智能低压断路器的研究.docx

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1、智能低压断路器的研究摘要当前，电力系统正在全面迈向智能化时代，而在配电网中，智能断路器则是确保线路安全、可靠运行的至关重要的设备之一，其主要职能在于对线路电流进行有效保护。传统的断路器由于体积大、结构复杂等缺点已经不能适应当前发展的需要，因此开发新型的智能型断路器势在必行。随着智能电网的不断扩张，对电网参数测量精度、故障排除速度和功能多样性等方面的要求越来越高，因此现有的智能断路器需要进行重大改革，以适应32位DSP作为智能控制核心处理器的需求。本文就基于此背景下分析了智能断路器在低压电气自动化中的具体运用及发展前景。对于低压电气制造行业而言，深入探究智能断路器的研究意义和应用价值，具有极其重

2、要的意义。本文提出了一种低压智能断路器控制系统，该系统采用双核控制器结构，由DSP和ARM构成。该系统具有良好的可扩展性及可靠性，能够实现智能化操作,提高电力系统运行效率。介绍新型智能控制器的整体构造、硬件构成、测量保护算法以及控制程序等方面的内容。分析基于电压有效值法的三相三相电流测量方法以及利用该方法得到的数据与实际情况存在偏差。针对直流分量衰减对电力参数计算的影响，建议采用改进的傅里叶测量算法进行修正，以提高电力参数的准确性，并根据三段电流保护特性原理对系统进行保护控制。同时通过软件编程完成数据采集及数据处理，从而使智能断路器能够准确地检测出线路故障点位置及类型，为后续进一步分析提供可靠

3、依据。经过实验验证，所提出的方法不仅能够显著提高计算参数的精度，同时还能够实现低压配电系统状态的网络化实时监测,从而提高智能断路器的可靠性，具有极高的实用性。关键词：断路器；智能控制；三段电流保护第一章导论1.1 课题研究的背景及意义智能电网是电力系统发展的新趋势，其目标是提高电能的有效利用和能源安全。为了提高智能电力系统的稳定性和可靠性，实现资源的优化配置，并增强其对新能源的容纳和消纳能力，国家已经投入了大量的资金。智能电网的建设离不开智能设备的应用，尤其是低压配电网作为电力传输通道之一，其自动化水平直接影响到整个电网运行状态的安全性与稳定性。为了实现配电系统的智能化，必须对中、低压变电站的

4、相关设备进行智能化升级，以提高其效率和可靠性。随着智能电网建设步伐的加快，低压配电网也将成为未来智能配电网的重要组成部分之一。低压配电网是一种紧密连接于用户、负荷多样变化、故障频繁的网络，其主要职责在于实现高低电压的转换和分配。因此，研究低压配电网自动化技术具有重要意义。控制电器和配电电器是低压电器的两种主要类型，而断路器作为一种主要的配电电器，直接连接用电终端，其性能直接影响着其工作效果。目前.，我国低压配电网大多采用传统继电器式断路器，存在可靠性差、故障率高等问题，难以满足智能电网建设需求。采用故障监测技术，可有效提升装置的使用寿命，同时显著降低能源消耗，实现节能效果。通过对断路器进行状态

5、评估可及时发现问题并及时采取措施解决问题。为确保高安全性线路系统的可靠安全运行，实时监测断路器性能参数是必要的，这样可以避免故障对系统和设备造成的损失。目前，随着电力市场改革进程不断加快，传统的供电方式己经不能满足人们对电能质量的需求，而在这种情况下，智能电网应运而生，它能够实现配电网的自动化管理。因此，实现低压开关的智能化是构建智能电力系统的首要任务。早期的低压断路器由操作机构、触头系统、灭弧室和电磁脱扣装置四大部件组成。这种断路器使用电磁波的作用来完成合闸和分闸的动作，但其抗干扰能力差、保护动作时间长、精度低、参数整定难、维护工作量大，并且缺乏通信功能。随着电力电子技术的发展，对电能质量和

