简析CW6智能型万能式断路器的维护管理功能

俞晓峰， 管瑞良

(常熟开关制造有限公司(原常熟开关厂)，常熟 215500)

0 引言

万能式断路器(ACB)在低压配电系统用来分配电能和保护线路及设备免受过载、短路、欠电压和接地故障等的危害，已广泛应用于电力、机械、交通、矿山、冶金、 石化、建筑、船舶、核电和新能源等领域，因此断路器在供电的连续可靠性中起着举足轻重的作用。由此引起的停电事故往往会带来重大的损失，如某些大型医院一旦发生意外停电事故，每天仅成本增加就约达600万人民币。

为此，制订有效的维护计划对于断路器的可靠运行以及控制成本至关重要。但对于大型配电系统来说，如何在数量众多的设备中找到应该更换的设备是一项非常艰巨的工作，而且即使进行检查也无法避免花费大量时间和资源确切识别哪些断路器需要更换或维修。

下文将针对万能断路器维护的重要性，对比分析其不同的维护方式及CW6智能型万能式断路器维护管理的优越性。

1 万能式断路器的不同维护方式

提得万能断路器的维护，首先要了解一下万能式断路器的结构，万能式断路器的基本结构一般由触头系统、灭弧室、操作机构、电操、控制器及其组件、附件(包括分励脱扣器、合闸电磁铁、辅助触头等)以及绝缘底座等部件组成(图1)，每个零部件出现问题都将直接影响到断路器的性能，检查和维护正是为了保证这些零部件能正常工作从而保证断路器的正常运行。但何时进行检查和维护则是传统断路器所要面临的挑战，如果断路器已经使用了很长时间，没有得到适当的维护，并且经受了过多的环境和过电流条件，则很难有把握地知道断路器能否能执行其预期的功能。

图1 万能式断路器基本结构

(1)传统定期维护

目前的传统做法是按照断路器制造企业使用手册中规定维护内容进行维护，通常会根据使用环境及工况来制订定期维护计划，维护的内容大致包括检查灭弧室的状态、确保触点状态良好、检查接线端子连接状况、对运动部件如分合闸半轴以及脱扣机构进行润滑等。

这种预防性维护，根据规定的维修间隔或者断路器的工作时间，按照已经安排好的时间来进行计划内的维修工作，但由于无法确定哪些断路器需要维护，需要对所有的设备进行检查，因此会花费大量的时间和资源。

(2)主动维护

国外一些先进的断路器制造商提出了对断路器的预测性维护，它是通过预期寿命的评估(LEAP)的方法实现，是根据理论和统计分析得出的结果，是基于固有模式的软件计算得到，它需要用户输入断路器的相关运行信息，如操作次数、应用场合、环境条件等参数。但由于断路器实际使用工况错综复杂，这些参数的获得有很大的不确定性，其评估结果难免显得粗糙。

而新一代智能断路器，应该是包含了更多的、先进的内部传感器，能够对重要的参数提供连续或周期地监控，这些参数直接或间接地反映了断路器内部零部件的实际工作状态，从而更好地指示何时需要在问题发生之前进行检查、维护或更换断路器，从而避免了停机时间。重要的是，维护人员能够将定期维护转化为依据断路器状态进行的主动维护，大大降低了维护成本。

即将发布的团体标准《智能低压断路器》对智能低压断路器的定义如下：具有电气测量及报警、状态感知、诊断维护及健康状态指示、故障及历史记录等功能，能进行本地和/或远程监控，并具有物联网(IoT)云平台连接能力可直接或间接接入物联网云平台，且符合网络安全要求的低压断路器。

笔者所在单位耕耘于低压断路器多年，推出了最新一代数字化智能型万能式断路器CW6，其根据设备对自身状态的检查和分析结果相对于设备初始状态的变化或变化趋势来制定最合理的维护方案，包括维护形式、维护频率等，相比定期维护而言，这种主动维护更加经济、准确、高效。

断路器实现的基本功能是为了保证短路分断、过载保护以及日常合分闸操作，为实现上述主动维护，CW6智能型万能式断路器主要针对合闸、分闸、保护、控制器及相关附件等关联功能进行了健康诊断。围绕这些功能，首先进行类似于医生问诊一样的“健康诊断”，在诊断的基础上再进行维护管理。其中，健康诊断又包括健康提醒、健康预测和健康测试三大功能，能全方位监测断路器在全生命周期内运行状态，为精益运维提供详细的健康报告，从而实现主动运维。

2 健康诊断

2.1 健康测试

健康测试功能可以在用户日常对断路器进行操作时，自动地判断路器的健康状态。表1所示为健康测试项包括的项目内容。

健康测试项目内容 表1

(1)电气合分运动特性测试

PIVKA-II在肝癌患者维生素K摄取不足和应用障碍时,γ-谷氨酰羧化酶活性下降,辅酶活性下降,肝癌细胞产生凝血酶原前体蛋白谷氨酸羧化不全引起,凝血酶原释放入血,可刺激癌细胞生长。PIVKA-II作为肝癌诊断的新型肿瘤标记物,其相比常用的AFP肿瘤标记物血清学检测具有特异性高、敏感性高等特点;其浓度同肝癌组织分化、临床分期、病灶大小相关,可以同AFP诊断互为补充,提高肝癌诊断率,可作为肝癌早期诊断的重要肿瘤标志,结合PIVKA-II结果判定预后。PIVKA-II在临床诊断和治疗中具有重要临床价值,值得推广应用。

