1  概述
      智能型斷路器是把微處理機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息通信技術(shù)與現(xiàn)代機(jī)電一體化集成在一起的高新技術(shù)產(chǎn)品，其主要特征是內(nèi)置智能脫扣器。目前，隨著我國(guó)現(xiàn)代化配電工業(yè)的迅速發(fā)展，智能斷路器的應(yīng)用有逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。目前在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品有西門子公司的3WN系列產(chǎn)品、ABB公司的F系列產(chǎn)品及國(guó)產(chǎn)的CWI系列產(chǎn)品。由智能斷路器構(gòu)成的智能型開(kāi)關(guān)柜與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及上位機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)化配電系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、系統(tǒng)完善、可靠性更高、編程簡(jiǎn)易、控制簡(jiǎn)便、通信協(xié)議開(kāi)放等特點(diǎn)。研制、應(yīng)用和推廣智能型斷路器及其相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是我國(guó)配電自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)，也是適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化配電工業(yè)發(fā)展的需求。
2  智能型斷路器
      智能型斷路器的核心技術(shù)是智能脫扣器，它是利用微處理機(jī)芯片，對(duì)各極電流分對(duì)采樣，把各電路信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，用軟件模擬電流的發(fā)熱效應(yīng)，并應(yīng)用存儲(chǔ)器積累電流的“電能量”。當(dāng)積累量超過(guò)設(shè)定能量時(shí)，微處理器發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)的硬件動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，其主要功能有三段過(guò)電流保護(hù)，欠壓、接地保護(hù)及智能控制功能。
2.1  三段過(guò)電流保護(hù)
       該功能包括過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)和接地故障延時(shí)保護(hù)功能。過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)整定范圍為1.05～1.3倍的額定電流。為了使電網(wǎng)中的保護(hù)功能匹配，過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)的時(shí)間調(diào)整范圍為15s～480s，短路短延時(shí)保護(hù)整定范圍為1.3～10倍額定電流，其時(shí)間調(diào)整范圍為0.1s～0.4s。短路短延時(shí)保護(hù)一般在大于10倍額定電流，接地保護(hù)功能的整定范圍在0.2～0.8倍的額定電流，接地延時(shí)故障時(shí)間整定范圍為0.1s～0.4s。這些時(shí)間的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)與各級(jí)分支開(kāi)關(guān)之間保護(hù)的配合，以提高系統(tǒng)的可靠性和縮小系統(tǒng)的故障范圍。
2.2  通信功能
      具有標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口電路，可與上位計(jì)算機(jī)機(jī)型數(shù)據(jù)交換，并可接受上位機(jī)命令，由上位機(jī)進(jìn)行遙控操作，也可由上位機(jī)對(duì)斷路器的設(shè)備參數(shù)和保護(hù)定值進(jìn)行遙調(diào)，向上位機(jī)傳送斷路器的工作參數(shù)、故障參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)斷路器運(yùn)行的系統(tǒng)遙測(cè)。
2.3  顯示及故障記憶功能
      在斷路器運(yùn)行時(shí)，適時(shí)顯示主電路電流，故障發(fā)生時(shí)顯示其保護(hù)特性規(guī)定的區(qū)段，并在分?jǐn)嗪箧i存故障，顯示故障電流。在整定時(shí)，顯示整定區(qū)段的電流、時(shí)間及區(qū)段類別，試驗(yàn)時(shí)顯示試驗(yàn)電流、延時(shí)時(shí)間、試驗(yàn)指示及動(dòng)作區(qū)段。
2.4  MCR功能
      具有低倍數(shù)故障電流瞬時(shí)分段功能，即斷路器在合閘時(shí)遇到短路短延時(shí)故障電流時(shí)，能立即轉(zhuǎn)為瞬時(shí)分閘。
2.5  其它功能
      智能斷路器還具有自診斷功能及熱模擬功能，為斷路器自檢及自試驗(yàn)建立完備的手段。
3  現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
