低压断路器智能脱扣器综述

湖南工程学院 毕业设计(论文)开题报告

学生姓名： 学 号： 专 业： 电气工程及其自动化 设计(论文)题目： 低压断路器智能脱扣器的设计

指导教师： 黄 绍 平 教 授

2012年3月11日 开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。 4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计说明书》等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

一、 文 献 综 述 1、前言 低压断路器（又称自动空气开关）是低压电网中一种重要的控制电器和保护电器，应用广泛，主要是在变压器的低压侧到负载间起分配电能、保护和控制配电线路的作用，对负载进行起动，调节、停止和显示。低压断路器主要是由触头系统，灭弧装置，脱扣器和操动机构组成。而脱扣器是与断路器机械上相连的（或组成整体的），用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。 一般说来，传统的双金属片机械式或电子电磁式脱扣器与脱扣机械部分组成整体，其动作精度低，动作值整定困难，而且为了获得不同的保护特性，要配置不同的脱扣器。随着经济的发展，对电能的需求和依赖不断地增大。因此承担电能的传输与分配、用电设备保护与控制任务的低压电器显得更为重要，传统的脱扣器已经不能满足发展需要。于是，运用计算机技术、数字信号处理技术和通信技术的智能脱扣器成为国外开关电器行业的研究开发热点。 目前智能脱扣器则不包含机械脱扣部分，仅指控制板（即可理解为断路器的内置“控制器”）。 智能脱扣器的优点是其可以提供三段甚至四段保护；灵敏度高，动作值比较精确，而且可以调节；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制；基本不受环境温度影响。 2、智能脱扣器的功能与要求 低压断路器主要用来对发电机、电动机、变压器和电缆等设备进行过载，短路和接地故障保护。脱扣器是断路器的中枢部件，它承担着断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。 早期的脱扣器为电磁式的。其工作原理是利用双金属片在流过电流时发热变形而使脱扣器动作，这类脱扣器制造调整困难，精度低和可靠性差。 传统的断路器保护功能是通过脱扣器中机械系统的动作来实现的，其效果也不够 理想。为了防止用电设备故障以及在供电网络出现异常时损坏用电设备，在传统断路器的基础上逐步开发出更可靠和更具保护性能的断路器。 由于用电设备数量的迅猛增加，对电力系统的运行安全可靠性、电能的质量、经济性等指标提出了更高的要求。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态，故障中最常见危害最大的就是各种形式的短路和过载，其危害是: (1) 故障点通过很大的短路电流和所燃起的电弧，将故障设备损坏； (2) 电源到短路点间流过短路电流，它们引起发热和电动力将会造成在该路径中有关的非故障元件损坏； (3) 靠近故障点的部分网络供电电压大幅度的下降，使用户的正常工作遭到破坏甚至影响产品质量； (4) 造成较大范围的停电，破坏电力系统运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使该系统瓦解和崩溃 。 断路器就是在当电网不正常情况时，如过载、过压、欠压和短路等，能自动的把负载从电网上断开，从而避免危及操作人员安全和设备的正常运行，防止人身事故和火灾事故。其执行机构智能型脱扣器的基本功能是: (1)保护包括电流三段保护(长延时过电流、短延时过电流、瞬时短路)、单相接地故障保护、欠压保护等，而且保护参数可设定； (2)测量可测量电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电能等各种电量，并可以显示； (3)断路器状态在线监测 例如： ① 断路器操作次数统计——监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数； ② 开断电流加权值——间接监测断路器触头的电磨损，预测其剩余电寿命； (4)通信智能脱扣器与配电自动化系统的主控计算机(上位机)进行通信，一方面，上传电参数测量值、断路器工作状态(断开还是闭合)、故障信号、断路器自诊断信息等；另一方面，上位机可对断路器进行遥控(断路器分、合闸)、遥测、遥调(调整保护整定值)、遥信的“四遥”功能。