智能电器与智能电网研究生课程厦门理工学院电气工程与自动化学院主讲：陈丽安2018年3月14日第二讲智能电器的一次设备一、一次设备功能及分类二、断路器及其智能控制三、接触器及其智能控制四、其它一次开关元件五、成套开关设备电器智能化实现方式一次设备监控器不同一次设备操动机构的工作原理不同，同一类一次设备使用场合不同，对监控器的功能要求会有很大的差异。

因此，了解一次设备的分类、操动机一次设备对监控器设计的影响构的工作原理、应用场合对操作控制的要求，是完成智能监控器设计开发的基础。

一、智能电器一次设备的功能及分类智能电器的一次设备包括开关元件及成套开关设备。

一次设备的基本功能用在电力系统发、输、配、供、用各环节的一次电路中，通过对电路的接通和分断操作，完成电能的传输、分配与供给，并对电力系统及各类用电负载的运行进行控制与保护。

1. 电器元件的分类方法按使用的电压等级：高压和低压。

按其在电路中的功能：断路器、接触一次设备的分类器、负荷开关、隔离开关和接地开关等。

按操动机构原理：弹簧、液压、电磁、永磁、手动、电动。

按绝缘介质：SF 6、真空、空气。

2. 成套电器设备及其分类成套电器基本概念电器成套技术把变电站或成套组合电器（以下统称成套电器）作为一个整体，既考虑了电网在系统上对开关设备的要求，又兼顾了开关及其他电器元件之间的相互配合。

成套电器的使用特点成套电器可作为电力系统的一个子系统，其适应性更强、结构上更科学、使用更可靠。

使用成套电器设备可大大缩短系统安装、调试时间，减少元器件在安装调试过程中可能出现的失误，具有更高的技术含量。

成套开关设备的内部配置包括一次开关元件、互感器、避雷器、内部连接件、绝缘支持件及相应的二次元件和线路。

大多数成套开关设备的一次开关元件采用断路器，有些用于变电站的开关柜，内部除断路器外还配有接地开关。

配电网馈电线路中的成套开关设备中常用负荷开关+熔断器替代断路器。

一次设备实现智能控制的基本要求监控器根据现场运行参量的分析结果发出指令，调节操动机构的控制电能，实现开关元件操作的智能控制，或接通/切断机构的控制电源，自动完成开关的关合与分断。

因此，智能电器开关元件的操动机构必须由电能控制其操作。

二、断路器及其智能控制断路器的应用特点1）可以分断短路电流。

2）可以实现两种以上（短路、失压、过载等）的保护功能。

3）不允许进行频繁的合、分操作。

北京科锐ZW32-12型柱上户外真空断路器Example: ABB Innovation breakerLTA-The first live tank breaker platform with CO2 A greener alternativeWith the LTA 72D1, ABB has developed the world's first high voltage circuit breaker platform that uses carbon dioxide (CO2) as the insulating and arc extinguishing medium.It is designed to minimize environmental impact and yet maintain the compact design and excellent breaking capacity as applied in ABB's widely used SF6LTB product range.This ground-breaking, high performance circuit breaker is perfect in areas where reducing environmental impact is of high importance.LTA-The first live tank breaker platform with CO2Benefits of the LTA⏹Scalable technology⏹Fulfills IEC 62271-100 circuit breaker and IEC 62271-108 disconnecting circuit breaker standards⏹Can be used as a conventional circuit breaker as well as a disconnecting circuit breaker⏹High reliability with an optimized low energy self-blast and mechanical spring drive⏹Simple an adjustment-free installation⏹No special training or tools needed⏹Offers the highest dielectric withstand capability of any (non-SF6 ) live tank breaker in its class, while at the same time providing long electrical contact endurance⏹Enhancing eco-efficiency over the life-cycle⏹Designed for minimum material usage for its required ratings断路器的智能化目标实现操作智能控制，提高断路器自身的机械、电气寿命，全面改善元件性能。

当前断路器智能化包括的内容1）根据被监控对象的运行状态动态控制断路器分/合闸操作过程，使机构出力特性与被监控对象工作状态达到最佳匹配。

2）控制断路器的分/合闸相位，减小触头因电弧造成的烧蚀。

ABB捐赠设备－真空断路器VD4传统断路器操动机构工作特点和控制要求1）断路器操动机构分类断路器工作电压操动机构工作原理高、中压断路器液压、弹簧、永磁低压框架断路器手动、弹簧、永磁低压塑壳断路器手动、电磁分断2）传统断路器操动机构的特点本教材中，把除永磁操动机构外的其他操动机构称为传统操（1）都带有机械扣锁，完成合闸操动机构。

