DOI:10.16545/j.cnki.cmet.2013.05.012 国内外智能低压断路器的研究现状与发展趋势胡绍兵(新密市煤炭学校，河南新密452370)摘要:阐述了低压断路器在电力系统配电网中的重要性，分析了国内外智能断路器的研究现状及其发展趋势，提出了低压断路器智能化的研究方向，指出了我国在智能断路器研究中须亟待解决的问题。关键词:低压断路器;智能控制器;通信;保护功能中图分类号:TM561文献标识码:A文章编号:1001－0874(2013)05－0052－03ＲesearchStatusandDevelopmentTrendofIntelligentLowVoltageCircuitBreakerinDomesticandAbroadHuShaobing(XinmiCoalIndustryCollege，Xinmi452370，China)Abstract:Elaboratestheimportanceoflowvoltagecircuitbreakerinpowersystemdistributionnetwork．Thenanalyzestheresearchstatusanddevelopmenttrendofintelligentcircuitbreakerbothindomesticandabroad．Proposestheresearchdirectionofintelligentlowvoltagecircuitbreakerandpointsouttheproblemsneedtobesolvedinintelligentcircuitbreakerresearch．Keywords:lowvoltagecircuitbreaker;intelligentcontroller;communication;protectionfunction1研究智能低压断路器的意义低压断路器是低压配电系统中最重要的开关电器设备之一，在供配电系统中起着供配电线路的控制和故障保护的作用，对电网的安全、稳定以及经济运行起着十分重要的作用。断路器对其保护对象的保护和控制功能主要是由其核心单元———脱扣装置进行分闸、合闸操作来完成的。低压断路器的脱扣装置通常是利用某些物理效应，通过机械机构(多由电磁元件构成)来控制一次电路的开断的。若要实现不同的保护功能需要设置多种不同的脱扣装置，因而对于小型断路器来说，功能较为单一，对于大型万能式断路器来说，其体积过于庞大，并且传统的低压断路器整定困难，保护精度较低，动作时间较长，脱扣装置故障率高。相对于电磁脱扣装置，后来出现了电子式的脱扣装置，这种脱扣装置大量使用电子元件，电路结构复杂，抗干扰能力差，故障率高。随着电力系统不断的快速发展，电力系统的规模也在不断扩大，电网的运行方式、结构特点以及管理调度模式都发生了很大的变化，对电网运行的可靠性要求以及自动化程度也越来越高，既要求低压断路器不能仅局限于保护和控制功能，又应具有功能多样性和综合保护的特点［1］。近些年，随着计算机技术、传感器技术、微电子技术和通信技术的快速发展，出现了智能低压断路器，简称智能断路器。它实际上是在传统断路器的基础上，用以微处理器为“大脑”的智能控制器代替传统的电磁式和电子式脱扣装置，来实现断路器的保护功能的。以智能控制器为核心的智能断路器不仅能大大提高保护功能的精度和稳定性，并且还能呈现出功能多样性和综合保护的特点，除了能实现各种保护功能外，还能对电网的工作参数进行实时监测，并能进行故障预报警、故障记录等功能。若将通信技术融入到智能断路器中，还能使其具备网络通信的能力。国家电力公司根据电力系统不断发展的需要，并紧跟国际上电网的发展方向，在“2009特高压输电技术国际会议”上提出了“坚强智能电网”的发展规划。智能电网的发展离不开智能化开关电·25·煤矿机电2013年第5期中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

