２０１１年第２７期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ机械与￣－７－０ 科技信息 智能化断路器的实现 陈艳彪杨潇芸（平高集团有限公司 河南【摘边振杰 平顶山４６７００１） 要】断路器作为电力系统中最重要的控制元件，它的智能化是电气设备智能化乃至智能电网的基础。本文阐述了智能化断路器的特 ． 点．发展趋势．并提出尚需进一步完善的问题。 【关键词】断路器；智能化；技术 价值。 （ａ）智能化分合速度 随着我国电力系统的快速发展，智能电网已成为建设和研究的热 根据电网中发出的不同工况，智能断路器可自动选择和调整操动 点 智能电网的核心在于一次设备的智能化与二次设备的网络化。对 机构或者灭弧室合理的预定工作条件。小负载时触头以较低的速度分 于断路器这种极其重要的电力一次设备而言，其智能化的实现有十分 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 重要的意义 断路器的智能化就是要使断路器具有感知、决策和执行 时则以全速分断．获得电气和机械性能上的最佳开断效果。 的能力．从而提高其可靠性。 ｆｂ）同步分断与选相合闸 国际大电网会议（ＣＩＧＲＥ）就高压断路器的可靠性做过两次世界范 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。采 ０引言 围的调查。两次调查都表明，二次回路（控制和辅助回路１的故障列机械 集到交流电压或电流变化率的零点信号后．在电压或电流零点以前或 故障之后．居第二位 这一调查结果在断路器制造厂商和用户之间引 它们的变化率零点以后发出控制信号。 起极大反响。从此．人们更多地关注断路器的二次技术，使用以微处理 器为中心的现代二次系统取代传统的机电系统。在这方面．国外一些 大的制造公司已走在前面．开发出智能化断路器 断路器的智能化是将最新传感器技术、微电子技术和信息传输技 术集于一体．以实现操动机构的可控操动 智能化设备除满足常规设 备的原有功能外，还具备以下特点：具有灵敏准确地获取周围大量信 息的感知功能及对获取信息的处理能力：具有对处理结果的思维判断 能力．对处理结果的再生信息的实施及有效操作的实施功能 ２智能化断路器的发展趋势 智能断路器已将传感器技术、微电子技术和信息传输技术等融于 体．使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发 展又为智能断路器功能的多样化，可靠性的提高．性能优化提供了技 术保障 智能断路器的技术发展主要有如下几个趋势： ２．１新型传感器向更灵敏、小型化方向发展，微处理器向大存储容 量、外设集成化发展，将为智能断路器性能的优化奠定基础。 ２．２总线技术应用于智能断路器．采用串行通信方式实现现场设备 １ 智能化断路器的特点 与主控制器进行双向通信．提高传输的信息量、信息传输的精度，从而 １．１状态检测及诊断功能 提高系统的性能及可靠性。 监测与诊断是智能化设备的重要环节，计算机技术、传感技术与 ２．３采用新的更完善的通信协议，向着标准化、开放性发展的同时， 微电子技术的进步．使智能化断路器的监测与诊断的要求得以实现 更要注重互联性网络接口的产品，产品间的通用性。 （ａ）灭弧室寿命的监测与诊断 ２．４智能断路器朝功能全面化方向发展 如监控电网的谐波分量、功 触头的电磨损主要取决于燃弧电流的大小及燃弧时间的长短 将 率因数和波形畸变等．而且能记录电网的波形变化．实时观测电网的 每次开断电流的大小换算成相应的磨损量．磨损总量根据断路器的额 工作情况等等。 定开断电流和额定开断次数来确定。监测与诊断功能可以记录分、合 ２．５将人工智能技术用于智能断路器可以提高智能控制器的精确 次数并进行开断电流加权累计．逾限均可自动报警 度 （ｂ）机械故障的监测与诊断 断路器故障大多是由于操动机构和控制回路故障 智能断路器采 ３智能化断路器的关键技术问题 一用多种技术综合判断，包括合分线圈回路断路监测．行程监测．合分速 断路器智能技术不仅是概念上的转变和理论上的发展．而且具有 度监测，液压机构打压情况监测，弹簧机构弹簧压缩状态监测．传动机 技术上的突破，包括众多新技术、新材料、新工艺的广泛采用。与传统 构和锁扣部分的工作状态监测．电动机工作时问监测：永磁机构的线 断路器相比．核心问题是信息的采样传输与控制系统．其中．