6、安全性的要求不断提升，低压断路器需要更高的可视化、自动化、模块化、网络化和智能化程度。在这种情况下，普通的开关根本不够用。为了达到“智能电网”这个伟大的目的，一个重要的先决条件就是首先对电力系统中的各种控制装置进行智能化改造，于是，智能开关便产生了。对于电力系统本身的发展来说，开展智能开关的研究有着非常重大的现实意义。来取代传统的机械结构的辅助继电器和开关。新型传感器与数字化控制设备相互结合，进行数据独立的采集计算，可以对线路的缺陷和故障进行检测，在故障出现之前，向工作人员提出预警信号，便于他们采取适当的行动来避免事故的发生。智能断路器最重要的一点，就是需要将其保护部分从原来的机械电子式转变为

7、数字智能化，而其核心就是控制器单元是否能够满足智能化。1.2 发展现状与发展趋势1.2.1 国内外发展现状早期的断路器以脱扣装置为核心，通过电磁元件控制电路的断开，实现合闸和分闸操作。随着电力事业的发展，继电保护要求越来越高。为了确保不同电流等级的保护效果，需要采用多种不同的脱扣机制。为了实现小型化和更多的保护功能，断路器逐渐演变成以高性能微处理器为核心的智能断路器。智能断路器具备高保护精度、稳定性，能实时显示电能质量参数、报警故障和进行组网通信等功能。它具有体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、抗干扰能力强和维护方便等特点，受到国内外厂商的广泛关注和投资。在国外，低压智能断路器的研究起步较早，直

8、到1985年才问世第一台以嵌入式微处理器技术为核心的智能断路器。随着计算机技术在工业领域的应用和电力电子技术的发展，智能断路器得到了广泛推广和普及。它成为电力系统不可缺少的组成部分，也是当前国内外低压电器行业的热门课题之一。近二、三十年来，一些享有国际声誉的大型企业相继推出了最新型的低压智能断路器，如法国施耐德公司的MasterpactMT系列和西门子公司的3WT系列。国内的一些知名电力设计院也研发了自己的低压智能断路器。随着先进技术的应用，产品更新换代速度加快，电能管理得到加强，断路器的使用寿命和性能指标得到了显著提升。尽管我国在智能电气产品的研发方面起步较晚，但智能断路器的研发已经取得了显

9、著的进展。智能电网的建设离不开智能设备的应用，尤其是低压配电网作为电力传输通道之一，其自动化水平直接影响到整个电网运行状态的安全性与稳定性。在早期，我们依赖于引进国外技术，但是我们自主研发的断路器在性能方面与国外存在着明显的差距。随着电力电子、计算机技术、通信技术和微电子技术的发展，智能断路器也逐渐成为一种发展趋势。目前，我国从事断路器生产的企业数量已超过100家，其中常熟开关、杭州之江、长征九厂等企业具有代表性。随着国家对电力事业发展的重视以及节能环保政策的出台，智能断路器的市场前景将非常乐观。浙江正泰电器自主研发的NM8系列断路器，以模块化设计和智能型脱扣器为核心，展现出与国外领先技术媲美

10、的卓越性能。产品主要用于高压及超高压输电线路中作为分合闸设备使用。因其高度智能化、紧凑的体积和卓越的可靠性，该技术已广泛应用于各个领域。随着社会对用电安全性的重视以及电网规模扩大，传统的断路器已不能满足用户日益增长的需求，因此需要研制新一代具有高可靠性和高性能价格比的产品来替代原有的产品。经过五载的研发，杭州之江开关股份有限公司成功推出HSM系列智能断路器，该系列具备三段式电流保护和欠压保护的可调节动作时间功能，其中H型智能断路器还拥有现场总线通讯的特性。这款先进的智能断路器不仅能够满足用户对于安全性能和可靠性方面的需求，同时还能够有效地降低成本，提升市场竞争力。接着，森泰电器推出了一款TSM

11、智能模块化断路器，采用单片机控制技术，不仅实现了基本的三段保护,还具备接地故障、预警和漏电保护功能，同时还支持远程遥控，使得工作人员无需亲临现场即可掌握故障参数，从而全面排查线路故障。传统机械式和电子式断路器虽然各自存在缺陷，但它们所具备的优势却是无可比拟的，同时也克服了这些缺陷。目前，我国正在致力于研发一种现场总线可通信、智能化程度高的断路器，以实现智能电网中网络管理的集中化。1.2.2 发展趋势智能断路器的研发在国际上备受关注。它的发展经历了从8位单片机到多处理器再到16位和32位处理器的演进，提升了系统的可靠性、运算速度和采样精度。智能断路器具有高度智能化、通讯化、产品模块化和通用化特点

