T/CES 146-2022 低压断路器健康管理

　　ICS 29.120.40

CCS K 31

团体标准

T/CES 146—2022

低压断路器健康管理

Health management for low voltage circuit-breakers

2022-09-26 发布 2022-09-28 实施

中国电工技术学会 发布

T/CES 146—2022

I

目 次

前言................................................................................................................................................................... Ⅱ

引言................................................................................................................................................................... Ⅲ

1 范围............................................................................................................................................................... 1

2 规范性引用文件........................................................................................................................................... 1

3 术语和定义................................................................................................................................................... 1

4 技术要求....................................................................................................................................................... 1

4.1 一般要求................................................................................................................................................ 1

4.2 数据采集................................................................................................................................................ 2

4.3 数据传输................................................................................................................................................ 2

4.4 数据处理................................................................................................................................................ 3

4.5 状态监测................................................................................................................................................ 3

4.6 故障监测................................................................................................................................................ 3

4.7 健康状态评估........................................................................................................................................ 3

4.8 维护决策................................................................................................................................................ 5

5 健康管理功能应用....................................................................................................................................... 6

5.1 概述........................................................................................................................................................ 6

5.2 健康状态监测........................................................................................................................................ 6

5.3 故障预警................................................................................................................................................ 6

5.4 健康度显示............................................................................................................................................ 6

5.5 预测性维护............................................................................................................................................ 6

附录A(资料性附录) 典型寿命机理的函数及寿命次数预测示例.......................................................... 7

附录B(资料性附录) 系统平台健康管理信息示例................................................................................... 8

B.1 健康管理信息平台显示示例................................................................................................................ 8

B.2 断路器健康报表示例............................................................................................................................ 9

B.3 接入平台的数据格式示例.................................................................................................................... 9

参考文献........................................................................................................................................................... 11

T/CES 146—2022

II

前 言

本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国电工技术学会提出。

本文件由中国电工技术学会归口。

本文件起草单位：上海电器科学研究院、上海电器科学研究所(集团)有限公司、常熟开关制造有

限公司(原常熟开关厂)、浙江正泰电器股份有限公司、上海良信电器股份有限公司、上海诺雅克电气

有限公司、无锡新宏泰电器科技股份有限公司、浙江百宸电气有限公司。

本文件主要起草人：尹天文、季慧玉、陈正馨、黄兢业、冯玉峰、薛建虎、马世刚、谢建波、廖传

灿、易颖、杨剑锋。

本文件为首次发布。

T/CES 146—2022

III

引 言

本文件基于低压断路器寿命机理等模型的研究成果，结合电力、建筑、轨道交通、新能源、5G 通

信等应用场景对低压断路器健康管理的需求，提出低压断路器的健康管理概念、技术要求及应用指南。

本文件有助于统一行业对低压断路器健康管理的定义和要求，指导企业及用户通过健康管理的应用

实现低压断路器的状态监测、故障预警及健康度评估，有效提升配用电系统用电可靠性。还可通过系统

平台或利用互联网技术如工业互联网进行远程运维、预测性维护，降低配用电系统整体运维成本。

T/CES 146—2022

1

低压断路器健康管理

1 范围

本文件规定了低压断路器(以下简称断路器)健康管理的术语和定义、技术要求及功能应用。

本文件适用于通过断路器内置电子式控制器和/或系统平台进行断路器的健康管理。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本

文件。

GB/T 14048.2—2020 低压开关设备和控制设备 第2 部分：断路器

GB/T 2900.18—2008 电工术语 低压电器

3 术语和定义

GB/T 14048.2—2020、GB/T 2900.18—2008 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

