低壓電器智能化的發(fā)展回顧及技術(shù)要求

摘要：本文對智能低壓電器的概念進(jìn)行了探討，對我國智能化低壓電器發(fā)展歷程進(jìn)行了簡要的回顧，介紹了低壓電器智能化發(fā)展涉及的相關(guān)新技術(shù)，最后指出了智能電網(wǎng)對低壓電器智能化提出的要求及發(fā)展機(jī)遇。

一、什么是智能低壓電器

到目前為止，國內(nèi)外低壓電器標(biāo)準(zhǔn)上還沒有對低壓電器智能化進(jìn)行定義。但是，智能化低壓電器這一說法已經(jīng)被低壓電器研發(fā)人員、設(shè)計(jì)人員、制造商及工程設(shè)計(jì)人員以及使用部門所接受。低壓智能化電器應(yīng)具有四個(gè)功能上的基本特征：保護(hù)功能非常齊全、測量現(xiàn)實(shí)電流參數(shù)、故障記錄與顯示、內(nèi)部故障自診斷等。

隨著建筑電氣的發(fā)展和智能電網(wǎng)的建設(shè)，擁有智能化功能的低壓電器越來越受住宅配電系統(tǒng)供應(yīng)商重視。10月28日，在南京舉辦的第二屆中國國際電工電器裝備博覽會上，就有很多智能化的低壓電器產(chǎn)品亮相。法泰電器(江蘇)有限公司展出的FTB1帶選擇性保護(hù)小型斷路器，就是智能低壓電器的典型代表。FTB1由法泰電器、上海電器科學(xué)研究所等聯(lián)合開發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)[1]。該產(chǎn)品屬于第四代低壓電器，填補(bǔ)了我國低壓終端配電系統(tǒng)在選擇性保護(hù)領(lǐng)域的空白，不僅分?jǐn)嗄芰Ω?、產(chǎn)品體積小，而且具有選擇性保護(hù)、智能化通信功能，能滿足智能樓宇和智能終端配電回路系統(tǒng)的使用需求。同樣具有智能化功能的還有百利特精電氣股份有限公司研制的VW60新一代智能低壓框架斷路器。VW60萬能式低壓斷路器產(chǎn)品具有體積小、短路性能強(qiáng)、操作機(jī)構(gòu)新穎和現(xiàn)場總線技術(shù)水平高等特點(diǎn)。該產(chǎn)品的成功開發(fā)，可促進(jìn)智能化低壓配電與電控成套開關(guān)設(shè)備的發(fā)展，從而推動配網(wǎng)智能化的進(jìn)程。

智能化低壓電器與普通電器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)普通配電電器會使配電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，而智能配電電器能夠消除輸入信號中的高次諧波，從而避免高次諧波造成的誤操作。

2)智能過載電器可以保護(hù)具有多種起動條件的電動機(jī)，具有很高的動作可靠性，例如，電動機(jī)過載與斷相保護(hù)、接地保護(hù)、三相不平衡保護(hù)以及反相或低電流保護(hù)等。

3)智能保護(hù)繼電器具有監(jiān)控、保護(hù)和通訊功能。

4)智能電器可以實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算機(jī)集中控制，提高了配電系統(tǒng)的自動化程度，使配電、控制系統(tǒng)的調(diào)度和維護(hù)達(dá)到新的水平。

5)智能電器采用數(shù)字化的新型監(jiān)控元件，使配電系統(tǒng)和控制中心提供的信息最大幅度增加，且接線簡單、便于安裝，提高了工作的可靠性。

6)智能電器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以減少信息重復(fù)和信息通道。

二、我國智能化低壓電器發(fā)展回顧

我國低壓電器行業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，從無到有、從小到大，取得了驕人的成績。目前已經(jīng)形成比較完整的體系，就低壓電器品種、規(guī)格、性能、生產(chǎn)能力來看，基本上滿足了我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

