低壓智能斷路器檢測與維護方法的探討

盛 慧 蔡 韌 李佳文

（國網上海市電力公司設備管理部）

0 前言

目前，在電力系統當中對低壓智能斷路器的使用是比較普遍的，而且其也是電力系統中可以起到對整個配電系統保護的重要作用，是非常重要的一種電器元件。低壓智能斷路器不但可以在正常電路進行運行，同時還可以在非正常電路（例如短路）條件進行運行。因為經濟的發展，人們對于電的需求量在不斷的增加，供配電網絡也變得更加的復雜，出現的電路故障不僅在頻率上變多，而且故障的種類也變得越來越多，其中比較常見的故障便是短路和過載。但是，人們往往很容易忽視對低壓智能斷路器的維護，造成低壓智能斷路器因為缺少日常維護而使其預期功能受到一定的影響，因此，本文主要便針對已投入運行的低壓配電電系統如饋線電纜短路故障造成的越級跳閘事件等，對低壓智能斷路器維護和檢驗方法展開探討［1-5］。

1 低壓智能斷路器的各種試驗方法

低壓智能斷路器主要分為四種，分別為出廠常規、型式、定期、出廠抽樣四種試驗。主要依據GB/T 14048.2和GB998的基本試驗方法，具體型式試驗項目見各類具體產品標準

1.1 低壓智能斷路器的試驗方法分析

在同一瞬時校驗臺上，能夠對實際電流值造成影響的因素相對比較多，主要有а）合閘相位角差異會在一定程度上使得試驗電流的峰值大小不一樣；b）電網電壓出現的波動；c）試品內阻大小差異；d）多極智能斷路器單極校驗和兩極串聯校驗存在一定程度的誤差。

電網電壓波動的影響：進行校驗的時候工廠使用開路電壓法來展開，如果此時電網電壓出現了一定程度的波動，那么試驗電流自然而然也會出現一定程度的變化，那么便會對最終的校驗結果造成影響，使得校驗結果出現誤差。

試品內阻大小不一致的影響： 有的工廠在對同一種規格智能斷路器進行檢測的時候，往往只讀（測）第一臺智能斷路器的峰值表數值，而且因為工藝和材質的差異，但是這個數值并沒有代表性，因為材料和工藝的差異原因，內阻也會出現一定的不同。因此，這種校驗方法并不科學。

由此可知，低壓智能斷路器瞬時特性試驗及其設備還需要將下面的幾個問題進行解決：а）相同規格的智能斷路器要根據其實際的內阻來對試驗電流進行及時的調試；b）測量試驗電流峰值使用峰值電流表；c）利用選相合閘裝置來進行非周期分量的消除；d）保證計量器具的精準性。

以上的試驗方法均是在出廠時或定期對產品的質量的鑒定的試驗，無法在實際的工程中運用，同時實際工程中也無相關的一些關鍵性能指標的檢測方法和實踐案例。

1.2 低壓智能斷路器的運行過程中的試驗方法分析

低壓智能斷路器的結構復雜，各種零部件的功能正常是保證整機正常運行的必要條件，斷路器在運行中如何對零部件的進行檢測和維護變得非常重要，何時進行檢查和維護是各運維人員、各工程公司、各設備廠商需要面對的一大挑戰，如果斷路器使用年限比較久而且在使用的過程中并沒有對其進行定期的維護的話，那么其功能肯定會在一定程度上受到影響，從而無法執行其預期的功能。

斷路器工作的環境十分復雜，有可能對斷路器造成傷害的維度很多，例如溫度對于橡膠圈、潤滑脂的影響；濕度對于電子線路板、銀點的影響；振動對于斷路器螺絲固定，軟連接處的狀態的影響；腐蝕和粉塵對于觸頭的影響等。因此通過各種工作環境的維度來建立一種能夠監測斷路器運行狀態的模型就顯得十分必要。統計分析表明，80%的斷路器故障是機械故障原因。目前，斷路器主要的測試手段有在線監測和停電試驗，但是都存在問題［2］。

（1）在線監測。在設備帶負荷情況下，第三方監測斷路器動作狀況，并通過監測到的狀態數據判斷斷路器設備狀態。但在線監測產品投資巨大，不適合大范圍推廣使用。

（2）停電試驗。停電后，在試驗電壓下進行動作試驗，并監測試驗結果，但停電試驗無法監測到斷路器在帶電運行狀態下的真實狀況，該方法也存在一定的不合理。

2 已投運低壓智能斷路器維護檢驗方法探討

2.1 過電流脫扣機構的維護檢驗方法

1）利用控制器的自帶“試驗”功能

例如良信NDW1系列產品都配置有智能控制器“試驗”功能。在實際的使用中，其很少會出現過電流故障，因此控制器的故障脫扣回路基本上很少會使用到，基本上都是處于待命狀態，這樣一來，因為控制器的脫扣回路長時間不使用，造成控制器的脫扣回路由于長時間老化是否能正常工作的問題出現。而智能控制器“試驗”功能能對控制器故障脫扣回路是否正常進行判斷。同時，智能控制器“試驗”功能是使用的模擬小電流信號，通過該功能，用戶可以較快較便捷的獲悉脫扣回路功能是否正常，一旦有異常的話，那么此時控制器便會及時的發出報警。