      現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化雙向多站的通信系統(tǒng)，其以數(shù)字信號(hào)代模擬信號(hào)，在3C技術(shù)的基礎(chǔ)上大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，使得一大批數(shù)字化、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。由于現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，使得由其構(gòu)成的自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有高性能及高可靠性。由其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)把帶有通信接口的智能設(shè)備與主計(jì)算機(jī)連接起來(lái)。在配電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線枝術(shù)構(gòu)成的分布式配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中處理、監(jiān)控、分析及優(yōu)化調(diào)度。通信網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)可用光纖、同軸電纜及屏蔽雙絞線。目前在配電系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛的是屏蔽雙絞線，其硬件接口為標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口，網(wǎng)絡(luò)接口為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的由上位機(jī)主呼的主從網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通信方式為廣播應(yīng)答方式、半雙工型，系統(tǒng)的通信協(xié)議向著標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性發(fā)展。
      目前國(guó)際上應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議有Profibus總線、基金會(huì)總線、CANbus總線。而在統(tǒng)一協(xié)議的同時(shí)，更注重于開(kāi)發(fā)互聯(lián)性的網(wǎng)絡(luò)接口產(chǎn)品，以增強(qiáng)各公司產(chǎn)品的通用性，是今后現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的方向。基于我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)處于發(fā)展起步階段，并因我國(guó)應(yīng)用的智能設(shè)備是以引進(jìn)為主導(dǎo)地位，使得配電系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線在今后幾年內(nèi)將不得不面對(duì)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線，給這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和推廣帶來(lái)一定影響，為此移植和開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線，是今后我國(guó)從事現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用工作的重點(diǎn)。根據(jù)我國(guó)目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用的實(shí)況及國(guó)家政策扶植的現(xiàn)場(chǎng)總線類型，本文對(duì)具有代表性的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介如下：
3.1 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線
      1987年德國(guó)聯(lián)邦科技部集中了Siemens等13家公司的5個(gè)研究所成立了一個(gè)專門委員會(huì)開(kāi)始制定Profibus，1991年4月完成制定工作，由于各方面性能比較好，在DIN19245中發(fā)表，對(duì)其進(jìn)行論述，從而正式成為德國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1994年推出PA(Process Automation)通過(guò)總線供電，提供本質(zhì)安全。Profibus在歐洲市場(chǎng)占有率為41％，德國(guó)占有率為43％，在各國(guó)工業(yè)控制方面應(yīng)用也很廣泛，并有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。Profibus是一種不依賴廠家的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，采用Profibus標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)后，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需對(duì)其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信。Profibus為主從結(jié)構(gòu)；可方便地構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)。

3.2  FF(Fieldbus Foundation)現(xiàn)場(chǎng)總線
      FF現(xiàn)場(chǎng)總線是由ISP和World FIP合作成立的一個(gè)非商業(yè)化公正的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和協(xié)會(huì)組織，無(wú)專利許可證要求，可供任何人使用。在我國(guó)得到國(guó)家的強(qiáng)有力的支持，并投入相當(dāng)?shù)娜肆?、物力和?cái)力用于基礎(chǔ)研究，在我國(guó)是一個(gè)具有發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)場(chǎng)總線。FF總線提供了H1和H2兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)。H1是用于過(guò)程控制的低速總線，傳輸速率為31.25Kbps，傳輸距離為200m，450m、1200m，1900m四種(加中繼器可以延長(zhǎng))，可用總線供電，支持本質(zhì)安全設(shè)備和非本質(zhì)安全總線設(shè)備，H2為高速總線，其傳輸速率為1Mbps(此時(shí)傳輸距離為750m)或2.5Mbps(此時(shí)傳輸距離為500m)。H1和H2每段節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32個(gè)，使用中繼器后可達(dá)240個(gè)，H1和H2可通過(guò)網(wǎng)橋互聯(lián)。FF的突出特點(diǎn)在于設(shè)備的互操作性、改善過(guò)程數(shù)據(jù)、更早的預(yù)測(cè)維護(hù)及可靠的安全性。
