簡析CW6智能型萬能式斷路器的維護管理功能

俞曉峰， 管瑞良

(常熟開關制造有限公司(原常熟開關廠)，常熟 215500)

0 引言

萬能式斷路器(ACB)在低壓配電系統用來分配電能和保護線路及設備免受過載、短路、欠電壓和接地故障等的危害，已廣泛應用于電力、機械、交通、礦山、冶金、 石化、建筑、船舶、核電和新能源等領域，因此斷路器在供電的連續可靠性中起著舉足輕重的作用。由此引起的停電事故往往會帶來重大的損失，如某些大型醫院一旦發生意外停電事故，每天僅成本增加就約達600萬人民幣。

為此，制訂有效的維護計劃對于斷路器的可靠運行以及控制成本至關重要。但對于大型配電系統來說，如何在數量眾多的設備中找到應該更換的設備是一項非常艱巨的工作，而且即使進行檢查也無法避免花費大量時間和資源確切識別哪些斷路器需要更換或維修。

下文將針對萬能斷路器維護的重要性，對比分析其不同的維護方式及CW6智能型萬能式斷路器維護管理的優越性。

1 萬能式斷路器的不同維護方式

提得萬能斷路器的維護，首先要了解一下萬能式斷路器的結構，萬能式斷路器的基本結構一般由觸頭系統、滅弧室、操作機構、電操、控制器及其組件、附件(包括分勵脫扣器、合閘電磁鐵、輔助觸頭等)以及絕緣底座等部件組成(圖1)，每個零部件出現問題都將直接影響到斷路器的性能，檢查和維護正是為了保證這些零部件能正常工作從而保證斷路器的正常運行。但何時進行檢查和維護則是傳統斷路器所要面臨的挑戰，如果斷路器已經使用了很長時間，沒有得到適當的維護，并且經受了過多的環境和過電流條件，則很難有把握地知道斷路器能否能執行其預期的功能。

圖1 萬能式斷路器基本結構

(1)傳統定期維護

目前的傳統做法是按照斷路器制造企業使用手冊中規定維護內容進行維護，通常會根據使用環境及工況來制訂定期維護計劃，維護的內容大致包括檢查滅弧室的狀態、確保觸點狀態良好、檢查接線端子連接狀況、對運動部件如分合閘半軸以及脫扣機構進行潤滑等。

這種預防性維護，根據規定的維修間隔或者斷路器的工作時間，按照已經安排好的時間來進行計劃內的維修工作，但由于無法確定哪些斷路器需要維護，需要對所有的設備進行檢查，因此會花費大量的時間和資源。

(2)主動維護

國外一些先進的斷路器制造商提出了對斷路器的預測性維護，它是通過預期壽命的評估(LEAP)的方法實現，是根據理論和統計分析得出的結果，是基于固有模式的軟件計算得到，它需要用戶輸入斷路器的相關運行信息，如操作次數、應用場合、環境條件等參數。但由于斷路器實際使用工況錯綜復雜，這些參數的獲得有很大的不確定性，其評估結果難免顯得粗糙。

而新一代智能斷路器，應該是包含了更多的、先進的內部傳感器，能夠對重要的參數提供連續或周期地監控，這些參數直接或間接地反映了斷路器內部零部件的實際工作狀態，從而更好地指示何時需要在問題發生之前進行檢查、維護或更換斷路器，從而避免了停機時間。重要的是，維護人員能夠將定期維護轉化為依據斷路器狀態進行的主動維護，大大降低了維護成本。

即將發布的團體標準《智能低壓斷路器》對智能低壓斷路器的定義如下：具有電氣測量及報警、狀態感知、診斷維護及健康狀態指示、故障及歷史記錄等功能，能進行本地和/或遠程監控，并具有物聯網(IoT)云平臺連接能力可直接或間接接入物聯網云平臺，且符合網絡安全要求的低壓斷路器。

筆者所在單位耕耘于低壓斷路器多年，推出了最新一代數字化智能型萬能式斷路器CW6，其根據設備對自身狀態的檢查和分析結果相對于設備初始狀態的變化或變化趨勢來制定最合理的維護方案，包括維護形式、維護頻率等，相比定期維護而言，這種主動維護更加經濟、準確、高效。

斷路器實現的基本功能是為了保證短路分斷、過載保護以及日常合分閘操作，為實現上述主動維護，CW6智能型萬能式斷路器主要針對合閘、分閘、保護、控制器及相關附件等關聯功能進行了健康診斷。圍繞這些功能，首先進行類似于醫生問診一樣的“健康診斷”，在診斷的基礎上再進行維護管理。其中，健康診斷又包括健康提醒、健康預測和健康測試三大功能，能全方位監測斷路器在全生命周期內運行狀態，為精益運維提供詳細的健康報告，從而實現主動運維。

2 健康診斷

2.1 健康測試

健康測試功能可以在用戶日常對斷路器進行操作時，自動地判斷路器的健康狀態。表1所示為健康測試項包括的項目內容。

健康測試項目內容 表1

(1)電氣合分運動特性測試

PIVKA-II在肝癌患者維生素K攝取不足和應用障礙時,γ-谷氨酰羧化酶活性下降,輔酶活性下降,肝癌細胞產生凝血酶原前體蛋白谷氨酸羧化不全引起,凝血酶原釋放入血,可刺激癌細胞生長。PIVKA-II作為肝癌診斷的新型腫瘤標記物,其相比常用的AFP腫瘤標記物血清學檢測具有特異性高、敏感性高等特點;其濃度同肝癌組織分化、臨床分期、病灶大小相關,可以同AFP診斷互為補充,提高肝癌診斷率,可作為肝癌早期診斷的重要腫瘤標志,結合PIVKA-II結果判定預后。PIVKA-II在臨床診斷和治療中具有重要臨床價值,值得推廣應用。

