摘要:本文介绍了ABB公司万能式断路器智能化脱扣器工作原理、产品结构和保护功能。该智能脱扣器在低压断路器中,以其宽广的设定范围和先进的功能，实现电气领域多样化保护的需要。

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.

关键词:智能型 组成 功能

Key Words:Intelligent  Compose  Function

1概述

随着社会经济的飞速发展，人们对电力系统可靠性和智能化的要求也越来越高。对此，国家提出了建设智能电网的战略方针，也推动了断路器向多功能、高性能、智能化的方向发展。作为低压断路器核心部分的智能脱扣器，其性能指标的优劣成为衡量断路器先进、可靠与否的标志。

ABB公司应用于万能式断路器的智能化脱扣器，以其多功能高性能的设计，良好的人机交互界面，可靠的质量水平，受到越来越多低压发电、输配电和电力用户的喜爱。

2智能脱扣器组成和工作原理

供电系统中的低压断路器的主要功能是通过采集单元得到系统母线中的电流电压信号，由脱扣器的逻辑控制单元进行分析判断，根据结果采取相应的动作，实现线路中的过载、短路等故障保护。

其中，智能脱扣器由电源电路（包括自生电源、辅助电源）、电流电压采样检测、可编程放大器、CPU、显示电路和键盘及编码器等部分组成，与脱扣驱动机构、空心互感器配合执行电流电压采集和保护工作。

其原理是，在断路器的三相各装设一个空心互感器，通过互感器将主线路中的电压、电流信号转换成成比例的模拟电路可处理的信号，脱扣器信号处理单元对这些信号进行整流滤波处理后送入CPU，在CPU内部进行A/D转换后进行逻辑运算和处理，运算结果和预先设置的过载、短路短延时、短路瞬动和单相接地故障的电流值进行比较，比较后单片机输出符合预设定保护特性的逻辑电平信号，这些信号经放大后可直接驱动断路器的执行机构或其他辅助继电器，使断路器动作或输出声光信号。各种故障保护的动作电流和时间整定值通过键盘设定并预先存储在EPROM中，并可在运行期间随时进行修改。

此外，当产生特大短路电流时，独立于CPU的模拟脱扣电路可立即产生动作信号控制执行单元，使断路器动作。断路器分断动作的执行，是由智能脱扣器输出电磁信号给脱扣磁通变换器。磁通变换器实际上是一个单向极化继电器，衔铁后连接一个推动杆，正常情况时，衔铁被铁心上的永久磁铁产生的恒向磁通所吸引，驱动电路输出的直流电流产生的磁通极性与永久磁铁的磁通相反，就抵消铁心对磁铁的吸力，衔铁释放，其推动杆脱开断路器四连杆上的锁扣，断路器跳闸，切断电路。

图1智能脱扣器工作原理

3智能脱扣器基本功能

3.1提供三段式电流保护，即过载长延时保护、短路短延时保护、短路瞬动保护

每个保护都有广泛的电流倍数设定和时间曲线可供不同应用需要的选择，其中短路短延时保护又有反时限保护和定时限保护两种选择方式。

定时限是指动作的时间不受短路电流大小的影响，达到短路电流整定倍数的门限值时，脱扣器就根据设定的延时时间采取保护动作。

而反时限的动作时间则与短路电流大小有关，在达到短路电流整定倍数的门限值后，电流越大，动作时间延时越短。

图2三段式电流保护曲线(短路短延时反时限)

图3三段式电流保护曲线(短路短延时定时限)

此外，ABB智能脱扣器还具有双重选择短路性保护，即采用两种独立的曲线来管理两种不同的配置。第二组设定值根据需要可通过一个外部指令来激活并替代第一组设定值。当电网配置发生改变时，如闭合一个并联的进线线路或闭合一个系统中的应急电源，改变负载容量和短路水平，系统发出指令进行切换。用户可根据实际运行方式，选择指令的发出和切换方式，如根据预定的程序切换，或者将节点连接到母联开关的一个辅助触点上，根据母联开关的分合状态进行切换。

所有的保护设定值都存储在智能脱扣器记忆单元中，即使外部电源消失，客户的保护设定值依然可以保存。

3.2提供接地故障保护

G保护通过脱扣器内部相电流与中性线电流的向量和实现。故障电流由下式定义：

3.3提供剩余电流保护、相不平衡保护、超温保护、欠压保护、过压保护、低频保护、高频保护、逆功率保护等多达十几种保护(根据选用的可选模块的数量决定保护功能的种类)。

3.4可测量电流、电压、功率、功率因数、谐波、频率等多个电力参量。

4智能脱扣器智能化功能

4.1可提供方向性保护，即对线路中故障电流的方向进行识别。

电流方向可以帮助断路器判断故障电流是在供电侧还是在负载侧，特别是在环网配电系统中，这种功能可识别网络中的故障区域，并及时隔离故障区域，从而保证其它正常设备的运行。