器的支持，因而，我国在智能断路器领域的发展更是迫在眉睫，对智能断路器的研究开发不仅具有十分重要的现实意义，还具有广阔的市场前景。2国内外智能低压断路器研究现状及发展趋势2．1国内外智能低压断路器的研究现状在低压领域中，智能断路器相比传统断路器来说具有很多的优点，许多功能是传统断路器所无法达到的，因而国内外的各大厂商都对智能断路器的开发进行了很大的技术投入。1985年，世界上出现了首台嵌入微处理器技术的智能断路器，法国梅兰日兰公司、美国西屋公司和日本寺琦公司等相继研究开发了这种智能断路器。目前在低压领域中常见的国外智能断路器产品有施耐德公司的MT系列、西门子公司的3WN系列，ABB公司的F系列、三菱公司的AE系列，梅兰日兰的M系列等［2］。自90年代以来，随着计算机技术和信息技术的不断进步和发展，国外的配电智能化程度得到快速发展。为实现中央监控设备与智能化电器设备之间的数据交换，还要求一些电气产品具有可通信的功能，于是相继开发了多种类型的可通信型断路器产品，这种能够实现通信功能的智能断路器产品便成为智能断路器领域的第四代发展目标。我国在智能型电气产品的研制方面起步较晚，主要以引进国外技术和自行试探开发为主，与国外同类型的产品相比，主要性能还有较大差距，并且研究领域主要针对变电站综合自动化系统，对智能断路器方面的研究则很少，直到1996年才有针对断路器的智能型产品的出现，到目前为止，我国的智能断路器产品已在低压领域得到了不少应用，但是其功能还有待完善和提高。目前，我国在低压断路器的应用领域上是三代产品共存的局面。据统计，第一代产品以DW10，DZ10等系列产品为代表，它的性能与国外50年代的水平差不多，目前市场占有率约为20%～30%;第二代产品有自行开发和技术引进两种产品类型，自行开发产品以DW15，DZ20为代表，技术引进产品则以ME，3TB系列为代表，性能与国外70年代末至80年代初的水平差不多，市场占有率最高，约为50%～60%［3］。在第三代智能断路器产品的开发方面，由于我国起步时间较晚，第三代智能型产品比较少，且技术并不是很完善，性能与国外90年代的水平差不多，所以第三代产品的市场占有率较低，约为5%～10%。在第三代智能断路器产品当中，国内的主要产品有DW45型智能化框架断路器、青岛施耐德电气产品DSW1系列智能型万能式断路器、正泰NA1系列智能型低压真空断路器、常熟开关制造有限公司的CW1系列智能型万能式断路器等［4］。从技术发展的层面看，我国智能断路器目前的发展方向将是完善第三代高性能产品的开发工作，并对第四代产品———可通信型智能断路器进行努力的探索开发。在第四代智能断路器产品的研究中，主要是将现场总线技术融入到智能断路器的研究中。现场总线技术目前是比较成熟的技术，在智能断路器产品中，加入现场总线技术可以使其具有更好的联网通信能力，以实现遥调、遥测、遥信和遥控等“四遥”功能。目前，应用比较广泛的现场总线技术有CAN、MODBUS、ProfiBUS—DP、Devicenet等。2．2智能低压断路器的发展趋势［5-9］根据国内外在低压断路器智能化方面的研究动态来看，智能断路器已不是一台单纯的保护装置，而是将测量、保护和通信等功能集于一体，将成为一个多功能的，综合性的电网智能电器设备。随着微控制器技术的不断进步，它为智能断路器的性能优越化、功能多样化以及工作可靠化的发展路子提供了强有力的技术支持，使智能断路器将向着以下方向发展。2．2．1高度智能化主要是采用更先进的微处理器技术，嵌入相应的应用软件，甚至能够嵌入操作系统，从而在硬件不变的情况下，使其具备较高的适用性、可靠性和可操作性以及具有升级能力，并在其原有智能化的基础上，增加其智能保护的多样性。2．2．2通信网络化在产品中嵌入通信芯片，使智能断路器能够通过传输媒质与上位监控主机或其它电气设备进行信息交流，以适应电网智能化的发展趋势。目前普遍在智能断路器中嵌入现场总线技术，以提高信息的传输量和传输精度，从而保证系统的稳定性和可靠性。此外，还要使系统的通信协议向着开放性和标准化的方向发展。针对我国的具体情况而言，智能断路器通信能力的具体要求为具有“四遥”功能，即遥测、遥信、遥控和遥调。2．2．3控制器件产品化将智能控制器做成与断路器相对独立的通用性·35·2013年第5期煤矿机电中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

