摘要:本文介紹了ABB公司萬能式斷路器智能化脫扣器工作原理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和保護(hù)功能。該智能脫扣器在低壓斷路器中,以其寬廣的設(shè)定范圍和先進(jìn)的功能，實(shí)現(xiàn)電氣領(lǐng)域多樣化保護(hù)的需要。
Abstract:This theme introduces the work principles, composition structure and protection function of intelligent releaser of low-voltage circuit breaker from ABB Company. With its broad range of setting and advanced function, this releaser realizes the protection to the diverse needs of electrical field.
關(guān)鍵詞:智能型 組成 功能
Key Words:Intelligent Compose Function
1概述
隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對電力系統(tǒng)可靠性和智能化的要求也越來越高。對此，國家提出了建設(shè)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略方針，也推動了斷路器向多功能、高性能、智能化的方向發(fā)展。作為低壓斷路器核心部分的智能脫扣器，其性能指標(biāo)的優(yōu)劣成為衡量斷路器先進(jìn)、可靠與否的標(biāo)志。
ABB公司應(yīng)用于萬能式斷路器的智能化脫扣器，以其多功能高性能的設(shè)計(jì)，良好的人機(jī)交互界面，可靠的質(zhì)量水平，受到越來越多低壓發(fā)電、輸配電和電力用戶的喜愛。
2智能脫扣器組成和工作原理
供電系統(tǒng)中的低壓斷路器的主要功能是通過采集單元得到系統(tǒng)母線中的電流電壓信號，由脫扣器的邏輯控制單元進(jìn)行分析判斷，根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)線路中的過載、短路等故障保護(hù)。
其中，智能脫扣器由電源電路（包括自生電源、輔助電源）、電流電壓采樣檢測、可編程放大器、CPU、顯示電路和鍵盤及編碼器等部分組成，與脫扣驅(qū)動機(jī)構(gòu)、空心互感器配合執(zhí)行電流電壓采集和保護(hù)工作。
其原理是，在斷路器的三相各裝設(shè)一個(gè)空心互感器，通過互感器將主線路中的電壓、電流信號轉(zhuǎn)換成成比例的模擬電路可處理的信號，脫扣器信號處理單元對這些信號進(jìn)行整流濾波處理后送入CPU，在CPU內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行邏輯運(yùn)算和處理，運(yùn)算結(jié)果和預(yù)先設(shè)置的過載、短路短延時(shí)、短路瞬動和單相接地故障的電流值進(jìn)行比較，比較后單片機(jī)輸出符合預(yù)設(shè)定保護(hù)特性的邏輯電平信號，這些信號經(jīng)放大后可直接驅(qū)動斷路器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他輔助繼電器，使斷路器動作或輸出聲光信號。各種故障保護(hù)的動作電流和時(shí)間整定值通過鍵盤設(shè)定并預(yù)先存儲在EPROM中，并可在運(yùn)行期間隨時(shí)進(jìn)行修改。
此外，當(dāng)產(chǎn)生特大短路電流時(shí)，獨(dú)立于CPU的模擬脫扣電路可立即產(chǎn)生動作信號控制執(zhí)行單元，使斷路器動作。斷路器分?jǐn)鄤幼鞯膱?zhí)行，是由智能脫扣器輸出電磁信號給脫扣磁通變換器。磁通變換器實(shí)際上是一個(gè)單向極化繼電器，銜鐵后連接一個(gè)推動桿，正常情況時(shí)，銜鐵被鐵心上的永久磁鐵產(chǎn)生的恒向磁通所吸引，驅(qū)動電路輸出的直流電流產(chǎn)生的磁通極性與永久磁鐵的磁通相反，就抵消鐵心對磁鐵的吸力，銜鐵釋放，其推動桿脫開斷路器四連桿上的鎖扣，斷路器跳閘，切斷電路。
圖1智能脫扣器工作原理
3智能脫扣器基本功能
3.1提供三段式電流保護(hù)，即過載長延時(shí)保護(hù)、短路短延時(shí)保護(hù)、短路瞬動保護(hù)