健康管理 health management

健康管理是指对设备及其部件健康状态的全面管理。包括涉及健康状态的数据采集和传输、数据处

理、状态监测、故障监测、健康度评估，并给出维护的建议或方案等。

3.2

健康状态 health status

运行中设备及其部件的当下状态，是否正常工作，有无异常与劣化征兆等。

3.3

健康度(H) health degree

用于表征设备健康状态综合评估的量化值，可用字母H 表示。

3.4

剩余寿命 residual life

包含剩余寿命时间和剩余寿命次数，分别为设备从当下时刻到该设备因故障而终止运行的剩余时间

长度和剩余操作次数。

4 技术要求

4.1 一般要求

断路器的健康管理应考虑断路器从投入运行开始至当前的健康状态评估，至少应包括设备的数据采

集、数据传输、数据处理、状态监测、健康状态评估，还可包括故障监测、维护决策等。

T/CES 146—2022

2

4.2 数据采集

4.2.1 电气参数

测量的电气参数可以包括但不限于：

——电压;

——电流;

——频率;

——功率;

——谐波;

——触头压降;

——触头阻抗。

4.2.2 机械参数

测量的机械参数可以包括但不限于：

——弹簧力;

——主触头角位移;

——主轴角速度;

——触头磨损;

——声音。

4.2.3 环境参数

测量的环境参数可以包括但不限于：

——温度(断路器进出线端温度、主触头温度、软连接温度、断路器周围空气温度);

——湿度(与周围空气温度同时采集);

——盐雾;

——粉尘;

——振动。

4.2.4 其他参数

测量的其他参数可以包括但不限于：

——欠/失电压脱扣器、闭合脱扣器和分励脱扣器状态;

——准备闭合(合闸)状态;

——储能闭合机构状态;

——智能控制器状态;

——通信模块状态;

——操作次数;

——累计带电运行时间(可按照不同运行工况细分)。

4.3 数据传输

采集到的各种数据可通过但不限于下列通信方式及协议进行传输：

——有线方式，推荐采用RS 485 接口，常用协议为Modbus 或自定义;

——无线方式，推荐采用LoRa、ZigBee、WiFi、NB-IoT、4G、5G、蓝牙，Sub-1G(e.g.433MHz)，

常用协议为MQTT、CoAp 或自定义。

T/CES 146—2022

3

4.4 数据处理

数据处理分为三个阶段：

——数据预处理：对原始采集数据按规则进行数据的过滤、剔除、提取等处理;

——数据处理：对预处理的数据或原始采集数据进行计算、分析、预测、存储管理等处理;

——数据后处理：对数据处理后的数据进行变换、压缩、打包、封装等处理。

4.5 状态监测

将数据处理后的数据与设定的正常阈值进行比较，得到正常或非正常运行状态的判断，如“正常”、

“异常”。

将测量的状态参数与设定的正常状态进行比较，得到运行状态的判断，如“接通”、“断开”的状态

是否正确。

4.6 故障监测

故障监测可包括但不限于以下类型：

——机械故障;

——过热故障;

——控制器及其附件故障;

——控制/辅助电路故障;