对用户来说，最重要的是断路器能否正常的合分操作，CW6 系列断路器可选配断路器电气合分运动特性测试模块，用户在电气合闸或电气分闸过程中，该模块自动地、实时地监测断路器运动特性，监测表征断路器机械、电气零部件老化、磨损或卡涩的程度，判断电气合闸或分闸运动的性能是否处于良好运行状态，当该报警发出时，断路器需要得到及时的检查和维护。

1)该功能根据所采集到的运动特性参数与标准状态下运动特性参数的偏离程度来预测合分闸操作是否可靠，提前提示用户及时在故障发生前进行维护或更换，实现预测性维护。2)该功能同时对断路器的合闸、分闸是否到位进行监测，当出现合、分闸不到位时发出高严重度报警，解决了目前断路器电气合分操作过程难于检测、判断的难题。3)这是一种比较清晰地判断故障的方法，属于检查性维护，由断路器内置模块实现，极大地方便了用户对断路器合、分闸状态的判断。

(2)故障脱扣测试

断路器作为保护类器件，在线路发生故障时应准确脱扣动作保护线路及系统免受损害。而实际应用中发生故障的概率并不高，断路器故障脱扣回路往往较长时间处于待命状态，此时用户会担心断路器脱扣回路还能不能正常工作。

而故障脱扣测试能对断路器故障脱扣回路是否正常进行判断。通过模拟脱扣操作，对智能控制器输入模拟故障电流，控制器就对该模拟故障电流进行运算并发出相应的故障脱扣指令，脱扣执行器件发出跳闸命令使断路器跳闸。当故障脱扣回路异常或断路器未跳闸时，控制器就发出警告提示故障脱扣回路异常。通过该功能，用户只需在控制器上进行模拟脱扣或模拟不脱扣测试就能获悉从控制器到脱扣回路是否正常的信息，如果异常，控制器发出报警。

2.2 健康提醒

这一功能完全集成于断路器，无需外部依靠设备，能实时监测断路器自身状态，让用户清晰地了解断路器的健康状态，显示方式可以是本地控制器界面、蓝牙连接的手机界面、其他相关本地/远程通信界面(图2)。

图2 健康提醒显示界面

2.3 健康预测

CW6 断路器配备了寿命预测功能，能随时告知用户断路器的剩余电气和机械寿命。健康预测项目包括内容如表3所示。

健康提醒项目内容 表2

健康预测项目内容 表3

(1)断路器剩余电气寿命：CW6 断路器剩余电气寿命预测功能是通过实验与仿真计算模型相结合，形成了不同电流、电压下分断时的对应触头磨损及灭弧系统烧损的关系，由此求得对应的拟合函数，据此计算处断路器触头磨损及剩余电气寿命，随时告知用户断路器的剩余电气寿命。

(2)断路器剩余机械寿命：断路器每合分一次，智能控制器就会纪录一次，总累计次数与免维护机械寿命(通过大量实验获得的可靠寿命)的差值百分比即为断路器的剩余机械寿命。

3 维护管理

3.1 基于健康诊断的结果的维护管理

此维护管理是对健康诊断结果进行归类，以提醒用户及时对断路器进行维护。它包括合闸功能维护提醒、分闸功能维护提醒、保护功能维护提醒、控制器附件模块维护提醒及断路器维护提醒，提醒方式以“运行”指示灯颜色表示。

(1)当断路器健康诊断结果正常时，智能控制器的“运行”指示灯以绿色显示。(2)当监测到具有中等严重度事件的断路器健康诊断结果时，智能控制器的“运行”指示灯以黄色显示。(3)当监测到具有高等严重度事件的断路器健康诊断结果时，智能控制器的“运行”指示灯以红色显示。(4)当有中、高等严重度事件时，控制器状态栏(TY、TT 型) 将循环显示这些类型事件内容，用户可直接点击(TT型)该状态栏进入“维护管理”菜单查看或在“诊断与维护”菜单进入查看，对TD型控制器，用户可通过蓝牙连接手机APP 查看。维护提醒内容如表4所示。

3.2 基于运行数据的维护管理

CW6 系列断路器标配带时间标签的数据管理，包括断路器的脱扣/报警记录、操作记录、健康诊断记录、电能质量分析记录、最大/最小值记录、故障录波等，这些数据可通过本地查看、远程查询和报警触点输出方式通知用户，以便用户可以优化系统配置或有计划地提前制定维护方案，实现主动维护。

(1)本地查看：脱扣记录、报警记录、操作记录、健康诊断记录、电能质量分析记录、最大/ 最小值记录、运行记录、故障录波。(2)远程查询: 脱扣记录、报警记录、操作记录、健康诊断记录、电能质量分析记录、最大/ 最小值记录、运行记录、故障录波。(3)报警触点输出: 脱扣记录、报警记录、健康诊断。

4 维护便捷性

CW6 智能型万能式断路器在设计上充分考虑了用户检查和维护的便捷性，采用了独特的外壳设计，通过上下分仓设计，可快速打开附件仓，检查、维护方便性大大提升。附件采用免接线设计，即插即用，比上一代产品安装时间减少80%。同时，在断路器上部设置了快装盒，提供智能控制器附件模块的快速安装。

维护提醒项目内容 表4

5 结束语