作后机构被锁定，使断路器保持在闭合位置。

分断时采用脱扣器解扣，其操作用手动或电磁装置控制。

（2）可以配置不同功能的电磁操作脱扣器，实现多种功能保护。

2）传统断路器操动机构的特点（续）（3）都带有短路脱扣器，其线圈由保护用电流互感器二次线圈供电，在工作电路发生短路时动作，完成分断操作。

短路脱扣器的动作电流可以根据断路器分断容量及实际工作电路的条件整定。

（4）为实现合、分闸操作的自动远动控制，大多数断路器的操动机构都带有电磁合闸与分闸装置（其线圈俗称合、分闸线圈）。

3）采用电磁机构合/分操作的断路器操作控制电路的设计要点（1）合、分闸操作线圈不能同时接通电源，其控制电路间必须有相应的电气联锁。

（2）合、分闸操作线圈都应短时供电，断路器关合、分断操作一旦完成，相应的操作线圈应立即停止供电。

4）传统断路器实现操作智能控制的条件（1）根据被监控对象的工作状态，自动调整合、分闸操作过程中操动机构的运动速度（改变合分闸出力特性），实现与被监控对象工作状态的最佳匹配。

（2）操作智能控制的方法及其监控器的设计与断路器操动机构的工作原理有关。

永磁操动机构基本工作原理及其控制永磁保持的电磁操动机构（简称永磁操动机构），是针对真空断路器的负载特性开发的一种新型操动机构，具有更好的智能控制性能。

与弹簧操动机构比较，永磁操动机构出力特性与真空断路器的负载特性有更好的配合。

断路器的选相分/合闸操作问题的提出理论研究和实践表明，由于被控制对象中电磁能量的变化，断路器的正常操作过程也总是伴随着电压或电流的浪涌，造成操作过电压或过电流，严重地影响电力系统各环节包括断路器自身的安全运行。

实现相位可控操作的难点1）机构动作时间的分散性和可变性。

2）三极共用操动机构时，各相主接点关合、分断时刻相位的控制。

4、智能断路器监控器的功能和要求在中、低压电力系统应用中，断路器通常是成套电器设备中的一个元件，智能监控器完成的功能和监控目标都是由成套设备完成的功能及其被监控和保护的对象的运行和保护要求决定的。

智能断路器监控器的功能和要求（续）作为智能断路器元件的要求而言，监控器最主要的功能应该是实现操作的智能控制和定相分、合闸，这一目标仍然处于研究阶段。

常见智能断路器元件（1）馈电线路自动化中的重合器其监控器的监控目标就是一台断路器的操作功能及其与系统的配合。

ABB捐赠设备真空自动重合器VR-3S 2（2）低压智能断路器针对低压断路器的使用功能开发的智能监控器与断路器本体集成一体的元件。

这类智能断路器的监控器应具有一次断路器在应用中要求的对被监控对象运行状态的监测、保护及控制的全部功能，在低压开关设备中使用时，可以替代开关设备智能监控器。

三、接触器及其智能控制特点（1）操动机构简单，没有复杂的机械扣锁与脱扣解锁装置。

（2）控制接触器接点的合、分操作，并实现其状态的保持，只需控制操作线圈电压的接通与分断。

（3）可以频繁地接通和分断，但不能分断短路电流，内部也不配置其他保护。

异步电动机点动控制电路按钮和接触器双重联锁正反转控制线路接触器应用用接触器作为一次电路控制元件时，需要外部配置具有保护功能的电器元件来完成被控设备所需的保护，接触器本身实现设备工作的频繁操作与控制。

下图为一次电路典型结构1）接触器实现智能控制的目标（1）动态控制接通过程中操作线圈接触器智能控制的目标及基本方法智能化总体目标是通过对操作的的电压，实现接通过程电磁力动态调节，控制铁心撞击能量，减小接点接通时的弹跳，提高其机械寿命。

智能控制提高其整体性能。

接触器实现智能控制的目标（续）（2）接点接通后，降低操作线圈供电电压，减小线圈损耗，节省电能，减小铁心的交流噪声。

（3）减小主接点在接通、分断操作过程中的电弧能量，提高接点电气寿命。

2）智能控制目标的实现方法操作线圈的电压动态调节和降低吸合状态的保持电压采用IGBT或MOSFET等全控电力电子开关器件替代传统的继电器接点，以高频调制的方式对操作线圈供电。

混合式智能交流接触器结构特点本体是在三相交流接触器的主接点上分别并联一个晶闸管构成。

四、其他一次开关元件智能电器中可能涉及的其他一次开关元件有负荷开关、隔离开关和接地开关。

它们通常作为中、高压成套开关设备中的一个部件完成不同的功能。

1、负荷开关操动机构结构和特点①有类似断路器的机械锁扣和解锁脱扣功能。

②没有短路脱扣器，也不能在元件中配置其他功能的脱扣器，自身不具有保护功能。