智能断路器在电厂重要回路的应用

焦社宁 大唐三门峡发电有限责任公司

传统断路器一般具备保护功能和测量功能，同时具备通讯功能，电动操作功能等。实现断路器的两遥、三遥乃至四遥。具备现场数据采集及上送，在保证对电气可靠保护的前提下，实现电气运行数据的测量以及保护故障的记录功能。采用的电子式和机械式的记录方式相结合的方法。例如对于断路器操作次数采用机械计数器，对于断路器触头磨损度通过拆开断路器检查，操作难度相对较大。随着物联网技术的发展和普及、传感器技术的进步，越来越多的数字化技术应用到断路器领域。智能断路器诞生了。Excstruxure Power 智能配电，是施耐德电气在2016 年推出的，基于物联网架构的，包含硬件、软件和应用分析服务，通过IT 和OT 的技术融合，助力用户的配电系统的最大化物联网价值，并驱动互联互通的产品，采集更多的数据，在边缘控制系统，以及云端的大平台中，层层创新，实现能效和过程控制的优化，在安全性，可靠性，高效性。智能断路器和传统断路器的区别在于高度集成了更多的传感器和数字化分析功能，以及大数据分析功能，并且和智能移动终端的结合，提高运维人员分析和现场操作的能力。

在本次讨论中，我们运用用了智能配电，智能断路器的蓝牙功能、NFC（近场通讯功能），数字模块升级功能，平台形成配电系统的运行日志的分析，能源使用情况的分析，以及关键的设备的磨损老化分析。基础配电的数据在实时监测的同时，保存在历史数据库中的数据能够得到充分的利用，实现的数据价值，极大的提高了现场快速处置问题的能力。

一、EcoStruxure Power智能配电系统

EcoStruxure Power 是开放的、具有交互性的、基于物联网的系统化架构与平台。采用物联网、移动、传感、云计算、分析和网络安全领域中的先进技术，实现层层创新。

EcoStruxure Power 是“在大数据时代，依托互联网+的理念，利用物联网，数字化手段和专家服务，帮助用户优化能源效率和设备全资产运维管理，显著提高业务绩效”的系统方案。EcoStruxure Power 智能配电系统是行业领先的技术架构，包含了从互联互通的产品到边缘控制再到应用、分析与服务如下三个层级：

（一）互联互通的产品

因为物联网的基础是“物”，这里的“物”指的是可以作为智能运营基础的智能产品，比如施耐德的智能断路器（MTZ、NSX、Smart HVX 等）、智能仪表（ION9000、PM8000、PM5000、PM2000 等）、温度传感器（TH150S、TH150M、TH200M 等）、智能终端产品（SarmtLink）、UPS、智能网关（Link150、PAS900、PAS700）、电柜服务器等，可实现设备最底层状态量、电气量、完整设备信息的全面采集。

（二）边缘控制

帮助用户部署应用在物联网边缘的实时解决方案。对于任务关键型应用场景，用户能够根据自身需求选择控制和无控制的，选择定制化的数据分析模块，能耗分析模块，提升边缘控制系统的功能和应用价值。边缘控制系统中个，除了部署在就地的PME 电能管理系统、PO 电力监控软件系统、云端的远程设备运维管理平台“千里眼”。边缘控制系统通过多种友好、便捷、可靠的交互界面呈现给用户专业高效的信息，让运维人员能随时随地便捷的获取设备的状态，提高配电系统可靠性、安全性、稳定性；同时让电厂管理人员轻松掌握能耗状况，可灵活实现不同类型负荷的多样需求。

（三）应用、分析和服务

面对不同的用电负荷，能够向用户提供更深层次的数据应用分析服务。EcoStruxure Power 能够最大限度的支持与各类硬件、系统和控制共同工作的应用、服务与分析。通过硬件软件紧密结合，使用专业分析技术和闭环式应用技术，结合云计算和大数据存储及分析，AI 和先进算法，向用户提供电力顾问（Power Advisor），确保配电系统的安全可靠运行；提供千里眼顾问（Facility Advisor），确保配电设施的全生命周期的稳定运行；云能效顾问（Building Advisor），提供碳及可持续发展服务、能效管理咨询等服务。

二、智能断路器在电厂中应用

（一）电厂重要回路的管理

第一：电厂里有非常多的重要回路，在设计的时候对于75KW 及以上的电机采用框架断路器控制启停，而没有采用传统的接触器热继电器的方案。目的就是为了最大可能保证电机回路的稳定工作。

断路器的电气寿命和机械寿命一般在10000 次以上，根据不同的厂家技术水平和生产工艺的不同，断路器寿命会有较大差异。现场一般会按照运行7～8 年对于频繁启停的断路器进行更换。这种管理方式的颗粒度会比较大，只能对于正常情况下的运行的断路器具有参考价值，当回路发生故障时对于断路器寿命有较大影响但是靠操作次数的方式，无法准确预估断路器的触头磨损度和断路器健康信息。