對用戶來說，最重要的是斷路器能否正常的合分操作，CW6 系列斷路器可選配斷路器電氣合分運動特性測試模塊，用戶在電氣合閘或電氣分閘過程中，該模塊自動地、實時地監測斷路器運動特性，監測表征斷路器機械、電氣零部件老化、磨損或卡澀的程度，判斷電氣合閘或分閘運動的性能是否處于良好運行狀態，當該報警發出時，斷路器需要得到及時的檢查和維護。

1)該功能根據所采集到的運動特性參數與標準狀態下運動特性參數的偏離程度來預測合分閘操作是否可靠，提前提示用戶及時在故障發生前進行維護或更換，實現預測性維護。2)該功能同時對斷路器的合閘、分閘是否到位進行監測，當出現合、分閘不到位時發出高嚴重度報警，解決了目前斷路器電氣合分操作過程難于檢測、判斷的難題。3)這是一種比較清晰地判斷故障的方法，屬于檢查性維護，由斷路器內置模塊實現，極大地方便了用戶對斷路器合、分閘狀態的判斷。

(2)故障脫扣測試

斷路器作為保護類器件，在線路發生故障時應準確脫扣動作保護線路及系統免受損害。而實際應用中發生故障的概率并不高，斷路器故障脫扣回路往往較長時間處于待命狀態，此時用戶會擔心斷路器脫扣回路還能不能正常工作。

而故障脫扣測試能對斷路器故障脫扣回路是否正常進行判斷。通過模擬脫扣操作，對智能控制器輸入模擬故障電流，控制器就對該模擬故障電流進行運算并發出相應的故障脫扣指令，脫扣執行器件發出跳閘命令使斷路器跳閘。當故障脫扣回路異常或斷路器未跳閘時，控制器就發出警告提示故障脫扣回路異常。通過該功能，用戶只需在控制器上進行模擬脫扣或模擬不脫扣測試就能獲悉從控制器到脫扣回路是否正常的信息，如果異常，控制器發出報警。

2.2 健康提醒

這一功能完全集成于斷路器，無需外部依靠設備，能實時監測斷路器自身狀態，讓用戶清晰地了解斷路器的健康狀態，顯示方式可以是本地控制器界面、藍牙連接的手機界面、其他相關本地/遠程通信界面(圖2)。

圖2 健康提醒顯示界面

2.3 健康預測

CW6 斷路器配備了壽命預測功能，能隨時告知用戶斷路器的剩余電氣和機械壽命。健康預測項目包括內容如表3所示。

健康提醒項目內容 表2

健康預測項目內容 表3

(1)斷路器剩余電氣壽命：CW6 斷路器剩余電氣壽命預測功能是通過實驗與仿真計算模型相結合，形成了不同電流、電壓下分斷時的對應觸頭磨損及滅弧系統燒損的關系，由此求得對應的擬合函數，據此計算處斷路器觸頭磨損及剩余電氣壽命，隨時告知用戶斷路器的剩余電氣壽命。

(2)斷路器剩余機械壽命：斷路器每合分一次，智能控制器就會紀錄一次，總累計次數與免維護機械壽命(通過大量實驗獲得的可靠壽命)的差值百分比即為斷路器的剩余機械壽命。

3 維護管理

3.1 基于健康診斷的結果的維護管理

此維護管理是對健康診斷結果進行歸類，以提醒用戶及時對斷路器進行維護。它包括合閘功能維護提醒、分閘功能維護提醒、保護功能維護提醒、控制器附件模塊維護提醒及斷路器維護提醒，提醒方式以“運行”指示燈顏色表示。

(1)當斷路器健康診斷結果正常時，智能控制器的“運行”指示燈以綠色顯示。(2)當監測到具有中等嚴重度事件的斷路器健康診斷結果時，智能控制器的“運行”指示燈以黃色顯示。(3)當監測到具有高等嚴重度事件的斷路器健康診斷結果時，智能控制器的“運行”指示燈以紅色顯示。(4)當有中、高等嚴重度事件時，控制器狀態欄(TY、TT 型) 將循環顯示這些類型事件內容，用戶可直接點擊(TT型)該狀態欄進入“維護管理”菜單查看或在“診斷與維護”菜單進入查看，對TD型控制器，用戶可通過藍牙連接手機APP 查看。維護提醒內容如表4所示。

3.2 基于運行數據的維護管理

CW6 系列斷路器標配帶時間標簽的數據管理，包括斷路器的脫扣/報警記錄、操作記錄、健康診斷記錄、電能質量分析記錄、最大/最小值記錄、故障錄波等，這些數據可通過本地查看、遠程查詢和報警觸點輸出方式通知用戶，以便用戶可以優化系統配置或有計劃地提前制定維護方案，實現主動維護。

(1)本地查看：脫扣記錄、報警記錄、操作記錄、健康診斷記錄、電能質量分析記錄、最大/ 最小值記錄、運行記錄、故障錄波。(2)遠程查詢: 脫扣記錄、報警記錄、操作記錄、健康診斷記錄、電能質量分析記錄、最大/ 最小值記錄、運行記錄、故障錄波。(3)報警觸點輸出: 脫扣記錄、報警記錄、健康診斷。

4 維護便捷性

CW6 智能型萬能式斷路器在設計上充分考慮了用戶檢查和維護的便捷性，采用了獨特的外殼設計，通過上下分倉設計，可快速打開附件倉，檢查、維護方便性大大提升。附件采用免接線設計，即插即用，比上一代產品安裝時間減少80%。同時，在斷路器上部設置了快裝盒，提供智能控制器附件模塊的快速安裝。

維護提醒項目內容 表4

5 結束語