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摘要：在低压配电网中，配电分支节点的智能低压断路器除了保护功能外，还实现了测量、通信和控制功能。一二次融合技术在低压断路器上的实现，简化了低压配电网络的设备种类和通信接线。智能低压断路器开关设计采用一种新型智能塑壳断路器方案，融合了高精度测量及宽带电力载波通信的功能。
关键词：智能；低压断路器；应用
1 引言
人们的生活水平不断提高，对电力系统提出了更高的要求。随着我国电网覆盖的范围越来越大，传统的配电系统运行和维护措施已经无法满足国家电网发展的要求。供配电设备作为用电的基础设施，仅仅依靠传统的安全检测手段，事后检修和预先设定周期性定期检修都已不能满足现代化用电安全和用电质量的保证。因此，应大力促进电网智能化建设，以提高电力的可靠性、城乡供电能力及供电安全水平。配电设备的在线监测及状态检修是配电网智能化的重要组成部分。在线监测即是通过在配电设备上装设各种检测仪表对配电设备的运行状况进行实时、连续的自动检测，通过软件对监测数据进行分析处理诊断，最终做出检修意见。
2 智能低压断路器的设计原理
智能开关的新型高精度测量智能塑壳断路器采用了一二次融合思路，保护和测量独立设计。新型智能塑壳断路器由断路器本体、保护模块、保护互感器、测量模块、电流测量互感器、电压调理模块和电流调理模块构成。保护模块负责完成与保护相关的数据采集，实时计算和监测断路器状态。测量模块负责电压、电流采集计算，以及电量、谐波、功率和功率因数等电参量的实时计算。保护电流互感器磁芯采用了硅钢叠压的处理。由于电流保护的范围较大，一般到5倍左右，电流互感器产生了部分饱和现象。反应出来的一二次电流曲线为非线性的特点，需要根据保护互感器的二次电流输出特性，采用二次曲线拟合方式对保护互感器进行校正。由于塑壳断路器内部空间有限，电流测量互感器设计受到严格的结构尺寸限制，在互感器磁芯材料选择上选择饱和磁感强度大、磁导率高的铁基纳米晶材料缩小互感器的尺寸。纳米晶材料为一种新型软磁材料，具有饱和磁感应强度高、量程宽、精度高、工作温度范围宽及频率特性稳定的特点。独立的测量电流互感器加上高集成度的测量电路使得塑壳断路器这类线路保护设备在保持原有产品尺寸的前提下，具备了测量能力。测量及显示通信电路具有独立于保护电路的电源供电回路，使塑壳断路器的可靠性得到提升。
3 智能低压断路器的应用
3.1 故障指示器
故障指示器由采集单元和汇集单元组成，安装在10kV及以下中低压配电线路上，用于监测线路负荷状况、检测线路故障，并具有数据远传功能。采集单元安装在配电线路指定位置，具有采集线路负荷、线路电压电流、判断并指示短路和接地故障功能，同时将数据信息传输至汇集单元。汇集单元与采集单元配合使用，汇集单元通过RS485通信方式接收采集单元采集的配电线路负荷和故障等信息，同时将以上信息通过电力载波传输TTU，实时监测线路电流和状态，实现故障检测和定位、数据远传功能，帮助维修人员迅速排除故障，恢复正常供电，提高供电可靠性，提高工作效率，提高作业自动化水平与运行管理信息化水平。
3.2 智能低压断路器的通信方式
作为低压配电网络的重要设备，低压断路器的通信方式比较单一，以RS485通信为主。这种通信方式的优点是通信稳定可靠，通信成功率较高。但其缺点也很明显，部署调试以及运行维护的成本较高。新一代智能断路器的通信功能为实现数据交互的实时性、准确性和安全性等特点，通信功能必须具备高效率、高带宽、高可靠和低功耗等性能特点。1）高效率：低压断路器在现场数量多，一个低压台区低压断路器之间的距离最大可达500m。快速高效的组网是首要考虑因素。
2）高带宽：由于配电台区终端低压设备数量多，智能配变终端与低压设备交互频繁，传输的数据量将是非常庞大的，对通信传输有较高的要求，在高速传输的同时有着高带宽的需求。3）高可靠：通信电路集成于低压断路器内部应具有耐高温、耐湿和防尘；通信电路还应能抵抗噪声、电磁和雷电等干扰，保持稳定运行以及数据的不间断性和准确性；在低压断路器发生跳闸时，应能抵抗事故所产生的瞬间强电磁干扰。
3.3 智能控制
运维人员可以根据不同权限的设置，分别对报警、管理和维保建议进行控制，充分做到按己所需，简单直观。此外，还可以通过各种即时通信方式或者邮件的形式，随时随地让运维人员掌握系统的情况，大大减少反应的时间，压缩前期的工作量，保证整个系统的持续性供电。这套系统还可以随时进行电气系统自检，辨别异常操作，实现主动维护，避免因人员安排造成的误操作。
3.4 复合开关
1）：经仿真和计算得到在38OV的系统电压下，电容器理想开断时的稳态过电压就可能达到1600V，当系统电压高于380V（这是常有的情况）或非理想开断时的暂态过电压就可能远大于晶闸管的反向耐压（1600V），众所周知晶闸管是一种对热和电冲击很敏感的半导体元件，一旦出现冲击电流或电压超过其容许值，就会立即造成损坏，而且这种损坏是永久性的。实际运行情况也已经表明复合开关的故障率相当高。2）：由于采用了晶闸管等结构复杂的电子元器件，成本随之上升，与交流接触器低廉的价格难以相比。3）：复合开关的过零是由电压过零型光耦检测控制的，从微观上看它并不是真正意义上的过零投切，而是在触发电压低于16V～40V时（相当于2～5度电角度）导通，仍有一定的涌流。4）：复合开关技术既使用可控硅又使用继电器，结构就变得相当复杂，而且由于晶闸管对dv/dt的敏感性也导致其比较容易损坏。
3.5 数据记录、远传及数据统计
TTU实时自动记录、上传和追忆台区系统失电和故障情况，对TTU实时记录采集的数据定期向上传送主站且可设置主动上送的模拟量数据。本地记录的数据至少包括变压器低压侧三相电压电流，有功电量，正、反向无功电量，有功功率，正、反向无功功率，三相电压电流不平衡率，电压偏差、频率偏差，电压合格率统计，台区变负载率。TTU采用文件传输方式上送最新记录模拟量数据曲线，记录保存并循环存储上千条事件顺序记录；对三相电压最大、最小值，三相电流最大、最小值出现时的时间、值的大小、阈值进行记录分析；要求电压监测统计以取1min内电压预处理值的平均值，参照规范标准相关功能要求按月、按日累计各相别电压合格率记录保存并对电流电流偏差超上限和超下限累计时间进行分析。
4 结束语
总之，智能断路器在台区的实施具有明显的提质增效的作用。在提高台区管理效益的同时，减少了分路检测单元、温度传感器、柜门计量表、外置式CT、拓扑识别仪和末端感知终端等二次设备的使用，具有较高的实用价值和较好的经济性。
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