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智能断路器工作原理

2018-03-12 17:33:52 立枫电气公司 4

       智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电了技术、数字化控制装置组成执行单元,代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。新型传感器与数字化控制装置相配合,独立采集运行数据,可检测设备缺陷和故障,在缺陷变为故障前发出报警信号,以便采取措施避免事故发生。智能断路器实现电子操动,变机械储能为电容储能,变机械传动为变频器经电机直接驱动,机械系统可靠性提高。
       在目前阶段,智能断路器得到了相应的发展,具有智能操作功能的断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元,它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。工作原理见图1,图中实线部分为现有断路器和变电站的有关结构和相互关联。智能识别模块是智能控制单元的核心,由微处理器构成的微机控制系统,能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号,自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态,根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的分合闸运动特性,并对执行机构发出调节信息,待调节完成后再发出分合闸信号;数据采集模块主要由新型传感器组成,随时把电网的数据以数字信号的形式提供给智能识别模块,以进行处理分析;执行机构由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成,用来调整操动机构的参数,以便改变每次操作时的运动特性。此外,还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块,以扩大智能操作断路器的智能化功能。

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       智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流,自动选择操作机构及灭弧室预先设定的工作条件,如正常运行电流较小时以较低速度分闸,系统短路电流较大时以较高速度分闸,以获得电气和机械性能上的最佳分闸效果。
       这种智能操作要求断路器具有机构动作时间上的可控性,目前断路器常用的气动操作机构,液压操作机构和弹簧操作机构由于中间转换介质等因素,控制时间离散性大,其运动特性很难达到理想的可控状态。采取电磁操作机构的断路器利用电容储能、永磁保持、电磁驱动、电子控制等技术,当机构确定后运动部件只有一个,没有中间转换介质,分合闸特性仅与线圈参数相关,可以通过微电子技术来实现微秒级的控制,通过对于速度特性控制实现断路器的智能化操作。
       智能操作断路器的工作过程是:当系统故障由继电保护装置发出分闸信号或由操作人员发出操作信号后,首先启动智能识别模块工作,判断当前断路器所处的工作条件,对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数,以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性,然后使断路器动作。
智能断路器技术的优点
和传统的断路器相比较,智能断路器有着其自身的优点:
1、采用智能断路器技术后,对于非故障性的操作,断路器都可以在较低的速度下断开,减少断路器断开时的冲击力和机械磨损,从而提高断路器的使用寿命,在工程上达到较好的经济效益和社会效益。
2、采用智能断路器技术可以实现有关高压开关设备的检测、保护、控制和通信等智能化功能。
3、传统的重合闸采用重合闸继电器,正常运行时,重合闸继电器的电容进行充电,当发生故障断路器断开后,电容进行瞬间放电从而到达重合目的,当重合于故障时,由于电容未再进行充电,因此重合闸只能进行一次。采用智能断路器技术后有可能改变目前的试探性自动重合闸的工作方式,实现自适应自动重合闸,即做到在短路故障开断后,如故障仍存在则拒绝重合闸,只有当故障消失后才进行重合。采用智能技术后就会避免传统重合闸只能重合一次的弊端。
4、实现定相合闸,降低合闸操作过电压,取消合闸电阻,进一步提高可靠性;实现选相分闸,控制实际燃弧时间,使断路器起弧时间控制在最有利于燃弧的相位角,不受系统燃弧时差要求限制,从而提高断路器实际开断能力。
       随着微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术的飞速发展,以及人工智能技术在产品研发和研究领域的应用,能断路器将会从简单的采用微机控制取代传统继电器功能的单一封闭装置,发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统,成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发展方向。
智能断路器技术进步
       智能断路器已将计量、控制及通信等功能融于一体,使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发展又为智能断路器功能的多样化,可靠性的提高,性能优化提供了技术保障。智能断路器的核心是智能控制器,其性能的高低是判断智能断路器是否先进的主要依据。自20世纪70年代开始出现了智能控制器,随着各项技术的广泛应用和发展,如微电子、计算机技术、网络通信技术和新型传感器技术的快速发展和综合应用,使得智能控制器出现了突飞猛进的发展。作为智能断路器技术的补充,断路器智能监视和控制技术得到了相应的发展并在工程上得到广泛的利用。


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