摘要：户外高压智能真空断路器能够在遇到异常时自行判断并执行断路操作，有助于提高电路系统安全性。本文以实际项目为例，围绕户外高压智能真空断路器的研发技术展开分析，旨在进一步提升电力系统的稳定性。为此，项目重点分析了智能真空断路器的研发挑战，并根据高精度互感器集成、数字化转换功能模块一体化设计等技术难点，提出了有效的技术解决措施，大大提高了电力系统的安全性和运维效率。希望本文所述内容可以为相关领域提供参考借鉴。

关键词：智能真空断路器；混合布线；传感器；模块化设计

引言

随着科学技术的不断革新，电力系统在户外环境中的运行标准也日益提高。户外高压智能真空断路器的工作原理主要基于真空灭弧技术，当电路出现过流或短路时，断路器会迅速执行切断操作，进而对电路与设备进行有效保护。其智能特性促使断路器可以根据电力系统的实际情况进行自行调整，因具有出色的耐候性与耐久性，故而被广泛应用于户外电力系统中。然而，户外高压智能真空断路器的研发过程具有一定的技术难题，稍有不慎则极易影响最终的研发成效。基于此，将户外高压智能真空断路器(数字式)研发项目作为案例研究对象，具体研发经验总结如下。

1 项目概况

本项目为户外高压智能真空断路器(数字式)研发项目，产品额定短路持续时间为3S，试品照片如图1 所示。本次研发基于实时监测、自适应调节及远程交互等需求，旨在使产品具备感知、分析、执行等综合能力，用以支撑电网的智能化运行，满足电网规模扩大及新能源接入对设备能效和安全性提出的更高要求。

2 智能真空断路器研发挑战

项目所研发的智能真空断路器需集成快速灭弧、状态自诊断、故障预警等功能，以此减少停电风险，并适当延长设备的使用寿命。鉴于此，对本次智能真空断路器研发项目进行了全面分析，以梳理项目研发过程中的技术挑战，进而更好地攻克这些技术难点。为适应现代智能电网发展，户外断路器需要高精度互感器集成，互感器不仅要具备高灵敏度、抗干扰的能力，还需拥有体积小、重量轻、频带宽、动态范围大等优势，以致项目研发具有一定程度的挑战性[1]。此外，研发过程中还需将断路器与数字化转换功能模块进行一体化设计，也为研发增添了难度。

3 智能真空断路器研发难点攻克

3.1 高精度互感器集成

3.1.1 传感器选型优化

针对智能真空断路器研发的技术难点，本次研发主要从分析技术原理、加强管理手段及实施解决措施等几个方面进行。项目研发的智能真空断路器由高精度互感器集成，馈线终端通过整合互感器采集的数据和断路器遥控、遥控信号等信息，并将传统电流电压信号转换为数字信号发送至馈线终端的方式，解决数字信号的转换和传输问题。其中，传感器的正确选型是实现高精度互感器集成的重要基础。

配电网线路的动态运行特性导致负荷电流在设备生命周期内存在显著变化。传统电磁式电流互感器（CT）为适应宽范围电流变化，通常采用多抽头设计。当一次电流偏离额定值时，其计量精度显著劣化，根本原因在于：其一，传输误差叠加。根据GB 20840.2-2014，传统 CT 二次输出 5A/1A 模拟电流信号，经长距离传输引入约 0.1%附加误差（εl），使馈线终端（FTU）总误差 ε=εt+εl；其二，信号转换损耗。模拟信号需经小 CT 转换、调理电路处理及 A/D 量化，多级转换导致精度损失；其三，运维中断瓶颈。额定负荷增长至 300A 以上需停电扩容，全部选用600A/5A 抽头，重新校验互感器计量抽头精度，并重新整定保护定值。

相比之下，基于GB/T 20840.8-2007 的电子式电流互感器（ECT）采用原生数字输出机制：直接输出与一次电流线性关联的数字量（如11585=0x2D41，600A 满量程时对应测量输出变比为600A/11585/0.2S）；光纤传输实现 εl≈0，FTU 输入精度与 ECT 本体一致；恒流源特性保障二次负载变化不影响传变精度。以 600A 线路配置为例（计量0.2S 级，保护5P30），性能对比如下：

表 1 数据进一步表明：电子式ECT 在一次电流值6A(1%)时精度达到 0.75% ，600-720A(100%-120%)负荷范围内FTU 有效精度保持≤0.2%，较传统方案轻载工况精度提升0.1%以上。该特性使ECT 可替代传统0.2 级双抽头 CT，在保障计量精度的同时消除运维中断风险。

为保障互感器集成的高精度效果，行业内经过对新技术的研讨后，结合项目需求，同时对比多个数字互感器的各项参数，最终明确了符合本项目使用需求的型号，传感器详细变比参数如表 2 所示。为保证传感器数据传输与解析的准确性，设备使用了 IEC 61850 的通信协议，利用其开放性、互操作性强的优点，顺利实现智能设备之间的无缝集成和信息共享，为智能真空断路器的研发打下坚实基础。与此同时，电气系统的设计图纸结合传感器优化后的参数进行了适当调整，重新整理了新的设计方案与技术规范，并在实际的施工与检验过程中，让生产与检验人员严格按照图纸和技术规范要求进行工作，以防出现错误施工[2]。最终，经由第三方型式试验检测确认，该传感器选型能够有效解决高精度互感器集成的技术难点，馈线终端发出的系统指令及执行反馈均以数字信号传输，同时可根据先进算法，有效实现状态识别、参数调整以及故障诊断，进而提升高压智能真空断