第二：对于这些重要回路一般采用低压综保或者断路器自带的保护单元，智能针对过流、短路等电流量或者失压过压等进行保护。对于电能质量引起的故障脱扣无法准确记录原因，例如电压暂降或者谐波等原因。只能通过数次的试验来复现故障现象或者增加录波仪等设备。对于现场的工作造成很大困难。

第三：现场电气设备种类较多，一般断路器都具有故障复位按钮等类似机构，当发生故障或者做检修操作时，需要数据这些装置的位置和操作方法，只能带着操作手册现场核对。导致效率较低。

（二）中低压智能化配电方案

1.建设中压/低压一体化的监测管理平台，实现中低压配电系统的统一监测管理；

2.全面集中和及时获得报警，并积累运维部门的报警处理经验，结合中低压配电厂家的支持产品特点，建立应急预案处理管理，以提升中低压配电系统的可用性和可靠性；

3.监测和分析工艺配电的断路器的运行信息，结合设备的生产、整定、维护数据，有效分析设备运行效能和寿命，并追溯设备的运行历史；

4.采用云端的部署方案的架构，提供运行维护的便利性，并大幅降低用户的设备投资和系统运维成本；

5.部署数据分析和能源分析功能，监测企业的能耗情况，通过能源重新分类归集，实现用户的关键的能耗信息，帮助用户分析电能消耗状况，促进优化电能使用，降低企业的能耗成本支持；

6.EcoStruxure Power 的系统架构采用如下的方案（见图1）。

图1

（三）智能断路器对于重要回路的管理意义

针对以上管理中碰到的问题，在智能断路器中都具有解决方法，其中断路器触头磨损度和寿命分析功能，可以提高对断路器运行水平的管理。断路器波形捕捉及谐波监测功能，可以实时评估记录当前回路的电能智能状况，及时分析故障原因。蓝牙、NFC（近场通讯）、断路器操作助手、故障恢复助手等电子化的手段可以现场实时指导运维人员操作断路器，避免翻阅纸质操作手册，为现场的工作带来极大的方便。

针对重要回路安装智能框架断路器，断路器集成通讯模块，通过通讯组建智能配电管理系统，用于监测重要回路设备的电气参数和断路器状态，采集实时数据，通过管理系统对设备进行管理。进行断路器工作情况记录，根据每次工作的记录及运行情况结合断路器触头磨损度，对对断路器进行健康度分析。

报表服务：根据需要提供针对断路器健康状况、触头磨损状态、维护记录、能耗分析、维保计划、断路器运行历史记录等全状态的报表服务，使管理手段可视化。

维保计划服务：系统针对所有接入的断路器进行横向和纵向比较，将重要回路断路器根据健康状况进行分类，提供维护计划，进行针对性维护。对于严重故障断路器进行告警，提示申请维保和更换计划。避免严重故障断路器带伤运行，对生产工作造成损失。

（四）实施收益

通过安装智能断路器及管理系统，以前对于重要回路的管理主要依靠人员的定期巡检，通过看、听、闻等手段进行检测。或者采用监测设备在设备停电后，进行测试。以观察设备的运行状态。或者根据断路器上的操作次数，机械的按照固定的时间进行管理。这样对于某些老化严重的断路器进行超期运行，对于某些负载较轻的断路器又浪费了本该有的运行时间，提前更换。导致风险较大、经济性较差。

通过这个系统，系统自动进行图表分析，将设备横向纵向分类比较。使管理更为直观和准确。维保人员能够更有针对性的对重点设备进行检修以及维保计划的制定。将设备健康监测做到在线监测时时监测。

故障检测手段：当系统发生故障时，通过以下手段可以迅速排除故障查找原因。

1）通过断路器自带的蓝牙以及NFC 功能，通过移动终端连接断路器，读取断路器故障类型及故障程度。

2）通过故障波形扑捉功能对跳闸前的故障波形导出，进行分析，确认是否为电源侧的故障，排除故障。

3）利用移动终端的操作助手功能，根据指示进行操作。

利用这些智能化的功能，将以前判断故障、查找原因、分析原因、排除故障、恢复供电这个过程中需要采用专用设备复现故障现场的过程省却了。利用实时记录的工具，记录现场发生所有关键数据。极大的提高了管理能力，提高工作效率。

三、总结

智能断路器是在传统断路器增加更多的实用功能，但是本质上需要断路器具备良好的基本性能，保证安全可靠运行的前提下再进行智能化。智能断路器的以太网接口配合本地集中管理模块可以实现便捷组网，改变以前二次回路繁多导致故障难以排查等运维困境，数据的完整调取和就地分析便于运维的精确高效管理，故障数据的报警和记录便于运维人员第一时间得到具体故障原因和查找故障记录及时恢复通电。智能断路器可以将数据传输至大系统平台进行集中管理和分析，为电厂厂数字化提供数据基础。