目前，世界上各大开关电器制造商均推出了智能型低 压断路器(装有智能脱扣器的断路器)，如ABB公司的F系列，施耐德公司的M系列，西门子公司的3WN系列和3VF系列，三菱公司的AE系列等，这些产品均在国内有所应用。国内一些电器厂家也推出了引进技术的智能型低压断路器，如M系列、DW45系列、DW48系列等。 3、低压断路器的智能化发展 3.1大电流电弧分断技术： 随着电网容量不断增加，对低压断路器分断能力要求不断提高，对低压断路器分断性能提出了更高的要求。为了提高系统运行可靠性，新一代万能式断路器一般均达到Icu=Ics=Icw，在提高Icu、Ics同时，重点提高Icw。新一代塑壳断路器要求Icu=Ics，重点提高Ics。为了提高分断性能，主要采取以下措施。 (1)采用双断点触头灭弧系统： 双断点触头灭弧系统过去在控制电器中应用较为普遍，其主要目的是缩小产品体积。低压断路器分断能力高，触头灭弧系统较为复杂。如采用双断点系统，产品结构更为复杂，有一系列技术关键需要解决。其中最主要的二个技术难点是设计可靠的卡住机构，又不侵犯专利，以及两个触头闭合与断开时同步性问题，且制造工艺要求高。为此对双断点触头灭弧系统是不是低压断路器发展方向存在明显分歧意见。随着现代设计技术不断发展与应用，上述技术难点已经得到有效解决。作者认为作为高性能MCCB产品双断点触头系统肯定是发展方向，是单独点结构无法比拟的。它使塑壳断路器具有更好的限流性能，更高的分断能力，较好实现了Icu=Ics。并为实现限流选择性保护，以及产品小型化、高寿命、高可靠、环保等创造了更好条件。 但是，作为经济型MCCB产品，考虑制造成本不宜采用双断点系统。因此，对新一代高性能MCCB如何合理构成系列产品是值得探讨的问题。传统的系列型式高分断型、较高分断型、标准型、经济型结构型式基本相同，在新一代MCCB中可能是不适宜的。 (2)作为高性能ACB产品，双断点触头灭弧系统也是发展方向之一。它为ACB分断性能进一步提高，提供了更大的空间。为在极短时间内实现全电流选择性保护创造了更好条件。但是，作为普通型（标准型）ACB产品也不宜采用双断点系统。 运用低压电器现代设计与测试技术对触头灭弧系统进行优化设计，并采用气吹等辅助手段使电弧快速、可靠进入灭弧室。同时，有效控制游离气体扩散途径，避免相间、相对地飞弧，使飞弧距离控制在最小范围。 3.2过电流保护新技术 低压断路器主要承担低压配电系统过电流保护以及其它各类故障保护，目前性能基本满足了系统故障保护要求。但是，就配电系统过电流保护看，目前保护方式是不完善的。主要存在以下问题： (1)目前选择性保护一般局限于低压断路器短延时电流以下范围。当故障电流达到上级瞬动电流时，容易造成上、下级断路器同时跳闸，甚至越级跳闸。 (2)由于终端过电流保护用小断路器目前均为限流瞬动型，所以终端配电系统基本没有选择性保护。 (3)目前系统短路时选择性保护通过短延时实现，短延时时间一般为0.2秒～0.4秒。对三级供电系统，主开关短延时时间可达0.6～1，秒甚至更大。所以，目前低压配电系统实现选择性保护时间较长，对低压电器、成套装置及系统动、热稳定要求高 (4)配电系统运行可靠性难以保证。 新一代低压断路器采用过电流保护新技术达到的目标要求主要包括二方面内容： (1)实现低压配电系统全范围、全电流选择性保护。 (2)在极短时间内实现选择性保护，整个选择性保护时间从原来1秒～1.2秒缩 短至0.2～0.5秒。 为实现上述目标，新一代低压断路器应达到以下要求： (1)新一代ACB实现全电流范围选择性保护。 (2)新一代MCCB应具有限流选择性保护功能。 (3) 开发具有短延时保护功能MCB。 (4) 新一代ACB、MCCB均应采用区域选择性保护技术。 过电流保护新技术采用后达到的主要效果如下： (1)从根本上避免低压配电系统越级跳闸和故障级断路器正常分断后，上级断路器同时分闸。使配电系统短路故障限制在最小范围，大大提高配电系统供电可靠性。 (2)大大缩短实现选择性保护时间，降低电器设备动、热稳定要求，有利于节材、节能和产品小型化。 3.3可通信与综合智能化技术 为了提高低压配电与控制系统运行可靠性以及自动化程度，实现系统网络化是发展的必然方向。一旦系统实现网络化，低压电器必须具有双向通信功能，经通信适配