随着电力系统越来越高的可靠性及自动化要求，无论是发电、输电、配电还是用电，都提出了监测、控制、保护等方面 的自动化和智能化的要求。断路器作为电力系统中最重要的控制元件，它的自动化和智能化是电器设备智能化的基础。 断路器的智能化不是通常所想的，使用计算机就达到了智能化。它必须尽可能地应用电弧自身的能量，实现运行状态的 自诊断，操动机构的可控操动，并且配置最新传感器技术，微电子技术和信息传输技术，智能化的概念才比较完整。

一般来说，智能化电器设备除满足常规电器设备的原有功能外，其功能主要表现为:

1、应具有灵敏准确地获取周围大量信息的感知功能;

2、应具有对获取信息的处理能力;

3、应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。

图 1 概要说明了一种兼有计算机系统和传感装置的智能化断路器工作原理。主要的传感器可探明气体密度，通过监控 其运动和能量变化，反映操作机构状态。气体密度传感器发出的信号能够实现连续的状态监测，确定趋势走向以及检测 极限值，并能在此基础上实现常规的 SF6 气体的锁定和报警功能。同样，在运动传感器和能量传感器的帮助下，操作机 构的状态可实现监控。另外，这些传感器的信号可同时用于常规的位置指示和电动机控制功能上。

图 1 断路器智能化工作框图

如果需要，还可在基本系统中增加传感器。根据对周围温度的测试 结果，对状态变化(以及反映出的趋势信息)作出更准确的评估。对 于没有串行接口至更高一级层面的系统，进行时间记录十分有助于对 变化趋势的预测。附加的电流电压传感器实现断路器设备功能最优化 的基础。

总的来看，可以归纳智能化断路器的操作过程为: 智能控制单元不 断从电力系统中采集某些特定信息，据此来判别断路器当前的工作状 态，同时处于操作的准备状态。当变电站的主控室因系统故障由继电 保护装置发出分闸信号或正常操作向断路器发出操作命令后，控制单 元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 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。显然，智能控制单元是断路器智能操作实现的核心 部件。

1、智能控制单元

智能控制单元是智能化断路器的灵魂，它是以微处理机为核心部件，综合应用传感技术、光电转换技术、数字控制技 术、微电子技术和信息技术等多种现代技术，以完成断路器的智能操作，实现断路器的智能化。

智能控制单元的基本功能有：

1.1 自动识别断路器的工作状态

断路器的工作状态的准确识别是实现智能操作的前提。对于超高压断路器而言，其任务主要有分断短路电流、负载电 流、过载电流、小容性电流和小电感性电流等。

1.2 自动调整断路器的操动机构

这是控制单元的核心功能。因此控制单元必须在识别断路器工作状态的基础上确定与之相对应的操动机构的调整量。

1.3 记录并显示断路器的工作状态

由于断路器在大多数运行时间内是不动作的，在此期间，本单元的任务是对断路器的工作状态不断地进行监测，同时 它还记录断路器每次开断情况，包括开断电流的大小、开断类型及是否发生拒分或拒合等信息。短路时还应记录短路电 流的变化过程，以便于电力部门进行事故分析及断路器的维护。同时，也可通过断路器累积开断电流的大小来表示断路 器触头的烧蚀情况。

1.4 具有与远端主机进行通信的功能

控制单元可以根据主机的要求将断路器的开断记录及其他数据经信息传输接口上网传送至上位机，并通过上位机经信 息传输网络将操作命令及保护参数、保护及重合闸方式等配置要求传送过来。

2、对断路器工作状态的监测与诊断

监测与诊断是智能化电器设备的重要环节，很难想象，智能化电器设备一旦失去了监测与诊断的技术支持，会是个什 么样子。计算机技术、传感技术与微电子技术的进步，使智能化断路器的监测与诊断的要求得以实现。它要求具有以下 功能：

2.1 灭弧室电寿命的监测与诊断

动作次数: 记录合分次数，逾限报警;

开断电流加权累计，即统计 ΣIα(α=1.5~2)值，逾限报警。

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。而燃弧时间，对实际使用中的断路器是难于获得的，且 燃弧时间从统计和累计的角度可不必考虑。因此，人们常将注意力集中在开断电流上，研制累计开断电流记录仪。但是， 累计开断电流与触头电器磨损之间并不是单值函数关系，同样的累计开断电流，如果单次开断的电流小，其磨损量要比 单次开断电流大时小得多，因此，正确的方法应该是据每次开断电流的大小换算成相应的磨损量，而磨损总量应根据断 路器的额定开断电流和额定开断次数来确定，而不同开断电流下的等效磨损量应由试验所得的经验曲线确定。

对于真空断路器来讲，灭弧室除了电寿命外，还有真空度的监测。大量的研究和实践证明，12kV 真空断路器目前型式 试验的短路开断次数有的已做到了 50 次，在开断 50 次以后，触头的烧损厚度仅为 0.6mm 左右，烧损甚微; 而真空灭弧 室产品允许触头烧损厚度为 3mm，说明真空断路器在开断方面的余量很大，更何况在实际运行中，短路开断的次数是不 会很多的。相应之下，真空断路器灭弧室的真空度下降的机率却要高得多，从 1999 年的统计资料看，全国真空断路器共 发生 45 次事故，其中因灭弧室真空度下降造成的就有 9 次，由此可见，对真空断路器来讲，灭弧室真空度的监测是很重 要的。

2.2 断路器机械故障的监测与诊断

根据多年的大量统计资料表明， 事故的 70%~80%出在高压断路器的操动机构和控制回路。 断路器的机械部分比较复杂， 且长期不动作，比目前已经较为成熟的旋转机械的监测技术更为困难，常需要采用多种技术综合判断，主要有以下几项：

(1) 合分线圈电流波形监测，非正常报警;

(2) 合分线圈回路断路监测，断路报警;

(3) 监测行程，过限报警;

(4) 监测合分速度，过限报警;

(5) 机械振动，非正常报警;

(6) 液压机构打压次数、打压时间、压力;

(7) 弹簧机构弹簧压缩状态，传动机构和锁扣部分的工作状态，电动机工作时间;

(8) 永磁机构: 线圈状况、磁性的稳定状况和弹簧的压缩状态等;

(9) 关键部分的机械振动信号。高压断路器合分动作的机械振动波形十分复杂，通常包含着多个子波，看起来杂乱无 章的波形实际上是多个子波的混叠，每个子波代表一个振动事件。分析振动波形，把各子波分离出来，可以得到事件的 个数及各事件发生的时间和事件的强度，可以获取断路器操作过程机械部分的多个信息。对波形分析的方法很多，如小 波分析、形状比较、统计过程处理等等。测量所用的加速度传感器应据所监测的目标(电磁振动、部件振动、操作振动、 微粒跳动等等)的不同而合理选择。振动传感器的安装位置也应精心布置;

(10) 合、分闸线圈电流和电压波形的检测。线圈电流波形中包含着许多操作系统的信息，如线圈是否接通，铁芯是否 卡涩，脱扣是否有障碍等等;

(11) 合、分闸机械特性: 速度、过冲、弹跳、撞击等，这些信息也可从振动波形中有所反映;

(12) 控制回路通断状态监测。这对因辅助开关不到位或接触不良造成的拒分、拒合故障有很好的监视作用;

(13) 操作机构储能完成状况。

判断上述所监测信号是否正常的一个基本出发点就是将其与正常状态下的情况作比较。正常状态是在某一范围内，只 有通过具体条件由试验和统计处理确定。通常是将一次操作的几个波在时域、频域、幅度上作横向比较，与前几次的操 作作纵向比较以得出诊断结论。