智能断路器通讯解决方案
1、断路器简介断路器想必大家都不陌生，断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置，被普遍应用在各类电力场所中。断路器根据在电力系统中作用包括两个：
微型断路器：属于终端电器，用于线路末端，对有关电路和用电设备进行配电、保护、控制、指示信号、计量等作用；
框架断路器（万能式断路器）、塑壳断路器（空气开关）：属于配电电器，用于电网输配电的低压侧。用于电流的流通、分断，能在线路或用电设备发生短路、过载、欠压等故障时切断电路，从而起到对线路和设备的保护作用。
图1断路器我国低压电器行业经历四次产品迭代，已形成完整生产体系。我国低压电器行业经历了60年左右的发展，从修配、仿制再到自主研发，已经迭代了四代产品。
一代：产品种类单一，产品结构尺寸大且产品性能不稳定，目前已强制淘汰；二代：产品种类增多，产品体积缩小，性能得到改良，并完善了保护特性，目前少量产品生产；三代：性能再度完善，并引入现场总线技术，实现网络化和可通信，目前是行业主流应用产品；四代：智能化特征更加凸显，并具备了小型化、高可靠、绿色环保、节能与节材等特点，正陆续推向市场。近年来随着开放式现场总线技术的进步及广泛应用，使低压配电与控制系统、终端用电系统在向智能化、网络化发展，智能配电系统未来有望成为市场的主流。
2、主流断路器方案简介当前主流第三代断路器总线形式包括RS-485和CAN总线两种形式，RS-485通信接口实现智能节点与监控计算机之间的串行连接;Modbus通讯协议制定了消息域格局和内容的公共格式，为智能节点与监控计算机之间提供通信规约。以RS-485为例，整体网络架构为主设备采用PC机，从设备是各种断路器，简单框图如下：所有设备均有线连接，设备信息在后台PC机上显示数据，可远端查看单独设备、状态查询的信息，并且能够远端控制断路器的工作情况。
图2塑壳断路器管理框图3、断路器未来发展趋势：随着智能物联的必然发展趋势下，对配套电力设备技术有了更高的要求，RS-485/CAN总线等有线形式将存在布线难，运维成本高的问题，并且随着无线通讯形式的稳定性提升，未来断路器会基于传统方式还采用无线（4G，蓝牙）等方式传输，可以保证每台设备的状态可以实时上传到后台或者云端，可以实时监控设备的运行状态，在后续维护管理上更加方便，而且在某些不方便布线的场所更能够灵活的应用，具体如下所示。
图3无线断路器配网架构4、ZLG断路器通讯方案：致远电子面向智能断路器的RS-485/CAN总线隔离需求提供满足对应需求的解决方案，当前智能断路器对于隔离RS-485/CAN需求包括两方面：成本优化与集成度小型化。
为满足行业用户的高性价比最求，致远电子可为用户提供P系列电源模块内部的主控电源ICZLG1002与配套变压器FG0505-1，进而搭建总线隔离RS-485/CAN电路。
图4ZLG1002电源IC图5FG0505-1变压器套片图6ZLG1002+FG0505-1应用电路图毫瓦级静态电流，极低的静态功耗；85%转换效率，有效降低电源温升；支持短路自恢复，为用户降低失效风险；-40℃~105℃，超宽工作温度范围。为满足行业用户的集成度小型化最求，致远电子可为用户提供SM系列全隔离RS-485/CAN收发芯片，产品体积小巧，单芯片即可实现隔离RS-485/CAN。
图7SM系列隔离RS-485/CAN收发芯片（2）无线传输方案面向智能断路器的无线化需求，致远电子可为行业用户提供无线蓝牙模块BT11P31，模块主从一体，模块互联支持主从机双待，用户可以通过指令进行扫描或者直接连接从机设备，也可以通过指令打开广播，等待主机连接，脱离手机实现设备与设备之间的互联互通。
主要特点蓝牙版本：兼容BLE4.0/4.2/5.0蓝牙版本：兼容BLE4.0/4.2/5.0接收灵敏度：-93dBm@1Mbps、-90dBm@2Mbps睡眠电流：8μA~10μA传输速率：净荷数据传输速率最高可达11.5kB/s数据加密：支持AES-128，ECC加密引擎智能断路器的现状与发展
（国网河北省电力有限公司检修分公司 河北石家庄 050070） 摘要：文中主要介绍了智能断路器的原理和性能，详细阐述了现阶段所用智能断路器具备的主要功能，并根据技术发展能力和实际需要，设想出将来智能断路器的发展完善的功能和能解决的问题，为智能断路器新技术和新工艺研发提出了目标，以指导有关科研部门和技术研究人员能投入更大精力在新功能完善方面做出更大努力，更好推动智能断路器技术及电力技术的发展。 关键词：智能；断路器；现状；发展