每個(gè)保護(hù)都有廣泛的電流倍數(shù)設(shè)定和時(shí)間曲線可供不同應(yīng)用需要的選擇，其中短路短延時(shí)保護(hù)又有反時(shí)限保護(hù)和定時(shí)限保護(hù)兩種選擇方式。
定時(shí)限是指動作的時(shí)間不受短路電流大小的影響，達(dá)到短路電流整定倍數(shù)的門限值時(shí)，脫扣器就根據(jù)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間采取保護(hù)動作。
而反時(shí)限的動作時(shí)間則與短路電流大小有關(guān)，在達(dá)到短路電流整定倍數(shù)的門限值后，電流越大，動作時(shí)間延時(shí)越短。
圖2三段式電流保護(hù)曲線(短路短延時(shí)反時(shí)限)
圖3三段式電流保護(hù)曲線(短路短延時(shí)定時(shí)限)
此外，ABB智能脫扣器還具有雙重選擇短路性保護(hù)，即采用兩種獨(dú)立的曲線來管理兩種不同的配置。第二組設(shè)定值根據(jù)需要可通過一個(gè)外部指令來激活并替代第一組設(shè)定值。當(dāng)電網(wǎng)配置發(fā)生改變時(shí)，如閉合一個(gè)并聯(lián)的進(jìn)線線路或閉合一個(gè)系統(tǒng)中的應(yīng)急電源，改變負(fù)載容量和短路水平，系統(tǒng)發(fā)出指令進(jìn)行切換。用戶可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行方式，選擇指令的發(fā)出和切換方式，如根據(jù)預(yù)定的程序切換，或者將節(jié)點(diǎn)連接到母聯(lián)開關(guān)的一個(gè)輔助觸點(diǎn)上，根據(jù)母聯(lián)開關(guān)的分合狀態(tài)進(jìn)行切換。
所有的保護(hù)設(shè)定值都存儲在智能脫扣器記憶單元中，即使外部電源消失，客戶的保護(hù)設(shè)定值依然可以保存。
3.2提供接地故障保護(hù)
G保護(hù)通過脫扣器內(nèi)部相電流與中性線電流的向量和實(shí)現(xiàn)。故障電流由下式定義：
3.3提供剩余電流保護(hù)、相不平衡保護(hù)、超溫保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、低頻保護(hù)、高頻保護(hù)、逆功率保護(hù)等多達(dá)十幾種保護(hù)(根據(jù)選用的可選模塊的數(shù)量決定保護(hù)功能的種類)。
3.4可測量電流、電壓、功率、功率因數(shù)、諧波、頻率等多個(gè)電力參量。
4智能脫扣器智能化功能
4.1可提供方向性保護(hù)，即對線路中故障電流的方向進(jìn)行識別。
電流方向可以幫助斷路器判斷故障電流是在供電側(cè)還是在負(fù)載側(cè)，特別是在環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)中，這種功能可識別網(wǎng)絡(luò)中的故障區(qū)域，并及時(shí)隔離故障區(qū)域，從而保證其它正常設(shè)備的運(yùn)行。
圖4方向性保護(hù)
4.2具有故障記憶功能
智能脫扣器使斷路器跳閘后，仍可記住上次發(fā)生故障（過載、短路或接地故障）狀態(tài)和類別，有助于線路的檢修。
4.3具有熱記憶功能
智能脫扣器過載或短路短延時(shí)脫扣后，在脫扣器未斷電前具有模擬雙金屬片特性的熱記憶功能。過載能量30min釋放結(jié)束，短延時(shí)能量15min釋放結(jié)束。斷路器在負(fù)載故障排除后，再合閘，在30min和15min內(nèi)如果再發(fā)生過載、短延時(shí)故障時(shí)，脫扣時(shí)間會變短。
4.4MCR（making circuit release）接通分?jǐn)啾Ｗo(hù)
此項(xiàng)保護(hù)主要用在線路故障情況下合閘時(shí)（斷路器的脫扣器上電的瞬間），脫扣器具有低倍數(shù)短路電流分?jǐn)鄶嗦菲鞯墓δ堋Ｒ苑乐箶嗦菲髟陔娏餍∮谡ㄖ担ǘ搪冯娏鳎r(shí)投入，切斷時(shí)間過長引起損壞斷路器。其設(shè)定電流可根據(jù)用戶要求而定。
4.5具有自診斷功能