2）利用控制器的自帶測試接口

對智能控制器面板提供測試接口的低壓智能斷路器展開必要的檢測的時候，那么便要使用配備廠家的專用測試儀來進行測試。

3）利用外置式互感器

如果是外置式電流互感器的智能斷路器，那么對智能控制器功能展開試驗的時候便可以夠利用在外置式電流互感器的二次端子處施加模擬量的方法來進行。

4）利用柔性互感器

對于現場運行的大多數低壓智能斷路器而言，均采用3PT，4PT內置電流互感器方式，這樣一來便很難實現在外置式電流互感器的二次端子處使用模擬量的方式來開展對智能控制器功能的試驗。但是，采用真有效值和線性補償技術，柔性電流互感器（圖1）技術就此而誕生，此問題得到了有效解決。例如，良信電器NDW3系列均配備了柔性電流互感器，開展二次測試的時候便可以根據該型號的脫扣器試驗接線，從而對保護脫扣功能進行更全面的驗證。

圖1 柔性互感器

2.2 合分閘線圈的試驗維護檢驗方法

1）電氣合分回路斷線監測方案

對用戶來說，最重要的是斷路器能否正常的合分操作，可對某系列已長期投運多年的斷路器的合分閘回路加裝跳位、合位監視回路。其工作原理是：跳位（TWJ）、合位（（HWJ）電器檢測串接在回路中的合閘（圖中的“B”為合閘線圈）、分閘（圖中的“F”為分閘線圈）線圈及整個合分閘回路，用以判定整個回路是否斷線。當斷線時該繼電器發出報警，運維人員得知斷路器需要得到及時的檢查和維護，實現了預測性維護。其回路改進線路圖如圖2所示，此方法同樣適用于其他控制或輔助回路的斷線監測。

圖2 合分閘回路接線改進方案

2）電氣合分合閘互鎖監測方案

現有已投入運行的低壓智能斷路器中大部分合分閘線圈均為短時工作制，為防止因外部命令長時間保存或因控制命令故障（圖中的E1E2按鈕觸點粘連、控制繼電器故障等）導致線圈長時間通電而燒毀。同時實現了分合閘回路的自鎖，即只有斷路器分閘后，合閘命令才有效或者合閘線圈才得電，反之亦然。為此，合閘（圖中的“B”為合閘線圈）回路接入狀態輔助觸頭的常開觸點，常閉觸點接入分閘（圖中的“F”為分閘線圈）回路，如圖3所示。

圖3 分閘回路接線改進方案

2.3 電流脫扣器采用精度的維護檢驗方法

為了更好保證其可以進行正常的運行工作，那么必須要先保證低壓智能斷路器樣回路的電流的準確性。所以，在日常工作當中必須要對現場低壓智能斷路器電流采樣值的日常檢查工作進行重視。對其智能控制器的保護電流值是不是正?？梢酝ㄟ^和盤柜電測儀表測量值來展開對比進行判斷。但是，低壓智能斷路器的采樣值是存在一定的誤差的，而且這個誤差不會很大，基本上在10%左右，但是如果負荷電流小于一定數值的時候，此時顯示值便會變為0，比如，兩個不一樣型號的低壓智能斷路器，其顯示門檻值分別為90A和70A。在對其進行檢查的過程中一旦發現智能控制器電流采樣值異常，那么便需要在第一時間檢查開關內部互感器以及智能控制器。特別是使用年限比較長的一些智能低壓斷路器，內置電流互感器經常會出現故障，必要時應及時的對出現功能異常的智能控制器進行更新換代。

