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智能电网系统中低压电器发展探讨(1)

摘要: 介绍了智能电网与智能电器的基本特征及相互关系;讲述了智能电器在智能电网中的地位;深入分析了智能电网给低压电器发展带来的机遇及涉及的相关新技术。

0引言

早期的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、 控制电器和终端电器三大类产品。 每 一类产品又有多种低压电器, 它们在电力系统中 各自承担着不同的功能。 随着电子技术、 通信技术、 现场总线技术在低 压电器中应用, 低压电器具有可通信并逐步向网 络化、 智能化发展。智能电网的发展, 给低压电器 又提出了新的要求。本文重点探讨智能电网与智 能电器的关系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智能电器的发展

我国第一个智能低压电器研发工作始于 20 世纪 80 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, 合 上 海 人 民 电 器 联 厂、 遵义长征九厂向原机械工业部申报国家重点 于 企业技术开发项目, 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。 电能测量系统 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, 很难辨别故障类型及 给故障排除带来困难, 甚至出现故障未 故障地点, 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 “ 设置了 看门狗 ” 线路, 可周 器具有强大的功能, 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, 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 ( 往往由连接 以便及时 螺母没有拧紧造成 ) 还是由过载引起, 排除故障, 确保配电系统安全运行。

DW45 智 能 化 断 路 器 于 1995 年 通 过 鉴 定, 1997 年开始投入小批量生产, 3 个 框 架 等 级 有 2 000、 200、 300 A。 其中, 300 A 主回路为 3 6 6 2 台3 200 A 并联组合而成。该产品投放市场后, 由于其高性能和高可靠深受用户欢迎。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 DW17、 DW15 系列断路器产量逐 使 量推广, ME、 DW45 系列万能式断路器在配电 步下降。目前, 系统中运行的产品已超过 100 万台。实际使用表 明, 智能化断路器使用可靠。

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 1995 年样品鉴定。由于该产品仅2 000 A 底立项, 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 20 世纪 90 年代开始, 又相继开发了智能 智能型交流接触器、 智能 型控制与保护开关电器、 型电动机保护器、 智能型软起动器、 智能型双电源 自动转换开关等产品, 中国第三代低压电器主要 由于低压配电 产品已经具有智能化功能。 但是, 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 使低压控制系统简洁, 且设计、 安装、 使用、 维 后, 护方便, 特别是系统更改与改造比较方便 , 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 。自从美国总统奥巴马提出在美国 是没有被重视 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 。中国的智能 电网建设由国家电网公司统一规划 、 统一标准、 统 一实施。国家电网公司根据中国电网特点, 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 。

电网是由发电、 输电、 变电、 配电、 用电 5 大部 每一部分都由相应的电器设备组成。 从 分组成, 电器设备及系统角度看, 智能电网应具备以下基 本特征。

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

(2) 智能电网中 5 大部分主要电气设备应是 高性能、 高可靠性、 智能化。 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 电器相关人员和部门所接受。 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。

1. 3 智能电器在智能电网中地位

不同国家实现智能电网侧重点各不相同, 但 输 变 配 智能电网有一个共同点:建立一条从发、 、 、 用到用户端的电能生产与消费的产业链, 其最终 80% 以上电能通过 体现价值在用户端。 据统计, 用户端低压电器设备传输, 并最终消耗终端电器 设备上。

作为用户端中起保护和控制作用的核心电器 — 设备——低压电器, 处于智能电网链的 最 低 层。智能化低压电器的性能、 功能、 可靠性直接影响到 智能电网的性能与可靠性。它是构建智能电网的 重要组成部分, 也是构建智能电网的重要基础。 因此, 智能化低压电器在智能电网中有着不可替 代的地位与作用。

2智能电网对低压电器发展的影响

2. 1

全新的理念和要求

(1) 智能电网将采用统一平台与标准, 新一代低压电器必须从系统角度发展, 从而为低压电 。 器发展带来全新的理念。

智能电网要求用户端采用统一、 标准化产品, 使目前分散、 重复在各自自动化系统、 监控系统、 电能管理系统、 在线监测装置中的测量、 保护、 控 制等各类智能电器能在新的统一标准的技术支持 系统中逐步集成、 整合, 最终实现各种技术的高度融合, 使各类智能电器功能得到充分发挥 。

