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智能电网系统中低压电器发展探讨

导读: 本文重点探讨智能电器为什么是低压电器发展的必然趋向,智能电器基本特征,智能电网与智能电器的关系,智能电网对智能电器提出了什么新的要求,智能电器涉及的主要关键技术以及目前我国智能电网发展现状与动向。

  0 引言

  低压电器伴随着电的应用而诞生,早期低压电器主要用于接通和断开电路。随着电力系统容量逐渐增大,电气负载种类不断扩展,低压电器功能和种类也不断增加。逐渐形成配电电器、控制电器、终端电器三大类产品。每一类产品又有很多种类低压电器,它们在电力系统中各自承担着不同的功能。

  随着电子技术的应用,低压电器功能进一步扩大。特别是微处理器在低压电器中应用,使低压电器开始具有智能化功能。

  近十多年来通信技术、现场总线技术在低压电器中应用,使低压电器具有可通信并逐步向网络化发展。最近两年提出了发展智能电网的要求,它给低压电器又提出了新的要求。本文重点探讨智能电器为什么是低压电器发展的必然趋向,智能电器基本特征,智能电网与智能电器的关系,智能电网对智能电器提出了什么新的要求,智能电器涉及的主要关键技术以及目前我国智能电网发展现状与动向。

  1 智能电网与智能电器

  1.1 智能电器诞生及其基本特征

        我国第一个智能低压电器研发工作始于上世纪八十年代后期,上海电器科学研究所根据国外万能式断路器发展动向,提出了开发智能型万能式断路器的设想。

  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。该项目立项建议书和可行性分析报告中提出了智能型万能式断路器具有以下基本特征:

  (1)保护功能齐全。万能式断路器作为低压配电系统主保护开关,具有很高分断能力,其主要功能是配电与保护。保护功能主要是系统过电流保护,并具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动三段选择性保护功能,此外还具有欠压保护等。智能型万能式断路器的脱扣器采用微处理器使其保护功能大大扩展,凡是配电系统可能出现的故障(如接地故障、断相、三相不平衡、相序等)均能实现有效的保护。

  (2)电参数测量与显示功能。能测量系统中电压、电流、功率因素、有功、无功功率等。

  (3)外部故障记录与显示。原有万能式断路器在线路发生故障跳闸后,维护人员很难避别故障类型及故障地点,给故障排除带来困难。甚至出现故障未排除重新合闸断路器,使故障进一步扩大的情况屡有发生。智能型断路器能正确记录故障类型,以及短路电流值。给维护人员迅速排除故障提供了方便,能有效防止上述情况发生。

  (4)内部故障自诊断和报警功能。智能断路器具有强大的功能,但是使用部门担心,一旦智能脱扣器出现故障和损坏怎么办?为了避免这一情况出现,智能脱扣器设置了“看门狗”线路,它的任务是周期性不间断检查智能脱扣器线路工作状况。一旦发现不正常立即发出报警,便于维护人员及时维修或更换。它确保了智能化断路器可靠工作。

  (5)很多智能化断路器还带有出线端温升预警功能,一旦出现断路器出线端温升偏高或接近最高允许温度,断路器立即发出警报。维护人员应检查是断路器出线端接触不可靠(往往由于连接螺母没有拧紧造成)还是由过载引起,以便维护人员及时排除故障,确保配电系统安全运行。

  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,有三个框架等级2000、3200、6300A。其中6300A主回路为2台3200A并联组合而成。DW45智能化断路器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、DW17、DW15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。实践使用表明,智能化断路器使用十分可靠。

  与智能化万能式断路器同时开发的智能化电器产品有智能化塑壳断路器。该项目于1991年底立项,1995年样品鉴定。由于该产品仅2000A一个规格,且作为大电流塑壳断路器由于短时耐受电流不高,很多场合不能作为配电系统主保护开关和分路保护开关,所以推广应用不多。

  从上世纪九十年代开始又相继开发了智能型控制与保护开关电器、智能型交流接触器、智能型电动机保护器、智能型软启动器、智能型双电源自动转换开关等产品。应该说我国第三代低压电器主要产品已经具有智能化功能。但是,由于低压配电系统没有通信功能和网络化,使智能型低压电器众多智能化功能并没有发挥应有的作用。随着计算机技术、通信技术、自动化控制技术在低压配电和控制系统中应用,这些系统开始采用现场总线实现网络化。采用现场总线技术后使低压配电、控制系统变得十分简洁。特别是低压控制系统采用现场总线技术后,节省了大量电缆和二次控制线。虽然采用可通信低压电器使电器成本有所上升,由于电缆和二次线的大量减少,使低压控制系统总成本反而下降而且采用现场总线网络化系统后使低压控制系统十分简洁,且设计、安装、使用、维护方便,特别是系统更改与改造十分方便,深受用户欢迎。

  1.2 智能电网与智能电器的关系

        智能电网的概念其实很早就有专家提出,只是没有被人引起重视。自从前二年美国总统奥巴马提出在美国建设智能电网设想后立即引起了全世界的关注。目前,关于智能电网的概念与含义,各国根据本国电网特点及发展需要有不同的提法。我国把智能电网建设由国家电网公司统一规划、统一标准、统—实施。国网公司根据我国电网特点,提出了构建以特高压为核心的坚强电网。并提出了智能电网的基本含义是物理电网加信息化。

  大家知道,电网是由发电、输电、变电、配电、用电五大部分组成,每一部分都由相应的电器设备组成。从电器设备及系统角度看,智能电网应具备以下两个基本特征。

  (1)电网5大组成部分应各自形成5个网络系统,5个网络系统应采用开放的,标准化的、先进的通信协议,且5个网络能实现无缝链接。使整个电网通信简洁、快捷、高效。

  (2)智能电网中五大部分主要电气设备应是高性能、高可靠、智能化。那么智能电器、智能化低压电器的含义又是什么呢?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和使用部门所接受。目前智能化低压电器基本含义是保护与控制功能齐全,兼有测量、故障报警记录、系统运行监控、电能使用管理等功能。

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