低壓電器智能化的發(fā)展回顧及技術要求

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

一、什么是智能低壓電器

到目前為止，國內外低壓電器標準上還沒有對低壓電器智能化進行定義。但是，智能化低壓電器這一說法已經被低壓電器研發(fā)人員、設計人員、制造商及工程設計人員以及使用部門所接受。低壓智能化電器應具有四個功能上的基本特征：保護功能非常齊全、測量現(xiàn)實電流參數(shù)、故障記錄與顯示、內部故障自診斷等。

隨著建筑電氣的發(fā)展和智能電網的建設，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品亮相。法泰電器(江蘇)有限公司展出的FTB1帶選擇性保護小型斷路器，就是智能低壓電器的典型代表。FTB1由法泰電器、上海電器科學研究所等聯(lián)合開發(fā)，具有完全自主知識產權[1]。該產品屬于第四代低壓電器，填補了我國低壓終端配電系統(tǒng)在選擇性保護領域的空白，不僅分斷能力高、產品體積小，而且具有選擇性保護、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品具有體積小、短路性能強、操作機構新穎和現(xiàn)場總線技術水平高等特點。該產品的成功開發(fā)，可促進智能化低壓配電與電控成套開關設備的發(fā)展，從而推動配網智能化的進程。

智能化低壓電器與普通電器相比具有以下優(yōu)點：

1)普通配電電器會使配電系統(tǒng)產生高次諧波，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具有多種起動條件的電動機，具有很高的動作可靠性，例如，電動機過載與斷相保護、接地保護、三相不平衡保護以及反相或低電流保護等。

3)智能保護繼電器具有監(jiān)控、保護和通訊功能。

4)智能電器可以實現(xiàn)中央計算機集中控制，提高了配電系統(tǒng)的自動化程度，使配電、控制系統(tǒng)的調度和維護達到新的水平。

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

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。目前已經形成比較完整的體系，就低壓電器品種、規(guī)格、性能、生產能力來看，基本上滿足了我國國民經濟發(fā)展的需要。

從20世紀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，到上世紀末本世紀初基本實現(xiàn)了低壓配電網的智能控制和網絡控制，以此滿足配網自動化的需求。1990年聯(lián)合上海人民電器廠、遵義長征九廠向原機械工業(yè)部申報國家重點企業(yè)技術開發(fā)項目，于1991年正式立項。該產品于1995年通過鑒定，1997年開始投入小批量生產，型號為DW45系列，有3個框架等級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，其產量不斷攀升。DW45系列斷路器目前年產量已超過20萬臺，是我國低壓電器發(fā)展史上推廣最成功的產品。由于DW45大量推廣，使ME和DW17系列斷路器產量逐步下降。目前DW45系列萬能式斷路器在配電系統(tǒng)中運行的產品已超過100萬臺。

但由于智能變電站、配電自動化、調度自動化等系統(tǒng)的研發(fā)與應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)間很難實現(xiàn)互聯(lián)和信息共享，造成不同地區(qū)、不同廠家生產的智能化低壓電器等電器設備或高、低壓電網間信息不通，數(shù)據(jù)上傳不通，下達不暢，無法從根本上實現(xiàn)電力自動化目標。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用并不十分理想，但從目前智能電網對電器設備的要求來看，已打下了一定的技術基礎。

低壓智能化控制系統(tǒng)在國外已廣泛使用，這些系統(tǒng)往往省略了馬達控制中心(MCC)，電動機起動器一般安裝在電動機旁邊，它們通過現(xiàn)場總線與中央控制室上位機連接。既能集中控制，又能現(xiàn)場操作。為了盡快跟上世界新技術發(fā)展潮流，上海電器科學研究所從2000年開始，專門成立現(xiàn)場總線研發(fā)中心，重點研究可通信低壓電器以及低壓智能配電網絡系統(tǒng)及相關配套產品。蘇州萬龍電氣集團和常熟開關制造有限公司參與該項技術及相關產品的研發(fā)工作。經過近十年研發(fā)，我們已經在第三代主要低壓電器產品上實現(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換開關、可通信交流接觸器、可通信電動機保護器、可通信軟起動器、可通信控制與保護開關電器等產品[2]。

通過以上一系列產品開發(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)相關技術跟上世界發(fā)展潮流。由于我國電工行業(yè)分割，各自為政，使該項技術及相關產品的推廣帶來困難。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)展與建設智能電網的設想，引起了全世界對智能電網發(fā)展的重視。當然也引起了我國高層領導的重視。我國已將智能電網發(fā)展與建設明確由國家電網公司統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一實施?？梢韵嘈?，隨著智能電網建設與發(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)展機遇。

三、低壓電器智能化發(fā)展涉及的相關新技術

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

1、低壓電器基本智能化技術

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