华通论文分享：用于智能配网的低压电器设备研发

摘要：智能化供电系统是智能电网的重要组成部分，以低压侧典型配电系统作为研究对象，研究其智能化的关键技术、开发出组网所需的关键设备及智能元件，组成智能电网的末端—典型的低压配电系统。

关键词：智能化；关键设备及智能元件；典型的低压配电系统。

0 引言

智能化供电系统是智能电网的重要组成部分，既要包括组网技术，又要包括系统中关键设备与智能化电器的开发，本项目以供电系统低压侧典型配电系统作为研究对象，研究其智能化的关键技术、开发出组网所需的关键设备及智能元件，组成智能电网的末端—低压配电系统，并应用于企业典型的低压配电中。

1 智能电网

智能电网是当前国内外刚开始起步的研究热点。智能电网是指电网的智能化，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现

电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，并容许各种不同发电电源的接入、启动电力市场的优化高效运行。

智能电网的主要特征是自愈电网，“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”。这是智能电网最重要的特征。

2 智能低压配电系统与智能元件

虽然不同地区、不同国家对智能电网的定义和侧重点各有不同，但智能电网的一个共同点就是为我们串起了一条从发电、输电、配电到用户端的电能生产与消费的能量链和信息链。

据不完全统计，电力系统80 %以上的电能是通过用户端配电网络传输到用户，并在终端用电设备上消耗的。用户端涵盖了从电力变压器到用电设备之间对电能进行传输、分配、控制、保护和能源管理的所有设备及系统，主要包括智能低压配电系统和智能楼宇系统。智能低压配电系统处于智能电网的最底层，是构建坚强智能电网的重要组成部分。在智能低压配电系统中起到控制与保护作用的核心元件——低压电器，包括万能式断路器、塑壳断路器、接触器、软启动器等的智能化自然成了智能低压配电系统的基础。因此，要打造智能电网离不开作为电网基石的低压配电系统与低压电器元件的智能化。

3 关键设备研究

3.1通信技术的研究

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。企业配电自动化多采用现场总线技术（MODBUS、、等）和工业以太网技术（MODBUS-TCP、、/IP等），如施耐德的系统。

因此，需要研究工业以太网和现场总线的特点，制定通信规程和内部通信协议，实现管理层到设备层的访问的透明性和可靠性。由于现场总线类型多种多样，造成以太网数据适配器具有多种协议转化及网关功能，因此需要解决以太网数据适配器的复杂性问题、安全技术问题、资源开销问题。

需要规划制定低压配电的通信网的体系结构，以及各个智能化电器元件及设备的通信接口标准。

3.2智能化电器元件开发

智能化电器元件开发，主要包括智能化万能式断路器、智能化塑壳式断路器、智能化软启动器等产品的开发。

（1）万能式断路器智能化

在配电系统中，万能式断路器是最关键的保护电器，不仅具备过电流四段保护，还具备欠压、过压、欠频、过频、三相不平衡、逆功率、需用保护、ZSI、卸载等保护功能。高级型号的万能式断路器还具备MCR、电能测量、谐波测量、故障记录、故障报警、远程通信、远程复位、产品维护等功能。

在传统配电系统中，万能式断路器的许多功能并未得到应用，如ZSI、需用保护、卸载、可通信等。但是在智能电网型的配电系统中，这些功能将发挥其优势，如ZSI可实现区域联锁保护被认为是真正的全选择性保护、需用保护可以和用电经济相关联、卸载功能可以和提高电力资产利用率关联、通信功能是基础必将广泛应用。

宿舍数据流程图_宿舍管理系统的数据流图_宿舍管理系统数据流图

但是，万能式断路器这些功能还存在许多不足，如ZSI的实现方法、闭锁时间固定不变，又如可通信的协议还存在不统一问题，这些制约其在未来智能电网的应用。同时仅仅这些功能还不够，为了适应智能电网，万能式断路器要求具备工业以太网通信接口，还要具备分析、预计、预测等功能。新一代适应智能电网需要的万能式断路器势在必行。

（2）塑壳式断路器智能化

塑壳式断路器作为工业配电末端保护电器，一般具备过电流三段保护，高级型具备可通信功能。在将来智能配电网中，会对塑壳式断路器提出更高的要求，如要求具备电能测量功能、谐波测量功能、远程通信等。

因此开发具备MDU（测量显示单元）的塑壳式断路器也很迫切。

（3）智能起动器

启动器分为有触点式和软起动式，目前75kW以下的电机应用十分广泛，他们是工厂过程自动化的基础单位，因此其智能化很必要。

4 关键技术

4.1通信技术：

智能电网对通信系统的要求是“高速、双向、实时、集成”，需要研究各种工业以太网及其交换设备，选择一种合适的工业以太网作为智能配电系统的通信网。同时，开发现场总线到工业以太网的网关适配器。

4.2测量技术与自愈技术：

参数测量技术是智能电网基本的组成部件，采用先进的参数测量技术获得数据并将其转换成数据信息，以供智能网的各个方面使用。它们评估电网设备的健康状况和电网的完整性。低压配电的自愈技术包括故障隔离、双电源自动切换等。

4.3设备技术：

智能电网要广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用材料、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。

4.4控制技术：

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功功率。

4.5故障预警技术：

根据配电系统的健康状况以及各元件剩余寿命的情况，预测系统故障。其中各智能元件剩余寿命的估算在元件端完成，智能元件根据使用时间、通断次数、通断电流估算其剩余寿命。

5 典型智能低压配网平台的开发

智能低压配网试验平台的开发，包括低压配电柜、监控监测柜、配电控制计算机等，并研制相应的软件。

宿舍管理系统的数据流图_宿舍管理系统数据流图_宿舍数据流程图

图1典型智能低压配网平台总体框图

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（1）中压配电柜与中压变压器：中压配电柜用于10kV中压线路保护、检测，连接智能变电站。中压变压器为配电线路的主变压器。

（2）低压配电柜：用于低压系统线路保护、双电源的切换、无功补偿等，由智能化的万能式断路器、塑壳式断路器、隔离开关、组合电器、电容器组等组成，具备工业以太网通信接口，可以实现远程通信、可靠保护。为了适应智能电网的要求还要具备火灾报警系统、图象采集装置，以适应智能电网的高安全性的需要。

（3）监控监测柜：用于监控、检测电力线路的运行状态，由高级传感器构成如电子式互感器、火灾报警系统、图象采集装置、智能谐波表、电网扰动记录仪等，并具备远程分合功能，具备工业以太网通信接口。

（4）配电控制计算机：为智能配电运营中心的神经中枢，具备工业以太网通信接口以及连接变电站的以太网能力。配电控制计算机负责数据流、信息流、任务流等管理、调度，负责各种任务、命令的执行决策。负责配电系统可靠性、安全性的远程控制以及接入的控制，用于电网参数的计算与管理，如功率、电能、谐波、不平衡度等，诊断网络系统安全性，故障报警等。外网的连接通过路由器来实现。

（5）用电单元模块：试验站、车间、办公室、食堂、宿舍以及其他设施等组成了用电单元模块。一般用电单元模块的配电单元采用带工业以太网通信接口的智能塑壳断路器与小型断路器级联而成，参见图2。智能塑壳断路器带工业以太网通信接口，上下级塑壳断路器可以组成区域连锁，实现选择性保护。小型断路器也可以智能型，带通信接口，与上级塑壳断路器连锁，实现末端选择性保护。

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