总线型低压开关柜如何选择断路器及相关元器件

屈仕亮

（常熟开关制造有限公司，江苏 常熟 215500）

1 引言

总线型低压成套开关设备是采用标准的现场总线或其他数字通信方式将具有通信能力的元器件相互连接起来，通过控制器或上位机(主站)实现对现场设备、电网或其他控制器(从站)等的遥测、遥调、遥控、遥信中的部分或全部功能的低压成套开关设备。随着电力工业的不断发展，对配电系统的数据量传输、远程控制、故障检修等提出了更高的要求，另一方面，国产智能化电器元件品种日益增多、功能日益完善、价格日趋合理，广大用户已开始逐渐接受，故研发和推广总线型低压成套开关设备的条件日趋成熟。

总线型低压成套开关设备适用于配电系统中作为电能分配、转换和电动机控制之用。设备的各个部分均可配备具有通信功能的智能化元器件，元器件自身的性能直接影响设备的性能，优选智能化低压元器件，达到技术上先进和经济上合理是总线型低压成套开关设备设计的基本要求。不同场合应选配不同性能的智能化元器件，以下就低压配电系统各功能回路针对智能化元器件的选择加以阐述。

2 受电回路和母联回路

作为低压配电系统的基础，应采用带通信功能的智能型框架式断路器（不考虑个别系统容量很小时应用塑壳断路器的情况），能轻松实现对回路的“四遥”，即遥测、遥调、遥控、遥信。目前框架式断路器智能化已成主流，其内置的智能控制器集保护、报警、测量、维护、运行管理等功能一体，各类参数在线可调。除了基于电力参数的保护功能外，框架式断路器还可参与配电管理和控制的功能，如电流卸载功能、ZSI区域选择性联锁功能（如CW2、CW3）、附加的自动电源转换系统等。不同受电回路可选择相应的智能控制器，且每类智能控制器均有基本功能和可选功能，可满足选配。缺点是市场上多数智能型框架式断路器采用保护和测量共用的内置式电流互感器，其精度有限，导致电力参数测量精度受到制约，一般只能达到 1.0级甚至更低，在测量精度达 0.5级及以上的场合应用时，则应另外配置测量用电流互感器和智能电力仪表而放弃断路器的测量功能，如能及时开发框架式断路器配用的高精度电流互感器，则相当于为断路器增加了一个重要性能，也为最终用户节省了相当的费用。智能型断路器和仪表的各项参数均能被上位机读取，总体来说实现以下目标：运行操作全面可控；电能质量和设备数据透明化；停电、事故跳闸、故障原因可分析。作为配电系统的重要部分，受电回路和母联回路可额外配置短消息通知模块，用于监视智能型框架式断路器运行状态，当断路器发生预先设置的事件时，发送短消息到一部或多部手机提示用户及时处置，预设的事件可以是各种故障脱扣和电力参数异常报警。

3 馈电回路

馈电回路应根据不同的控制和监测要求合理配置元件，以满足配电系统总体要求（二遥、三遥、四遥）。容量较大时，回路相对重要，一般应实现“四遥”，与受电回路相似，应当配置智能型框架式断路器（如 CW1、CW2、CW3），并选择合适的智能控制器。在测量精度达0.5级及以上的场合应用时，则应另外配置测量用电流互感器和智能电力仪表。

更多场合是回路容量较小，按不同的监测要求，配置不同智能化程度的元件可实现“四遥”的全部或部分功能。

（1）选用智能型塑壳断路器（如CM1Z、CM2Z）并配电动操作机构、显示模块、转换开关，当需要远程控制时，可将转换开关置于远控位置，这时可通过上位机遥控分合闸、遥调回路参数、上传开关状态及三相电流、三相电压等信息，可实现“四遥”，即遥测、遥调、遥控、遥信；当需要就地控制时，可将转换开关置于就地位置，此时遥控功能失效，遥测、遥调、遥信功能依然存在，可通过显示模块上的分合闸按钮对开关进行分合闸操作。

（2）在测量精度达0.5级及以上的场合，则选用普通塑壳断路器（如CM1、CM2、CM3）并配电动操作机构，配置测量用电流互感器和智能电力仪表。智能电力仪表通过通信接口接入现场总线不仅可以测量现场电力参数，还可以配置智能电力仪表I/O模块用以控制断路器分合闸，采集开关状态等开关量，从而实现“三遥”，即遥测、遥控、遥信。

