1  概述

 

智能型断路器是把微处理机技术、网络技术和信息通信技术与现代机电一体化集成在一起的高新技术产品，其主要特征是内置智能脱扣器。目前，随着我国现代化配电工业的迅速发展，智能断路器的应用有逐年增长的趋势。目前在配电自动化系统中应用较为广泛的产品有西门子公司的3WN系列产品、ABB公司的F系列产品及国产的CWI系列产品。由智能断路器构成的智能型开关柜与现场总线技术及上位机构成的自动化配电系统具有功能强、系统完善、可靠性更高、编程简易、控制简便、通信协议开放等特点。研制、应用和推广智能型断路器及其相适应的现场总线技术是我国配电自动化发展的基础，也是适应我国现代化配电工业发展的需求。

 

2  智能型断路器

 

智能型断路器的核心技术是智能脱扣器，它是利用微处理机芯片，对各极电流分对采样，把各电路信号转换成对应的数字量，用软件模拟电流的发热效应，并应用存储器积累电流的“电能量”。当积累量超过设定能量时，微处理器发出控制指令，控制相应的硬件动作，实现各种保护功能，其主要功能有三段过电流保护，欠压、接地保护及智能控制功能。

 

2.1  三段过电流保护

 

该功能包括过载长延时、短路短延时、短路瞬时和接地故障延时保护功能。过载长延时保护整定范围为1.05～1.3倍的额定电流。为了使电网中的保护功能匹配，过载长延时的时间调整范围为15s～480s，短路短延时保护整定范围为1.3～10倍额定电流，其时间调整范围为0.1s～0.4s。短路短延时保护一般在大于10倍额定电流，接地保护功能的整定范围在0.2～0.8倍的额定电流，接地延时故障时间整定范围为0.1s～0.4s。这些时间的调整可以实现主开关与各级分支开关之间保护的配合，以提高系统的可靠性和缩小系统的故障范围。

 

2.2  通信功能

 

具有标准的RS—485接口电路，可与上位计算机机型数据交换，并可接受上位机命令，由上位机进行遥控操作，也可由上位机对断路器的设备参数和保护定值进行遥调，向上位机传送断路器的工作参数、故障参数，以实现上位机对断路器运行的系统遥测。

 

2.3  显示及故障记忆功能

 

在断路器运行时，适时显示主电路电流，故障发生时显示其保护特性规定的区段，并在分断后锁存故障，显示故障电流。在整定时，显示整定区段的电流、时间及区段类别，试验时显示试验电流、延时时间、试验指示及动作区段。

2.4  MCR功能

 

具有低倍数故障电流瞬时分段功能，即断路器在合闸时遇到短路短延时故障电流时，能立即转为瞬时分闸。

 

2.5  其它功能

 

智能断路器还具有自诊断功能及热模拟功能，为断路器自检及自试验建立完备的手段。

 

3  现场总线技术

 

现场总线技术的基础是一种全数字化双向多站的通信系统，其以数字信号代模拟信号，在3C技术的基础上大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移到现场设备，使得一大批数字化、智能化的高新技术产品应运而生。由于现场总线的应用，使得由其构成的自动化控制系统具有高性能及高可靠性。由其构成的网络系统把带有通信接口的智能设备与主计算机连接起来。在配电系统应用现场总线枝术构成的分布式配电自动化系统，可提高系统的可靠性，实现系统数据的集中处理、监控、分析及优化调度。通信网络的通信介质可用光纤、同轴电缆及屏蔽双绞线。目前在配电系统应用较广泛的是屏蔽双绞线，其硬件接口为标准的RS—485接口，网络接口为一点对多点的由上位机主呼的主从网结构，通信方式为广播应答方式、半双工型，系统的通信协议向着标准化、开放性发展。

目前国际上应用较为广泛的现场总线协议有Profibus总线、基金会总线、CANbus总线。而在统一协议的同时，更注重于开发互联性的网络接口产品，以增强各公司产品的通用性，是今后现场总线技术发展的方向。基于我国现场总线技术处于发展起步阶段，并因我国应用的智能设备是以引进为主导地位，使得配电系统应用的现场总线在今后几年内将不得不面对几种现场总线，给这项技术的应用和推广带来一定影响，为此移植和开发具有自主知识产权的现场总线，是今后我国从事现场总线技术研究、开发和推广应用工作的重点。根据我国目前现场总线技术应用的实况及国家政策扶植的现场总线类型，本文对具有代表性的现场总线简介如下：

 

3.1 Profibus现场总线

 