有的技术 圈状况及弹簧的压缩状态监测，分、合闸线圈电流和电压波形的检测 相对成熟．有的还处于开发研制与试运行考证．需要一个不断总结提 及操作机构储能完成状况监测等．并且均可实现越限报警 高和完善的过程 （ｃ）绝缘状态的监测 ３．１传感技术 监测断路器气体压力和局部放电．越限报警或闭锁 智能技术将 局部放电、高压导体测温、高压侧电量的测量等。尤其是在光电 信息的的简单计算，发展为模拟人脑对不确定性的辨别、思考、预测、 流、电压传感技术等技术的应用上，还存在有待进一步完善的环节。 优化和决策。基于在线监测数据的绝缘诊断的智能技术．分为在线数 ３．２微机技术 据的预处理、征兆集的提取、故障类型的确定以及决策四个层次 智能化软件是微机技术的关键．主程序需要不断检测并显示断路 １．２智能控制单元 器的工作状态． 智能控制单元是断路器智能控制化的核心．以微处理机为核心部 并与上位机传递有关的控制和状态信息．因此．智能化软件技术是否 件，综合应用传感技术、光电转换技术、数字控制技术、微电子技术和 成熟也有待时间的检验 信息技术等多种现代技术．完成断路器的智能操作．实现断路器的智 ３－３抗电磁干扰技术 能化。它不断从电力系统采集某些特定信息，并据此来判别断路器当 系统中工频及其高次谐波．高电场引起的电晕及污闪也要产生电 前的工作状态，同时处于操作的准备状态 当系统故障由继电保护装 磁辐射：二次控制回路的开关电源及大功率电磁铁动作，都会通过不 置发出分、合闸信号或正常操作向断路器发出操作命令后．控制单元 同的途径耦合到二次系统．在导电回路中感应出电流，对操动机构的 根据一定的算法．求得与断路器工作状态对应的操动机构预定的最佳 控制带来考验。虽然光电转换的引入，不但可以进行电气隔离，还可以 状态，并驱动执行机构操动机构调整至该状态，从而实现最优操作 保证信号传输过程不受电磁场的干扰。但是，由于智能断路器的信号 １．３断路器的智能操作功能 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 断路器的智能操作将智能化技术引入到断路器的电气性能．使断 磁场干扰很容易使其失效或损坏。 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 ３．４信号处理技术 （下转第１０２页） 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 ９４ ２０１１年第２７期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ｏ机械与电子。 科技信息 线是否合理．其间有没有撞刀的可能性．做出合理的调整。 ３．１程序及参数的调试 在调试程序前一定要让学生仔细检查程序的正确与否。机床产生 ４加工对象方面 碰撞的原因大致有以下几种： ３．１．１程序数据输入错误 在输入程序的时候．如果不小心就有可能 ４．１加工材料及刀具的选择 发生“手误”．比如把Ｇ０１输成Ｇ００，或ｘ、ｚ值混淆，或者小数点位置 材料的选择方面遵循由容易加工到难以加工原则。首先我们采用 点错等等。所以要让学生输人程序后不要急于启动机床，一定要认真 塑料棒为加工对象．采用白钢刀进行加工：其次采用铝棒为加工对象， 检查．把这些“低级错误”消除 采用焊接式机夹刀进行加工：最后采用铸铁和钢件作为加工对象，采 ３．１．２编程错误．有些程序编写时由于没有结合加工时的实际情况， 用可转为机夹刀进行加工 极有可能发生碰撞 如下例中．在退刀槽加工后，退刀时若刀具没有单 ４．２对象的轮廓选择 坐标退刀．而直接两轴联动．就会碰撞工件。 轮廓的选择同样遵循由易到难的原则．第一步以简单直线圆弧凸 ３．１－３在对刀过程中．将刀具的参数设置错误，比如刀具偏置、刀具磨 轮廓为加工对象：第二步以简单直线圆弧凹轮廓为加工对象；第三步 耗、刀具方位号等。其中刀具偏置及刀具磨耗参数设置界面相似，因此 以直线圆弧带螺纹的轮廓为加工对象：第四步以两头加工类零件为加 经常有学生输入错误以至于后来加工时导致故障。 工对象：第五步以内外类零件为加工对象。 ３．２规范的调试动作 ３．２．１程序试运行前．我们利用系统自带轨迹仿真功能．将机床驱动 ５结束语 锁上．观看显示器上刀具轨迹是否合理．同时观察各加工段所采用的 以上做法是我结合自身的一些教学实践总结出的一些方法．为了 刀具与刀架上刀具是否对应．有无错乱情况 减少数控实训中由于编程和操作不合理而造成数控车床的故障，减少 ３．