智能斷路器在電廠重要回路的應用

焦社寧 大唐三門峽發電有限責任公司

傳統斷路器一般具備保護功能和測量功能，同時具備通訊功能，電動操作功能等。實現斷路器的兩遙、三遙乃至四遙。具備現場數據采集及上送，在保證對電氣可靠保護的前提下，實現電氣運行數據的測量以及保護故障的記錄功能。采用的電子式和機械式的記錄方式相結合的方法。例如對于斷路器操作次數采用機械計數器，對于斷路器觸頭磨損度通過拆開斷路器檢查，操作難度相對較大。隨著物聯網技術的發展和普及、傳感器技術的進步，越來越多的數字化技術應用到斷路器領域。智能斷路器誕生了。Excstruxure Power 智能配電，是施耐德電氣在2016 年推出的，基于物聯網架構的，包含硬件、軟件和應用分析服務，通過IT 和OT 的技術融合，助力用戶的配電系統的最大化物聯網價值，并驅動互聯互通的產品，采集更多的數據，在邊緣控制系統，以及云端的大平臺中，層層創新，實現能效和過程控制的優化，在安全性，可靠性，高效性。智能斷路器和傳統斷路器的區別在于高度集成了更多的傳感器和數字化分析功能，以及大數據分析功能，并且和智能移動終端的結合，提高運維人員分析和現場操作的能力。

在本次討論中，我們運用用了智能配電，智能斷路器的藍牙功能、NFC（近場通訊功能），數字模塊升級功能，平臺形成配電系統的運行日志的分析，能源使用情況的分析，以及關鍵的設備的磨損老化分析。基礎配電的數據在實時監測的同時，保存在歷史數據庫中的數據能夠得到充分的利用，實現的數據價值，極大的提高了現場快速處置問題的能力。

一、EcoStruxure Power智能配電系統

EcoStruxure Power 是開放的、具有交互性的、基于物聯網的系統化架構與平臺。采用物聯網、移動、傳感、云計算、分析和網絡安全領域中的先進技術，實現層層創新。

EcoStruxure Power 是“在大數據時代，依托互聯網+的理念，利用物聯網，數字化手段和專家服務，幫助用戶優化能源效率和設備全資產運維管理，顯著提高業務績效”的系統方案。EcoStruxure Power 智能配電系統是行業領先的技術架構，包含了從互聯互通的產品到邊緣控制再到應用、分析與服務如下三個層級：

（一）互聯互通的產品

因為物聯網的基礎是“物”，這里的“物”指的是可以作為智能運營基礎的智能產品，比如施耐德的智能斷路器（MTZ、NSX、Smart HVX 等）、智能儀表（ION9000、PM8000、PM5000、PM2000 等）、溫度傳感器（TH150S、TH150M、TH200M 等）、智能終端產品（SarmtLink）、UPS、智能網關（Link150、PAS900、PAS700）、電柜服務器等，可實現設備最底層狀態量、電氣量、完整設備信息的全面采集。

（二）邊緣控制

幫助用戶部署應用在物聯網邊緣的實時解決方案。對于任務關鍵型應用場景，用戶能夠根據自身需求選擇控制和無控制的，選擇定制化的數據分析模塊，能耗分析模塊，提升邊緣控制系統的功能和應用價值。邊緣控制系統中個，除了部署在就地的PME 電能管理系統、PO 電力監控軟件系統、云端的遠程設備運維管理平臺“千里眼”。邊緣控制系統通過多種友好、便捷、可靠的交互界面呈現給用戶專業高效的信息，讓運維人員能隨時隨地便捷的獲取設備的狀態，提高配電系統可靠性、安全性、穩定性；同時讓電廠管理人員輕松掌握能耗狀況，可靈活實現不同類型負荷的多樣需求。

（三）應用、分析和服務

面對不同的用電負荷，能夠向用戶提供更深層次的數據應用分析服務。EcoStruxure Power 能夠最大限度的支持與各類硬件、系統和控制共同工作的應用、服務與分析。通過硬件軟件緊密結合，使用專業分析技術和閉環式應用技術，結合云計算和大數據存儲及分析，AI 和先進算法，向用戶提供電力顧問（Power Advisor），確保配電系統的安全可靠運行；提供千里眼顧問（Facility Advisor），確保配電設施的全生命周期的穩定運行；云能效顧問（Building Advisor），提供碳及可持續發展服務、能效管理咨詢等服務。

二、智能斷路器在電廠中應用

（一）電廠重要回路的管理

第一：電廠里有非常多的重要回路，在設計的時候對于75KW 及以上的電機采用框架斷路器控制啟停，而沒有采用傳統的接觸器熱繼電器的方案。目的就是為了最大可能保證電機回路的穩定工作。

斷路器的電氣壽命和機械壽命一般在10000 次以上，根據不同的廠家技術水平和生產工藝的不同，斷路器壽命會有較大差異。現場一般會按照運行7～8 年對于頻繁啟停的斷路器進行更換。這種管理方式的顆粒度會比較大，只能對于正常情況下的運行的斷路器具有參考價值，當回路發生故障時對于斷路器壽命有較大影響但是靠操作次數的方式，無法準確預估斷路器的觸頭磨損度和斷路器健康信息。

