CN205050781U - 一种智能化中压断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化中压断路器，包括微机控制单元以及分别与微机控制单元电性连接的永磁机构、弹簧操作机构、传感器组件和通信模块，通信模块用于微机控制单元与变电站综合自动化系统的监控主机之间的连接和通信。本实用新型智能化断路器在具有新型永磁机构和弹簧操作机构基础上，设计具有微机测量、微机保护、微机自我诊断、与监控系统上位机通信等功能的多个不同功能的核心智能功能元件设备，结合先进的测量和传感器技术，将其整合到真空断路器内部，使其具有和超过智能化中压开关成套设备功能的中压真空断路器，来实现对电力系统的控制保护、测量以及对开关设备自身运行状态在线监测等功能。

Description

一种智能化中压断路器

技术领域

本实用新型涉及断路器，尤其是一种智能化真空断路器。

背景技术

真空断路器现阶段主要是作为中压成套开关设备的核心执行元件在使用，中压供电系统的智能化主要依靠智能化中压开关成套设备来实现，在中压开关成套设备上加装具有微机测量、微机保护、与监控系统主机通信等功能的多个不同功能的单个元件设备，来实现对开关设备运行状态在线监测等功能。

由于采用多个单一元件设备来实现智能化功能，而单一元件设备由不同的厂家生产制造，所以，其系统的匹配往往无法达到最佳状态，产品的协调可靠性差。此外，上述方案还造成了开关成套设备的体积大，生产时材料消耗量大，生产、制造、调试、运行维护、检修工作量大，技术要求高。同时，采用的电流、电压传感器仍为传统的产品，由大量的漆包线、铜材、矽钢片制成，体积大而笨重，消耗材料多，生产时对环境污染严重。另外，断路器内部参数难以取得，使得智能化中压开关成套设备，很难做到判断开关设备的剩余使用寿命和计算出维修期限。

因此,将有微机测量、微机保护、与监控系统主机通信等功能的多个不同功能的单个元件设备，结合先进的测量和传感器技术，将其整合到智能化真空断路器内部，使其具有和超过智能化中压开关成套设备功能的中压真空断路器，成为了发展的方向。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种集成微机测量、微机保护、与监控系统主机通信等功能的智能化断路器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种智能化中压断路器，包括微机控制单元以及分别与微机控制单元电性连接的永磁机构、弹簧操作机构、传感器组件和通信模块，通信模块用于微机控制单元与变电站综合自动化系统的监控主机之间的连接和通信。

进一步，所述传感器组件包括罗柯夫斯基电流传感器、电阻式电压分压器、感应式接近传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器中的一种或多种。

进一步，所述通信模块的接口包括标准接口RS-232、RS-485、CAN口和以太网口，通信介质采用双绞线或光纤。

进一步，智能化断路器还包括与与微机控制单元电性连接的参数设定单元、触摸屏以及键盘。

本实用新型的有益效果：

本实用新型智能化断路器在具有新型永磁机构和弹簧操作机构基础上，设计具有微机测量、微机保护、微机自我诊断、与监控系统上位机通信等功能的多个不同功能的核心智能功能元件设备，结合先进的测量和传感器技术，将其整合到真空断路器内部，使其具有和超过智能化中压开关成套设备功能的中压真空断路器，来实现对电力系统的控制保护、测量以及对开关设备自身运行状态在线监测等功能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本实用新型智能化断路器的原理框图。

具体实施方式

随着高压真空断路器的广泛使用和技术创新，研发适合智能化高压真空断路器所需要的真空断路器本体、操作机构已经不是主要问题。关键在于如何将操作机构(永磁机构及新型弹簧)及创新和改进后的微机控制单元、新型电子PT（电压互感器）、电子CT（电流互感器）、温度、位置等元件和传感器有机的结合到一起，组成少维护或免维护、进行设备在线状态检测、具备自动保护、自动调控、运行状态监视、智能化操作、通信等功能的智能化高压真空断路器。