1智能断路器的现状分析 1.1智能断路器原理与性能介绍 断路器是电力系统中最重要的控制元件，它的智能化是智能设备乃至智能电网的基础。通常所说的断路器的智能化，并不是只是简单的应用计算机就能实现的，它必须配置上最新的传感器技术、微电子技术和信息传输技术来实现操作机构的可控运行。除了保证满足传统设备的原有功能外，智能设备主要表现为对大量信息的敏感和准确的访问能力、处理信息的能力、处理结果的思维能力、简易性。可实现对再生信息的处理结果进行深入处理，并依据处理结果自动进行有效的操作。 采用计算机系统和传感器装置的智能断路器，通过气体密度传感器实现连续状态监测，确定趋势走向，检测极限值。在此基础上，可以实现传统的气体锁定报警功能，并通过运动传感器和能量传感器实现对操作机构的状态监控。这些传感器的信号用于传统的位置指示和电机控制功能，另外的电流和电压传感器为断路器的优化提供了重要保证。 1.2现有的智能断路器所具备的主要功能。 1.2.1具有了智能控制功能 智能控制单元是断路器智能控制的核心。以微处理器为核心部件，通过传感技术、光电转换技术、数字控制技术、微电子技术和信息技术的综合应用，完成断路器的智能化操作。实现断路器的智能化操作。它可以连续地从电力系统收集一些特定信息，并判断断路器的当前工作状态，使设备始终处于操作的准备状态。当系统故障由继电保护装置发出时，开关信号将正常操作命令发送到断路器，控制单元获得对应于断路器工作状态一致性，操作机构达到最佳状态。针对性采用某一算法，并驱动执行机构进行状态调整，实现最佳运行。 一是实现远程主机通信。根据主机的要求，控制单元通过信息传输接口将断路器的断开记录发送给上位计算机。上位机信道信息传输网络传输操作命令、保护参数、开启重合闸模式。 二是能实现自动调节操作。它是控制单元的核心功能。在识别断路器的工作状态的基础上，自动确定与操作机构相对应的调节量并自行调节。 三是可以实现工作状态自动识别。在准确识别断路器工作状态的前提下，对负载电流进行了划分，并对短路电流、过载电流、小电容电流和小电感电流进行了划分。 四是能显示记录的工作状态。在故障的情况下，每次中断时记录断路器，也应记录断路电流的大小、短路电流的变化过程和拒动的信息。断路器的断开电流也可以用来指示断路器触头的冲蚀。 1.2.2具备了状态监测与诊断功能 监测诊断是智能设备的重要环节。计算机技术、传感技术和微电子技术的发展，使得智能断路器的监测和诊断的要求得以实现。 智能断路器实现了灭弧室寿命的监测和诊断。触头的电磨损主要取决于电弧电流的大小和电弧时间的长短。每个断路电流的大小被转换成相应的磨损量，总磨损量根据断路器的额定断开电流和额定断开时间来确定。监测和诊断功能可以记录中断次数，并对中断电流进行累计加权。 智能断路器实现了机械故障的监测与诊断。大多数断路器发生在执行器和控制回路中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆智能断路器采用多种技术综合判断，包括对分流器和线圈的电流波形的监测、断路器的监测、行程监测、监控和关闭速度、液压机械的压力状况等。 实现了绝缘状态监测。监测断路器的气体压力和局部放电，超限报警或阻塞。智能技术发展了简单的信息计算，以模拟人脑对不确定性的识别、思维、预测、优化和决策。 1.2.3具备了断路器的智能操作功能 断路器的智能化操作将智能技术引入断路器的电气性能，使断路器能够更好地完成中断任务，提高断路器综合技术性能。 实现了智能化分合速度。智能断路器可根据电网中的不同工况，自动选择和调节操作机构或断续器的合理工作条件。当小负载以较低的速度断开时，不仅能保证所需的灭弧能量，而且可以减少机械损耗，而短路信号在接收到短路信号时被全速切断，达到了电气和机械性能的最佳断开效果。 实现了同步断相选相。现代传感器技术使过零信号的采集变得非常可靠和方便。在采集交流电压或电流变化率的零点信号后，控制信号在电压或电流零点或它们的变化率为零之前发出。 2智能断路器的未来发展中有待完善的问题 断路器的智能化技术不仅是一个概念性的变化和理论发展，而且是一个技术突破，包括广泛的新技术、新材料和新技术。与传统的断路器相比，其核心问题是信息采集与传输控制系统，其中一些技术比较成熟，有的还在开发和试运行中，需要不断的改进和完善。 2.1关键技术问题的完善 2.1.1传感技术的完善。局部放电、高压导体测温和高压侧的测量，尤其是在光学电流和电压传感技术的应用中，还有待进一步改进。 2.1.2微处理器的技术的成熟与发展。智能软件是微机技术的关键。