——通信模块故障。

4.7 健康状态评估

4.7.1 断路器健康状态评估流程

断路器健康状态评估流程如图1 所示。

图1 断路器健康状态评估流程

4.7.2 健康状态等级

健康状态等级划分见表1。

T/CES 146—2022

4

表1 健康状态等级

健康状态等级 等级描述

Ⅰ级

——断路器采集的数据及状态在允许的范围内并远离阈值;且

——没有经历不良工况，能保证正常运行及实现各种规定功能;且

——可以不做特定维护工作。

Ⅱ级

——断路器采集的数据及状态达到或接近阈值，有劣化的趋势;或

——有少量不良工况记录，还可完成主要功能;或

——在使用时就需加强监控，注意健康状态的变化趋势，并按维护要求和实施方案进行处理。

Ⅲ级

——断路器采集的数据及状态超过阈值;或

——如果继续使用可能会加速设备劣化，且可能无法正常运行;或

——需停止使用立即进行维护，或更换。

4.7.3 健康状态参数

4.7.3.1 一般要求

断路器健康状态参数可包括运行工况(电气、环境)、触头磨损、热老化率等，断路器生产企业可

根据自身产品特点，确定断路器健康状态参数。

4.7.3.2 运行工况(电气、环境)健康状态参数

断路器运行工况健康状态参数包括系统(含控制回路)电流、电压、频率等电气参数，温度、湿度

等环境参量，以及断路器本身如触头、接线端子、控制器、附件线圈所产生的温度。断路器运行工况健

康状态参数推荐值见表2。

表2 断路器运行工况健康状态参数推荐值

参数推荐值/健康状态等级Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级

电流 I<80%In 80%In≤I≤In I>In

电压 0.85Ue≤U≤Ue

Ue<u≤1.1ue< p=""></u≤1.1ue<>

0.7Ue<u<0.85ue< p=""></u<0.85ue<>

U>1.1Ue

U≤0.7Ue

频率 49.5Hz≤f≤50.5Hz

50.5Hz<f≤52hz< p=""></f≤52hz<>

48Hz≤f<49.5Hz

f>52Hz

f<48Hz

环境温度 10℃≤Ta≤25℃

25℃<ta≤40℃< p=""></ta≤40℃<>

−5℃≤Ta<10℃

Ta>40℃

Ta<−5℃

相对湿度 <50% <70% >80%

触头温度 T≤110℃ 110℃<t<150℃ t=""></t<150℃>

接线端子温度a T≤80℃ 80℃<t<120℃ t=""></t<120℃>

附件线圈温度 T≤60℃ 60℃<t<85℃ t=""></t<85℃>

a 如无法监控触头温度，可监控接线端子温度。

4.7.3.3 触头磨损健康状态参数

基于断路器触头磨损机理，可预测断路器操作性能(参见附录A)，也可通过获取的断路器实际操

T/CES 146—2022

5

作次数、机械动作、工况等信息，给出断路器触头磨损数据，结果可通过百分比指示，百分比所代表的

断路器触头磨损量以及相应的剩余寿命次数作为触头磨损健康状态参数，也可根据各断路器制造企业自

行研究结果给出。断路器触头磨损健康状态参数推荐值见表3。

表3 断路器触头磨损健康状态参数推荐值

健康状态等级 参数推荐值 对运行影响程度

I 级

触头磨损0～50%，触头压降或温升没有发

生突变

断路器能正常运行，剩余寿命次数50%～100%

Ⅱ级

触头磨损51%～67%，或触头压降或温升

已发生突变

断路器能正常运行，剩余寿命次数33%～50%

Ⅲ级

触头磨损68%～100%，或触头压降或温升

已发生突变

不能确保正常运行，剩余寿命次数低于33%，断路

器处于危险运行状态

注：触头压降变化百分比或温升突增值由制造商自行给出。

4.7.3.4 热老化健康状态参数

基于断路器老化机理，预测断路器使用年限，通过获取的温度、湿度等工况信息结合运行时间、使

用年限给出断路器热老化率，结果可通过百分比指示，百分比所代表的断路器热老化率以及相应的剩余

寿命时间作为热老化健康状态参数，也可根据各断路器制造企业自行研究结果给出。断路器热老化健康

状态参数推荐值见表4。

表4 断路器热老化健康状态参数推荐值

健康状态等级 参数推荐值 对运行影响程度

Ⅰ级 热老化率0～40% 断路器能正常运行，剩余寿命时间12 年～20 年

Ⅱ级 热老化率41%～90%

断路器能正常运行，但断路器软连接等热元件热老化率已较高，剩

余寿命时间2 年～12 年

Ⅲ级 热老化率91%～100% 不能确保正常运行，剩余寿命时间低于2 年

4.7.4 健康度

综合断路器运行工况、触头磨损、热老化率等健康状态参数，可以利用数学模型计算出断路器健康

度，结果可用0～100 分指示。健康度分值及对应的健康情况推荐如下：

——70～100 分：断路器健康情况处于优良状态;

——50～69 分：断路器健康情况下降，处于关注状态;