的产品，其使用范围可以不拘泥于具体型号的断路器，并且维护也会相对简单。智能控制器与断路器独立后，可以对其进行单独的测试，这样整个断路器产品的测试效率就会大大提高。2．2．4产品模块化和通用化模块化的产品结构既能提高产品的设计、制造效率，又能提高产品的市场适应能力。具体为能降低产品设计与开发的复杂性，方便相关产品的维护与扩展等，还可以避免产品的单个部件损坏而导致整机更换的弊病，以节省社会资源。此外，模块化产品相关部件的设计尺寸以及零件应当具有通用性。随着技术的不断进步，断路器不但可以实现更多功能，结构更加灵活，性能更加可靠，还能实现与上位监控主机的双向通信，构成一个网络化的监控与保护系统，使断路器发展成为具有多种功能的智能网络化的综合性电器设备，以适应未来智能电网技术的发展需要。3智能低压断路器研究中亟待解决的问题通过对国内外智能断路器产品的研究现状以及发展趋势的分析可以看出，在低压领域中，我国智能断路器的研究和发展主要是使智能断路器向着功能综合化的方向发展，使之成为一种综合化的智能型电器设备，以满足我国智能电网发展的要求。其主要的功能特点，不仅应该具有综合化的保护功能，还应具有实时监测，故障记录，以及能与监控主机通信的功能。当前，虽然我国研制智能断路器的厂家众多，但是技术参差不齐，处在研究前沿的还是几家合资公司。因而在智能断路器的研究领域中，能够突出自主研发能力，并具有自己的技术特点，是国内厂商的主要目标。在研究过程中，应注重对智能断路器工作性能(稳定性、可靠性、准确性和实时性)的提升，以及突出其可通信能力，这些都是目前各厂商亟待解决的问题。参考文献:［1］臧春艳，胡李栋．智能型开关电器的研发现状与分析［J］．高压电器，2011，47(3):1-5．［2］王聪．开关智能控制器的开发与研制［D］．河北:华北电力大学(保定)，2008．［3］陈德桂．智能电网与低压电器智能化的发展［J］．低压电器，2010(5):1-4．［4］胡雪松．智能断路器全新功能及应用［J］．江苏电器，2008(9):47-49．［5］曾萍，胡景泰，朱文灏，等．智能化控制与保护开关电器的现状与发展［J］．低压电器，2010(22):1-4．［6］李佑光，林东．电力系统继电保护原理及新技术［M］．北京:科学出版社，2008．［7］王选民．智能仪器原理及设计［M］．北京:清华大学出版社，2008．［8］邹积岩．智能电器［M］．北京:机械工业出版社，2006．［9］蔡自兴．智能控制导论［M］．北京:中国水利水电出版社，2007．作者简介:胡绍兵(1988－)，男，工程师。研究方向为煤矿机械与电气技术。(收稿日期:2013－02－27;责任编辑:姚克檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿)(上接第51页)5．2．4实用性设计方面1)扩播电话双按钮设计，平时可以按本地按钮区域内部互相通话，紧急情况时可以按调度按钮向调度进行报警和通话。2)出厂提供带固封接头的成品电缆，现场只需电缆与设备对接，方便施工，也方便工作面迁移时网架结构的重构。5．2．5语音处理的选择语音处理部分的设计主要要确保语音清晰，在此基础上适当照顾音乐播放。6结语通过分析与探讨，按照应急广播的设计思想，设计了一套KTK125型应急广播系统，该系统投入运行后，效果良好，已通过了省部级鉴定，被认定为系统适应了应急指挥的要求，且在技术上达到了国际先进水平。参考文献:［1］国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局．煤矿安全规程［M］．北京:煤炭工业出版社，2010．［2］戴维斯．音响系统工程［M］．北京:人民邮电出版社，2010．［3］中兴通讯NC教育管理中心．现代程控交换技术原理与应用［M］．北京:人民邮电出版社，2009．［4］王文杰，刘文举，帅银周．高产高效矿井开采技术与装备现状及发展趋势［J］．煤矿机电，2013(2)．作者简介:付志勇(1974－)，男，技术员。2005年毕业于郑州大学电气工程及其自动化专业，现在上海山源电子电气科技发展有限公司从事技术和管理工作。(收稿日期:2013－04－17;责任编辑:姚克)·45·煤矿机电2013年第5期中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net