低压电器智能化的发展回顾及技术要求

摘要：本文对智能低压电器的概念进行了探讨，对我国智能化低压电器发展历程进行了简要的回顾，介绍了低压电器智能化发展涉及的相关新技术，最后指出了智能电网对低压电器智能化提出的要求及发展机遇。

一、什么是智能低压电器

到目前为止，国内外低压电器标准上还没有对低压电器智能化进行定义。但是，智能化低压电器这一说法已经被低压电器研发人员、设计人员、制造商及工程设计人员以及使用部门所接受。低压智能化电器应具有四个功能上的基本特征：保护功能非常齐全、测量现实电流参数、故障记录与显示、内部故障自诊断等。

随着建筑电气的发展和智能电网的建设，拥有智能化功能的低压电器越来越受住宅配电系统供应商重视。10月28日，在南京举办的第二届中国国际电工电器装备博览会上，就有很多智能化的低压电器产品亮相。法泰电器(江苏)有限公司展出的FTB1带选择性保护小型断路器，就是智能低压电器的典型代表。FTB1由法泰电器、上海电器科学研究所等联合开发，具有完全自主知识产权[1]。该产品属于第四代低压电器，填补了我国低压终端配电系统在选择性保护领域的空白，不仅分断能力高、产品体积小，而且具有选择性保护、智能化通信功能，能满足智能楼宇和智能终端配电回路系统的使用需求。同样具有智能化功能的还有百利特精电气股份有限公司研制的VW60新一代智能低压框架断路器。VW60万能式低压断路器产品具有体积小、短路性能强、操作机构新颖和现场总线技术水平高等特点。该产品的成功开发，可促进智能化低压配电与电控成套开关设备的发展，从而推动配网智能化的进程。

智能化低压电器与普通电器相比具有以下优点：

1)普通配电电器会使配电系统产生高次谐波，而智能配电电器能够消除输入信号中的高次谐波，从而避免高次谐波造成的误操作。

2)智能过载电器可以保护具有多种起动条件的电动机，具有很高的动作可靠性，例如，电动机过载与断相保护、接地保护、三相不平衡保护以及反相或低电流保护等。

3)智能保护继电器具有监控、保护和通讯功能。

4)智能电器可以实现中央计算机集中控制，提高了配电系统的自动化程度，使配电、控制系统的调度和维护达到新的水平。

5)智能电器采用数字化的新型监控元件，使配电系统和控制中心提供的信息最大幅度增加，且接线简单、便于安装，提高了工作的可靠性。

6)智能电器可以实现数据共享，可以减少信息重复和信息通道。

二、我国智能化低压电器发展回顾

我国低压电器行业经过50多年的发展，从无到有、从小到大，取得了骄人的成绩。目前已经形成比较完整的体系，就低压电器品种、规格、性能、生产能力来看，基本上满足了我国国民经济发展的需要。

从20世纪90年代初开始，我国就着手研制具有智能化、可通信功能的第3代低压电器，到上世纪末本世纪初基本实现了低压配电网的智能控制和网络控制，以此满足配网自动化的需求。1990年联合上海人民电器厂、遵义长征九厂向原机械工业部申报国家重点企业技术开发项目，于1991年正式立项。该产品于1995年通过鉴定，1997年开始投入小批量生产，型号为DW45系列，有3个框架等级2000A、3200A及6300A。其中6300A主回路为2台3200A并联组合而成。DW45智能化投放市场后由于其高性能和高可靠深受用户欢迎，其产量不断攀升。DW45系列断路器目前年产量已超过20万台，是我国低压电器发展史上推广最成功的产品。由于DW45大量推广，使ME和DW17系列断路器产量逐步下降。目前DW45系列万能式断路器在配电系统中运行的产品已超过100万台。

但由于智能变电站、配电自动化、调度自动化等系统的研发与应用也在同期刚刚起步，因此，存在着需求分散、各成系统等问题，即系统平台不统一，各系统间很难实现互联和信息共享，造成不同地区、不同厂家生产的智能化低压电器等电器设备或高、低压电网间信息不通，数据上传不通，下达不畅，无法从根本上实现电力自动化目标。因此，我国具有智能化、可通信功能的第3代低压电器的推广应用并不十分理想，但从目前智能电网对电器设备的要求来看，已打下了一定的技术基础。

低压智能化控制系统在国外已广泛使用，这些系统往往省略了马达控制中心(MCC)，电动机起动器一般安装在电动机旁边，它们通过现场总线与中央控制室上位机连接。既能集中控制，又能现场操作。为了尽快跟上世界新技术发展潮流，上海电器科学研究所从2000年开始，专门成立现场总线研发中心，重点研究可通信低压电器以及低压智能配电网络系统及相关配套产品。苏州万龙电气集团和常熟开关制造有限公司参与该项技术及相关产品的研发工作。经过近十年研发，我们已经在第三代主要低压电器产品上实现可通信，包括可通信万能式断路器、可通信塑壳式断路器、可通信双电源自动转换开关、可通信交流接触器、可通信电动机保护器、可通信软起动器、可通信控制与保护开关电器等产品[2]。

通过以上一系列产品开发，使我国智能电器、可通信电器以及智能配电与控制系统相关技术跟上世界发展潮流。由于我国电工行业分割，各自为政，使该项技术及相关产品的推广带来困难。至今，我国智能化可通信低压电器及其系统推广并不理想。2009年美国提出了在美国发展与建设智能电网的设想，引起了全世界对智能电网发展的重视。当然也引起了我国高层领导的重视。我国已将智能电网发展与建设明确由国家电网公司统一规划、统一标准、统一实施。可以相信，随着智能电网建设与发展，我国智能化可通信低压电器及其系统必将带来新的发展机遇。

三、低压电器智能化发展涉及的相关新技术

智能化低压电器须满足性能优良、工作可靠、产品体积小、组合化设计、可通信、节能环保等要求，要具有保护、监测、通信、自诊断、显示等功能，这是实现电网智能化所必需的。

1、低压电器基本智能化技术

目前，智能化低压电器基本含义主要包括以下功能：保护与控制功能齐全，兼有电参数测量，外部故障检测、报警和开关内部故障自诊断与报警，系统运行状态监控，电能使用管理等功能(或其中一部分功能)。为此，需要对下列技术进行深入研究。