低压智能断路器检测与维护方法的探讨

盛 慧 蔡 韧 李佳文

（国网上海市电力公司设备管理部）

0 前言

目前，在电力系统当中对低压智能断路器的使用是比较普遍的，而且其也是电力系统中可以起到对整个配电系统保护的重要作用，是非常重要的一种电器元件。低压智能断路器不但可以在正常电路进行运行，同时还可以在非正常电路（例如短路）条件进行运行。因为经济的发展，人们对于电的需求量在不断的增加，供配电网络也变得更加的复杂，出现的电路故障不仅在频率上变多，而且故障的种类也变得越来越多，其中比较常见的故障便是短路和过载。但是，人们往往很容易忽视对低压智能断路器的维护，造成低压智能断路器因为缺少日常维护而使其预期功能受到一定的影响，因此，本文主要便针对已投入运行的低压配电电系统如馈线电缆短路故障造成的越级跳闸事件等，对低压智能断路器维护和检验方法展开探讨［1-5］。

1 低压智能断路器的各种试验方法

低压智能断路器主要分为四种，分别为出厂常规、型式、定期、出厂抽样四种试验。主要依据GB/T 14048.2和GB998的基本试验方法，具体型式试验项目见各类具体产品标准

1.1 低压智能断路器的试验方法分析

在同一瞬时校验台上，能够对实际电流值造成影响的因素相对比较多，主要有а）合闸相位角差异会在一定程度上使得试验电流的峰值大小不一样；b）电网电压出现的波动；c）试品内阻大小差异；d）多极智能断路器单极校验和两极串联校验存在一定程度的误差。

电网电压波动的影响：进行校验的时候工厂使用开路电压法来展开，如果此时电网电压出现了一定程度的波动，那么试验电流自然而然也会出现一定程度的变化，那么便会对最终的校验结果造成影响，使得校验结果出现误差。

试品内阻大小不一致的影响： 有的工厂在对同一种规格智能断路器进行检测的时候，往往只读（测）第一台智能断路器的峰值表数值，而且因为工艺和材质的差异，但是这个数值并没有代表性，因为材料和工艺的差异原因，内阻也会出现一定的不同。因此，这种校验方法并不科学。

由此可知，低压智能断路器瞬时特性试验及其设备还需要将下面的几个问题进行解决：а）相同规格的智能断路器要根据其实际的内阻来对试验电流进行及时的调试；b）测量试验电流峰值使用峰值电流表；c）利用选相合闸装置来进行非周期分量的消除；d）保证计量器具的精准性。

以上的试验方法均是在出厂时或定期对产品的质量的鉴定的试验，无法在实际的工程中运用，同时实际工程中也无相关的一些关键性能指标的检测方法和实践案例。

1.2 低压智能断路器的运行过程中的试验方法分析

低压智能断路器的结构复杂，各种零部件的功能正常是保证整机正常运行的必要条件，断路器在运行中如何对零部件的进行检测和维护变得非常重要，何时进行检查和维护是各运维人员、各工程公司、各设备厂商需要面对的一大挑战，如果断路器使用年限比较久而且在使用的过程中并没有对其进行定期的维护的话，那么其功能肯定会在一定程度上受到影响，从而无法执行其预期的功能。

断路器工作的环境十分复杂，有可能对断路器造成伤害的维度很多，例如温度对于橡胶圈、润滑脂的影响；湿度对于电子线路板、银点的影响；振动对于断路器螺丝固定，软连接处的状态的影响；腐蚀和粉尘对于触头的影响等。因此通过各种工作环境的维度来建立一种能够监测断路器运行状态的模型就显得十分必要。统计分析表明，80%的断路器故障是机械故障原因。目前，断路器主要的测试手段有在线监测和停电试验，但是都存在问题［2］。

（1）在线监测。在设备带负荷情况下，第三方监测断路器动作状况，并通过监测到的状态数据判断断路器设备状态。但在线监测产品投资巨大，不适合大范围推广使用。

（2）停电试验。停电后，在试验电压下进行动作试验，并监测试验结果，但停电试验无法监测到断路器在带电运行状态下的真实状况，该方法也存在一定的不合理。

2 已投运低压智能断路器维护检验方法探讨

2.1 过电流脱扣机构的维护检验方法

1）利用控制器的自带“试验”功能

例如良信NDW1系列产品都配置有智能控制器“试验”功能。在实际的使用中，其很少会出现过电流故障，因此控制器的故障脱扣回路基本上很少会使用到，基本上都是处于待命状态，这样一来，因为控制器的脱扣回路长时间不使用，造成控制器的脱扣回路由于长时间老化是否能正常工作的问题出现。而智能控制器“试验”功能能对控制器故障脱扣回路是否正常进行判断。同时，智能控制器“试验”功能是使用的模拟小电流信号，通过该功能，用户可以较快较便捷的获悉脱扣回路功能是否正常，一旦有异常的话，那么此时控制器便会及时的发出报警。