主程序需要连续检测和显示断路器的工作状态，并与主机发送相关的控制和状态信息。因此，智能软件技术的成熟需要及时进行测试。 2.1.3抗电磁干扰技术。系统中的工频和高次谐波、高电场引起的电晕和污闪也产生电磁辐射，两个控制回路中的开关电源和大功率电磁铁将通过不同的方式耦合到两个系统，并感应电路中的电流，并对操作机构的控制进行测试。由于智能断路器的信号传输和控制系统的低电压和信号传输电平，压力水平较低，外部电磁干扰很容易使其失效或损坏。 2.1.4信号处理技术。获得监测信号仅仅是第一步。为了进行准确的判断和决策，必须运用信号处理技术进行故障诊断，以实现故障分类、故障定位、预期寿命等信息的判定。采用机械振动法对断路器的机械状态进行监测，并对采集信号进行正确识别。这种信号处理的可靠性需要进一步考虑。 2.2智能断路器的寿命问题的解决 由于电子设备的使用寿命低于高压电气设备本身的寿命，因此有必要从设计、制造和运行条件的改善方面解决这一矛盾。采用模块化设计，通过降低成本和增加准备量的措施，并在完善的自检功能的基础上做出综合判断，从而提高了智能断路器的可靠性和使用寿命。 2.3智能断路器的经济问题的解决 目前，智能断路器的价格普遍要高于传统断路器的价格，但随着材料、制造成本及电子设备价格的不断下降，智能断路器的价格也将逐步下降到我们的目标价位。 结束语： 从以上分析可知。智能断路器在电力系统运行中具有非常重要的作用，现在，它已经具备了许多的性能和功用，为电力系统运行的安全平稳运行起到了坚实的保障作用。但同时，在某些方面，还存在着不足，许多关键技术还不完善，有些应用还不成熟，并存在寿命短、成本高的实际问题。今后我们要着重在这些问题上加强研究与开发，力争实现智能断路器技术水平更快更好发展，为电力事业的整体发展做出积极贡献。 参考文献： [1]陈晓宁，马志瀛.超高压智能操作断路器智能控制单元的研究[J].电网技术，2010，（5）. [2]邹积岩，王毅.开关智能化概念与相关的理论问题[J].高压电器，2010，（6）. [3]史保壮，杨莉，冯德开，等.智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用[J].高压电器，2011，（1）.智能断路器工作原理及技术特点
摘要：智能断路器具有数字化的接口，可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过网络方式传输。本文介绍了智能断路器基本原理、工作模式和工作过程。和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点。随着各项技术的发展和各种产品的研发，智能断路器将逐步进入实用化阶段。
随着我国电网建设的快速发展，数字化变电站成为建设和研究的热点。数字化变电站的核心在于一次设备的智能化与二次设备的网络化。对于断路器这种极其重要的电力一次设备而言，其智能化的实现有十分重要的意义。断路器智能化在于运行状态实时监测，通断精确，智能控制和信息传递网络化等。随着电力电子技术和自动控制理论的广泛应用，计算机与网络通信技术的飞速发展，以及对传感器技术和人工智能的深入研究和综合应用，智能断路器的功能得到了极大的扩展和完善。
一、什么是智能断路器
断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。
低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，己获得了广泛的应用。
高压断路器(或称高压开关)是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性，当系统正常运行时，它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时，它和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围.因此，高压断路器工作的好坏，直接影响到电力系统的安全运行。
随着国民经济的发展，技术的不断进步，无论是工业生产还是日常生活都对电力系统的供电质量提出了越来越高的要求:能够实现不间断供电，即使断电也必须要求断电时间尽可能的短，停电范围尽可能的小。这就要求供电系统具有比较高的自动化程度和智能化水平，当电力系统出现一些故障时系统中的智能保护设备能及时识别故障类型，快速切除系统中的故障部分，防止故障进一步扩大，使整个系统能够正常运行。除了要能正常分合相关系统额定电流外，还要在相关系统故障时能快速有选择性地可靠分断相关系统短路故障电流，且不能出现越级跳闸或拒动现象。