对于智能真空断路器而言，互感器面临的干扰主要源自两个方面，一是在电力系统执行开关操作时会产生瞬间的高电流冲击，导致互感器内部的磁场随之瞬时变化，进而影响其处理精度；二是在电流超过互感器额定值时，因电流过载而导致的内部电阻发生变化，不仅会严重影响输出电压的稳定性，还会造成互感器设备的永久性损坏。为此，本项目互感器集成了过载保护功能，在检测到电流过载情况时，该功能能够视情况降低电流或切断电源，以防高电流冲击对互感器造成干扰。在此期间，考虑到户外高压智能真空断路器的运行环境较为复杂多变，大风、阴雨天气等均会对电磁环境造成一定的干扰，而强干扰会导致系统监控程序失控，严重时甚至会出现错误的控制信号，进而造成断路器的误动作。因此为保证信号传输的稳定性与可靠性，互感器采用了软件与硬件相结合的抗干扰设计，其中软件设计应用了数字滤波技术、软件陷阱、空指令及小波分析等，硬件设计使用了电源滤波技术、屏蔽技术及隔离技术等，有效避免了因外界干扰而引发的系统故障[3]。此外，选择高质量且性能稳定的互感器亦是降低干扰的关键手段，既能有效确保互感器集成的高精度，还能进一步保证电力系统运行时可以保持最佳性能。

3.2 数字化转换功能模块一体化设计

3.2.1 模块化安装架构

项目在进行数字化转换功能模块一体化设计时，由于数字化转换模块体积较大且螺纹外凸，导致数字化单元模块与断路器壳体之间存在较大缝隙，使得产品的密封性存在一定隐患，且因断路器内部空间有限，以致数字化模块安装无法进行，故而需要对壳体进行重新设计。为此，项目对断路器壳体结构进行了全面分析，并根据分析结果补充了相关技术规范，决定采取预装的方式将数字式转换模块直接安装在断路器壳体外分合指针和控制舱插座之间。在此基础上，为了更好地解决密封性隐患问题，项目在设计模块化安装架构时，还严格制定了密封工艺的操作规范，要求将 185 型号硅胶戴上塑料帽均匀涂抹在密封槽和密封圈上，以达到增强密封性的效果。同时，结构装配过程中先在内部均匀地涂抹硅胶，并于数字化单元装配完成后，用硅胶在外部对准数字化单元缝隙处均匀涂抹硅胶，溢出硅胶需擦拭干净，形成由外至内三层密封效果[4]。最终，经由优化的模块化安装架构，成功通过了样机试制测试，有效解决了数字化模块安装的技术难点。

3.2.2 混合布线技术

在数字化转换功能模块一体化设计过程中，除了需要充分考虑模块化安装的架构问题，还需详细规划互感器与数字化模块连接时的方式及布线与走线要求以避免线束受到挤压。为此，项目通过三种方式标准化多方式布线、接线的方式优化设备布线。

第一、根据不同部件的性能差异，选择了标准化定义航插接线和标准化定义排插接线的混合布线模式。在标准化定义航插接线时，项目人员选用符合标准的航空插座、插头，连接插座和接线盒的接线端子，期间需注意控制安装环境的温湿度参数，且每个航插与线缆单独对应。而在标准化定义排插接线中，则利用其多向优势对接多根线缆，使线缆能够整齐排布。

第二、为防止过多的电磁干扰影响设备接收端，项目还在布线中加入了屏蔽线槽，利用具有电磁屏蔽功能的线槽阻断线缆的电磁外扩，降低因线缆过多造成干扰的风险。在进行屏蔽布线时，项目人员将线缆依次装入对应的线槽内，然后再压实线芯确保其紧密嵌入线槽，并按照要求将其接入指定位置，发挥其抗干扰的作用。

第三、为避免受环境湿度影响及接线可靠性，对于数字模块 ADMU 预留线与互感器预留线对接方式为，将对接线笔子两端线头压紧后向内部注185 硅胶，待胶体充分固化，如图2 所示。

4 结论

综上所述，本文基于户外高压智能真空断路器(数字式)研发项目展开分析，通过严格规范采购技术、生产图纸、生产检验及操作要求，对传感器选型进行了设计优化，并对抗干扰结构进行了科学设计，有效解决了高精度互感器集成的技术难题。同时，通过整合优化模块化安装架构，实施合理的混合布线及走线技术，攻克了数字化转换功能模块一体化设计的研发难点。最终，项目产品顺利完成了研发任务，通过了MA 市场准入检测、ILAC-MRA 全球多边互认协议认证及 CNAS 认证，实现了配电设备的智能化、网络化和高可靠性，为构建现代配电网核心技术贡献了力量。

参考文献：

[1]陆志星,高海拔用智能型户外高压真空断路器.浙江省,博时达集团有限公司,2023-10-28.

[2]王道奎,ZW32-12 智能户外高压真空断路器.浙江省,浙江新际电力设备有限公司,2023-10-28.

[3]陈成明,智能高压户外柱上永磁真空断路器.浙江省,温州罗克维电气有限公司,2022-04-05.

[4]骆斌,李金顺,孙雪,等.真空断路器状态监测及故障诊断研究[J].环境技术,2024,42(10):211-216.

作者简介：宋佳庆，男，汉族，1987.10-，湖北蕲春人，本科，工程师，研究方向：机械自动化