馬利人 李 俊

(湖北省電力公司電力試驗研究院，武漢 430077)

0 引言

為拓展用電信息采集系統(tǒng)的應用范圍，普遍要求其能夠支持遠程費控和本地費控功能，可實現(xiàn)對電力用戶實時計費、催費預警、跳閘停電和合閘復電等遠程控制，全面提高電費收繳的風險控制能力。而滿足現(xiàn)行國網(wǎng)企業(yè)標準的，帶有內(nèi)置負荷開關的單相智能電能表，一般只能在負荷電流小于60A時實施遠程費控和本地費控。但實際應用中，會出現(xiàn)用戶負荷電流大于60A的情況。為了能對這部分用戶實施遠程費控和本地費控，就必須給按現(xiàn)行國網(wǎng)企標制造的單相智能電能表外接負荷開關。為此，需要根據(jù)不同開關器件的性能特點，設計相應的驅(qū)動電路，以與滿足現(xiàn)行國網(wǎng)企標的單相智能電能表有機結合，實現(xiàn)遠程費控和本地費控功能。

1 單相智能電能表外控技術要求

目前陸續(xù)投入安裝、使用，進入千家萬戶的單相智能電能表，都建立在滿足現(xiàn)行國家電網(wǎng)公司3個企業(yè)技術標準之上，具有統(tǒng)一型式、功能和技術特性，是一種新型的計量器具。

滿足現(xiàn)行國網(wǎng)企標的單相智能電能表的5號弱電端子和6號弱電端子均為跳閘控制端子。這兩個跳閘控制端子，可輸出脈沖方式或電平方式的開關信號，開關節(jié)點容量為交流250V、2A，可用于控制外部的報警裝置或負荷開關。

當滿足控制條件時，輸出的開關信號應驅(qū)動外置負荷開關動作，中斷供電，跳閘指示燈點亮；用戶購電成功后，必須通過本地方式由用戶自行合閘，用戶按下滿足現(xiàn)行國網(wǎng)企標的單相智能電能表的輪顯按鈕3s后，負荷開關合閘，或者用戶直接手動操作負荷開關合閘，跳閘指示燈熄滅。

2 微型斷路器工作原理

斷路器從結構上主要分為微型斷路器MCB、塑殼斷路器MCCB和萬能式(框架式)斷路器ACB等三種。由于微型斷路器技術的引入，居民住宅不再使用閘刀開關和保險絲，微型斷路器體積小，安裝方便，是建筑電氣終端配電裝置中使用最廣泛的一種終端保護電器。

2.1 工作原理

為防止電氣線路過載和短路起保護作用的微型斷路器，也可在正常情況下，作為線路的不頻繁分合閘轉(zhuǎn)換操作之用。微型斷路器主要由操作機構、動靜觸頭、滅弧室、脫扣機構和輔助部件等組成，其正常工作時，觸頭只能停留在閉合或斷開的位置。

圖1 分勵脫扣器的電路原理圖

當線路發(fā)生過載故障時，過載電流使熱雙金屬元件彎曲，導致脫扣機構動作，推動鎖定機構復位，從而分斷線路；過載保護具有反時限特性，電流越大，脫扣時間越短。

當線路發(fā)生短路故障時，短路電流流過螺線管式電磁鐵，銜鐵瞬時被吸合，使脫扣機構動作，推動鎖定機構復位，實現(xiàn)分斷功能。

單相微型斷路器的極數(shù)主要有2P和1P+N兩種不同技術規(guī)格：

2P——帶2個保護極的兩極微型斷路器，其兩極均裝有熱磁脫扣元件，相線和N線都具有線路過載和短路保護功能，兩極同時進行分合。

1P+N——帶1個保護極的兩極微型斷路器，僅P極裝有熱磁脫扣元件，而N極則未裝，僅相線具有線路過載和短路保護功能。在設計上，是要求P極先分后合、N極先合后分。微型斷路器的分合閘過程中，先分或后合的觸頭上會產(chǎn)生電弧，由于相線具有電流脫扣元件，能夠?qū)^載和短路快速做出反應，以保證電路和設備的安全。