2.4 操作機構的維護檢驗方法

因為低壓智能斷路器在日常工作的時候會通斷大電流，在分合閘的時候一些機械部分很容易出現一些大大小小的問題。因此，在日常工作中還需要重視對機械部分的維護工作。其中比較常出現的問題便是開關拒合、缺相等。在對低壓智能斷路器進行維護的時候需要將下面幾點作為重點來進行維護：（1）全面展開對低壓智能斷路器內部傳動機構的檢查，一定要確保各部件的清潔以及性能，對于需要轉動的部分，為了保證其轉動性能需要定期為其添加潤滑油脂。（2）對自由脫扣機構展開檢查。通常情況下，需要控制好脫扣半軸與跳扣的接觸面積，在進行檢修的時候可以通過調整螺釘，轉動脫扣半軸的角度來調試接觸面積，同時還需要將低溫潤滑油脂涂在接觸面上，這樣一來便能在一定程度上減小摩擦力，從而更好的實現低壓智能斷路器脫扣。（3）對觸頭系統進行系統全面的檢查，特別是在開斷大電流后，在檢修的時候便能夠借助大電流回路電阻測試儀來對觸頭接觸電阻進行測量。

3 新一代低壓智能斷路器在線維護檢驗功能

良信電器公司近些年推出全新一代低壓智能斷路器的控制器以16bits RⅠSC指令系統的MCU為核心，構建了一個高速、高精度的測控系統。以國外先進標準作為保護功能設計的指南，除滿足GB14048.1和GB14048.2以外，產品在設計上還采納了ⅠEC60255-3、ⅠEC60255-8、NFPA70等標準的相關規定，使產品更能滿足各種配電系統保護的需求。

電子脫扣器符合ANSⅠ Std C37.17標準要求可在無任何外部電源條件下完成全部保護功能，其中的一種保護功能樹狀圖（圖4）如下。

圖4 一種保護功能樹狀圖

3.1 在運行過程中可進行的維護檢驗功能

1）運行監視

控制器可將運行狀態和工作參數，整定參數，試驗狀態，故障性質及故障參數，進行存儲和顯示。

2）在線試驗功能

控制器能夠進行瞬時脫扣的試驗。該實驗可以很好的對控制器進行檢查，而且還能對控制器與斷路器配合的實際情況進行檢查，能夠在很大程度上維以后的設別調試和檢修提供方便。控制器還能夠開展某些特性試驗，試驗主要有兩種，一種是脫扣，另一種是不脫扣，前者要分斷斷路器，后者不分斷。如果在試驗過程中，出現過載或短路等故障情況，系統自動終止試驗狀態并轉入延時動作狀態。

3）在線查詢功能

控制器在正常運行的過程能夠提供很多的查詢功能，可以對保護參數，歷史記錄等進行查詢。

4）在線自診斷功能

控制器的自診斷功能用于對控制器自身的工作狀態和運行環境進行檢測。當出現自診斷故障（如環境超溫、A/D采樣出錯、E2PROM出錯等）時，控制器給出指示或顯示進行報警，以提醒用戶進行相關處理，控制器顯示故障代碼。

5）分合閘次數記錄功能

控制器能記錄控制器的分合閘動作次數，以便進行產品維護；該值可通過相應設置。

6）發光器件檢測功能

控制器能通過相應操作使控制器的所有發光器件全部點亮，可以方便的對發光器件的好壞進行檢查。

7）斷路器觸頭磨損

控制器面板顯示當前觸頭磨損情況，出廠時顯示100%，表示觸頭沒有磨損，當在實際運行過程中顯示值下降到40%時控制器發出報警信號，提醒用戶更換觸頭。用戶更換觸頭后可以通過編程接口重新設置為100%。

8）在線聯網調試功能

控制器具有RS-485串口光電隔離輸出，可直接或通過協議接口模塊與上位機以MODBUS-RTU、PROFⅠBUS-DP、DеvicеNET、CAN等現場總線方式聯網，以實現遙控、遙調、遙測、遙信等“四遙”功能。

9）區域聯鎖（ZSⅠ）功能

區域聯鎖（ZSⅠ）技術使電子脫扣器具備與其它電子脫扣器Ⅰ/O通信的能力，因此短路短延時能夠在一定程度上被隔離，由離故障點最近的上級斷路器分斷斷路器。同時系統內的其他設備將會處于合閘的狀態并進行持續供電。這樣一來便能夠在很大程度上防止因為下級斷路器短路故障，從而引起大面積的停電。

4 結束語

目前，對于低壓智能斷路器的應用變得越來越多，其工作可靠性將會對機組的安全運行起到至關重要的影響。因此，對低壓智能斷路器工廠階段的檢測檢驗固然很重要，是對后期投運及運維過程中的關鍵保障。本文還針對大量已投運的低壓智能斷路器的在線檢測及運行維護提供了一些解決方案和試驗方法，可為生產廠家的售后服務人員提供了一些可選擇的應用經驗、也為工程運維的電氣維護人員提供一些可參考的解決方案。

實際工程中各種應用工況、應用場景非常復雜，其中摻雜著各種不相同的影響因素，故還需廣大工程技術人員從理論和實驗的角度進一步深入研究。