浅谈智能化断路器的发展

浅谈智能化断路器的发展摘要：对智能化断路器的技术难点进行了探讨，指出智能化断路器是高压领域智能化发展方向。关键词：智能化断路器；智能控制单元；高压断路器前言：智能化电器设备除满足常规电器设备的原有功能外，其功能主要表现为：应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能。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。1.智能化断路器的简介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。2.智能型高压电器有关问题的探讨断路器智能技术不仅是概念上的转变和理论上的发展，而且是在众多领域中技术上的突破，它的实现必然会应用一些新技术、新材料、新工艺，不断提高产品的档次和技术含量，但是在这个过程中，核心的问题是信息的采样传输与控制系统，这些领域中，有的技术相对成熟，有的尚处于开发研制与试运行阶段，需要一个不断总结提高和完善的阶段，具体以下几方面:2.1信号处理技术。对有些技术来说，获得监测信号只是第一步，必须进行故障诊断才能作出判断、决策。如局部放电监测所得复杂信号需要进行故障诊断才能实现故障分类、故障定位、预期寿命估计等；用机械振动法监测断路器机械状态也需对获取信号作处理才能正确辨识；目前对于断路器电弧状态的研究，也是从电弧电压入手，通过软件的处理实现对电弧状态的诊断。2.2传感技术。局部放电、高压导体测温、高压侧电流和电压的测量技术，特别是目前正在开发研制的光电流、电压传感技术等难度较大的传感技术；微机技术。开发出成功的智能化软件是微机技术的关键。而软件系统中，主程序则是核心程序。主程序首先完成单片机和外围接口芯片的初始化；之后，主程序不断检测并显示断路器的工作状态，随时准备应上位机的要求与之通信，传递有关的控制和状态信息。2.3一般来说，电子设备的使用寿命远低于高压电器设备本身的寿命，这是一个矛盾。解决的办法有:提高电子设备的可靠性，这可以从设计、制造及适当改善运行条件几方面着手；采用综合判断；应有自检功能；对于相同功能的部件，采用模块化设计，以降低成本增加备用量，达到总体上提高电子设备的可靠性。2.4目前，对高压断路器智能化经济问题的考虑，总是偏重对智能化需要而购置的设备的价格；其次，再包括减少维修次数节约的经费和减少一次事故所节约的费用。按理说，这是很不够的。比如，由于实现了断路器的受控操作，断路器的开断容量可以减少，是否能选择开断容量小一些的断路器？操作过电压的倍数下降了，设备的绝缘水平能否下降？再者，由于智能化断路器科技含量高、技术先进、可靠性高而受到用户的青睐，在竞争中中标而获利，这些潜在的经济效益能不能考虑。总的来看，无论是研究开发机构、制造厂商还是使用单位，把目标瞄准智能化断路器不失为明智之举。当前在计算机等设备不断降价的情况下，监测设备价格也不断降低。这种趋势还会继续下去。但无论如何，仍要相当经费。如日本三菱公司在’97国际电力设备及技术展览会上显示的GIS监测设备包括局部放电等约10项内容的装置，价格不超过GIS本身的1/10。这比几年前听到的1/3要便宜不少。如采用国产设备还会便宜得多。国外也十分关心监测技术的经济问题，并作出了不少经济分析。如有用下列公式作为采用监测设备的条件:CB+D·E式中:C——监测装置每年平均投资B——采用监测装置后，因减少维修次数而每年平均节约的维修经费D——采用监测装置后，因减少一次事故而每个平均节约的维修费E——年事故率在不考虑D·E一项时，监测设备的合理投资为高压开关设备投资1%-2.7%，后者指频繁操作的高压开关。以上当然未考虑因出现事故所造成的各种间接经济损失。非经济损失更难于计算。美国纽约电管局和加拿大魁北克水电局自1993年装置MONITEC监测系统到1996年因监测出包括机构卡滞、动作不到位和轴销断裂等5次重大事故征兆，保证了供电可靠性，估计节约经费超过100万美元，降低了成本，提高了市场竞争力。3.智能化断路器VM1型真空开关是ABB公司的最新产品，除了新颖的一体化绝缘结构，最显著的特色是采用了除永磁操动机构外，就是它的二次控制无触点化和采用新型传感器。开关的位置传感器和辅助接点均为无触点的临近开关或光开关，新型号电量传感器信号可以直接变换成数字信号，取代了传统的电磁式电压和电流互感器。近年来已有很多智能化断路器面市，高压领域典型的有东芝公司的C-GIS和ABB公司的EXK型智能化GIS，它们的特点都是采用先进的传感器技术和微计算机处理技术，使整个组合电器的在线监测与二次系统在一个计算机控制平台上。在中压领域较典型的有九十年代初的富士公司的智能式真空断路器及ABB公司近年来推出的VM1型真空断路器。前者包括三种功能:自动保护功能、早期维护功能和信息传递功能。其中保护功能指标断路器本体可对过电流和短路故障进行检测与判断并发出指令，使断路器可靠分闸；早期维护功能指断路器在真空度降低、电接触部位温升异常以及脱扣线圈断线时均能发出报警，提示操作人员把断路器退出运行进行维修；信息传递功能则指除正常外加入的控制信号外断路器状态的信号输出。4.结语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创新发展，如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面，需要更多的投入和开发。但是，可以展望，随着智能化进程上的难题一个一个地被破解，性能优越的智能化断路器终将会在不久的将来登堂入室，为人们所熟悉和喜爱。世界上先进的工业国家都看好在电力系统中高压领域智能化高压电器的发展前景和潜在的效益，加大了研究的投入和开发的力度，比较典型的有ABB公司推出的CAT，具有人工智能技术的断路器，如前面所讨论的，在一定程度上实现了对断路器的受控操作；ABB公司推出的光电式电流传感器和电压传感器在高压领域中替代了传统的电磁式电流互感器和电压互感器，解决了智能化高压电器设备中传感技术的难题。目前，已经大量应用的信号数字化传输技术大大缓解了信号传播中干扰的影响程度等，这些高新技术的应用都为智能化断路器技术的发展创造了良好的条件。对高压断路器智能化经济问题的考虑，总是偏重对智能化需要而购置的设备的价格；其次，再包括减少维修次数节约的经费和减少一次事故所节约的费用。按理说，这是很不够的。当前，世界上先进的工业国家都看好在电力系统中高压领域智能化高压电器的发展前景和潜在的效益，加大了研究的投入和开发的力度，比较典型的有ABB公司推出的CAT，具有人工智能技术的断路器，如前面所讨论的，在一定程度上实现了对断路器的受控操作；ABB公司推出的光电式电流传感器和电压传感器在高压领域中替代了传统的电磁式电流互感器和电压互感器，解决了智能化高压电器设备中传感技术的难题。目前，已经大量应用的信号数字化传输技术大大缓解了信号传播中干扰的影响程度等，这些高新技术的应用都为智能化断路器技术的发展创造了良好的条件。参考文献:[1]钱家骊，黄渝珑，徐国政.智能化高压电器的开发与应用.华通技术.1998年第1期[2]邹积岩，王毅.开关智能化概念与相关的理论问题.高压电器.2000年6期[3]陈晓宁，马志瀛，苏方春.超高压智能操作断路器智能控制单元的研究.电网技术.2000年5月[4]史保壮，杨莉，冯德开等.智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用.高压电器.2001年第1期