2）利用控制器的自带测试接口

对智能控制器面板提供测试接口的低压智能断路器展开必要的检测的时候，那么便要使用配备厂家的专用测试仪来进行测试。

3）利用外置式互感器

如果是外置式电流互感器的智能断路器，那么对智能控制器功能展开试验的时候便可以够利用在外置式电流互感器的二次端子处施加模拟量的方法来进行。

4）利用柔性互感器

对于现场运行的大多数低压智能断路器而言，均采用3PT，4PT内置电流互感器方式，这样一来便很难实现在外置式电流互感器的二次端子处使用模拟量的方式来开展对智能控制器功能的试验。但是，采用真有效值和线性补偿技术，柔性电流互感器（图1）技术就此而诞生，此问题得到了有效解决。例如，良信电器NDW3系列均配备了柔性电流互感器，开展二次测试的时候便可以根据该型号的脱扣器试验接线，从而对保护脱扣功能进行更全面的验证。

图1 柔性互感器

2.2 合分闸线圈的试验维护检验方法

1）电气合分回路断线监测方案

对用户来说，最重要的是断路器能否正常的合分操作，可对某系列已长期投运多年的断路器的合分闸回路加装跳位、合位监视回路。其工作原理是：跳位（TWJ）、合位（（HWJ）电器检测串接在回路中的合闸（图中的“B”为合闸线圈）、分闸（图中的“F”为分闸线圈）线圈及整个合分闸回路，用以判定整个回路是否断线。当断线时该继电器发出报警，运维人员得知断路器需要得到及时的检查和维护，实现了预测性维护。其回路改进线路图如图2所示，此方法同样适用于其他控制或辅助回路的断线监测。

图2 合分闸回路接线改进方案

2）电气合分合闸互锁监测方案

现有已投入运行的低压智能断路器中大部分合分闸线圈均为短时工作制，为防止因外部命令长时间保存或因控制命令故障（图中的E1E2按钮触点粘连、控制继电器故障等）导致线圈长时间通电而烧毁。同时实现了分合闸回路的自锁，即只有断路器分闸后，合闸命令才有效或者合闸线圈才得电，反之亦然。为此，合闸（图中的“B”为合闸线圈）回路接入状态辅助触头的常开触点，常闭触点接入分闸（图中的“F”为分闸线圈）回路，如图3所示。

图3 分闸回路接线改进方案

2.3 电流脱扣器采用精度的维护检验方法

为了更好保证其可以进行正常的运行工作，那么必须要先保证低压智能断路器样回路的电流的准确性。所以，在日常工作当中必须要对现场低压智能断路器电流采样值的日常检查工作进行重视。对其智能控制器的保护电流值是不是正常可以通过和盘柜电测仪表测量值来展开对比进行判断。但是，低压智能断路器的采样值是存在一定的误差的，而且这个误差不会很大，基本上在10%左右，但是如果负荷电流小于一定数值的时候，此时显示值便会变为0，比如，两个不一样型号的低压智能断路器，其显示门槛值分别为90A和70A。在对其进行检查的过程中一旦发现智能控制器电流采样值异常，那么便需要在第一时间检查开关内部互感器以及智能控制器。特别是使用年限比较长的一些智能低压断路器，内置电流互感器经常会出现故障，必要时应及时的对出现功能异常的智能控制器进行更新换代。

