陸勝利

【摘?要】近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數(shù)量也逐漸增多。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性等也有更高的要求。斷路器是電網(wǎng)重要的控制和保護設備，也是能夠應對電力系統(tǒng)中最多種類任務和需求的開關裝置，一旦發(fā)生故障，可能帶來重大的經(jīng)濟損失。因此，如何及時準確地發(fā)現(xiàn)斷路器的缺陷和故障，保障斷路器的正常運行，成為電力系統(tǒng)的重大問題。本文就消防斷路器過載報警不脫扣功能信號輸出方式展開探討。

【關鍵詞】消防;斷路器;過載;不脫扣功能

引言

塑殼斷路器具有過載和短路保護功能，在低壓供配電系統(tǒng)中應用廣泛。隨著供配電系統(tǒng)不斷發(fā)展，在有些重要的應用領域（如消防、化工、醫(yī)療等特殊場合）由于過載后斷電會帶來重大損失，為了更好地滿足客戶和市場供電連續(xù)性的要求，斷路器過載后不能跳閘斷電，而是輸出過載信號，這在國家標準GB/T50054—2011《低壓配電設計規(guī)范》第6.3.6條有相應規(guī)定。

1只報警不脫扣的剩余電流動作斷路器工作原理及使用場合

只報警不脫扣的剩余電流動作斷路器應用在一些特殊場合：不因漏電而影響緊急情況的使用電源;用戶得到漏電報警信號，可根據(jù)需要適時檢修漏電的原因，排除故障。主要應用場合：消防電源，如消防用電梯、消防水泵、消防報警等設備，消防及照明;防盜報警的電源;醫(yī)院手術室的電源以及不允許停電的特殊設備及停電會造成巨大經(jīng)濟損失的設備。

2機械控制方案

（1）機械控制式斷路器結(jié)構(gòu)。機械杠桿式過載報警不脫扣斷路器主要由絕緣外殼、操作手柄、動/靜觸頭、滅弧室、操作機構(gòu)、熱雙金屬片、發(fā)熱元件、牽引桿、支撐件、復位彈簧、信號轉(zhuǎn)換杠桿、信號轉(zhuǎn)換模塊等部件組成，結(jié)構(gòu)緊湊，報警信號轉(zhuǎn)換可靠，成本低。（2）機械杠桿式報警信號轉(zhuǎn)換原理。根據(jù)國家標準GB/T14048.2—2008的要求，當主線路負載端發(fā)生短路時，斷路器可以通過短路保護裝置來進行保護脫扣，切斷主電路來保護線路負載設備;當主線路出現(xiàn)1.05倍額定電流的過載電流時，2h內(nèi)線路不應有報警信號輸出;當主電路負載端任一相出現(xiàn)超過1.3倍額定電流的過載電流，斷路器要具有一定的承載能力，同時也避免誤報警信號輸出，報警信號輸出持續(xù)時間≥0.5h，且<2h。斷路器內(nèi)部通過發(fā)熱元件使熱雙金屬片受熱膨脹彎曲，推動信號轉(zhuǎn)換杠桿，從而推動報警信號轉(zhuǎn)換模塊裝置，至用戶加裝的信號燈或警報器發(fā)出報警信號，實現(xiàn)報警功能。機械杠桿式熱過載報警不脫扣斷路器主要利用斷路器熱過載系統(tǒng)中熱雙金屬片受熱膨脹后把熱能轉(zhuǎn)換機械能。熱雙金屬片是用兩種不同熱膨脹系數(shù)的材料粘合在一起而成的復合材料。一般普通熱雙金屬片低膨脹層（被動層）使用Ni-Fe合金，高膨脹層（主動層）使用Ni-Mn-Cu合金或者Fe-Ni-Cr合金。

3智能控制系統(tǒng)方案

3.1基于規(guī)則的識別系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)制定的規(guī)則進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程。將從電流信號獲取的振動事件的時間與電流幅值的信息綜合，設置閾值判定斷路器的故障類型。基于規(guī)則的識別系統(tǒng)適用于確定性或有嚴格邏輯關系的判斷，由于斷路器系統(tǒng)復雜、采集的信號具有分散性、工況條件下的實測數(shù)據(jù)少等原因，基于規(guī)則的識別系統(tǒng)有時難以準確識別故障。

3.2振動監(jiān)測儀的選擇

振動監(jiān)測儀，通常用于對機械振動的振動加速度等參數(shù)進行測量，能夠在變壓器、斷路器和GIS設備等環(huán)境中穩(wěn)定運行，其優(yōu)點在于不僅操作簡單方便攜帶，且具有很高的靈敏度，對振動信號因設備缺陷、零部件松動等故障造成的變化，能夠靈敏反映。

