低压配电物联网断路器及其智能运维系统研究

低压配电物联网断路器及其智能运维系统研究

孙赟

长庆工程设计有限公司 陕西西安 710016

摘要：在当前经济快速发展的时代下，传统的电网模式已经无法满足我国对电能的需求，而实现物联网和电网的融合是解决这个问题的一个合理的方案。电力物联网作为物联网在智能电网中的一种应用，是信息通信技术发展到一定阶段的结果，其将有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，提高电力系统信息化水平，提高电力系统现有基础设施利用效率，为电网发电、输电、变电、配电、用电等环节提供重要技术支撑。基于此，本篇文章对低压配电物联网断路器及其智能运维系统进行研究，以供参考。

关键词：低压配电；物联网；断路器；智能运维系统

引言

电子信息技术和物联网技术的飞速发展，带动了智能化技术的快速发展以及产品的智能化升级。传统的居民侧微型断路器已经不能满足现在智能化电网和信息互联互通的需求，开发兼具传统微型断路器功能，同时具备数据实时监控的新一代微型断路器顺应了时代技术的发展以及用户的需求。

1物联网概述

物联网技术通常采用因特网及数字移动通信等等前沿的科学技术，能够快速传输各类信息，使用相关的信息传感装置达成网络互联互通的目的，并且使用计算机领域的相关技术能够进行预处理各类信息。现阶段的传感相关技术及数字通信科技持续飞速进步，在许多领域内均已经普遍使用物联网相关技术，比如在断路器及其智能运维系统等领域有非常重要的实际应用。

2物联网断路器的功能

采用一二次设备融合技术，将物联网技术与断路器相结合，研制了新型的物联网配电断路器。断路器作为一种重要的配电器件，直接与用电终端相连接，是配电环节中必不可少的一部分，电网运行的安全稳定与断路器有着紧密的关系，因此优化断路器性能和智能化程度对提高低压配电系统的运行可靠性具有重要意义。当前，电力系统多应用传统塑壳断路器低压保护器件，但其作为仅能实现系统的保护，不可远程控制，也无法及时获取运行信息以制定相关方案;相对于传统断路器，采用一二次设备融合技术，将物联网技术与断路器相结合，研制了新型的物联网配电断路器，物联网断路器将检测、通讯和保护功能集成于一体，可利用互联网进行通讯，并通过Wi－Fi与云端的高效无线通讯，实现智能化远程维护、移动巡检、空中升级等操作，同时可通过手机或其他移动终端对其进行高效管理和运行监控。在目前的配电网络中，物联网断路器可以来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路和单相接地等故障的危害。

物联网断路器的特点：物联网断路器的应用提高了低压配电系统的故障应对能力和运行可靠性。物联网断路器具有功能一体化的特点，它是以断路器为核心元件，通过一二次设备融合技术将电力仪表、环境与火灾检测、微机保护、数据通讯传输等功能集成化，优化了断路器的监测保护性能。同时，将物联网断路器与智能开关柜等设备构成一个整体，进一步了提高配电网运行的安全可靠性，也使检修变得更加方便、安全。物联网断路器的最大特点是可实现开关柜整体运行状态的实时监控，通过物联网断路器的传感器传来的数据，在其本身形成一个对断路器的健康状况进行判断的判据;或者将数据直接上传至数据中心，对断路器的运行状况进行精确运算分析和判别。同属物联网断路器的传感器采用数字化传输方式，数字化方式可使电力数据的储存、传输、分析和转更为可靠、便捷。

