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摘要：现如今，我国是智能化快速发展的新时期，电力企业在我国发展十分迅速，文章分析了几种国内外微型智能断路器技术现状，针对技术发展的微型化、智能化和物联网化难点，尤其是物联网技术带来微型断路器电气性能参数实时监测优势，提出利用边缘计算、自动识别、自主决策升级功能的思路，并以断路器物联网化设计方案说明泛在电力物联网下应用。
关键词：泛在电力物联网；配电网；微型智能断路器；安全运行；物联网化设计
引言
随着智能电网概念的提出，智能变电站得到快速发展，其核心是“一次设备智能化与二次设备网络化”。断路器作为电力系统中最重要的一次设备，它的智能化是变电站乃至整个电网智能化的基础。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合，在规定的时间内承载和开断异常回路条件下电流的开关装置。高压断路器是指额定电压在1kV及以上的断路器，是电力系统一次设备中唯一的控制和保护设备，是接通和断开回路、切除和隔离故障的重要控制设备。高压断路器的最基本功能是切除电流。断路器中有电流流过时，无论是负荷电流还是短路电流，当断路器动触头移动，与静触头分开时，在动、静触头间形成电压而燃起电弧。由于动、静触头之间拉开的端口有一个从小到大的过程，使产生的电弧熄灭需要有一定条件：或者因为断路器的触头分开距离足够长而熄灭；或者由于断路器本身设计的灭弧机构对电弧有强烈的消电离作用，使电弧迅速阻断。
1智能断路器在线监测原理
智能断路器分合闸控制是由电路产生的电磁力作用下实现的，对于断路器的故障监测可以通过分析分合闸的控制线圈电路电流变化和开关动触头的运动特性来实现。分合闸控制线圈的电流波形直接反映铁心运动机构的动态，有无脱扣、卡滞等情况。t0~t1铁心处于静止状态；t2时铁心开始运动。通过在断路器上安装电流传感器检测控制线圈电流变化可以评估铁心运动过程中是否存在异常情况。当电磁铁线圈刚通电时，反映了分闸电流与分闸铁心运动的关系。此过程可分为5个阶段：阶段1：t0~t1线圈在t0时刻通电，到t1时刻铁心开始运动。t0为断路器分闸命令下达时刻，是断路器动作计时的起点；t1时刻线圈中电流和磁通将会上升到足够驱动铁心运动，此时为铁心运动的计时的起点。阶段2：t1~t2铁心运动，电流下降。t2时刻控制电流的值达到最低，说明铁心已经触动操作机械的负载，速度明显下降或者已经停止运动。阶段3：t2~t3铁心停止运动，电流开始快速上升。阶段4：t3~t4电流开断阶段，辅助开关K开断，在辅助开关触头间产生电弧并被拉长，电弧电压快速升高，使得电流迅速减小知道熄灭。通过分析所测量得到的电流波形就可以计算操动机构的启动时间、拉杆运动时间、线圈通电时间等一系列的参数，再根据断路器自身的参数范围，判断操动机构的运行状态。对于状态完好的同一类型断路器，分合闸线圈的电流波形是相似的，时间特征参数在一定范围内变化。因此，可采集其状态完好时的分合闸电流波形作为参考，以便对断路器口后动作时的分合闸电流波形进行指纹比对，从而达到检测故障的目的。智能断路器动触头的运动行程与主轴连动杆运动行程之间的关系近似为直线特性，触头行程时间特性曲线可以反应机械振动是否出现故障。通过安装角位移传感器、直线位移传感器、加速度传感器可以获得触头的运动特征信号，以此判断智能断路器是否存在异常。
2微型智能断路器物联网技术选择
2.1触头分断能力