2.4 操作机构的维护检验方法

因为低压智能断路器在日常工作的时候会通断大电流，在分合闸的时候一些机械部分很容易出现一些大大小小的问题。因此，在日常工作中还需要重视对机械部分的维护工作。其中比较常出现的问题便是开关拒合、缺相等。在对低压智能断路器进行维护的时候需要将下面几点作为重点来进行维护：（1）全面展开对低压智能断路器内部传动机构的检查，一定要确保各部件的清洁以及性能，对于需要转动的部分，为了保证其转动性能需要定期为其添加润滑油脂。（2）对自由脱扣机构展开检查。通常情况下，需要控制好脱扣半轴与跳扣的接触面积，在进行检修的时候可以通过调整螺钉，转动脱扣半轴的角度来调试接触面积，同时还需要将低温润滑油脂涂在接触面上，这样一来便能在一定程度上减小摩擦力，从而更好的实现低压智能断路器脱扣。（3）对触头系统进行系统全面的检查，特别是在开断大电流后，在检修的时候便能够借助大电流回路电阻测试仪来对触头接触电阻进行测量。

3 新一代低压智能断路器在线维护检验功能

良信电器公司近些年推出全新一代低压智能断路器的控制器以16bits RⅠSC指令系统的MCU为核心，构建了一个高速、高精度的测控系统。以国外先进标准作为保护功能设计的指南，除满足GB14048.1和GB14048.2以外，产品在设计上还采纳了ⅠEC60255-3、ⅠEC60255-8、NFPA70等标准的相关规定，使产品更能满足各种配电系统保护的需求。

电子脱扣器符合ANSⅠ Std C37.17标准要求可在无任何外部电源条件下完成全部保护功能，其中的一种保护功能树状图（图4）如下。

图4 一种保护功能树状图

3.1 在运行过程中可进行的维护检验功能

1）运行监视

控制器可将运行状态和工作参数，整定参数，试验状态，故障性质及故障参数，进行存储和显示。

2）在线试验功能

控制器能够进行瞬时脱扣的试验。该实验可以很好的对控制器进行检查，而且还能对控制器与断路器配合的实际情况进行检查，能够在很大程度上维以后的设别调试和检修提供方便。控制器还能够开展某些特性试验，试验主要有两种，一种是脱扣，另一种是不脱扣，前者要分断断路器，后者不分断。如果在试验过程中，出现过载或短路等故障情况，系统自动终止试验状态并转入延时动作状态。

3）在线查询功能

控制器在正常运行的过程能够提供很多的查询功能，可以对保护参数，历史记录等进行查询。

4）在线自诊断功能

控制器的自诊断功能用于对控制器自身的工作状态和运行环境进行检测。当出现自诊断故障（如环境超温、A/D采样出错、E2PROM出错等）时，控制器给出指示或显示进行报警，以提醒用户进行相关处理，控制器显示故障代码。

5）分合闸次数记录功能

控制器能记录控制器的分合闸动作次数，以便进行产品维护；该值可通过相应设置。

6）发光器件检测功能

控制器能通过相应操作使控制器的所有发光器件全部点亮，可以方便的对发光器件的好坏进行检查。

7）断路器触头磨损

控制器面板显示当前触头磨损情况，出厂时显示100%，表示触头没有磨损，当在实际运行过程中显示值下降到40%时控制器发出报警信号，提醒用户更换触头。用户更换触头后可以通过编程接口重新设置为100%。

8）在线联网调试功能

控制器具有RS-485串口光电隔离输出，可直接或通过协议接口模块与上位机以MODBUS-RTU、PROFⅠBUS-DP、DеvicеNET、CAN等现场总线方式联网，以实现遥控、遥调、遥测、遥信等“四遥”功能。

9）区域联锁（ZSⅠ）功能

区域联锁（ZSⅠ）技术使电子脱扣器具备与其它电子脱扣器Ⅰ/O通信的能力，因此短路短延时能够在一定程度上被隔离，由离故障点最近的上级断路器分断断路器。同时系统内的其他设备将会处于合闸的状态并进行持续供电。这样一来便能够在很大程度上防止因为下级断路器短路故障，从而引起大面积的停电。

4 结束语

目前，对于低压智能断路器的应用变得越来越多，其工作可靠性将会对机组的安全运行起到至关重要的影响。因此，对低压智能断路器工厂阶段的检测检验固然很重要，是对后期投运及运维过程中的关键保障。本文还针对大量已投运的低压智能断路器的在线检测及运行维护提供了一些解决方案和试验方法，可为生产厂家的售后服务人员提供了一些可选择的应用经验、也为工程运维的电气维护人员提供一些可参考的解决方案。

实际工程中各种应用工况、应用场景非常复杂，其中掺杂着各种不相同的影响因素，故还需广大工程技术人员从理论和实验的角度进一步深入研究。