消防斷路器過載報警不脫扣功能信號輸出方式的探討

陸勝利

【摘?要】近年來社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數量也逐漸增多。隨著經濟社會的發展，對電力系統的可靠性、穩定性、經濟性等也有更高的要求。斷路器是電網重要的控制和保護設備，也是能夠應對電力系統中最多種類任務和需求的開關裝置，一旦發生故障，可能帶來重大的經濟損失。因此，如何及時準確地發現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，在低壓供配電系統中應用廣泛。隨著供配電系統不斷發展，在有些重要的應用領域（如消防、化工、醫療等特殊場合）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《低壓配電設計規范》第6.3.6條有相應規定。

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濟損失的設備。

2機械控制方案

（1）機械控制式斷路器結構。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、熱雙金屬片、發熱元件、牽引桿、支撐件、復位彈簧、信號轉換杠桿、信號轉換模塊等部件組成，結構緊湊，報警信號轉換可靠，成本低。（2）機械杠桿式報警信號轉換原理。根據國家標準GB/T14048.2—2008的要求，當主線路負載端發生短路時，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1.05倍額定電流的過載電流時，2h內線路不應有報警信號輸出;當主電路負載端任一相出現超過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，報警信號輸出持續時間≥0.5h，且<2h。斷路器內部通過發熱元件使熱雙金屬片受熱膨脹彎曲，推動信號轉換杠桿，從而推動報警信號轉換模塊裝置，至用戶加裝的信號燈或警報器發出報警信號，實現報警功能。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中熱雙金屬片受熱膨脹后把熱能轉換機械能。熱雙金屬片是用兩種不同熱膨脹系數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智能控制系統方案

3.1基于規則的識別系統

該系統根據制定的規則進行推理和判斷，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。基于規則的識別系統適用于確定性或有嚴格邏輯關系的判斷，由于斷路器系統復雜、采集的信號具有分散性、工況條件下的實測數據少等原因，基于規則的識別系統有時難以準確識別故障。

3.2振動監測儀的選擇

振動監測儀，通常用于對機械振動的振動加速度等參數進行測量，能夠在變壓器、斷路器和GIS設備等環境中穩定運行，其優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構

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

3.4人工神經網絡

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

3.5斷路器檢測系統總體方案

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，彈簧操動機構維持在儲能狀態;其次，在執行合閘操作后，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行完后能順利執行下一步分閘操作。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，當彈簧操作機構執行分閘操作時，分閘彈簧將儲存的能量全部釋放，當執行完后便恢復到初始儲能狀態。已知測量結果會受傳感器安裝位置的影響，通過對比其測量結果并進行數據分析后發現，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的支架時，數據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

當出現1.05倍整定電流的過載電流時，通過電流互感器、智能控制器系統的微處理器循環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，經過設定可調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動繼電器動作，用戶可以通過判定繼電器觸點開、閉狀態或利用繼電器控制聲、光報警來提醒線路發生過載信號。可根據需求，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。通過熱雙金屬片發熱膨脹彎曲的機械杠桿原理實現過載報警不脫扣功能，以及通過智能控制系統在斷路器內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）