断路器的智能化不是通常所想的，使用计算机就达到了智能化。它必须尽可能地应用电弧自身的能量，实现运行状态的自诊断，操动机构的可控操动，并且配置最新传感器技术，微电子技术和信息传输技术，智能化的概念才比较完整。

一般来说，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:

１、应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能；

２、应具有对获取信息的处理能力；

应具有对处理结果的思维判断能力，对处理结果的再生信息的实施及有效操作的实施功能。

如图1所示，为本实用新型的一种智能化中压断路器，包括微机控制单元1以及分别与微机控制单元1电性连接的永磁机构2、弹簧操作机构3、传感器组件4、通信模块5、参数设定单元7、触摸屏8以及键盘9，通信模块5用于微机控制单元1与变电站综合自动化系统的监控主机6之间的连接和通信。

其中，所述传感器组件4包括罗柯夫斯基电流传感器、电阻式电压分压器、感应式接近传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器中的一种或多种。通信模块5的接口包括标准接口RS-232、RS-485、CAN口和以太网口，通信介质采用双绞线或光纤。

通过上述传感器来来解决电网三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数和电能等电力参数进行智能监测的问题；具有带时限过电流、电流速断和单相接地保护功能，并有故障录波功能，记录电网故障前后l0个周期的电流波形；具有在线监测与诊断功能，能对监测到的数据进行分析和处理。

微机控制单元1是智能化断路器的灵魂，它是以微处理机为核心部件，综合应用传感技术、光电转换技术、数字控制技术、微电子技术和信息技术等多种现代技术，以完成断路器的智能操作，实现断路器的智能化。智能控制单元的基本功能有：

(1)自动识别断路器的工作状态

断路器的工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。对于超高压断路器而言，其任务主要有分断短路电流、负载电流、过载电流、小容性电流和小电感性电流等。

(2)自动调整断路器的操动机构

这是控制单元的核心功能。因此控制单元必须在识别断路器工作状态的基础上确定与之相对应的操动机构的调整量。

(3)记录并显示断路器的工作状态

由于断路器在大多数运行时间内是不动作的，在此期间，本单元的任务是对断路器的工作状态不断地进行监测，同时它还记录断路器每次开断情况，包括开断电流的大小、开断类型及是否发生拒分或拒合等信息。短路时还应记录短路电流的变化过程，以便于电力部门进行事故分析及断路器的维护。同时，也可通过断路器累积开断电流的大小来表示断路器触头的烧蚀情况。

(4)具有与远端主机进行通信的功能

控制单元可以根据主机的要求将断路器的开断记录及其他数据经信息传输接口上网传送至上位机，并通过上位机经信息传输网络将操作命令及保护参数、保护及重合闸方式等配置要求传送过来。

此外，监测与诊断是智能化电器设备的重要环节，很难想象，智能化电器设备一旦失去了监测与诊断的技术支持，会是个什么样子。计算机技术、传感技术与微电子技术的进步，使智能化断路器的监测与诊断的要求得以实现。它要求具有以下功能：

（1）灭弧室电寿命的监测与诊断

动作次数:记录合分次数，逾限报警；

开断电流加权累计，即统计ΣIα（α=1.5~2）值，逾限报警。

触头的电磨损主要取决于燃弧电流的大小及燃弧时间的长短。而燃弧时间，对实际使用中的断路器是难于获得的，且燃弧时间从统计和累计的角度可不必考虑。因此，人们常将注意力集中在开断电流上，研制累计开断电流记录仪。但是，累计开断电流与触头电器磨损之间并不是单值函数关系，同样的累计开断电流，如果单次开断的电流小，其磨损量要比单次开断电流大时小得多，因此，正确的方法应该是据每次开断电流的大小换算成相应的磨损量，而磨损总量应根据断路器的额定开断电流和额定开断次数来确定，而不同开断电流下的等效磨损量应由试验所得的经验曲线确定。

