吴宇红 ，徐国华 ，丁文军 ，邓 慰

（1.国网浙江省电力有限公司德清县供电公司，浙江 德清 313200; 2.国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，浙江 湖州 313200; 3.杭州天目电力科技有限公司，浙江 临安 311300; 4.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北 武汉 430074）

1 断路器运行规程解读和运维存在的问题

在低压配电网中，应采用2～3 级装设断路器，上一级应选用延时动作型断路器，其分断时间应比下一级断路器的分断时间至少增加0.2 s，以实现选择性。断路器的额定剩余动作电流值最大值不应超过75～100 mA（非阴雨季节）或200～300 mA（阴雨季节）[3]；家用断路器应实现直接接触保护，其动作电流值不应大于30 mA；移动式电力设备及临时用电设备的断路器动作电流值为 30 mA[2]。根据GB/T 13955—2017、DL/T 736—2010 等标准的规定，断路器每月至少开展检查动作特性试验一次，并作好记录[1]。

在检测过程中，运检人员通过“看、听、嗅”等器官感受研判密封设计内部元器件、触点系统等故障隐患，存在正确率低，且存在较大触电风险，同时平均每座公变检测须耗时40 min，中间检测停电约35 min，严重影响着居民正常生活和社会生产用电。

2 断路器动作特性自动检测装置设计

如图1所示，本装置主要由电源电路、微控制器、电压采样电路、电流采样电路、通信模块、阻抗选择模块以及相位选择模块组成。其中电压采样电路采集断路器的输出电压并传入微控制器，电流采样电路采集断路器的输出电流并传入微控制器，通信模块、阻抗选择模块以及相位选择模块均与微控制器连接， 微控制器可根据断路器的性能参数进行调整。

图1 断路器动作特性自动检测装置组成框图

2.1 断供电电源设计

断路器动作特性自动检测装置的工作电源采用公变的智能控制终端直流12 V 直接供给，然后通过降压至3.3 V 供给断路器动作特性自动检测装置断路器动作特性自动检测装置电路板，当断路器进行动作特性试验时，无论断路器动作前后，都不会影响断路器动作特性自动检测装置正常供电。同时装置的微控制器能够通过通信模块调整断路器额定剩余动作电流值，实现全智能控制，如图2所示。

图2 供电电源的电路图

2.2 控制电路设计

断路器动作特性自动检测装置微控制器主要负责数据采集、通信处理、控制执行等功能。其中S2为拨码开关用于设置控制器通信地址，发光管D1、D2、D3、D4 指示工作状态，如图3所示。

图3 断路器动作特性自动检测装置微控制器电路图

2.3 电压和电流采集电路设计

断路器动作特性自动检测装置电压采样电路由三相四线电源输入与断路器下端出线处连接，数据经电压采集模块进行数据转换后推送至微控制器备用，该数据采集速率为2 s 循环采集。电流采样电路直接与电流互感器连接，数据经电流采样电路进行数据转换后推送至微控制器备用，该数据采集速率为2 s 循环采集，如图4所示。

图4 电压和电流采样电路图

其中采集A 相电压的电压互感器H1、采集B相电压的电压互感器H2 以及采集C 相电压的电压互感器H3，以及电压互感器H1 输入端、电压互感器H2 输入端以及电压互感器H3 输入端均连接有保护电阻，电压互感器H1 输出端、电压互感器H2 输出端以及电压互感器H3 输出端均通过采样电阻与微控制器的 AD 接口连接。电压互感器H1、H2、H3 分别与断路器下桩的A、B、C 相连接。电流采样电路包括三相电流互感器J1，电流互感器J1 穿接在断路器输出端。

2.4 阻抗与相位选择模块设计

断路器动作特性自动检测装置阻抗选择模块由若干继电器以及若干接地电阻组成，包括继电器K2和继电器K4，继电器K2 的触头一端连接相位选择继电器组另一端连接接地电阻R11，继电器K4 的触头一端连接相位选择继电器组另一端连接接地电阻R14。可选择的阻抗共有3 挡，分别为R17，R17与R11 的并联，R17 与R14 的并联，可实现3 挡电阻值的选择。继电器设置冗余旁路，确保试跳检测过程中装置自身稳定性，若干接地电阻即是拓展试跳试验适用范围的基础，越小的接地电阻满足了越大的断路器试跳电流试验要求，如图5所示。

图5 阻抗和相位选择模块电路图

3 断路器动作特性自动检测装置的应用

现场依次安装断路器、智能控制终端、断路器动作特性自动检测装置、电流互感器、零序互感器。断路器上部连接于三相四线供电电源、下部连接三相四线用户供给电源，取供电侧三相四线接于智能控制终端供电电源端，断路器与智能控制终端通信采用RS485 连接。断路器动作特性自动检测装置由智能控制终端输出的直流供电电源供给，断路器动作特性自动检测装置与电流互感器和零序互感器相连，智能控制终端与断路器动作特性自动检测装置通信采用RS485 连接，接地端与断路器试跳接地装置连接。