当继电保护或控制装置发出外部跳闸指令，当指令到达断路器时，断路器的控制装置确定断路器是否做好执行分合操作的准备，如果好了则控制装置负责完成该指令操作，反之，如果断路器没做好准备，则控制装置闭锁所要求的操作，断路器就不能完成相应的指令操作。为此断路器需要相应的控制监视回路，如气体密度、断路器的分合位置等。此外要求控制回路监视反映断路器运行状态的关键参数，如果这些参数有改变就会闭锁该断路器使之不允许动作，并向运行值班人员发出警告，以便运行人员及时采取行动。以龙口市供电公司的变电站为例，一般的10kV或35kV出线开关柜的二次回路中，断路器的分合位置和弹簧储能是否完成是最主要的监视回路。
现在的高压断路器种类很多，可分为:油断路器(多油断路器、少油断路器)、六氟化硫断路器(SF6断路器)、真空断路器、压缩空气断路器等。我们公司目前最多的是真空断路器和SF6断路器，龙口境内的有些变电站使用GIS组合电器。GIS组合电器是将断路器、隔离开关和接地刀闸、常规TA和TV以及母线组合在一个SF6绝缘的密封壳体内，实现变电站的紧凑化，但其制造成本高，多用于土地价格昂贵或空间有限的变电站。国际大电网组织通过调查认为在今后一、二十年内，SF6断路器和GIS将继续是高压断路器设备的主流。
在IEC62063标准中对于智能断路器设备的定义为:具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在检测和诊断方面。
智能断路器实现电子操动，变机械能为电容储能，变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械运动部件减少到一个，机械系统的可靠性提高，智能断路器具有数字化的接口，可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过网络方式传输。控制回路中电子电路的寿命、可靠性将成为智能断路器技术工程化应用的关键。
二、智能断路器工作原理与工作模式
智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电了技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生。智能断路器实现电子操动，变机械储能为电容储能，变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械系统可靠性提高。
在目前阶段，智能断路器得到了相应的发展，具有智能操作功能的断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。工作原理见图1，图中实线部分为现有断路器和变电站的有关结构和相互关联。智能识别模块是智能控制单元的核心，由微处理器构成的微机控制系统，能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号，自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态，根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的分合闸运动特性，并对执行机构发出调节信息，待调节完成后再发出分合闸信号;数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析;执行机构由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成，用来调整操动机构的参数，以便改变每次操作时的运动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。
图1智能断路器工作原理
智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流，自动选择操作机构及灭弧室预先设定的工作条件，如正常运行电流较小时以较低速度分闸，系统短路电流较大时以较高速度分闸，以获得电气和机械性能上的最佳分闸效果。
这种智能操作要求断路器具有机构动作时间上的可控性，目前断路器常用的气动操作机构，液压操作机构和弹簧操作机构由于中间转换介质等因素，控制时间离散性大，其运动特性很难达到理想的可控状态。采取电磁操作机构的断路器利用电容储能、永磁保持、电磁驱动、电子控制等技术，当机构确定后运动部件只有一个，没有中间转换介质，分合闸特性仅与线圈参数相关，可以通过微电子技术来实现微秒级的控制，通过对于速度特性控制实现断路器的智能化操作。
