智能型断路器技术的新发展

管瑞良 殷建强

（常熟开关制造有限公司（原常熟开关厂），江苏 常熟 215500）

常熟开关制造有限公司经过多年的发展，在致力于顾客满意度方面不断扩大产品的系列品种，提供高性能、高可靠的产品。目前公司开发的CW3系列、CM5Z-iP产品引领了行业第4代断路器发展的新潮流，在智能化方面配合成套设备、智能监控系统给用户提供了三位一体的智能配电系统解决方案。

1 保护技术新发展

随着电网的建设发展，对配电大容量、高分断电流的要求也越来越高，发展了大容量的CW3-7400系列框架断路器，高分断性能的CM5系列塑壳断路器（其690V分断指标达到了40kA）。CW3系列框架断路器还实现了Icu=Ics=Icw全电流选择性保护。其次，为了适用IT系统，如石化行业的钻井、打油机设备、造纸、化工等恶劣环境和有较长的使用寿命要求的使用场合，发展了CW3V系列低压真空断路器，是传统框架断路器操作机构和真空开断技术的完美结合，其触头灭弧系统采用真空灭弧介质的专用真空灭弧室，目前额定电流从 40～3200A，最高工作电压达1140V，分断能力达40kA/1140V，而且CW3V系列低压真空断路器具有较高的电气寿命（15000次）和机械寿命（15000次）、更多的运行短路分断次数、灭弧能力强等优点，能真正实现零飞弧，并且真空灭弧室在使用寿命范围内无需检修。

在上述产品的发展中，关键的智能脱扣器也得到了极大的提高，由于是双线圈技术的大量应用，并从框架断路器扩展到了智能型塑壳断路器，如CM5Z系列塑壳断路器就同时采用了能量互感器与测量互感器，使智能电器实现了各项性能的极大飞跃。电子脱扣器的保护功能更全面，除具有长延时、短延时、瞬时三段保护外，而且通过IDMTL功能优化了过负荷保护及与高压熔丝等配合，还具有不平衡保护、堵转保护、低载保护、长启动保护功能等。智能断路器通过采用数字化保护技术可提供 ZSI区域选择性保护，防止越级跳闸，缩小了断电范围，缩短了断路器分断时间，对提高线路和设备寿命，降低投资成本，提高供电可靠性具有积极意义。

为了适应新能源市场的需求，现在直流型断路器也得到了大力发展，发展了CM3系列直流型塑壳断路器和CW3系列直流型框架断路器。CM3系列直流型塑壳断路器可满足小型配电箱、光伏汇流箱、逆变器等成套装置的安装要求，外形及安装尺寸与同壳架的CM3系列交流型塑壳断路器相同，方便用户选用。CW3系列直流型框架断路器除了基本的短路瞬时保护外，用户还可以选配基于数字隔离技术的低压直流综合保护器，配套直流断路器应用到光伏发电、风力发电为主的新能源和电力牵引、港口与起重等低压直流输配电领域中有效地保护负载，具有选择性保护，并且方便用户联网控制进行远程管理。

工业电气设备和家用电器的多样化、普及化使电器电源中含有脉动直流成份越来越多，它们可以使电流波形产生缺损，当发生对地泄漏电流时可能会使普通的AC型剩余电流保护断路器拒动，从而无法有效保护人身及线路安全。因此，对突加或缓慢上升的剩余脉冲直流电流也能起保护作用的A型剩余电流保护断路器的推广显得相当重要，A型剩余电流保护断路器必将具有广阔的市场前景。因此，发展了可以实现剩余脉冲直流电流检测与保护的CM1L/2L及CW3-E37系列剩余电流保护断路器，满足了市场需求。

2 监测技术新发展

近年来随着智能电网的发展与新能源的兴起，对智能低压电器提出了新的要求。智能电网要求用户端采用统一、标准化产品，使各类智能低压电器能在新的统一标准的技术支持系统中逐步集成、整合，最终实现各种技术的高度融合，将测、检、控、保、管5大功能集中、整合于一体，成为综合性、多功能的开关电器设备。目前大多数的塑壳断路器一般只提供过电流检测保护，但随着智能电网的发展和深入，对用户端低压电器提出了新的要求，如智能型断路器还兼有监测的功能，其中的智能脱扣器除了实现电流测量及三段保护功能外，还呈现附带电压、功率测量、谐波分析，以及其他的运行管理、维护功能等。

目前 CW3系列框架断路器的各相电流测量精度达±1.5%、电压测量精度达±0.5%，而且还具有需用电流、功率、需用功率、功率因子、频率、电能、电流和电压2～31各次谐波含有率、电流和电压谐波总畸变率、基波电压、基波电流、基波功率等测量功能。其中CM5Z-iP系列塑壳断路器型智能脱扣器也采用了双线圈技术，实现了 RMS测量保护技术，自动跟踪系统频率变化，各相电流测量精度达±1.5%、电压精度±0.5%。通过采用瞬时有功、无功计算方式，确保在各种非纯正弦波形条件下功率测量的准确性，可测量有功功率 P、无有功功率 Q、视在功率S、功率因素PF及电能测量，测量精度达±2.5%，满足内部计量要求。此外，智能断路器还提供了需量管理和谐波测量功能，可测量各相电流需用值及有功功率、无功功率需用值、视在功率需用值，对电流电压的谐波畸变程度进行定量评估，包括各相的基波电流或电压值、基波有功功率、基波无功功率、基波视在功率、各相电流电压值的总谐波畸变THD与thd值、谐波含有率测量。通过使用高性能的智能化断路器，可以有效监测系统的电能消耗和实现能源的最佳配置，从而提高利用效率达到节能减排目的。