對斷路器的電子元器件的工作狀態(tài)進(jìn)行自診斷，如觸頭磨損率、CT斷線、斷路器內(nèi)部環(huán)境溫度控制等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障或過高溫升時(shí)可發(fā)出警報(bào)并使斷路器分?jǐn)唷Ｍㄟ^預(yù)警功能，有助于工作人員作出正確的分析判斷，減少線路維修時(shí)間。
另外,斷路器還未連接線路前，還可人為地對斷路器進(jìn)行脫扣可靠性試驗(yàn)。
4.6區(qū)域選擇功能
有效地利用這種保護(hù)，與預(yù)設(shè)的時(shí)間選擇性比較，它能使離故障點(diǎn)最近的斷路器保護(hù)動作時(shí)間縮短。
區(qū)域選擇是指兩個(gè)串聯(lián)斷路器之間的電氣部分。區(qū)域選擇性保護(hù)是將選擇性區(qū)域內(nèi)所有脫扣器輸出端與供電側(cè)脫扣器輸入端相連接，區(qū)域內(nèi)脫扣器的輸出信號立即上傳到供電側(cè)脫扣器的輸入端。檢查到故障的每一個(gè)斷路器均可通過一個(gè)簡單的連接線將信號傳遞到供電側(cè)斷路器，故障區(qū)域就是指檢查到故障，但又不會從負(fù)載側(cè)斷路器中得到任何信號的斷路器負(fù)載側(cè)區(qū)域。此時(shí)，此斷路器將立即分閘，無需延時(shí)時(shí)間。
圖5區(qū)域選擇保護(hù)
4.7具有良好的人機(jī)交互界面
智能脫扣器有可以選擇撥碼式操作界面和液晶屏操作界面兩種良好的人機(jī)交互界面，操作者可以方便地整定電流、時(shí)間曲線、報(bào)警提示等控制命令和控制參數(shù)。脫扣器通過液晶屏直觀地用圖表、柱狀圖、正弦曲線等方式顯示電力參量，用液晶屏文字提示或者光電信號實(shí)時(shí)反饋斷路器正常工作和故障運(yùn)行狀態(tài)。此外，智能脫扣器還有多種語言可供選擇。
4.8具有自供電系統(tǒng)
智能型控制器有3種供電方式：專用電源供電、蓄電池供電、電流互感器供電（自供電）。這三種供電方式可以獨(dú)立使用，也可以配合使用。負(fù)載回路正常工作時(shí)，脫扣器不需要外部輔助電源供電，采用了互感器“自生”電源支持脫扣器工作。當(dāng)線路電流不足以提供脫扣器工作電壓時(shí)，為保證智能控制器的可靠工作，由輔助電源供給脫扣器電源。
智能脫扣器內(nèi)部電源模塊通過硬件和軟件兩種方式，在保證系統(tǒng)供電的前提下，使電流多余能量得以泄放，確保大電流情況下系統(tǒng)器件不因過熱而損壞。
圖6智能脫扣器自供電系統(tǒng)
4.9預(yù)留通信I/O口
智能脫扣器具有串行通信接口，使得中央計(jì)算機(jī)、前級和后級斷路器之間進(jìn)行雙向通信成為可能。通過專用的設(shè)備可把斷路器編號、分合狀態(tài)、脫扣器各種設(shè)定值，運(yùn)行電流、電壓、故障電流、動作時(shí)間及故障狀態(tài)等參數(shù)傳輸出來，或輸送到計(jì)算機(jī)主站，與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向通訊，實(shí)施遙測、遙信和遙控。
SD-Testbus2是ABB為所有Modbus RTU裝置進(jìn)行試運(yùn)行和診斷的軟件。它可在系統(tǒng)啟動階段使用或進(jìn)行故障檢修。通過軟件對智能脫扣器的掃描連接，可檢查接線，設(shè)定分閘，合閘或復(fù)位命令，還有讀取診斷的信息，顯示潛在問題和配置錯(cuò)誤等警告信息，可實(shí)現(xiàn)對總線網(wǎng)絡(luò)的徹底診斷。
圖7SD-Testbus2軟件界面
5結(jié)論
ABB智能脫扣器具有寬廣的設(shè)定范圍，因此可使用在任何電氣裝置的保護(hù)上，從配電到電機(jī)保護(hù)，變壓器保護(hù)、驅(qū)動器保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)。使用鍵盤和液晶屏顯示器來讀取資料和編程不僅操作簡單，而且相當(dāng)直觀。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，發(fā)電容量和用戶的日益擴(kuò)大，配電系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性日趨重要，人們對斷路器的動作特性及保護(hù)功能提出了更高的要求，相信帶有智能脫扣器的ABB斷路器的需求使用量將會越來越大，市場前景將更加廣闊。
參考文獻(xiàn)
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