连接完成后，断路器动作特性自动检测流程如图6 所示。

图6 断路器动作特性自动检测流程图

3.1 动作特性指令试验执行

智能控制终端通过定时、手动或编辑短信生成试跳指令，经RS485 通信接口将指令推送至断路器动作特性自动检测装置微控制器，由微控制器生成测断路器额定剩余动作电流值（mA）指令，经通信端口断路器接收到指令，并提取存储器内的额定剩余动作电流值（mA）给装置微控制器。 微控制器判断该值是否超300 mA以上后，分别进行余下指令。

3.1.1 断路器额定剩余动作电流值大于300 mA

生成调节额定剩余动作电流值300 mA 指令经通信接口给断路器，由断路器微控制器控制并完成本次额定剩余动作电流值300 mA 调节，并将该值存入存储器内，然后返回给断路器动作特性自动检测装置指令已完成信息，装置微控制器发送启动阻抗选择继电器组将试验电阻R17、R11 并联接地的调节指令，根据指令导通对应相位选择继电器组C相，然后对地导通0.2 s，间隔10 s读取电压采样电路最后推送给微控制器的A/B/C 相电压数据，判断是否为0 V，如果是，说明本次试跳动作成功，然后再过10 s 左右读取电压和电流采样电路最后推送给微控制器的A/B/C 相电压和A/B/C 相电流数据，并经RS485 通信接口推送至智能控制终端协微控制器暂存，然后由协微控制器将数据再推送至主微控制器， 由主微控制器完成相应检测数据整理、筛选、计算、阈值对比及存储等判断与分析。如果读取电压采样电路最后推送给微控制器的A/B/C 相电压数据不是0 V，则停止试跳指令执行，微控制器经通信接口推送至智能控制终端协微控制器生成“××公变×号断路器故障”报警信息，由协微控制器经通信模块同步传送该报警信息。

3.1.2 断路器额定剩余动作电流值小于等于300 mA

断路器动作特性自动检测装置微控制器接收的额定剩余动作电流值50 mA 时，微控制器发送阻抗选择继电器组将试验电阻R17 接地的调节指令，导通对应相位选择继电器组A 相，额定剩余动作电流值为100 mA 时，微控制器发送阻抗选择继电器组将试验电阻R17、R14 并联接地的调节指令，导通对应相位选择继电器组B 相。

3.2 故障类型判断

通过断路器“合—分—合”采集的电压、电流、剩余电流数据和断路器开关量3 组数据进行计算和分析，实现断路器内部电路、触点系统和连接点的精确故障诊断。

3.2.1 断路器动作特性检测准备

智能控制终端根据每月定时或接收到触发指令，统计断路器存储的本月跳闸记录，如果存储有跳闸记录则发送“本月已有跳闸动作记录”的信息并结束本次断路器动作特性检测准备。否则，进入下一个步骤。

3.2.2 调节接地电阻进行检测

读取断路器内预设的“剩余动作电流值”数据，根据“剩余动作电流值”数据的范围，自动调节相应的接地电阻，并将检测电路对应接于A 相或者B相或者C 相。

3.2.3 检测及收集断路器动作特性检测数据

收集检测前、检测中和检测后数据，其中断路器动作特性检测数据包括Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、剩余电流IΔn和开关量KGL的数据。

3.2.4 检测数据对比与分析

如 果 符 合Ua1＞ 0、Ua2= 0、Ua3＞ 0、Ub1＞ 0、Ub2=0、Ub3＞ 0、Uc1＞ 0、Uc2= 0、Uc3＞ 0、Ia1＞ 0、Ia2=0、Ia3＞ 0、Ib1＞ 0、Ib2= 0、Ib3＞ 0、Ic1＞ 0、Ic2= 0、Ic3＞ 0、IΔn1＞ 0、IΔn2= 0、IΔn3＞ 0、KGL1= 1、KGL2= 0和KGL3= 1 条件，则发送“断路器动作特性检测正常”信息，并结束本次动作特性检测准备。否则，发送“断路器动作特性检测不正常，需要现场核查”信息，并结束本次动作特性检测准备。

4 结束语

断路器动作特性自动检测装置采用定时或编辑短信触发保护器性能检测任务程序，实现根据读取试验保护器跳闸记录、剩余动作电流值和分断时间的存储数据，自动调节试验装置的相位和阻抗继电器，同时导通时间可精准控制，实现了保护器自动性能检测，实现了断路器内部电路、触点系统和连接点的精确故障诊断，解决传统接地试跳靠人工现场操作的问题，提高了检测的正确率，避免了人工操作安全风险。