| 智能化断路器的发展前景 |
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图4 诊断系统总体框图
传感器要获取的信号并不只局限于前面叙述的那些，一个智能程度较高的断路器除电气、机械、绝缘各方面的劣化或变异需自行监测外，诸如气体密封状态、真空灭弧室的真空度、液压机构的液压、组合电器中避雷器的特性劣化等也应有相应的自检措施。
3 断路器的智能操作
断路器的智能操作是智能化断路器最典型的应用，它是将智能化技术引入到断路器的电气性能中去，它使断路器能更好地完成开断任务和提高开断的可靠性，提高断路器的综合技术性能，无论是生产运行还是对研究制造都具有十分重要的作用和价值。目前认为，它至少应包括以下两方面;
一是要求断路器的操作性能可根据电网中发出的不同工况自动选择和调整操动机构或者灭弧室合理的预定工作条件。例如: 对于自能式断路器的分断操作，小负载时触头以较低的速度分断，既可保证所需的灭弧能量又可减少机械损耗，而在接到短路信号时则以全速分断，获得电气和机械性能上的最佳开断效果。目前，此类专家系统的开发已在进行，变速操作打破了传统断路器单一分闸特性的概念，实际上是上述执行功能的智能化，是对高电压等级断路器操动机构的改造十分有益的尝试。
再是要求断路器在零电压下关合，在零电流下分断，这与断路器的同步分断与选相合闸的工况是完全一致的，同步分断可以大大提高断路器的分析能力，一台低成本的小容量开关可分断10倍以上容量的电流; 选相合闸可以避免系统的不稳定，克服容性负载的合闸涌流与过电压。在电力电子领域，近年来流行一种软开关技术，使半导体开关器件在零电压下关合，在零电流下分断，可以认为: 电子操动正是实现断路器的软开关技术的关键。目前比较迫切的应用是在:
(1) 并联电抗器操作
(2) 电容器组操作
(3) 变压器操作
(4) 输电线路操作
每一种应用对断路器和控制装置的性能提出某些要求，能从根本上解决过压问题。这对推广无功补偿、稳定电力系统意义极大。应用真空触发开关和一般电磁机构真空开关已经实现了这种选相合闸的并联电容器组的投切，进一步的工作将用有永磁机构的智能化断路器直接实现选相合闸。
永磁操动机构大大提高了机构的可控性，由原来毫秒级的机构控制时间分散性进步到微秒级的电信号控制，由机械储能、机械脱扣进步到电储能、电信号直接触发动作（电子脱扣）。真空断路器新的操动理论应包括两部分: 控制精度分析与可靠性设计，高可靠性控制电路的设计以及机构运动特性分析与优化。
断路器的同步分断与选相合闸的实现
现代传感器技术使交流零点信号的拾取变得非常可靠和方便。同样，我们也可以方便地取到交流电压或电流变化率的零点（对应正弦信号的峰值）信号。剩下的问题是控制信号在电压或电流零点以前或它们的变化率零点以后什么时刻发出。
目前同步断路器的发展还需进一步的可靠性论证和设计，它的连带意义是断路器的完全可控，其发展可能成为最典型的新概念开关电器。
20世纪90年代ABB公司推出了CAT（即具有人工智能技术的断路器，Curcuit Breaker with Artificial Interiligence Technology）:CAT是专为ELF型SF6断路器（敝开式）和ELK型封闭式组合电器（GIS）而开发和试验的，见图5。
CAT为一模块式电子，它由三个独立的分相模块所组成，可使断路器在最佳投切时刻进行每相的独立操作。其效果为:减轻投切时的瞬时过电压;减轻电流对设备的应力。
对常常要使用分合闸电阻的高压断路器来说，CAT是一种可供选择的可靠技术替代方案。CAT安装在断路器的控制回路中，具有处理来自电压或电流互感器输入的信息的功能，并在最佳操作条件的时刻发出断路器操作脉冲。例如: 视电网参数不同而异，CAT能有效地将电容器组投入时的冲击电流减低到其原有值的30%。对于有并联补偿线路的自动重合闸，即使对长线路而言，操作过电压值也能保持在2倍（标么值）以下，在切除并联电抗器的情况下，CAT能消除在断路器内有害的电弧重燃，因而防止了电抗器绝缘的劣化。
图5 CAT接线示意图
可以看出，CAT在一起程度上实现了对断路器的受控操作，具有智能操作的一些特点。
实际上，国外十几年前已开始相当普遍地实际应用相位控制高压断路器技术，下表简要说明相位控制高压断路器的作用。
工 况适用目的动作准确度*最佳开合时刻优 点
空载变压器投入关合涌流抑制 电压变动抑制±2ms中性点接地: 各相电压峰值 中性点不接地: 首相电压峰值，后二相相间电压峰值不需合闸电阻，防止继电器误动，提高电压稳定性
电抗器投入过电压抑制
（2P.u.以下）±2ms
同上
延长断路器检修周期
电容器投入过电压抑制 合闸涌流抑制±1.5ms中怀点接地:
各断口间电压为零
中性点不接地:
首二相相间电压为零第三相极间电压为零延长断路器检修周期 不用串联电抗器
空载线路投入过电压抑制
(1.3-1.7p.u.)