(2) 智能电网坚强、 自愈、 互动、 优化等要求 新一代智能电器对电网故障具有早期预警与快速 安全恢复和自愈功能。

根据智能电网要求构成的智能电网系统, 采 用现代通信技术和测量技术实现系统的寿命管 故障快速定位、 系统运行监控、 电能质量监控 理, 等。智能电器信号采集实现数字化, 既保证采样 速率和良好的准确度, 便于通过数据分析进行故 障早期评估与预警; 通过网络监控器快速定位故 障点, 通过网络重新构架, 优化网络运行以及故障 隔离, 非故障区自动恢复供电, 实现电网快速恢复 和自愈。

(3) 智能电网应用新能源系统, 提高电能效 率, 电网质量等方面对低压电器提出了新的要求 。

为此, 需要开发适用于这些系统的具有特定 功能和性能要求的低压电器。对低压电器提出了 更多、 更高的要求, 传统低压电器将面临延伸和扩 展, 包括这些新能源系统控制设备, 大容量真空电 特别要求的低压断路器、 过电压保护装置及系 器, 统等。

(4) 智能电网将打破传统的生产、 消费模式, 形成生产与消费双向互动的服务体系。 为此, 需 要具有双向通信、 双向计量能源管理网络化的低 压电器及系统的支撑, 它将进一步促进低压电器 向网络化方向快速发展。

2. 2提出新要求

对低压断路器提出的新要求

2. 2. 1 (1) 智能电网配电系统中万能式断路器将扮演更为重要的“角色” 它不再是单一的过电流保 而是将测、 检 、控 、 保 、管 5 大功能集中、 整合于 一 体 的 综 合 性、 功 能 开 关 电 器 设 备。 多

① 测:系统各类参数测量、 显示; ② 检: 内、 外部 故障检测、 报警、 显示、 开关运行状态、 寿命检测与 显示;③ 控: 根据配电系统运行状态, 运行参数, 由内、 外部故障情况, 系统运行要求, 发出各种指 ; ④ 保: 具 有 配 电 系 统 各 类 故 障 保 护 功 能 。 令 ⑤ 管:系统能量管理 ( 配电系统电能使用控制在 开关自身运行状况、 寿命管理等, 并 最佳状态 ) , 确保配电系统运行可靠性。

(2) 智能电网对低压断路器故障检测、 处理、 保护提出了全新的概念。① 检测, 智能电网中低 压 断 路 器 应 具 有 故 障 快 速 检 测 与 鉴 别 的 能 力; ② 处理, 对各类故障迅速做出报警、 分断、 或其他 并作出相关显示;③ 保护, 快速区域联 控制指令, 锁、 故障区隔离、 故障排除后系统自愈和自动恢复 功能。

(3) 各类智能型低压电器功能取舍, 性能协 调, 配合等。

(4) 分布式新能源系统接入后, 对低压断路 器出现电能双向传输, 因此, 对低压断路器过电流 保护也提出了新的要求。

(5) 新 能 源 系 统 特 定 环 境, 环 境 温 度、 如 振 动、 雷击、 工作电压等对低压断路器提出了新的要 求。

2. 2. 2 对控制电器提出的新要求

低压控制电器主要包括交流接触器、 热继电 电子式过载继电器 ( 电子式电动机保护器 ) 、 器、 起动器、 控制与保护开关电器、 软起动器、 控制电 路电器。限于篇幅, 本文重点介绍对交流接触器、 电子式电动保护器、 起动器等产品的整体要求。

(1) 交流接触器、 电动机保护器、 起动器结构 上必须考虑模块化、 组合化要求, 便于发展相应的 组合电器。

(2) 具有 双 向 通 信 功 能 及 相 关 参 数 测 量 功 能。

(3) 具有较为完善的电动机各类故障检测 、 预警与保护功能

(4) 起动器使用寿命指示、 预警与管理功能。

来源:低压电器
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