高低压电器系统集成总体解决方案关键技术探讨Word格式文档下载.docx

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这一点是我国电器行业与国外发达国家的主要差距之一。

为此，由电气制造商向用户直接提供低压电器系统集成总体解决方案是我国电器行业急需解决的问题之一。

　　低压电器按使用场合可分为３ 

大类：

配电电器、控制电器、终端电器。

上述３大类电器除个别产品外，绝大部分集成于低压配电系统、低压控制系统或终端用电系统中使用。

一般中型低压配电与控制系统由上百台低压配电电器和控制电器以及电量仪表组合而成。

大型低压配电、控制系统包含的低压电器产品多达数万台。

所以，对用户来说，首先需要系统整体解决方案，其次是选用符合系统整体要求的低压成套设备和低压电器元件。

在当今信息化、网络化时代，低压配电与控制系统网络化已成为低压电器及其系统发展的必然趋向。

一旦实现网络化，低压电器系统除一次回路（主回路）、二次回路（控制回路）外，还包括通信网络系统。

　　随着网络化技术与自动控制技术不断发展，低压电器系统集成总体解决方案将显得更为重要，它所涉及的技术问题也将越来越多。

限于篇幅，本文重点将就低压电器可通信与网络化技术、配电系统过电流与过电压保护技术、低压电器结构与性能协调配合、系统集成可靠性技术等内容展开初步探讨。

　　２　低压电器可通信与网络化技术

　　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，以ＤＷ４５ 

系列智能化万能式断路器为例，与以往产品相比具有以下特点：

① 

保护功能更为完善；

② 

具有电参数测量与显示功能，为实现低压配电系统自动监控创造了条件；

③ 

电路故障记录与显示，有助于快速排除故障；

④ 

内部故障自诊断，进一步提高产品运行可靠性；

⑤ 

具有双向通信功能，为低压电器网络化奠定了基础。

据统计，ＤＷ４５ 

系列智能化万能式断路器生产的产品已接近１００万台，但是绝大部分产品主要用于过电流三段保护。

要充分发挥低压电器智能化功能，必须实现网络化。

而传统的并行连接的计算机网络由于系统复杂，价格昂贵、维修麻烦而难以推广。

现场总线技术发展与应用为低压电器网络化创造了条件。

　　近１０年来，现场总线在低压配电与控制系统中已获得广泛应用，国外著名低压电器制造商开发的新产品几乎都带有通信功能。

目前，在低压电器及系统集成中应用最广泛的总线仍是Ｐｒｏｆｉ�ｂｕｓ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ、Ａｓｉ。

经过近年来的竞争与发展，就现场总线在低压电器中的应用取得了以下共识：

　　（１）各国在低压配电与控制系统中均采用多总线方案。

　　（２）为了进一步提高通信效率，简化网络系统，各国都在探索将低压电器直接与工业以太网连接。

工业以太网已成为当前竞争的焦点。

　　（３）在难以安装通信电缆或网络拓展不便安装通信电缆的场合考虑采用无线通信。

　　我国可通信低压电器以及现场总线在低压电器中应用研究也有７～８ 

年了。

我国主要低压电器产品已经实现可通信，并能与多种现场总线系统连接。

但是，目前应用还处于起步阶段。

究其原因，主要是：

　　（１）国内低压电器行业还不具备独立开发具有自主知识产权、先进的开放式现场总线。

　　（２）目前低压电器及低压成套行业采用的现场总线绝大部分是前面提到４种总线。

但是，国内还没有企业独立完成具有自主知识产权的总线系统完整的配套产品，包括总线系统主站、上位机组态软件，能与各种总线系统连接的各类低压电器，各种总线系统配套产品如通信适配器、电量监控仪、网络延伸器、各类Ｉ／Ｏ等。

　　（３）可通信、网络化低压电器推广离不开相应成套装置的发展与应用，同时，为了更好发挥网络化配电系统的功能，低压配电系统有必要与中、高压配电系统连网，最好采用同一类现场总线系统。

由于我国行业分隔，造成各搞一套难以协调。

　　（４）大部分使用部门对网络化配电与控制系统应用带来的技术优势还不清楚。

另外，采用现场总线系统后，传统的低压成套设备，特别是传统低压成套控制设备（如ＭＣＣ）将发生很大变化。

若简单地在现有成套设备基础上安装通信网络系统必将带来成本的增加。

　　为了加速可通信、网络化低压电器的发展与应用，拟做好以下研究及相关工作：

　　（１）进一步完善低压配电智能网络系统及配套产品的研究，特别要加速可通信网络化低压成套开关设备典型产品研究。

　　（２）低压控制自动化智能网络系统典型方案及主要配套产品研究。

　　（３）工业以太网在低压配电与控制智能网络系统应用及配套产品研究。

　　（４）尽快制订低压电器和低压成套设备通信规约国家标准。

我国低压电器及成套行业还没有一家企业能自成体系。

为此，必须制订统一的国家标准，研制标准的通信适配器，使低压电器行业众多企业产品在智能网络系统中获得应用。

　　（５）尽快制订可通信、网络化低压电器和成套设备产品国家标准，这项工作有两条技术路线：

一是制订一份全新的可通信、网络化低压电器和成套设备基本要求国家标准；

二是在原有产品标准中增加一份“带有通信要求产品的补充要求”附录。

　　（６）利用中国电器工业协会设备网分会这一平台联合宣传推广智能网络电力系统和相关产品，并协调有关技术问题。

３　低压配电系统过电流保护技术

　　３.１　过电流保护现状

　　电力系统过电流保护一直是电器产品的主要任务，完善的过电流保护是过电流（包括短路、过载）故障级电器设备应快速可靠切除故障，而上级配电电器不应越级跳闸，使电力系统故障限制在最小范围内，这就是通常讲的选择性保护。