２．２程序试运行．为了观察刀具偏置参数设置是否正确．因此通过 事故，确保实训的安全。使学生在实习过程中熟练掌握数控机床的安 控制进给倍率来控制刀具的运行．让刀具以较慢的速度靠近工件．观 全操作流程，学习如何更好的使用数控机床。 察刀具运行方向和目标点是否有偏差．如偏差过大可以及时停止调 整。 【参考文献】 ３．２＿３调试过程中．使机床工作在单步状态．操作者可将一只手指放 ［１］雷学东．数控编程与ＣＡＭ［Ｍ］．南京：南京工程学院校内自编，２００５，２ 在循环开始按钮上．逐句进行运行．观察显示器上刀具坐标变化及程 ［２］余勤科，岳应娟，刘宏．虚拟数控机床技术及其应用『ｃ］．上海：中国科学院上海 序中终点坐标与刀具实际运动坐标是否一致 冶金研究所．２０００． ３．２．４在调试时．必须时刻注意刀具及机床的工作状态．比如主轴转 ［３］袁修干．人机工程计算机仿真［Ｍ］．ＪＬＹ，，：北京航空航天大学出版社，２００５． 速及进给速度有无异常．并相应作出调整 ３－３利用数控系统的图形模拟功能 通过某些数控系统的加工图形模拟的功能看一看实际的走刀路 ［责任编辑：王爽］ （上接第９４页）获得监测信号只是第～步，必须进行故障诊断才 能作出准确的判断与决策。例如，局部放电监测获得的复杂信号，需要 【参考文献】 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：采用机 ［１］陈晓宁，马志瀛．超高压智能操作断路器智能控制单元的研究ｌ Ｊ１ｌ电网技术， 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 ２０００（５）． ［２］邹积岩，王毅．开关智能化概念与相关的理论问题『Ｊ］．高压电器，２０００（６）． 识。诸如此类的信号处理的可靠性，都有待于进一步考量。 ［３］史保壮，杨莉，冯德开，等．智能技术在绝缘在线诊断系统中的应用『Ｊ１＿高压电 ４结束语 目前，世界上先进的工业国家．都十分看好智能化高压电器的发 展前景和潜在的效益，加大了研究的投入和开发的力度。可以预见，随 器．２００１（１）． 作者简介：陈艳彪（１９８２＿），男，河南宝丰人，助理工程师，研究方向为电气 工程。 着智能化技术的不断成熟和智能电网建设的推进，智能断路器必将替 代传统断路器。Ｑ ［责任编辑：曹明明］ （上接第１ ２８页）特别需要一套科学而实用的诊断思路．数控机床的诊 ３结束语 断思路是：结合故障前操作状态和可能的故障原因．由外到内．先机械 数控机床作为一种复杂的机电一体化的系统．其诊断方法的研究 后电气，由简单到复杂，先一般后特殊。故障前的机床操作状态是诊断 上存在着许多不足。但这并不意味着人们对它的研究不够．而是人们 思路的起点，也是做出正确诊断思路的依据 从而制约了对该类问题的客观 数控设备机械故障出现后．不要急于动手处理．首先要查看故障 在研究过程中将互相关联的因素分离．认识。相信随着科学的发展，新技术的不断应用也将为数控机床故障 记录，向操作人员询问故障发生的全过程。特别要注意确定以下主要 诊断技术的研究带来新的生机。口 故障信息 ２．１机械故障发生时报警号和报警提示是什么．那些指示灯和发光 【参考文献】 管指示了什么报警．如无报警．系统处于何种工作状态．系统的自诊断 ［１］龚仲华擞控机床故障诊断与维修５００例［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４ 结果是什么： ［２］胡家富．简明数控机床维修工手册［Ｍ】上海：上海科技大学出版社，２００９． ２．２故障发生在哪个部位．执行何种指令．故障发生前进行了何种操 ［３］郑伟溅谈数控机床常见故障诊断与维修ＩＪ】．科技信息，２００８，２． 作，轴处于什么位置，与指令值的误差量有多大； ［４］温德涌．浅谈数控机床的故障诊断与排除『Ｊ１．机电工程技术，２００５，８． ２－３以前是否发生过类似故障．现场有无异常现象等 在现场维修结束后，应认真填写维修记录．列出有关必备的备件 作者简介：魏珊珊（１９７７一），女，徐州生物工程职业技术学院，助教，主要从 清单，建立用户档案。对于故障时间、现象、分析诊断方法、采用排除方 事机电专业教学。 法，如果有遗留问题应详尽记录．这样不仅使每次故障都有据可查，而 ［责任编辑：常鹏飞］ 且也可以不断积累维修经验 夹装好工件按正常程序进行加工．加工 后检查工件的加工精度是否符合标准要求 １０２