2.2 分勵脫扣器模塊

分勵脫扣器是一種遠距離操縱微型斷路器分閘的輔助部件，它與微型斷路器可以制成一體式的，也可以是組合裝配的。

使用時，給微型斷路器的脫扣器控制極加上控制電壓，然后將微型斷路器手柄推向閉合位置，通過操作機構，帶動動觸頭向靜觸頭運行，并與靜觸頭可靠接觸，從而接通線路。

當需要切斷線路時，則去掉微型斷路器的脫扣器控制極上的控制電壓，此時，分勵脫扣器的信號檢測電路檢測到無控制電壓，使脫扣線圈通電(通電時間不能超過1s，否則線圈會燒毀)，銜鐵瞬時被吸合，并同時帶動鎖定機構復位，以實現(xiàn)分斷功能。

3 帶分勵脫扣器的微型斷路器的驅(qū)動電路

3.1 分勵脫扣器的工作原理

分勵脫扣器是一個三端器件，分別是火線端子、零線端子和控制端子CTRL；其中，火線端子、零線端子接到微型斷路器的負載端，控制端子CTRL需接外部電壓控制信號。分勵脫扣器的具體工作原理如圖1所示。

當控制端子CTRL加有控制電壓(為AC220V)時，該電壓信號經(jīng)二極管D2整流，電阻R1降壓、限流，電容C1濾波后，被送到三極管Q1的基極，使三極管Q1導通，三極管Q2的基極為低電平，三極管Q2截止，分勵脫扣器的脫扣線圈不通電，這時，微型斷路器可以合閘，用戶可以用電。

當控制端子CTRL未加控制電壓(為AC0V)時，三極管Q1的基極為低電平，三極管Q1截止，L相電壓經(jīng)二極管D1整流，電阻R3降壓、限流，給電容C2充電。當給C2充到高于穩(wěn)壓管ZD2的導通電壓時，ZD2導通，三極管Q2也導通，分勵脫扣器的脫扣線圈通電，微型斷路器分斷，用戶斷電。

微型斷路器分閘后，分勵脫扣器也同時斷電，以防止分勵脫扣器長期通電而燒毀，此時，如用戶再次以手動方式使微型斷路器合閘，控制電路會經(jīng)過對電容C2的充電延時后，再次分閘，提醒用戶不滿足合閘條件。

電路中，RV是壓敏電阻，起雷擊保護作用，可防止雷擊高壓脈沖對控制電路中的二極管、三極管等電子元器件造成損害。

3.2 微型繼電器控制分勵脫扣斷路器實現(xiàn)分合閘的電路

帶分勵脫扣器的微型斷路器，通常配合單相智能電能表來控制線路的通斷。微型斷路器安裝于單相智能電能表的出線側(cè)，電能表內(nèi)部的信號繼電器控制分勵脫扣斷路器實現(xiàn)分合閘的電路如圖2所示。

圖2 微型繼電器控制分勵脫扣斷路器的電路

在滿足國網(wǎng)企標的單相智能電能表上，其5號弱電端子和6號弱電端子分別與松下公司生產(chǎn)的DS2Y型信號繼電器K1的靜、動觸點相連。DS2Y信號繼電器的觸點容量大于2A，從圖3中可以看到，5號弱電端子和6號弱電端子提供無源常開觸點輸出。

考慮到開關拉合過程中的反向電動勢的影響和開關線圈短路的危險，需要在回路中加入一定的保護措施。如，表內(nèi)信號繼電器輸出觸點串聯(lián)熱敏電阻MZ6(自恢復保險絲)、表外回路中串聯(lián)熔斷器等。

在滿足國網(wǎng)企標的單相智能電能表外部，再將單相智能電能表的5號弱電端子和火線(外部電壓控制信號)相接，6號弱電端子經(jīng)過熔斷器FUSE和分勵脫扣器的控制端子CTRL相接，從而可實現(xiàn)對用電負荷的合閘、跳閘等控制。