图4方向性保护

4.2具有故障记忆功能

智能脱扣器使断路器跳闸后，仍可记住上次发生故障（过载、短路或接地故障）状态和类别，有助于线路的检修。

4.3具有热记忆功能

智能脱扣器过载或短路短延时脱扣后，在脱扣器未断电前具有模拟双金属片特性的热记忆功能。过载能量30min释放结束，短延时能量15min释放结束。断路器在负载故障排除后，再合闸，在30min和15min内如果再发生过载、短延时故障时，脱扣时间会变短。

4.4MCR（making circuit release）接通分断保护

此项保护主要用在线路故障情况下合闸时（断路器的脱扣器上电的瞬间），脱扣器具有低倍数短路电流分断断路器的功能。以防止断路器在电流小于整定值（短路电流）时投入，切断时间过长引起损坏断路器。其设定电流可根据用户要求而定。

4.5具有自诊断功能

对断路器的电子元器件的工作状态进行自诊断，如触头磨损率、CT断线、断路器内部环境温度控制等，当发现故障或过高温升时可发出警报并使断路器分断。通过预警功能，有助于工作人员作出正确的分析判断，减少线路维修时间。

另外,断路器还未连接线路前，还可人为地对断路器进行脱扣可靠性试验。

4.6区域选择功能

有效地利用这种保护，与预设的时间选择性比较，它能使离故障点最近的断路器保护动作时间缩短。

区域选择是指两个串联断路器之间的电气部分。区域选择性保护是将选择性区域内所有脱扣器输出端与供电侧脱扣器输入端相连接，区域内脱扣器的输出信号立即上传到供电侧脱扣器的输入端。检查到故障的每一个断路器均可通过一个简单的连接线将信号传递到供电侧断路器，故障区域就是指检查到故障，但又不会从负载侧断路器中得到任何信号的断路器负载侧区域。此时，此断路器将立即分闸，无需延时时间。

图5区域选择保护

4.7具有良好的人机交互界面

智能脱扣器有可以选择拨码式操作界面和液晶屏操作界面两种良好的人机交互界面，操作者可以方便地整定电流、时间曲线、报警提示等控制命令和控制参数。脱扣器通过液晶屏直观地用图表、柱状图、正弦曲线等方式显示电力参量，用液晶屏文字提示或者光电信号实时反馈断路器正常工作和故障运行状态。此外，智能脱扣器还有多种语言可供选择。

4.8具有自供电系统

智能型控制器有3种供电方式：专用电源供电、蓄电池供电、电流互感器供电（自供电）。这三种供电方式可以独立使用，也可以配合使用。负载回路正常工作时，脱扣器不需要外部辅助电源供电，采用了互感器“自生”电源支持脱扣器工作。当线路电流不足以提供脱扣器工作电压时，为保证智能控制器的可靠工作，由辅助电源供给脱扣器电源。

智能脱扣器内部电源模块通过硬件和软件两种方式，在保证系统供电的前提下，使电流多余能量得以泄放，确保大电流情况下系统器件不因过热而损坏。

图6智能脱扣器自供电系统

4.9预留通信I/O口

智能脱扣器具有串行通信接口，使得中央计算机、前级和后级断路器之间进行双向通信成为可能。通过专用的设备可把断路器编号、分合状态、脱扣器各种设定值，运行电流、电压、故障电流、动作时间及故障状态等参数传输出来，或输送到计算机主站，与上位机联网实现双向通讯，实施遥测、遥信和遥控。

SD-Testbus2是ABB为所有Modbus RTU装置进行试运行和诊断的软件。它可在系统启动阶段使用或进行故障检修。通过软件对智能脱扣器的扫描连接，可检查接线，设定分闸，合闸或复位命令，还有读取诊断的信息，显示潜在问题和配置错误等警告信息，可实现对总线网络的彻底诊断。

图7SD-Testbus2软件界面

5结论

ABB智能脱扣器具有宽广的设定范围，因此可使用在任何电气装置的保护上，从配电到电机保护，变压器保护、驱动器保护和发电机保护。使用键盘和液晶屏显示器来读取资料和编程不仅操作简单，而且相当直观。随着国民经济的发展，发电容量和用户的日益扩大，配电系统的可靠性和连续性日趋重要，人们对断路器的动作特性及保护功能提出了更高的要求，相信带有智能脱扣器的ABB断路器的需求使用量将会越来越大，市场前景将更加广阔。

参考文献

1.    ABB. Emax空气断路器技术资料

2.    连理枝.低压断路器的设计与制造. [M].北京：中国电力出版社, 2003

3.    夏天伟，任继武，李海波.智能脱扣器的研究. [J].电工技术杂志，2001,4:23-25