低壓斷路器的智能化發(fā)展

浙江正泰電器股份有限公司 蕭紅衛(wèi)

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速增長，電網(wǎng)高速發(fā)展，對電力系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化要求越來越高，無論是發(fā)電、輸電、配電還是用電，都提出了監(jiān)測、控制、保護(hù)等方面的自動(dòng)化和智能化的要求。

低壓斷路器作為低壓配電系統(tǒng)中最重要的控制與保護(hù)元件，它的自動(dòng)化和智能化程度決定著電器設(shè)備的智能化程度。隨著計(jì)算機(jī)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，低壓斷路器在接通、分?jǐn)?、保護(hù)、安全、維護(hù)等方面的性能與采用熱磁式技術(shù)的低壓斷路器相比有了顯著變化。一個(gè)低壓電器制造廠萬能式斷路器、塑殼式斷路器的技術(shù)水平、產(chǎn)量、質(zhì)量在一定程度上代表著其在行業(yè)中的地位。且低壓斷路器產(chǎn)值占低壓電器總產(chǎn)值的50%以上。

一、萬能式斷路器現(xiàn)狀

正泰在產(chǎn)的萬能式斷路器分為：經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型、智能型三個(gè)檔次

經(jīng)濟(jì)型ACB：不具有選擇性保護(hù)功能，結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，分?jǐn)嗄芰^低，飛弧距離較大，價(jià)格便宜，主要用于維修更換市場。根據(jù)近年市場統(tǒng)計(jì)分析，每年銷量正逐步下降，并有快速下降趨勢，如DW16系列產(chǎn)品。

標(biāo)準(zhǔn)型ACB：具有三段保護(hù)功能、選擇性保護(hù)功能，分?jǐn)嗄芰灸軡M足低壓配電網(wǎng)的要求，正面快速操作，分固定式、抽屜式（DW15-630及以下）安裝，產(chǎn)品性價(jià)比較高。近年來銷量增長主要集中在1600A～6300A電流規(guī)格，1600A以下電流規(guī)格相對穩(wěn)定，增幅不大。如DW15、DW17等系列產(chǎn)品。

智能型ACB：帶有各種保護(hù)功能脫扣器，其中智能控制器，帶有內(nèi)置開放式通訊協(xié)議，通過標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，與適配器連接，可實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議與TCP/IP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。分?jǐn)嗄芰Ω?Icu＝Ics＝50kA～125kA)，零飛弧、小型化、結(jié)構(gòu)模塊化，附件齊全，產(chǎn)品本體采用整體塑料結(jié)構(gòu)，外形美觀。近年來該系列ACB正是迅速增長趨勢，如NA1、NA8系列產(chǎn)品。

從電網(wǎng)發(fā)展與應(yīng)用的角度看，ACB并不一定需要所有產(chǎn)品都追求高性能，而是根據(jù)不同電網(wǎng)的需求，負(fù)載性質(zhì)來選擇不同檔次的產(chǎn)品，可以預(yù)測在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，將同時(shí)存在經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型和智能型三個(gè)檔次產(chǎn)品。但隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)步伐的不斷加快，三個(gè)檔次產(chǎn)品生命周期會加快（3～5年內(nèi)）角色轉(zhuǎn)換。

二、塑殼式斷路器現(xiàn)狀

在配電系統(tǒng)中作為支路保護(hù)功能為主的塑殼斷路器既要保證分支路用電可靠，以要保證整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行安全。該系列產(chǎn)品量大面廣，加工制造工藝相對要求較高，大批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性能較好地反映制造廠低壓電器的制造水平。

正泰目前MCCB產(chǎn)品熱磁式斷路器的銷售占比較大，其主要靠熱雙金和磁系統(tǒng)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能，越來越難以滿足配電系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性、安全性的要求，無法實(shí)現(xiàn)通信組網(wǎng)。

