物联网低压断路器的研发及应用

物联网低压断路器的研发及应用

孙红霞

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要：随着移动互联、人工智能等现代信息技术和先进的通信技术在电力行业的应用，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互、打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网已成为必然趋势。低压配电物联网是泛在电力物联网的重要组成部分，是传统工业技术与物联网技术深度融合产生的一种新型电力网络形态，通过低压配电网设备间的全面互联、互通、互操作，可实现低压配电网的全面感知、数据融合和智能应用，满足配电网精益化管理需求。物联网断路器是在配电开关环节，采用物联网技术，对低压配电开关（断路器）进行集成化、智能化改造、物联网化设计，赋予低压断路器更多的智能功能。

关键词：电力物联网；智能配电系统；一二次融合

引言

目前，在低压配电系统的智能配电监控系统中，常熟开关制造有限公司生产的低压智能型断路器将现场的配电网络和控制室的计算机通过路由器紧密结合，可以达到远程遥测、遥信、遥控、遥调的四遥功能。用户根据实际情况建立的监控系统可以实现远程监控，处理和维护所出现的紧急故障。用户需购买监控主机及敷设专门的现场总线网络，并且定制专门的监控软件;计算机24h开机，时常会遇病毒瘫痪。如果能融入物联网，用户就无需购买上述设备，监控平台软件集中在云服务器上，现场只需将所有断路器全部联网即可，可省下调试时间及费用。在云服务器技术越来越成熟的今天，功能升级方便，需要能融入物联网技术的新一代智能低压断路器。常熟开关制造有限公司对已开发的智能低压断路器产品性能进行了进一步提升及完善，新一代产品已经可以融入物联网[1]。

1智能低压断路器的定义

目前，无论是电网还是工矿企业、医院和数据中心等都对配电智能化提出了更高的要求。同时，节能增效、自动化运维、精准故障定位和诊断等配电智能化的方案更是对低压断路器提出了更高的智能化要求[2]。

1.1更可靠的保护才是智能化的基石

万能式断路器已全面使用电子脱扣器，但其中占比较大的还是以电流过载保护、短路保护为主的经济型电子脱扣器。塑壳断路器中正在大量使用的还是机械式的热磁脱扣器，由于热元件、磁性材料的一致性较差，断路器对于故障电流的保护只能在一定的宽范围内，很难做到精准保护。同时，由于无法实现短路电流延时动作，传统断路器很难做到选择性保护。随着电子脱扣器应用占比的逐年上升，塑壳断路器的电子脱扣器已经较热磁脱扣器在保护的多样性上有所提升，但是和万能式断路器一样，还是仅限于以电流过载保护、短路保护为主的经济型电子脱扣器[3]。

1.2更全面的感知才是智能化的数据基础

测量电流、电压可以用来保护和提高精度，还可以实现等同于多功能表的功能。低压断路器本身内部结构紧凑，剩余空间不规则等因素限制了测量互感器的内置，但是随着新材料的发展以及加工工艺水平的提升，使得测量互感器内置成为可能。高精度测量互感器加上精密采样电阻以及信号处理电路，让智能断路器可以实现0.2s级的电能测量。同时还可以计算出有功功率、无功功率、总功率、需用功率、功率因数、频率、电量和电压，电流2～32次谐波、电流谐波总畸变率、电压2～32次谐波以及电压谐波总畸变率等。凯帆开关除了上述参量的高精度测量功能，还具备断路器状态检测，实现了分闸、合闸及脱扣三状态全面感知。在保护中提及的母线测温功能，可在20～150℃范围内误差做到±1℃。

1.3更便捷的组网才是智能化快速发展的催化剂

组网的便捷体现在两个方面，一是免接或者少接通信线，即便捷安装；二是免调试或者少调试，即便捷调试。免接或者少接通信线会用到微功率无线通信，或者电力线载波通信方式。几种通信方式有着各自的优势和特点：电力线载波适合长距离通信，有网随电通的特点，同时，依靠通信网络和电力网络共用的特点，还可以在一定程度上理顺电力拓扑结构；微功率无线通信作为电力载波通信的补充，在电力线上干扰信号对载波信号影响严重的场合下，电压设备通过无线通信。在该局域网内增加边缘计算器，可实现边缘控制。

2物联网断路器的功能及创新

2.1低压故障定位隔离与自愈

物联网断路器具有精准测量和高细度整定步长，能够让设备上下级保护根据拓扑关系自动整定精确级差。各级智能断路器保护参与级差配合，精确定位隔离故障回路，并自动转供恢复非故障区用户供电。当故障回路无法隔离时，自动闭锁设备重合闸功能，全过程除断路器外无须任何额外设备与接线。

2.2低压负荷转供

当某台区停电时，通过智能开关将台区所有线路内所有电量数据和开关位置、告警信息上传至云平台，系统自动判断故障区段为负荷侧（低压母排出现开关）还是电源侧（低压母排进线开关），并结合负荷电流历史数据为转供电依据，若为电源侧故障且负荷满足转供要求，则自动分断故障台区电源侧总进线开关并自动合上低压联络开关，实现不同中压电源台区间的低压联络自动转供电；若为负荷侧故障，则自动断开故障分支回路开关隔离故障。

2.3三相不平衡治理

云平台、边缘计算多功能网关和若干换相断路器（换相开关）可共同组成智能负荷调度系统，能实时动态的对三相负荷进行有载调整，尽量做到主变及各回路三相电流的平衡。云平台计算同一时刻所有支线设备的电流量，根据公式计算出不平衡度，按照设置的不平衡度阈值。先按最优算法，计算出不平衡度最小的调整方式，然后根据开关动作数量最少的原则下发调节指令，开关根据云端下发的换相指令进行相应换相操作，进行换相调节，从而使三相负荷趋于平衡，以有效解决低压配电系统的三相不平衡问题。换相开关实时计算开关固有动作时间，确保过零投切，对元器件冲击达到最小，对终端用户影响最小，换相时间小于１０ｍｓ。

2.4就地化瞬态补偿

负荷类电机变化越快节能越好，利用云端自动化通过设置规则进行自动控制，针对不同设备制定节能策略，达到最佳的节能效果，借助能效曲线的偏移量分析设备的能耗波动，用物联网断路器对具体负荷实现毫秒级一对一瞬态补偿，电容器过零投切、谐波消除、柔性接入，达到节能目的，冲击类负荷节能率更高。

2.5智能开关集中精细补偿

集中补偿接线简单、运行维护工作量小，智能开关使用无线或４８５有线连接多功能网关或云平台，无需专门的无功补偿控制器。传统的集中补偿电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。物联网断路器与云端自动化协同运算，云端下发命令，不同容量的电容器组内每一相都过零点投切，没有冲击，可以做到电容器组精细补偿，任意调节。

3结束语

本文介绍了物联网断路器在低压配电领域的应用，该智能断路器采用彻底的一二次融合技术、物联网技术等，通过云技术与云平台的搭建，协同云端的大数据运算、协调管理等，可以实现低压故障定位隔离与自愈、低压负荷转供、三相不平衡治理、就地化瞬态补偿、集中精细补偿等功能，从改变现有电网结构和运营模式入手，提高能源利用效率，强化电能能效管理，提升整体能效水平，有助于加快电力物联网的建设。

参考文献

[1]韩雨,戴玮.智能低压断路器的研发及应用[J].电气时代,2020(05):21-24.

[2].配电物联网智能台区解决方案[J].电气时代,2019(11):30.

[3]陈培国,管瑞良,陈平.融入物联网技术的新一代智能低压断路器[J].电世界,2019,60(06):5-7.