術(shù)的難題。目前，已經(jīng)大量應(yīng)用的信號(hào)數(shù)字化傳輸技術(shù)大大緩解了信號(hào)傳播中干擾的影響程度等，這些高新技術(shù)的應(yīng)用都為智能化斷路器技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

參考文獻(xiàn):

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