正泰電器于2005年推出一種全新的NM8系列智能型塑殼斷路器，采用轉(zhuǎn)動(dòng)式雙斷點(diǎn)滅弧系統(tǒng)，體積小，分?jǐn)嗄芰Ω?。以較少的殼架覆蓋全系列產(chǎn)品，是當(dāng)前國內(nèi)外較先進(jìn)的產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品除具有傳統(tǒng)MCCB的全部功能外，增加了通信功能（Prfibus Modbus通信協(xié)議），故障記憶等功能。提高了保護(hù)精度，使配電網(wǎng)系統(tǒng)更加可靠、安全、準(zhǔn)確。其保護(hù)特性和分?jǐn)嘀笜?biāo)接近萬能式斷路器，但因采用限流技術(shù)實(shí)際分?jǐn)喽搪冯娏鬏^低，若實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)有一些關(guān)鍵技術(shù)尚需解決。

三、重點(diǎn)開展的創(chuàng)新活動(dòng)：

國外各大知名公司從二十世紀(jì)末到二十一世紀(jì)初，陸續(xù)推出新型ACB和MCCB，并不斷完善和擴(kuò)展，無論在主要技術(shù)性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、新技術(shù)應(yīng)用等方面都有重大突破和創(chuàng)新。其中以德國西門子最為突出，其可通信的低壓電器，已可組成十分龐大的工業(yè)制系統(tǒng)，電力配電監(jiān)控系統(tǒng)和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)；三菱公司開發(fā)的MDU系列斷路器，可直接實(shí)現(xiàn)電力能源監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。

隨著智能電網(wǎng)在國內(nèi)外引起的研究熱點(diǎn)，低壓電器的“智能化”和“可通信”最終將向智能電網(wǎng)方向發(fā)展，形成智能電網(wǎng)的低壓用戶端產(chǎn)業(yè)。智能電網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全，智能電網(wǎng)的低壓用戶端同樣具有可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效等特點(diǎn)，要打造智能電網(wǎng)離不開作為電網(wǎng)基礎(chǔ)的低壓配電系統(tǒng)與低壓電器元件的智能化和可通信，其起到控制與保護(hù)作用的核心器件包括萬能式斷路器、塑殼斷路器等，這些器件的智能化和可通信自然成了低壓電器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。

鑒于國際知名公司在我國擴(kuò)張速度的加快及對華策略的調(diào)整、新一輪資產(chǎn)重組和資源整合等，將對我國低壓電器行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和未來發(fā)展產(chǎn)生不容低估的影響。隨著智能電網(wǎng)的興起，我公司的高檔、中高檔低壓電器將朝智能電網(wǎng)的方向靠攏，將逐步形成智能電網(wǎng)的低壓端產(chǎn)業(yè)，成為低壓電器產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)。

根據(jù)我公司產(chǎn)業(yè)狀況和技術(shù)狀況的發(fā)展分析，正著手建立具有人才優(yōu)勢，協(xié)同開發(fā)的研發(fā)模式，打造充分發(fā)揮公司綜合優(yōu)勢，廣泛吸納社會資源，多學(xué)科深層系統(tǒng)集成的共性技術(shù)研究平臺，重點(diǎn)研究具有前瞻性和創(chuàng)新性的科研項(xiàng)目，具體如下：

1、建立關(guān)鍵零部件制造基地

關(guān)鍵零部件的質(zhì)量直接影響著低壓電器的總體質(zhì)量和可靠性。在產(chǎn)業(yè)高度集群化的低壓電器產(chǎn)業(yè)中，低壓電器的零部件往往由上游廠家提供。各上游廠家提供的零部件良莠不齊，零部件生產(chǎn)廠家不愿意在提高零部件質(zhì)量上大力投入，僅利用價(jià)格競爭，質(zhì)量越來越差。因此，建立關(guān)鍵零部件制造基地勢在必行，同時(shí)，加大有提升潛力的供應(yīng)商的幫扶力度，使其管理能力、技術(shù)質(zhì)量保證能力及加工設(shè)備等滿足公司要求。

2、低壓電器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)