遠程費控智能電能表用戶正常用電時(或本地費控智能電能表有剩余金額時)，單片機的Port1管腳輸出信號為高電平，三極管Q1導通，微型繼電器K1線圈通電，常開觸點閉合，5號弱電端子和6號弱電端子接通，控制端子CTRL加有火線電壓信號，這時微型斷路器可以經(jīng)手動合閘。

需對遠程費控智能電能表用戶斷電時(或本地費控智能電能表剩余金額用完時)，單片機的Port1管腳輸出的信號為低電平，三極管Q1截止，微型繼電器K1線圈未通電，常開觸點斷開，5號弱電端子和6號弱電端子分斷，控制端子CTRL懸空無電壓信號，微型斷路器分閘。

當單相本地費控智能電能表重新充值成功后，它又會重新接通控制端子CTRL和火線，動作過程與單相本地費控智能電能表有剩余金額時相同，這時，分勵脫扣器的脫扣線圈不通電，用戶可以對微型斷路器進行本地手動合閘，以實現(xiàn)國家電網(wǎng)公司技術標準所要求的：“用戶購電成功后，必須通過本地方式由用戶自行合閘”的功能。

4 微型斷路器的通斷狀態(tài)檢測

由于微型斷路器置于單相智能電能表之外，單相智能電能表要檢測微型斷路器的通斷狀態(tài)，就必須有相應的信號線接回電能表。從安全性和現(xiàn)場接線的可行性角度出發(fā)，這個方案一般不被采用。

目前常用的檢測與判定方式是，智能電能表發(fā)出跳閘信號后，如果仍然繼續(xù)計量電能量，則智能電能表判定微型斷路器跳閘動作故障，發(fā)出相應告警提示信息?？紤]到智能電能表輸出跳閘信號到開關完全斷開之間存在一定延時，有可能在此期間，智能電能表計量了一個或數(shù)個最小計量單位的電能量(0.01kWh)。所以，智能電能表一般將判據(jù)設定為：智能電能表發(fā)出跳閘信號后，如其還繼續(xù)計量了一定的電能量(如0.10kWh)，則判定為微型斷路器跳閘動作故障，如此，要發(fā)出相應的告警提示信息。

此種檢測方式下，智能電能表只能檢測出跳閘失敗。智能電能表合閘信號發(fā)出后，若無電量被計量，智能電能表無法判定是確實沒有負載還是合閘失敗，所以，單相智能電能表一般不對合閘成功與否做檢測和報警。

5 結語

與60A以上單相智能電能表配套的外接負荷開關，可選用磁保持繼電器或帶分勵脫扣器的微型斷路器。如外置開關器件選用磁保持繼電器，既可以實施遠程分閘，也可以實施遠程自動合閘，但遠程自動合閘在一定程度上會給操作人員和電器設備造成安全隱患，和磁保持繼電器配合使用的智能電能表跳閘控制端子必須是有源脈沖信號輸出。

而外置開關器件選用帶分勵脫扣器的微型斷路器時，可以實施遠程分閘，但不能遠程合閘，需本地人工手動合閘，故在一定意義上有利于操作人員和電器的安全。和帶分勵脫扣器的微型斷路器配合使用的智能電能表跳閘控制端子，必須是無源觸點信號輸出。

[1] Q/GDW 355-2009，單相智能電能表型式規(guī)范[S]

[2] Q/GDW 364-2009，單相智能電能表技術規(guī)范[S]

[3] Q/GDW 354-2009，智能電能表功能規(guī)范[S]

[4] 周志敏.小型斷路器的發(fā)展與應用[J].電氣開關，2002(5)

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[6] 葛大麟.施耐德小型斷路器及其應用[J].電工技術雜志，2003(11)

[7] 高雅利.一種預付費電能表用斷路器的設計[J].電氣制造，2011(8)