但目前配电系统选择性保护不完善，主要表现在：

　　（１）选择性保护仅在一定电流范围，当故障点过电流达到前级保护电器瞬动值时，有可能出现故障级开关和前级开关同时跳闸或越级跳闸，造成故障区域无故扩大，这是不应该的。

　　（２）选择性保护没有覆盖整个配电系统，目前终端用电系统基本上没有选择性保护。

其主要原因是终端用电系统保护用小型断路器目前均为限流瞬动型，没有短延时功能。

　　（３）目前配电系统实现选择性保护时间较长，最大会超过１ｓ，从而对低压电器、低压成套设备乃至整个配电系统动、热稳定性（包括短时耐受电流）要求较高。

　　３.２　过电流保护发展目标

　　随着低压电器分断能力、保护功能不断完善，已逐步具备实现全范围选择性保护的可能性，其发展总体目标是：

　　（１）实现全电流范围选择性保护，即任何故障电流均应实现选择性保护。

故障电流超过保护开关分断能力除外，该情况属选用保护电器不当。

　　（２）过电流故障选择性保护应覆盖整个低压电力系统，包括终端用电系统。

　　（３）实现选择性保护的时间控制在２００ｍｓ以内。

　　为实现上述总体目标，对承担过电流保护的低压断路器具体要求与发展目标如下：

新一代万能式断路器首先实现全电流范围选择性保护；

新一代塑料外壳式断路器实现限流选择性保护；

发展带短延时功能的小型断路器，使其具有选择性保护功能；

新一代低压断路器均应具有区域联锁功能，以大大缩短实现选择性保护的时间。

　　３.３　实现全范围选择性保护的主要技术关键

　　（１）进一步提高低压断路器分断性能，不仅提高极限短路分断能力�ｃｕ，还要提高运行短路分断能力�ｃｓ，使�ｃｓ＝�ｃｕ。

尤其要大幅度提高万能式断路器短时耐受电流能力，达到�ｃｗ 

＝�ｃｓ＝�ｃｕ。

这是低压配电系统实现全电流范围选择性保护的前提条件。

　　（２）研究并合理设计区域联锁模块动作逻辑程序，是提高选择性保护可靠性、缩短实现选择性保护时间的重要保证。

区域联锁模块在过电流保护中的功能有：

正确判定短路故障点位置，对故障级断路器，一旦确定短路故障发生在本断路器保护区间，断路器应立即实现瞬动跳闸；

向上级或前级断路器发出信号（使上级断路器能正确判定短路故障并非发生在本断路器保护区间），同时立即闭锁上级断路器过电流脱扣器短延时动作；

当故障级断路器分断失败（判定分断失败的全分断时间一般以５０ｍｓ为宜，特殊情况下也可设定为１００ｍｓ），上级断路器过电流脱扣器应立即解锁，并实现瞬动跳闸。

　　（３）为了实现低压配电系统全范围选择性保护，对低压断路器有更多的选择，新一代塑料外壳式断路器应实现限流选择性保护。

为此目标，新一代小容量塑料外壳式断路器应进一步提高限流性能，使其实际最大分断电流下降并低于上级塑料外壳式断路器触头斥开电流。

同时，新一代塑料外壳式断路器全系列应配置区域联锁模块。

对新一代中、大容量塑料外壳式断路器应有一定短时耐受电流能力。

短时耐受电流时间为１００～２００ｍｓ为宜。

　　（４）开发具有短延时功能的小型断路器，最大短路分断能力以１５～２５ｋＡ 

为宜，其关键技术是辅助延时回路设计研究，提高该类断路器分断能力及小型化研究等。

　　３.４　过电流保护新技术推广前景

　　在极短时间内实现全范围全电流选择性保护是低压配电系统过电流保护技术的一次重大飞跃，其意义十分深远，并会带来明显的经济效益和社会效益。

具体表现在：

　　（１）有效避免配电系统越级跳闸，使短路故障带来的损害限制在最小范围，大大提高配电系统运行可靠性、安全性。

　　（２）使低压配电系统实现选择性保护全过程时间从１ｓ缩短至０．２ｓ，从而降低了整个配电系统导电回路包括低压电器和低压成套设备动、热稳定要求。

对实现低压电器和低压成套设备小型化、产品节材、节能具有十分重要意义。

　　（３）本项技术若推广至中、高压配电系统，其意义将更为巨大。