——0～49 分：断路器健康情况恶化，处于危险状态。

断路器制造企业可自行选取更多影响健康状态的参数，利用模型计算出产品的健康度分值。

4.8 维护决策

基于设备的健康度、故障监测、使用维护和环境等信息，可以对单台设备提出维护决策，或从整个

系统运维的安全性、可行性、经济性出发，制定维护策略，提出维护要求和实施方案。

T/CES 146—2022

6

5 健康管理功能应用

5.1 概述

除可直接在断路器及其终端显示设备(设备侧)提供的健康管理相关信息外，也可通过系统平台的

数据存储、处理、分析、计算能力，提供接入系统的单个或多个断路器信息，发起健康管理各种报表(示

例参见附录B)。

5.2 健康状态监测

对运行工况(电气、环境)、触头磨损、热老化率等参数进行健康状态监测。

5.3 故障预警

对运行工况(电气、环境)、触头磨损、热老化率等参数监测结果为非正常状态或接近设定阈值的

情况进行设备故障预警。

平台侧的故障预警可包括设备故障和系统故障。在多级保护配电系统中，根据断路器的电参数如电

流、电压的变化，预期或即时判断可能发生的系统故障如过电流、欠过电压、三相不平衡、接地、剩余

电流等，并通过断路器自身或通过平台侧边缘计算分析精准定位故障点，得出断路器综合故障概率，为

用户提供设备故障预警信息。同时还可结合用电负载的重要度，给出针对系统故障的预防措施建议或即

时动作指令。

5.4 健康度显示

除在设备侧显示该台断路器的健康度，还可通过平台侧进行整个系统健康度评估。

断路器健康度评分结果可通过颜色标识，推荐对应如下：

——绿色：健康度分值为70～100 分;

——黄色：健康度分值为50～69 分;

——红色：健康度分值为0～49 分。

对于健康度显示为黄色的断路器，经过维护之后，各项数据发生变化后，可变成绿色。其健康评估

功能的验证应按照GB/T 14048.2—2020 中8.3.4 进行程序Ⅱ(额定运行短路分断能力)试验，但对8.3.4.2

仅进行一次CO 操作，试后断路器应符合标准规定的要求。

5.5 预测性维护

基于系统所有断路器的健康度情况、使用维护和环境信息，融合平台侧的运维策略库，包括巡检、

设备保养、检修及更换要求，提供预测性维护的建议(维护策略)，提出维护要求和实施方案。

断路器维护策略可结合断路器的健康状态评估及健康度计算结果制定，推荐如下：

——绿色：断路器健康度为70～100 分，能正常运行，不需要特定的维护;

——黄色：断路器健康度为50～69 分，能正常运行，但需要按维护要求和实施方案进行处理;

——红色：断路器健康度为0～49 分，不能正常运行，应立即维护或更换。

制造商可自行定义显示参数及对应的维护策略。

T/CES 146—2022

7

附 录 A

(资料性附录)

典型寿命机理的函数及寿命次数预测示例

断路器的分断电流(含额定电流及以下正常电流，以及过载及短路的故障电流)会大大降低其使用

寿命次数。

断路器工作电流低于为其指定的带电操作性能最小电流，则断路器磨损不会受到电流的影响。在这

种情况下，可以认为使用寿命次数仅取决于断路器的不带电操作性能次数。

断路器工作电流高于为其指定的带电操作性能最小电流，则断路器磨损要进一步考虑相关电流的影

响。

断路器在规定电压条件下的使用寿命次数曲线典型案例如图A.1 所示。

图A.1 断路器使用寿命次数曲线图

根据图A.1 可得断路器通断电流与使用寿命次数的对应关系，以及每次带电操作对使用寿命次数的

影响系数，具体数据举例见表A.1。

表A.1 断路器通断电流与使用寿命次数的对应关系

通断电流 0.15In 以下0.3In In 2In 4In 6In 10In 15In 15In 以上

使用寿命次数 10 000 8 000 1 000 300 100 40 20 10 3

影响系数

次

0.01% 0.012 5% 0.1% 0.33% 1% 2.5% 5% 10% 33.3%

根据表A.1 中的数据，在实际运行时，只要给出每次分断的电流参数，可推算出剩余寿命次数，即

剩余不带电操作次数。从而可以提供剩余寿命次数预测报告，包括影响寿命次数的因素，即分断的原因、

分断时的电流大小等情况，预期还剩余多少次不带电操作次数，为后续进行维护提供数据支撑。

T/CES 146—2022

8

附 录 B

(资料性附录)