对于真空断路器来讲，灭弧室除了电寿命外，还有真空度的监测。大量的研究和实践证明，12kV真空断路器目前型式试验的短路开断次数有的已做到了50次，在开断50次以后，触头的烧损厚度仅为0.6mm左右，烧损甚微;而真空灭弧室产品允许触头烧损厚度为3mm，说明真空断路器在开断方面的余量很大，更何况在实际运行中，短路开断的次数是不会很多的。相应之下，真空断路器灭弧室的真空度下降的机率却要高得多，从1999年的统计资料看，全国真空断路器共发生45次事故，其中因灭弧室真空度下降造成的就有9次，由此可见，对真空断路器来讲，灭弧室真空度的监测是很重要的。

(2)断路器机械故障的监测与诊断

根据多年的大量统计资料表明，事故的70%~80%出在高压断路器的操动机构和控制回路。断路器的机械部分比较复杂，且长期不动作，比目前已经较为成熟的旋转机械的监测技术更为困难，常需要采用多种技术综合判断，主要有以下几项：

[1]合分线圈电流波形监测，非正常报警；

[2]合分线圈回路断路监测，断路报警；

[3]监测行程，过限报警；

[4]监测合分速度，过限报警；

[5]机械振动，非正常报警；

[6]液压机构打压次数、打压时间、压力；

[7]弹簧机构弹簧压缩状态，传动机构和锁扣部分的工作状态，电动机工作时间；

[8]永磁机构:线圈状况、磁性的稳定状况和弹簧的压缩状态等；

[9]关键部分的机械振动信号。高压断路器合分动作的机械振动波形十分复杂，通常包含着多个子波，看起来杂乱无章的波形实际上是多个子波的混叠，每个子波代表一个振动事件。分析振动波形，把各子波分离出来，可以得到事件的个数及各事件发生的时间和事件的强度，可以获取断路器操作过程机械部分的多个信息。对波形分析的方法很多，如小波分析、形状比较、统计过程处理等等。测量所用的加速度传感器应据所监测的目标（电磁振动、部件振动、操作振动、微粒跳动等等）的不同而合理选择。振动传感器的安装位置也应精心布置；

[10]合、分闸线圈电流和电压波形的检测。线圈电流波形中包含着许多操作系统的信息，如线圈是否接通，铁芯是否卡涩，脱扣是否有障碍等等；

[11]合、分闸机械特性:速度、过冲、弹跳、撞击等，这些信息也可从振动波形中有所反映；

[12]控制回路通断状态监测。这对因辅助开关不到位或接触不良造成的拒分、拒合故障有很好的监视作用；

[13]操作机构储能完成状况。

判断上述所监测信号是否正常的一个基本出发点就是将其与正常状态下的情况作比较。正常状态是在某一范围内，只有通过具体条件由试验和统计处理确定。通常是将一次操作的几个波在时域、频域、幅度上作横向比较，与前几次的操作作纵向比较以得出诊断结论。

以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能化中压断路器，其特征在于：包括微机控制单元（1）以及分别与微机控制单元（1）电性连接的永磁机构（2）、弹簧操作机构（3）、传感器组件（4）和通信模块（5），通信模块（5）用于微机控制单元（1）与变电站综合自动化系统的监控主机（6）之间的连接和通信。

2.根据权利要求1所述的一种智能化中压断路器，其特征在于:所述传感器组件（4）包括罗柯夫斯基电流传感器、电阻式电压分压器、感应式接近传感器、温度传感器、湿度传感器、加速度传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种智能化中压断路器，其特征在于:所述通信模块（5）的接口包括标准接口RS-232、RS-485、CAN口和以太网口，通信介质采用双绞线或光纤。

4.根据权利要求1所述的一种智能化中压断路器，其特征在于:其还包括与与微机控制单元（1）电性连接的参数设定单元（7）、触摸屏（8）以及键盘（9）。