1987年德国联邦科技部集中了Siemens等13家公司的5个研究所成立了一个专门委员会开始制定Profibus，1991年4月完成制定工作，由于各方面性能比较好，在DIN19245中发表，对其进行论述，从而正式成为德国现场总线的国家标准。1994年推出PA(Process Automation)通过总线供电，提供本质安全。Profibus在欧洲市场占有率为41％，德国占有率为43％，在各国工业控制方面应用也很广泛，并有其独特的技术优势。Profibus是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，采用Profibus标准系统后，不同厂商所生产的设备不需对其接口进行特别调整就可通信。Profibus为主从结构；可方便地构成集中式、集散式和分布式控制系统。

3.2  FF(Fieldbus Foundation)现场总线

 

FF现场总线是由ISP和World FIP合作成立的一个非商业化公正的国际标准化组织和协会组织，无专利许可证要求，可供任何人使用。在我国得到国家的强有力的支持，并投入相当的人力、物力和财力用于基础研究，在我国是一个具有发展潜力的现场总线。FF总线提供了H1和H2两种物理层标准。H1是用于过程控制的低速总线，传输速率为31.25Kbps，传输距离为200m，450m、1200m，1900m四种(加中继器可以延长)，可用总线供电，支持本质安全设备和非本质安全总线设备，H2为高速总线，其传输速率为1Mbps(此时传输距离为750m)或2.5Mbps(此时传输距离为500m)。H1和H2每段节点数可达32个，使用中继器后可达240个，H1和H2可通过网桥互联。FF的突出特点在于设备的互操作性、改善过程数据、更早的预测维护及可靠的安全性。

 

3.3 CANbus现场总线

 

CAN总线简称为控制器局部网，是由德国Robert Basch以及几个集成电路制造商一起开发的。目前已由ISO/TC22技术委员会批准为IS011898(通信速率小于1Mbps)和ISO11519(通信速率小于等于125Kbps)，CAN是现场总线中唯一被批准为国际标准的现场总线。值得注意的是一些微处理器的生产商也在微处理器芯片中附加CAN接口，这样CAN在低成本方面优势明显，并且有较强的抗干扰性能，是低压配电自动化系统推广应用的一种低成本现场总线。CAN总线是一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的组帧处理。

 

4智能配电系统

 

智能配电系统是由智能开关柜、现场总线、上位机三部分构成，其系统结构框图如图1所示。

 

4.1  上位计算机用来实现配电系统的监控通信，其运行的软件分为两类：一是系统软件，即系统平台，如MS—DOS6.22或Windows95等；另一部分是监控软件，监控软件又分为两部分：一是监控的应用软件，对整个配电系统进行管理、监视、控制、数据输出及通信3处理等，监控软件不仅能使上位计算机通过通信网络对整个配电系统各回路运行状态，运行参数等进行采集，还能对所采集的数据状态进行处理，并引入专家系统进行分析判断和协调控制。另一部分是应用软件的运行环境或称为软件平台，这种平台因采用的产品不同而有所不同，有的公司是直接应用C语言，有些公司是采用专门开发的组态图形软件。

4.2  现场总线

 

现场总线技术发展非常迅速，在现场总线领域竞争也非常激烈。而近年来IEC的SC17B对用于电力系统方面的现场总线开发有了较大的进展，有了一个62026文件给出了6种现场总线。在智能配电系统的现场总线完成智能开关柜与上位计算机之间的双向通信。

 

4.2.1  网络结构，为一点对多点的由位计算机主呼的主从网络；

4.2.2  通信介质，为屏蔽双绞线(UTP双绞线，8芯/4对，5类)；

4.2.3  通信规约，为OAR.584.001《低压电器数据通信规约(版本号V1.0》；

4.2.4  通信方式，广播应答方式；

4.2.5  类型，半双工类型；

4.2.6  硬件接口，RS—485接口电路(具有瞬态保护或隔离型)。

 

4．3智能开关柜

 

智能型开关柜是指高性能、高可靠性，具有一定自诊断和自动控制性能，并具有网络通信能力。智能型开关柜从形式上可分为配电型、电动机控制型及其它控制功能型。配电型以智能断路器为核心器件，由上位计算机实现对配电回路的遥控、遥测、遥信及遥调，而电动机控制型是以变频器、智能电动机控制器为核心器件，实现电动机起动、运行、停止的优化控制。其它控制型的智能开关柜是以PLC(可编程控制器)为核心的控制型开关柜，完成生产过程中的各类控制功能，也是应用于工业生产过程自动控制发展最有潜力的产品，将PLC技术与传统的开关柜有机结合，是实现对普通型开关柜智能化改造的一种投入少、见效快的有效措施。