智能操作断路器的工作过程是:当系统故障由继电保护装置发出分闸信号或由操作人员发出操作信号后，首先启动智能识别模块工作，判断当前断路器所处的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器动作。
三、智能断路器技术的优点
和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点:
1、采用智能断路器技术后，对于非故障性的操作，断路器都可以在较低的速度下断开，减少断路器断开时的冲击力和机械磨损，从而提高断路器的使用寿命，在工程上达到较好的经济效益和社会效益。
2、采用智能断路器技术可以实现有关高压开关设备的检测、保护、控制和通信等智能化功能。
3、传统的重合闸采用重合闸继电器，正常运行时，重合闸继电器的电容进行充电，当发生故障断路器断开后，电容进行瞬间放电从而到达重合目的，当重合于故障时，由于电容未再进行充电，因此重合闸只能进行一次。采用智能断路器技术后有可能改变目前的试探性自动重合闸的工作方式，实现自适应自动重合闸，即做到在短路故障开断后，如故障仍存在则拒绝重合闸，只有当故障消失后才进行重合。采用智能技术后就会避免传统重合闸只能重合一次的弊端。
4、实现定相合闸，降低合闸操作过电压，取消合闸电阻，进一步提高可靠性;实现选相分闸，控制实际燃弧时间，使断路器起弧时间控制在最有利于燃弧的相位角，不受系统燃弧时差要求限制，从而提高断路器实际开断能力。
随着微机技术、微电子技术、计算机网络和数字通信技术的飞速发展，以及人工智能技术在产品研发和研究领域的应用，能断路器将会从简单的采用微机控制取代传统继电器功能的单一封闭装置，发展到具有完整的理论体系和多学科交叉的电器智能化系统，成为电气工程领域中电力开关设备、电力系统继电保护、工业供配系统及工业控制网络技术新的发展方向。
四、智能断路器技术进步
智能断路器已将计量、控制及通信等功能融于一体，使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发展又为智能断路器功能的多样化，可靠性的提高，性能优化提供了技术保障。智能断路器的核心是智能控制器，其性能的高低是判断智能断路器是否先进的主要依据。自20世纪70年代开始出现了智能控制器，随着各项技术的广泛应用和发展，如微电子、计算机技术、网络通信技术和新型传感器技术的快速发展和综合应用，使得智能控制器出现了突飞猛进的发展。作为智能断路器技术的补充，断路器智能监视和控制技术得到了相应的发展并在工程上得到广泛的利用。
近年来国内外制造商陆续推出了智能断路器的相关技术，国外公司有ABB高压技术公司推出了插接式开关系统PASS(Plug&SwitchSystem)，采用了智能化传感器技术和微处理器技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过程监视和站内计算机监控。全部采用智能化PASS系统的澳大利亚275kvBlackwall变电站和Braemar变电站分别己于1999年和2000年投入运行。另外还有日本三菱电机开发的550kV智能化开关产品MITS(MitsubishiInformationTechnologySwitehgear)以及西门子公司的HIS(HighlyIntegratedSwitchgear)。由南瑞继保、北京四方提供配套二次保护控制设备的MITS系统在广东500kV西江变电站进行运行试验。国内公司的有平顶山天鹰集团的ZFll-252kVGIS，状态监控系统集成了传感器技术、PLC技术、计算机技术、检测技术、网络技术和通信技术等，实现了GIS产品内部电器元件，特别是是对其中断路器及其操作机构部分的状态监测，通过对各种参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显示以及相应的控制操作。该系统已经在云南大关变电站应用。此外南瑞继保PCS-9820A智能控制装置和CZX-12RI型操作继电器也可组成智能断路器操作系统。断路器智能化是一项更新换代的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，如传感技术、微电子技术、计算机技术、信息技术以及断路器本身及操动机构等方面，需要更多的投入和开发。因此，随着各项技术的发展和各种产品的研发，智能断路器将逐步进入实用化阶段。