3.3 CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線
      CAN總線簡(jiǎn)稱為控制器局部網(wǎng)，是由德國(guó)Robert Basch以及幾個(gè)集成電路制造商一起開(kāi)發(fā)的。目前已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為IS011898(通信速率小于1Mbps)和ISO11519(通信速率小于等于125Kbps)，CAN是現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。值得注意的是一些微處理器的生產(chǎn)商也在微處理器芯片中附加CAN接口，這樣CAN在低成本方面優(yōu)勢(shì)明顯，并且有較強(qiáng)的抗干擾性能，是低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)推廣應(yīng)用的一種低成本現(xiàn)場(chǎng)總線。CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的組幀處理。
4智能配電系統(tǒng)
      智能配電系統(tǒng)是由智能開(kāi)關(guān)柜、現(xiàn)場(chǎng)總線、上位機(jī)三部分構(gòu)成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
4.1  上位計(jì)算機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的監(jiān)控通信，其運(yùn)行的軟件分為兩類：一是系統(tǒng)軟件，即系統(tǒng)平臺(tái)，如MS—DOS6.22或Windows95等；另一部分是監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件又分為兩部分：一是監(jiān)控的應(yīng)用軟件，對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行管理、監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)輸出及通信3處理等，監(jiān)控軟件不僅能使上位計(jì)算機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)各回路運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行采集，還能對(duì)所采集的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行處理，并引入專家系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷和協(xié)調(diào)控制。另一部分是應(yīng)用軟件的運(yùn)行環(huán)境或稱為軟件平臺(tái)，這種平臺(tái)因采用的產(chǎn)品不同而有所不同，有的公司是直接應(yīng)用C語(yǔ)言，有些公司是采用專門開(kāi)發(fā)的組態(tài)圖形軟件。

4.2  現(xiàn)場(chǎng)總線
      現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展非常迅速，在現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。而近年來(lái)IEC的SC17B對(duì)用于電力系統(tǒng)方面的現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)發(fā)有了較大的進(jìn)展，有了一個(gè)62026文件給出了6種現(xiàn)場(chǎng)總線。在智能配電系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線完成智能開(kāi)關(guān)柜與上位計(jì)算機(jī)之間的雙向通信。
4.2.1  網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的由位計(jì)算機(jī)主呼的主從網(wǎng)絡(luò)；
4.2.2  通信介質(zhì)，為屏蔽雙絞線(UTP雙絞線，8芯/4對(duì)，5類)；
4.2.3  通信規(guī)約，為OAR.584.001《低壓電器數(shù)據(jù)通信規(guī)約(版本號(hào)V1.0》；
4.2.4  通信方式，廣播應(yīng)答方式；
4.2.5  類型，半雙工類型；
4.2.6  硬件接口，RS—485接口電路(具有瞬態(tài)保護(hù)或隔離型)。
4．3智能開(kāi)關(guān)柜
      智能型開(kāi)關(guān)柜是指高性能、高可靠性，具有一定自診斷和自動(dòng)控制性能，并具有網(wǎng)絡(luò)通信能力。智能型開(kāi)關(guān)柜從形式上可分為配電型、電動(dòng)機(jī)控制型及其它控制功能型。配電型以智能斷路器為核心器件，由上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電回路的遙控、遙測(cè)、遙信及遙調(diào)，而電動(dòng)機(jī)控制型是以變頻器、智能電動(dòng)機(jī)控制器為核心器件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行、停止的優(yōu)化控制。其它控制型的智能開(kāi)關(guān)柜是以PLC(可編程控制器)為核心的控制型開(kāi)關(guān)柜，完成生產(chǎn)過(guò)程中的各類控制功能，也是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制發(fā)展最有潛力的產(chǎn)品，將PLC技術(shù)與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)柜有機(jī)結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)對(duì)普通型開(kāi)關(guān)柜智能化改造的一種投入少、見(jiàn)效快的有效措施。