触头是断路器的关键部分，其分断能力决定电力系统保护功能，例如某公司C65系列型号的分断能力为6000A，额定电流为20A；S2系列微型断路器是某公司限流型产品，适用于住宅及一般工业用途的终端配电线路的过电流及短路保护，具有防触电保护功能；某公司5SM系列电磁式漏电保护装置在我国建筑和工业领域得到广泛应用，为用户安全用电提供了可靠的保障。某公司设计的银触点触头，达到6000A分断能力，微型智能断路器触点结构和检测都是要重点考虑的，在选用微型断路器时，应先计算在该电路中的最大预期短路电流，再选择微型断路器。
2.2监视记录断路器的动态工作过程
断路器在运行时的分、合闸操作是一个动态的过程。断路器在分合闸过程中，由于要分断接通高电压和大电流，这是断路器最容易出现故障的时刻。断路器接到跳闸命令，相当于对跳闸线圈施加了一个激励电流，这启动了操动机构，操动机构快速地将断路器的动静触头分离。在分离过程中，断路器燃弧、熄弧，电流被分断，动触头继续运动一直到分位置，辅助触电完成切换，并准备好合闸回路。一个断路器分闸的动作全过程，牵涉到许多电气和机械的转化和快速移动。如果能记录这台断路器分闸时的各相关量的动态变化过程，这对了解这台断路器的技术状态是非常有帮助的。通过对动态过程的监测，可以发现断路器的隐患，很多断路器的故障或异常是静态监测不能发现的。分、合闸操作是断路器在电力系统中最基本的功用，但由于切断电弧和操动机构的快速运动，每次动作对于电气绝缘和机械寿命都有影响。如果每次操作都记录了相关联的物理量，并能进行分析，我们对断路器的健康状态就可以做到心中有数。在电力系统中，断路器的动态过程相对来说是发生较少的；在断路器进行检修试验时，运行中进行的设备投入退出操作时，继电保护或自动装置启动某断路器的跳合闸操作时，这些场合的总次数是很有限的。可以作为记录量的有：监测跳闸过程流过跳闸线圈的激励电流；记录（监测）一次系统电流的大小；监测动触头运动位置的变化情况；传递机构的位移和震动；其他可以改善监测能力的测量点。断路器流过多大的电流，断路器的操动机构是否处于完好，气压是否运行进行分闸操作，跳闸回路是否完好等，这些要求也是普通断路器应做到的。
2.3配电智能化带来的改变
采用全新的配电智能化系统会给人们的生产生活带来全新的改变，可以通过不同的岗位看到不同以往的变化。（1）最终用户。通过点击可以实现对能源的智能利用。首先，能通过方便获取能效数据提升设备价值，以节省大量的现场评估费用。其次，通过控制用电设备的智能投切，保证能源使用的智能化和能效化。最后，能够杜绝效率低下且事半功倍，系统可利用采集的信息进行分析，从而达到成本分摊和系统优化。（2）设备管理者能够简化管理并减少书面工作，确保设备的可靠性。随时随地，1min采取行动。通过持续监测和采集系统数据，确保系统正常运行。出现异常状况时会发送警报和通知，便于判断情况并采取相应行动，从而主动及时地完成修复。支持多站点持续监测，一个维修技术人员可以同时管理多个站点。访问电气系统历史数据更简单，随手即可保存所需的技术文档。
结语
泛在电力物联网下断路器的微型化、智能化和融合物联网是新需求。考虑结构设计、电气性能参数检测、物联网组网技术、人工智能技术，接入物联网技术的微型断路器能够具有边缘计算、自动识别和自主决策功能。在智慧校园建设应用中，以新型智慧断路器等物联设备为基础，构建智能配网框架，包括新型MEMS传感器终端、手机App和自主诊断应用层的设计，能够实现监测微型智能断路器的电气指标实际运行情况，对故障断开点能够精准定位、即时信息处理及推送并能够快速处理故障等，提升了配电网的智能化和可靠性。
参考文献：
[1]杨东升，王道浩，周博文，等.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术，2019（02）：107-114.
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