系统平台健康管理信息示例

B.1 健康管理信息平台显示示例

通过系统平台可显示断路器更多数据信息，表B.1 为平台显示屏上断路器健康管理信息示例。

表B.1 平台侧断路器健康管理信息示例

项目 信 息 显示方式

1.1 设备和编号 图片+字符

1.2 设备位置信息 文字

1.3 设备所属变电站 文字

1.4 设备制造企业 文字

2.1 设备运行状态(闭合/断开) 文字

2.2 累计运行时间 h 文字+字符

2.3 累计操作次数 次 文字+字符

2.4 A、B、C 三相电流 A 折线图+颜色

2.5 A、B、C 三相电压 V 折线图+颜色

2.6 频率 Hz 文字+字符

3.1 A、B、C 三相负载率(%) 折线图+颜色

3.2 三相不平衡率(%) 折线图+颜色

3.3 有功功率、无功功率、视在功率 W 文字+字符

3.4 功率因数 文字+字符

3.5 A、B、C 三相接线端子温升 K 柱状图+颜色

3.6 A、B、C 三相触头温度 ℃ 折线图+颜色

3.7 A、B、C 三相接线端子温度 ℃ 折线图+颜色

3.8 设备周围环境温度 ℃ 折线图+颜色

4.1 触头磨损(%) 仪表盘+颜色

4.2 热老化(%) 仪表盘+颜色

5.1 健康度 分 文字+字符+颜色

5.2 故障概率(%) 文字+字符+颜色

5.3 维护建议 文字

T/CES 146—2022

9

B.2 断路器健康报表示例

通过系统平台可定期或在突发状况时提供各种报表，表B.2 是其中一种形式。

表B.2 断路器健康报表示例

设备编号 报告日期 报告类型 定期/突发

设备名称 型号 规格

出厂日期 运行日期 持续运行时间 天 小时

运行情况

运行时最大参数

运行时最小参数

运行时最高环境温度

运行时最小环境温度

维护次数

维护记录 第1 次日期 维护内容

维护记录 第2 次日期 维护内容

断路器健康状态

操作次数 触头磨损 热老化

故障发生次数

第1 次日期

时间

故障类型 处理方式与结果

第2 次日期

时间

故障类型 处理方式与结果

当前断路器故障发生率

当前断路器健康度评分

维护建议

B.3 接入平台的数据格式示例

断路器的健康管理数据接入系统平台需要进行数据类型转换、大小端数据转换等。数据格式要求示

例见表B.3。

T/CES 146—2022

10

表B.3 接入平台的数据格式示例

序号 分类 参数 数值类型

1 设备编号 字符串

2 设备名称 字符串

3 型号 字符串

4 规格 字符串

5 出厂日期 字符串

6

设备信息数据

运行日期 字符串

7 电压 浮点型

8 电流 浮点型

9 频率 浮点型

10 功率 浮点型

11 谐波 浮点型

12 触头压降 浮点型

13

电气数据

触头阻抗 浮点型

14 储能簧压力 浮点型

15 主轴应力 浮点型

16 主轴角速度 浮点型

17 主触头角位移 浮点型

18

机械数据

触头磨损率 浮点型

19 温度 浮点型

20 湿度 浮点型

21

外部环境数据

大气压 浮点型

22 设备状态 字符串

23 故障预警 字符串

24 寿命预测 浮点型

25 健康度 浮点型

26

故障与运维数据

设备检修与维护信息 字符串

T/CES 146—2022

11

参 考 文 献

[1] T/CEEIA 509—2021《智能低压断路器》