12、。它通过软件编写实现保护功能、实时显示参数和修改动作参数整定值等功能。同时，智能断路器可以通过通信芯片或电路与上位机连接，实现监控和信息交换。为适应电网智能化发展，智能断路器采用开放、规范、统一的通讯协议，并支持远距离测量、通讯、遥控和调节。产品模块化和通用化：随着新技术的发展，新一代模块化的断路器提升了产品的生产效率和市场适应性。它的应用范围可以不限于特定的一种类型的断路器,避免了因为单一零件的损坏而导致整个设备进行替换的缺点。因此，系统的维修工作也会变得比较容易，同时还可以达到产品的节材、节能的环保要求。在上述的功能特征之外，智能断路器的发展方向还将朝着经济型、迎合某一或某种特定的环境，并

13、朝着新能源配电系统、超大电容等几个方向发展，从而让它变成一种拥有多个功能的智能网络化电器设备，从而满足在未来智能电网中技术的发展需求。1.3 主要研究及工作内容在国际上，对智能断路器的研发受到了高度的关注。它的发展首先以8位的51单片机为处理器，但它存在着保护存储量较少，参数修改比较麻烦的问题。后来，因为多处理器的使用，使得不同的单片机可以分工对保护进行处理，从而提升了系统的可靠性和运算速度。再后来，为了更好地提升系统的采样精度，还使用了16位处理器，一直到现在，才开始使用现在流行的32位DSP处理器，从而极大地提升了电网参数的运算效率，并且还具有远程通信功能，使得系统误差越来越小，对故障的判

14、断更加精确。现在，一般都会将串口线或现场总线等嵌入到智能断路器中，以适应电网智能化的发展。在此基础上，结合国家的实际情况和科学研究的实际情况，提出了在网络环境下，采用开放、规范、统一的通讯协议。对通讯性能的特殊需求是能够实现远距离测量、远距离通讯、远距离遥控、远距离调节等。产品模块化和通用化：随着新技术的发展，新一代模块化的断路器提升了产品的生产效率和市场适应性。它的应用范围可以不限于特定的一种类型的断路器,避免了因为单一零件的损坏而导致整个设备进行替换的缺点。因此，系统的维修工作也会变得比较容易，同时还可以达到产品的节材、节能的环保要求。在上述的功能特征之外，智能断路器的发展方向还将朝着经济

15、型、迎合某一或某种特定的环境，并朝着新能源配电系统、超大电容等几个方向发展，从而让它变成一种拥有多个功能的智能网络化电器设备，从而满足在未来智能电网中技术的发展需求。第二章智能断路器的总体设计2.1 智能断路器的基本原理智能断路器与传统断路器最大的不同在于应用了新型传感器技术、自动控制技术、微电子技术、计算机技术和网络通信等技术。它通过数字化自动控制设备取代了传统的机械结构单元，并利用新型传感器实时采集电网线路的运行数据。这些数据经过处理和分析，能够识别断路器中的问题并提前发出预警信号，方便工作人员采取措施，预防或降低非计划停电事故的发生。智能断路器的工作原理如下所示：数据采集单元将电网的模拟

16、信号通过传感器、电压调节和滤波电路转换为数字信号，并传送到处理器智能识别单元进行运算和分析。智能识别单元根据采集到的信息和设定的参数，进行分析、运算和判断，识别线路的运行状况。当电网发生故障且需要切断供电时，处理器发出分闸信号，通过驱动执行机构控制断路器动作，实现切断故障线路供电的目标，避免故障扩展的风险。调节装置包括实时的人机调整接口和远距离的通信接口。人-机调整接口由液晶显示器、键盘和报警电路组成，用于设定和修改保护动作的启动情况和设定值。远距离通信接口允许远端控制室的工作人员随时了解电网线路的运行状况和故障资料，并对保护动作的触发条件进行修正，实现对电力系统的集中管理和监督。除此之外，使用者还可以按照自己的实际需求，增加一些功能模块（比如GPS模块、物联网模块等）来进行扩充，从而让断路器变得更加的智能。断路器变压器HITTr-智能控制|灭凶室I-CT0-OZZX0-OZxO-负载或次级线路变电站匕控室调节装