3基于物联网技术的智能配电网运维系统

3.1信息管理系统主站及终端

（1）数据存取模块。数据存取模块由3个部分组成：数据采集、数据传输以及信息读取。数据采集：依靠如RFID、GPS等传感器采集设备的信息数据，然后对其信息做简单的处理。数据传输:依靠3G、4G以及5G网络把模块采集到的信息传输到系统主站。信息读取：运维员使用主站系统读取、录入设备相关信息后建立数据库，录入信息。（2）终端运维模块。在运维现场中，运维员于巡视功能模块中填入巡视结果。巡视功能模块具备以下功能：将录入点的地理位置和时间自动记录下来、对现场运行工程状况及缺陷进行拍照记录等。与此同时可通过读取各个设备的独特二维码，获取设备的详细信息。（3）报告生成模块。传统巡视记录或报告的生成是依靠人员记录数据后再录进生产管理系统，耗时又耗力。此系统在终端系统里存有固定的巡视报告模板，巡视人员直接在现场填写，随后自动传输到主站保存，无需二次操作。同时，主站对运维信息及设备信息进行统计，定期定量定时生成设备评价报告，进一步减少人力、时间，提升了工作效率。

3.2拓展集成智能辅助监控

通过视频监控模块实现对配电站的防盗、防火等方面的安全监控，同时具备触发警报、消防系统启动等保护功能，有利于运维员及时了解配电站防火防盗信息，然后采取合理的处置办法。

3.3在线监测

（1）温度采集技术。温度采集传感器采用热电阻NTC。热电阻安装在智能断路器接线端子处，采用绝缘粘性材料粘结在端子下方。进线两路，出线两路，一共四路温度进行采集。（2）电流采样技术。故障电弧检测模块需采样电流实时值，在设计电弧检测互感器里面嵌入了一个低频互感器，这个互感器就是用于检测电流的实时值。这个电流互感器的输出通过一个采样电阻变成电压信号后，分成两路，一路给故障电弧检测模块用，一路给SOC计量模块的电流采样用。

3.4基于大数据的分析配电网运行状态评估

（1）提取运行状态评估主成分指标。在运行状态评估指标体系中存在着以下问题：指标变量数目繁多；建立模型与计算工作比较复杂；众多指标中存在一些冗余的信息，影响分析的进程。在实际运用中，通常采用主成分分析法，通过方差或者离差平方计算各个指标的计算量，删除重复的、相关性高的指标，将相关性低的运行状态评估的可靠性指标提取出来，找出影响系统运行状态的元件、区域以及相关环节，从而减小评估范围。（2）人工神经网络进行运行状态预测。配电网运行状态预测是在历史数据以及实时大数据的基础上，对未来的可行性指标参数进行预测。

3.5其他保护功能实现

（1）过载的预警和保护。若用户负载达到预设的预警阈值，将推送消息提醒用户电流过载，并可查看实时电流信息。若负载电流达到预设的保护阈值，智能断路器将会跳闸。若智能断路器处于自动模式，每分钟会重合闸一次，并再次判断电流是否达到保护阈值，如果正常，则不再跳闸，重试次数重新计数。如果达到保护阈值，会继续跳闸。这样持续3次后，不再重合闸，需要用户手动合闸或者远程发送合闸指令，并重新计数。如果智能断路器处于手动模式，当检测到负载电流达到预设的保护阈值时，进行跳闸动作，不再重合闸，用户只能手动合闸或者远程发送合闸指令。用户也可以通过手机或智慧大屏设置预警和保护阈值。

结束语

综上所述，相关技术人员使用物联网技术运用到低压配电断路器中，能够加速智慧运维系统的发展进步，为了顺畅推进相关工作，必须在智慧运维系统研究体系搭建的进程中应用物联网相关技术，确保城市发展中的用电安全。

参考文献

[1]王立超.基于物联网的高压断路器故障诊断系统[D].华北理工大学,2019.

[2]陈培国,管瑞良,陈平.融入物联网技术的新一代智能低压断路器[J].电世界,2019,60(06):5-7.

[3]王磊.高压断路器故障预测方法的研究[D].重庆理工大学,2019.

[4]王安琪.基于雾计算的高压断路器群运行监测系统[D].湖南科技大学,2018.

[5]陈培国,管瑞良,陈平.新一代智能化断路器与物联网技术的融合[J].电器与能效管理技术,2018(21):10-12+76.