±1.5-2.0ms 不用合闸电阻或电路避雷器，电压稳定性提高
快速自动重合闸过电压抑制 同电容器投入
电抗器开断防止复燃燃弧时间:
0.5周波以下 降低设备绝缘水平
电容器开断防止复燃及重击穿燃弧时间:
0.5周波以下 降低成本设备绝缘水平
*±30以内
4 智能型高压电器有关问题的探讨
断路器智能技术不仅是概念上的转变和理论上的发展，而且是在众多领域中技术上的突破，它的实现必然会应用一些新技术、新材料、新工艺，不断提高产品的档次和技术含量，但是在这个过程中，核心的问题是信息的采样传输与控制系统，这些领域中，有的技术相对成熟，有的尚处于开发研制与试运行阶段，需要一个不断总结提高和完善的阶段，具体有下列方面:
4.1 关键技术
4.1.1 传感技术。局部放电、高压导体测温、高压侧电流和电压的测量技术，特别是目前正在开发研制的光电流、电压传感技术等难度较大的传感技术;
4.1.2 微机技术。开发出成功的智能化软件是微机技术的关键。而软件系统中，主程序则是核心程序。
主程序首先完成单片机和外围接口芯片的初始化; 之后，主程序不断检测并显示断路器的工作状态，随时准备应上位机的要求与之通信，传递有关的控制和状态信息。
4.1.3 抗电磁干扰技术
研究表明，系统中常态噪声是工频50Hz及其高次谐波，一次回路中发生的任何形式的暂态过程（如各种过电压和各种短路故障）以及载波通讯信号，都会通过不同的途径耦合到二次系统。此外，高电场引起的电晕及污闪也要产生电磁辐射，二次控制回路的开关电源由于其浪涌噪声也会对电量传输带来扰动。大功率电磁铁动作时引起空间磁场的变化，还会在附近的导电回路中感应出电流，对操动机构中的控制电路带来考验。解决电磁兼容问题就要针对各干扰源，严格屏蔽、隔离与接地措施，信号的数字化传输可以大大缓解干扰的影响程度，引入光电转换不但可以进行电气隔离，还可以保证信号传输过程不受电磁场的干扰。
由于智能化断路器的信号传输与控制系统的工作电压和信号传递电平低，耐压水平低，外界电磁场干扰很容易使其失效或损坏，而这种情况对于传统电器调和的影响是不大的。因此，电磁兼容是断路器智能化的新课题。
4.1.4 信号处理技术。对有些技术来说，获得监测信号只是第一步，必须进行故障诊断才能作出判断、决策。如局部放电监测所得复杂信号需要进行故障诊断才能实现故障分类、故障定位、预期寿命估计等; 用机械振动法监测断路器机械状态也需对获取信号作处理才能正确辨识; 目前对于断路器电弧状态的研究，也是从电弧电压入手，通过软件的处理实现对电弧状态的诊断。
4.2寿命问题
一般来说，电子设备的使用寿命远低于高压电器设备本身的寿命，这是一个矛盾。解决的办法有:
4.2.1提高电子设备的可靠性，这可以从设计、制造及适当改善运行条件几方面着手;
4.2.2应有自检功能;
4.2.3采用综合判断;
4.2.4对于相同功能的部件，采用模块化设计，以降低成本增加备用量，达到总体上提高电子设备的可靠性。
4.3经济问题
当前在计算机等设备不断降价的情况下，监测设备价格也不断降低。这种趋势还会继续下去。但无论如何，仍要相当经费。如日本三菱公司在’97国际电力设备及技术展览会上显示的GIS监测设备包括局部放电等约10项内容的装置，价格不超过GIS本身的1/10。这比几年前听到的1/3要便宜不少。如采用国产设备还会便宜得多。
国外也十分关心监测技术的经济问题，并作出了不少经济分析。如有用下列公式作为采用监测设备的条件: |
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| 出处：徐州供电公司 作者：方可行 |
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