3 网络化技术新发展

智能低压电器产品的网络化已是技术发展的必然趋势。目前国际上较有影响力的总线标准有40余种，在工业现场领域使用最多的有 Modbus、Profibus、DeviceNet、CAN等。根据低压电器产品和低压配电与控制系统的特点，总体来说 Modbus总线因通信协议简洁，便于使用者掌握，已成为在低压电器事实上的行业标准。Profibus、DeviceNet总线虽然通信速率相对较高，但因协议复杂，技术开放性差等因素在国内使用相对较少，而CAN总线因传输可靠性高，抗干扰能力强，支持节点多等特点，近年来在工控领域也得到了一定的应用。

目前，多数厂商的低压断路器一般通过MODBUS现场总线和协议转换器来实现配电监控系统不同的通信协议要求，满足了绝大部分的应用，但这种应用方式存在较多的缺点，如使用成本高、通信速度下降、使用不方便等。在某些场所，用户对系统实时性要求较高，随着电子元器件的发展和芯片性能的提高，使得设计集成多种总线接口于一体的通信模块成为可能，因此在 CW3系列智能型断路器上开发出了基于内部总线的一体化协议通信模块，通过内部总线与断路器控制器实现高速数据交换，并进行协议转换后发送给上位机，或者接收上位机的命令并完成与断路器控制器的数据交换。采用基于内部总线的一体化协议通信模块的断路器，可通过选装不同的通信模块来支持不同的通信协议，提高了模块化和应用的灵活性，并且较原来使用协议转换器连接不同协议的现场总线的数据响应速度更快，大幅提高了通信系统的实时性，而且对于用户来说无需购买协议转换器，节省了成本，接线也更加简单、方便。用户通过基于内部总线的一体化通信模块可以使断路器控制器以 Modbus、Profibus、CAN或者DeviceNet协议中的任一种协议和上位机进行通信，实现“四遥”功能，提高了断路器集成度，实现高速、双向、实时的通信要求，更好地适应了市场需求，符合智能电网的发展趋势。

4 诊断技术新发展

随着智能低压电器的发展，人们对快速定位电器故障、事件查询等要求也越来越迫切。为此，CW及CM系列断路器发展了各种智能化诊断技术，最新的功能例如有：①分励脱扣器、合闸电磁铁、欠电压脱扣器、贮能电机断线监测功能，智能脱扣器可在线监测上述电器附件的线圈是否断线，当发生断线故障时可通过智能脱扣器查询具体发生故障的附件；②通过智能脱扣器可以查询最近的故障脱扣记录，便于进行故障分析和处理；③通过智能脱扣器或上位机能获得在辅助电源供电期间或复位以后的历史记录，提供断路器运行过程中的最大/最小电流、最大/最小电压、功率因数最大/最小值、频率最大/最小值、峰值需用功率、需用最大电流值等；④通过计数器输出，智能脱扣器或上位机能获得在辅助电源供电期间或复位以后的累计合分次数。

除了上述方式，现在智能断路器产品还可通过丰富的附件实现智能诊断、事件查询功能，例如：①通过便携可靠的测试工具给断路器输入信号，在现场对断路器进行检测，对断路器动作特性进行测试；②通过短信通知模块能够以短信的形式将报警信息通知值班人员；③通过FCX3智能配电监控器，与可通信断路器组网后不仅能显示各种电气参数、历史数据等功能，还能进行远程监控、配置，并具有以太网和短消息通知功能；④通过FWB1温度报警模块，能够实时检测低压电器的关键连接处的温度，并实现温度设定及报警输出；⑤通过 CJSY-1B型多功能失压计时器能够实时监测计量回路工作状态情况，并根据出现的故障类型或异常现象进行判断、记录及进行实时报警。

5 结论

以上简要介绍了智能型断路器各种新技术的发展，主要体现了智能型断路器相关保护功能更全面、更可靠，并大幅提高了分断能力；产品测量更加完善，精度进一步提高，塑壳断路器也实现了电网质量监测；通信功能实时性提高，实现了各种协议一体化通信；具备快速准确的智能故障诊断技术等特点。智能型断路器更符合智能电网的要求，智能化、高性能、高可靠的设计理念满足了电器智能化的发展要求，如CW3、CM5系列智能型断路器具备以上特点，也较好地满足了智能电网的要求。智能型断路器正面临新的发展时期，智能电网也进入全面建设期，智能型断路器有着美好的发展前景，常熟开关制造有限公司将紧紧抓住历史赋予我们的良好机遇，以市场为导向，以满足客户需求为前提，深入开展智能型断路器各种关键技术的研究，继续引领行业发展的新潮流。