第二：對于這些重要回路一般采用低壓綜保或者斷路器自帶的保護單元，智能針對過流、短路等電流量或者失壓過壓等進行保護。對于電能質量引起的故障脫扣無法準確記錄原因，例如電壓暫降或者諧波等原因。只能通過數次的試驗來復現故障現象或者增加錄波儀等設備。對于現場的工作造成很大困難。

第三：現場電氣設備種類較多，一般斷路器都具有故障復位按鈕等類似機構，當發生故障或者做檢修操作時，需要數據這些裝置的位置和操作方法，只能帶著操作手冊現場核對。導致效率較低。

（二）中低壓智能化配電方案

1.建設中壓/低壓一體化的監測管理平臺，實現中低壓配電系統的統一監測管理；

2.全面集中和及時獲得報警，并積累運維部門的報警處理經驗，結合中低壓配電廠家的支持產品特點，建立應急預案處理管理，以提升中低壓配電系統的可用性和可靠性；

3.監測和分析工藝配電的斷路器的運行信息，結合設備的生產、整定、維護數據，有效分析設備運行效能和壽命，并追溯設備的運行歷史；

4.采用云端的部署方案的架構，提供運行維護的便利性，并大幅降低用戶的設備投資和系統運維成本；

5.部署數據分析和能源分析功能，監測企業的能耗情況，通過能源重新分類歸集，實現用戶的關鍵的能耗信息，幫助用戶分析電能消耗狀況，促進優化電能使用，降低企業的能耗成本支持；

6.EcoStruxure Power 的系統架構采用如下的方案（見圖1）。

圖1

（三）智能斷路器對于重要回路的管理意義

針對以上管理中碰到的問題，在智能斷路器中都具有解決方法，其中斷路器觸頭磨損度和壽命分析功能，可以提高對斷路器運行水平的管理。斷路器波形捕捉及諧波監測功能，可以實時評估記錄當前回路的電能智能狀況，及時分析故障原因。藍牙、NFC（近場通訊）、斷路器操作助手、故障恢復助手等電子化的手段可以現場實時指導運維人員操作斷路器，避免翻閱紙質操作手冊，為現場的工作帶來極大的方便。

針對重要回路安裝智能框架斷路器，斷路器集成通訊模塊，通過通訊組建智能配電管理系統，用于監測重要回路設備的電氣參數和斷路器狀態，采集實時數據，通過管理系統對設備進行管理。進行斷路器工作情況記錄，根據每次工作的記錄及運行情況結合斷路器觸頭磨損度，對對斷路器進行健康度分析。

報表服務：根據需要提供針對斷路器健康狀況、觸頭磨損狀態、維護記錄、能耗分析、維保計劃、斷路器運行歷史記錄等全狀態的報表服務，使管理手段可視化。

維保計劃服務：系統針對所有接入的斷路器進行橫向和縱向比較，將重要回路斷路器根據健康狀況進行分類，提供維護計劃，進行針對性維護。對于嚴重故障斷路器進行告警，提示申請維保和更換計劃。避免嚴重故障斷路器帶傷運行，對生產工作造成損失。

（四）實施收益

通過安裝智能斷路器及管理系統，以前對于重要回路的管理主要依靠人員的定期巡檢，通過看、聽、聞等手段進行檢測。或者采用監測設備在設備停電后，進行測試。以觀察設備的運行狀態。或者根據斷路器上的操作次數，機械的按照固定的時間進行管理。這樣對于某些老化嚴重的斷路器進行超期運行，對于某些負載較輕的斷路器又浪費了本該有的運行時間，提前更換。導致風險較大、經濟性較差。

通過這個系統，系統自動進行圖表分析，將設備橫向縱向分類比較。使管理更為直觀和準確。維保人員能夠更有針對性的對重點設備進行檢修以及維保計劃的制定。將設備健康監測做到在線監測時時監測。

故障檢測手段：當系統發生故障時，通過以下手段可以迅速排除故障查找原因。

1）通過斷路器自帶的藍牙以及NFC 功能，通過移動終端連接斷路器，讀取斷路器故障類型及故障程度。

2）通過故障波形撲捉功能對跳閘前的故障波形導出，進行分析，確認是否為電源側的故障，排除故障。

3）利用移動終端的操作助手功能，根據指示進行操作。

利用這些智能化的功能，將以前判斷故障、查找原因、分析原因、排除故障、恢復供電這個過程中需要采用專用設備復現故障現場的過程省卻了。利用實時記錄的工具，記錄現場發生所有關鍵數據。極大的提高了管理能力，提高工作效率。

三、總結

智能斷路器是在傳統斷路器增加更多的實用功能，但是本質上需要斷路器具備良好的基本性能，保證安全可靠運行的前提下再進行智能化。智能斷路器的以太網接口配合本地集中管理模塊可以實現便捷組網，改變以前二次回路繁多導致故障難以排查等運維困境，數據的完整調取和就地分析便于運維的精確高效管理，故障數據的報警和記錄便于運維人員第一時間得到具體故障原因和查找故障記錄及時恢復通電。智能斷路器可以將數據傳輸至大系統平臺進行集中管理和分析，為電廠廠數字化提供數據基礎。