（3）如果选用普通塑壳断路器并配电动操作机构，再配置网络I/O模块（如CI1-S64）用以控制断路器分合闸，采集开关状态等开关量，则实现“二遥”，即遥控、遥信。

（4）最简单的情况是只需知道现场回路通断状况，即只实现遥信，配置普通塑壳断路器，手动操作，另外再配置网络I/O模块（如CI1-S64），就可实现遥信功能。

4 电动机回路

对于直接起动、可逆起动、星三角起动等控制方式，特别要指出的是电动机保护控制器，选取功能强大的电动机保护控制器（如CD4）是实现电动机控制“四遥”的基础，电动机保护控制器除了各类保护功能和不同的电机控制方式外，还应具有如电气参数监测、电量监测、多路开关量输入等功能。如果只需对电动机进行简单起停控制且对电量监测不作要求，那么只需配置 I/O模块完成回路的控制和开关量的采集，即实现“遥控、遥信”。

近年新出现的控制与保护开关电器（如CB1），单个元件就承担了断路器、接触器、热继电器及隔离器的全部功能，并内置电流互感器，集保护、控制为一体，除了实现各类保护功能外，还可实现可编程输入/输出、电动机负载指示、热过载预报警及报警输出等，轻松实现“四遥”。

对于软起动控制方式，由于软起动器（如CR2）具有完善的功能，再以网络I/O模块完成回路其他部分的控制和开关量的采集，就能满足“四遥”要求。

在采用电动机保护控制器或软起动器的方式下，应易于通过软件实现各电动机的联锁控制、顺序控制要求，易于按用户要求修改控制功能。

5 无功补偿方案

（1）采用智能无功补偿控制器，可实现“遥测、遥调、遥信”功能：①功率因数自动补偿控制：循环投切、过零投切、共补分补相结合；②测量：三相电压、三相电流、功率、功率因数、频率、谐波；③通信：全部参数远程监视和设定；④本地显示：投切状态、电量参数。

（2）采用无功功率自动补偿控制器、DI模块、可通信三相电流表相结合的方式，可实现“遥测、遥信”功能：由DI模块采集总开关和各路接触器状态，由电流表监测三相电流。功率因数由受电柜综合表采集。副屏实现与主屏的联动控制，同时配置I/O模块、可通信三相电流表，实现“遥测、遥信”功能。

6 控制电源

为满足对系统的实时监控要求，提高电磁兼容能力，根据强弱电隔离的原则，总线型低压成套开关设备应另行设置与主电源隔离的操作电源和通信电源，并且应满足以下要求：①保证各类操作顺利完成，如断路器的合闸和分闸、接触器的接通和断开；②保证通信畅通，系统停电时仍能对各回路进行监控；③应设专用回路对现场工控机供电；④满足系统容量和供电时间要求；⑤需要时提供必要的事故照明电源。

操作电源采用AC220V、通信电源采用DC24V便于二次元件选型，为优选方案。具体可采用在线式不间断电源（UPS）+开关电源的形式：UPS输入为 AC220V，输出为 AC220V，输入电源取自低压受电柜进线侧，当有两台变压器时，宜设自动切换装置。而利用开关电源可很方便地取得 DC24V电源，需注意的是开关电源输入电源取自UPS。如有必要，UPS可支持通信功能，利用监控软件实时了解电源的工作情况。

在10kV系统和0.4kV系统处于同一变配电所而10kV系统设有直流屏的情况下，可采用直流屏+直流变换器的形式：由直流屏提供DC 220V电源，由直流变换器将DC 220V电源变换为DC 24V电源，比较经济。常熟开关制造有限公司的CW系列、CM系列、CD4系列、CR2系列、CB1系列元器件均能满足上述技术要求。

7 组网要求

整个总线柜的通信系统是由上位计算机通过特定的通信线路与这些智能型设备连接而成。上位计算机通过读取这些现场的可通信设备来获得整个总线柜的现场工作状态及参数，并将这些数据即时显示到用户界面上供用户查询使用。

采用相同标准协议的元件组网成本是最为经济的，虽然其他标准协议的元件可以通过通信适配器（如CN1系列）转换挂接到总线上，但势必增加费用，特别是非标准协议的元件，须设独立的通信线路，还须开发专用的驱动程序，不但增加成本，而且浪费系统资源。

8 结论

由于采用新型的总线传输技术及可通信元器件的广泛应用，使总线型低压成套开关设备的综合技术性能指标有较大幅度的提高，为提高供电可靠性提供了有力的保障，可实现故障自动报警、快速定位和隔离，缩短了故障停电时间，而对设备状态和电网参数进行的经常性监测，则降低了存在事故隐患的可能。与传统低压开关柜相比，总线型低压成套开关设备可实现对回路遥控、遥讯、遥测和遥调，具有多功能、数字化、网络化、智能化、易于维护等特点，它可以满足电力工业未来的需求，具有预防/避免事故发生、强化企业内部能源考核、减少设备维护和检修时间、实现数据资源共享等诸多优点，符合配电自动化发展新动向，值得花力气去研究和推广。

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