3.3智能控制式斷路器結(jié)構(gòu)

智能控制式斷路器主要由斷路器本體、滅弧系統(tǒng)、操作機構(gòu)、智能控制器、短路保護裝置、電流采集器、信號轉(zhuǎn)換模塊等核心部件組成。智能控制器主要由CPU核心處理器、繼電器驅(qū)動電路、繼電器、電流采集器、電源采集模塊、測量模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、MCU模塊、人機接口模塊、通信模塊、報警信號轉(zhuǎn)換模塊等組成。智能控制系統(tǒng)方案除實現(xiàn)過載報警等功能外，還可測量電壓、功率，從而進行諧波分析，實現(xiàn)電能管理?？筛鶕?jù)客戶的需求，在主線路出現(xiàn)過載時斷路器不脫扣，而是轉(zhuǎn)換成一種信號輸出。

3.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡

人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有良好的容錯性和非線性特性，受到國內(nèi)外學者廣泛重視。運用反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡訓練振動信號特征量樣本，識別正確率較高。徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡在逼近能力、分類能力、學習速度方面占優(yōu)，適合多變量函數(shù)逼近，將其運用于振動信號故障識別，運用融合了密度函數(shù)估計和貝葉斯決策理論的概率神經(jīng)網(wǎng)絡進行診斷識別，均取得較好的效果。研究人員常用粒子群算法等訓練神經(jīng)網(wǎng)絡以更好地逼近全局最優(yōu)。神經(jīng)網(wǎng)絡的缺點是需要較大的訓練樣本，容易陷入過學習和局部最優(yōu)，導致識別能力下降。

3.5斷路器檢測系統(tǒng)總體方案

在對斷路器進行分、合閘操作時，首先需要進行儲能操作，通過電機對合閘彈簧完成儲能后，彈簧操動機構(gòu)維持在儲能狀態(tài);其次，在執(zhí)行合閘操作后，合閘彈簧儲存的能量被全部釋放出來，其中一小部分被用于保證操作的順利進行，剩余大部分能量被用于分閘彈簧儲能操作，以此保證在合閘操作執(zhí)行完后能順利執(zhí)行下一步分閘操作。之后，當合閘彈簧釋放能量完成后，再一次進行合閘彈簧儲能操作;最后，當彈簧操作機構(gòu)執(zhí)行分閘操作時，分閘彈簧將儲存的能量全部釋放，當執(zhí)行完后便恢復到初始儲能狀態(tài)。已知測量結(jié)果會受傳感器安裝位置的影響，通過對比其測量結(jié)果并進行數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，安裝位置與測量效果之間的關系為越靠近動力源效果越好。因此，相比于其他安裝位置，選擇為彈簧操動機構(gòu)的支架時，數(shù)據(jù)的保真度更高效果更好。在測量斷路器振動信號之前，首先需要人為進行故障設置，將其分別設置為鐵芯卡澀、緩沖器無效超程及絕緣拉桿松動等三種故障;之后分別在上述三種故障和正常狀態(tài)下對斷路器進行合閘操作，分別采集100組動作時的振動信號，在振動監(jiān)測儀將其放大后，傳輸至主機;最后對其去噪、特征提取及故障診斷。

3.6智能控制器系統(tǒng)

當出現(xiàn)1.05倍整定電流的過載電流時，通過電流互感器、智能控制器系統(tǒng)的微處理器循環(huán)采集到主電路電流信號。當主電路電流值未達到過載報警輸出電流設定值時，不會發(fā)出報警信號;當主電路電流值達到整定值的1.3倍電流時，且未達到短延時或瞬時電流動作值，經(jīng)過設定可調(diào)延時后輸出電平信號給智能控制器。智能控制器模塊檢測到報警電平信號后驅(qū)動繼電器動作，用戶可以通過判定繼電器觸點開、閉狀態(tài)或利用繼電器控制聲、光報警來提醒線路發(fā)生過載信號?？筛鶕?jù)需求，選擇過載電流報警功能和延時報警功能的智能控制器，以滿足特殊場合的使用。另外，智能控制式斷路器還可帶有通信功能。

結(jié)語

要保證診斷方法的完備性，也就是要保證實際應用中診斷的準確率滿足工程要求，需要深入探索自主診斷方法。通過熱雙金屬片發(fā)熱膨脹彎曲的機械杠桿原理實現(xiàn)過載報警不脫扣功能，以及通過智能控制系統(tǒng)在斷路器內(nèi)部增加電流互感器采集電流，再通過單片機運算輸出報警信號，實現(xiàn)報警不脫扣功能，均能很好地滿足用戶特殊場合的使用需求，在市場上也得到大量的推廣使用。

參考文獻：

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（作者單位：巨邦集團有限公司）