從20世紀(jì)90年代初開始，我國就著手研制具有智能化、可通信功能的第3代低壓電器，到上世紀(jì)末本世紀(jì)初基本實(shí)現(xiàn)了低壓配電網(wǎng)的智能控制和網(wǎng)絡(luò)控制，以此滿足配網(wǎng)自動化的需求。1990年聯(lián)合上海人民電器廠、遵義長征九廠向原機(jī)械工業(yè)部申報(bào)國家重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，于1991年正式立項(xiàng)。該產(chǎn)品于1995年通過鑒定，1997年開始投入小批量生產(chǎn)，型號為DW45系列，有3個(gè)框架等級2000A、3200A及6300A。其中6300A主回路為2臺3200A并聯(lián)組合而成。DW45智能化投放市場后由于其高性能和高可靠深受用戶歡迎，其產(chǎn)量不斷攀升。DW45系列斷路器目前年產(chǎn)量已超過20萬臺，是我國低壓電器發(fā)展史上推廣最成功的產(chǎn)品。由于DW45大量推廣，使ME和DW17系列斷路器產(chǎn)量逐步下降。目前DW45系列萬能式斷路器在配電系統(tǒng)中運(yùn)行的產(chǎn)品已超過100萬臺。

但由于智能變電站、配電自動化、調(diào)度自動化等系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用也在同期剛剛起步，因此，存在著需求分散、各成系統(tǒng)等問題，即系統(tǒng)平臺不統(tǒng)一，各系統(tǒng)間很難實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和信息共享，造成不同地區(qū)、不同廠家生產(chǎn)的智能化低壓電器等電器設(shè)備或高、低壓電網(wǎng)間信息不通，數(shù)據(jù)上傳不通，下達(dá)不暢，無法從根本上實(shí)現(xiàn)電力自動化目標(biāo)。因此，我國具有智能化、可通信功能的第3代低壓電器的推廣應(yīng)用并不十分理想，但從目前智能電網(wǎng)對電器設(shè)備的要求來看，已打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

低壓智能化控制系統(tǒng)在國外已廣泛使用，這些系統(tǒng)往往省略了馬達(dá)控制中心(MCC)，電動機(jī)起動器一般安裝在電動機(jī)旁邊，它們通過現(xiàn)場總線與中央控制室上位機(jī)連接。既能集中控制，又能現(xiàn)場操作。為了盡快跟上世界新技術(shù)發(fā)展潮流，上海電器科學(xué)研究所從2000年開始，專門成立現(xiàn)場總線研發(fā)中心，重點(diǎn)研究可通信低壓電器以及低壓智能配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及相關(guān)配套產(chǎn)品。蘇州萬龍電氣集團(tuán)和常熟開關(guān)制造有限公司參與該項(xiàng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作。經(jīng)過近十年研發(fā)，我們已經(jīng)在第三代主要低壓電器產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)可通信，包括可通信萬能式斷路器、可通信塑殼式斷路器、可通信雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、可通信交流接觸器、可通信電動機(jī)保護(hù)器、可通信軟起動器、可通信控制與保護(hù)開關(guān)電器等產(chǎn)品[2]。

通過以上一系列產(chǎn)品開發(fā)，使我國智能電器、可通信電器以及智能配電與控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)跟上世界發(fā)展潮流。由于我國電工行業(yè)分割，各自為政，使該項(xiàng)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的推廣帶來困難。至今，我國智能化可通信低壓電器及其系統(tǒng)推廣并不理想。2009年美國提出了在美國發(fā)展與建設(shè)智能電網(wǎng)的設(shè)想，引起了全世界對智能電網(wǎng)發(fā)展的重視。當(dāng)然也引起了我國高層領(lǐng)導(dǎo)的重視。我國已將智能電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)明確由國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一實(shí)施。可以相信，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展，我國智能化可通信低壓電器及其系統(tǒng)必將帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

三、低壓電器智能化發(fā)展涉及的相關(guān)新技術(shù)

智能化低壓電器須滿足性能優(yōu)良、工作可靠、產(chǎn)品體積小、組合化設(shè)計(jì)、可通信、節(jié)能環(huán)保等要求，要具有保護(hù)、監(jiān)測、通信、自診斷、顯示等功能，這是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化所必需的。

1、低壓電器基本智能化技術(shù)

目前，智能化低壓電器基本含義主要包括以下功能：保護(hù)與控制功能齊全，兼有電參數(shù)測量，外部故障檢測、報(bào)警和開關(guān)內(nèi)部故障自診斷與報(bào)警，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，電能使用管理等功能(或其中一部分功能)。為此，需要對下列技術(shù)進(jìn)行深入研究。