低壓電器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真，就猶如建筑設(shè)計(jì)CAD、電路設(shè)計(jì)CAD和仿真，是低壓電器設(shè)計(jì)的利器。但是，由于低壓電器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)針對性強(qiáng)，低壓電器設(shè)計(jì)的模型多和非線性特征，設(shè)計(jì)復(fù)雜，一次性投入大等因素，低壓電器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真方面仍處于原始的初級階段，缺乏系統(tǒng)的軟件。因此，低壓電器計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，二次開發(fā)各系統(tǒng)的軟件，培養(yǎng)專業(yè)人才，是組成低壓電器產(chǎn)品研發(fā)體系的重要部分。

3、低壓電器制造過程中檢測設(shè)備的開發(fā)

低壓電器制造過程中檢測設(shè)備的檢測效率和精度，是保證低壓電器產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵因素。通過研制低壓電器用智能化檢測設(shè)備，進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性篩選，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行低壓電器產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

4、智能電網(wǎng)用低壓電器關(guān)鍵技術(shù)研究

智能電網(wǎng)用低壓配電設(shè)備、低壓用戶端電器，將是低壓電器將來的主要發(fā)展方向，因此通過項(xiàng)目的形式，研究其關(guān)鍵技術(shù)意義重大。

1）通信技術(shù)及電器級通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究

通信技術(shù)的研究主要在通信標(biāo)準(zhǔn)和通信媒介方面。通信標(biāo)準(zhǔn)方面：將重點(diǎn)研究用電側(cè)用戶終端設(shè)備的通信標(biāo)準(zhǔn)，即智能低壓電器雙向通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品性能與通信要求有機(jī)結(jié)合，以使產(chǎn)品具有較好的互操作性。通信媒介方面：通信媒介的選擇除了傳統(tǒng)的光纖高速網(wǎng)絡(luò)外，在用戶端更注重電力載波和無線通訊技術(shù)。

2）廣域測控技術(shù)

廣域測控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全自愈最根本的手段，其通過實(shí)時(shí)同步采集廣域電網(wǎng)的運(yùn)行信息動(dòng)態(tài)地對電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)并采取相應(yīng)的對策，變被動(dòng)處理為主動(dòng)抑制事故發(fā)生，重點(diǎn)研究具有遠(yuǎn)程測控終端（RTU）功能的低壓電器。

3）區(qū)域聯(lián)鎖與選擇性保護(hù)技術(shù)

研究低壓斷路器區(qū)域聯(lián)鎖、區(qū)域選擇性聯(lián)鎖技術(shù)，提高選擇性保護(hù)可靠性，縮短選擇性保護(hù)時(shí)間，消除低壓斷路器越級跳閘現(xiàn)象。

研究萬能式斷路器能達(dá)到Icu=Ics=Icw的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全選擇性保護(hù)；塑殼斷路器分?jǐn)鄷r(shí)的限流性能與選擇性保護(hù)技術(shù)，使塑殼斷路器既有良好的限流特性，又能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。

研究從電源出線端到負(fù)載側(cè)的多層次選擇性保護(hù)技術(shù)，尤其是在選擇性保護(hù)的層次擴(kuò)大上：重點(diǎn)解決

（1）檢測故障的時(shí)間要短；

（2）送出邏輯等待信號要快，能讓上級的多個(gè)斷路器同時(shí)閉鎖。

（3）低壓斷路器智能化與可通信技術(shù)研究

完善與擴(kuò)展低壓斷路器的智能化功能，在多種總線并存情況下，通過采用通信適配器的方式，實(shí)現(xiàn)通信功能。將保護(hù)、測量、故障預(yù)警、自治斷、監(jiān)控、能量管理等功能集中于一體。

實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的全面的電能管理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測能源損耗，提高電力質(zhì)量，并可根據(jù)用戶情況制訂配電系統(tǒng)管理和維護(hù)計(jì)劃，使配電系統(tǒng)更加節(jié)能和高效。