1、問題的提出
我國低壓電器經(jīng)過半個多世紀發(fā)展，無論從產(chǎn)品品種與性能還是生產(chǎn)能力與產(chǎn)品質(zhì)量等，基本上滿足了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。從低壓電器使用方式看，絕大部分產(chǎn)品組合在成套設備或系統(tǒng)中使用，目前低壓配電與控制系統(tǒng)方案一般由甲方(直接用戶)提出要求，設計院提供設計方案，成套電器制造廠生產(chǎn)成套裝置提交甲方使用。低壓電器元件通常由設計院設計選用，但甲方有權做必要的修改，成套電器廠隨意修改電器元件的現(xiàn)象也時有發(fā)生。
國外低壓配電與控制系統(tǒng)除重大工程或特殊工程由專門設計部門進行設計外，一般由大型(或綜合性)電器制造商提出總體解決方案，包括：低壓配電與控制系統(tǒng)設計、成套電器設備、低壓電器元件及其他配套電器設備(包括儀表、各類配套元件及附件等)的選用，低壓電器元件之間以及低壓電器與其他配套元件之間性能協(xié)調(diào)配合、系統(tǒng)網(wǎng)絡化設計及網(wǎng)絡配套元件等。同時，電器制造商提供成套電器設備，包括成套設備中全部電器元件。這些制造商直接對系統(tǒng)和成套設備(包括全部電器元件)質(zhì)量負責。這種方式有利于保證系統(tǒng)集成時設計合理性和成套設備質(zhì)量，也方便用戶使用和維護。
我國目前低壓配電與控制系統(tǒng)集成的現(xiàn)狀即甲方、設計院、成套廠、低壓電器廠、其他配套元件廠各切一塊的狀況難以保證低壓配電與控制系統(tǒng)設計合理性與正確性，很大程度上影響著低壓電力系統(tǒng)與成套設備質(zhì)量及其運行可靠性。這一點是我國電器行業(yè)與國外發(fā)達國家的主要差距之一。為此，由電氣制造商向用戶直接提供低壓電器系統(tǒng)集成總體解決方案是我國電器行業(yè)急需解決的問題之一。
低壓電器按使用場合可分為3 大類：配電電器、控制電器、終端電器。上述3大類電器除個別產(chǎn)品外，絕大部分集成于低壓配電系統(tǒng)、低壓控制系統(tǒng)或終端用電系統(tǒng)中使用。一般中型低壓配電與控制系統(tǒng)由上百臺低壓配電電器和控制電器以及電量儀表組合而成。大型低壓配電、控制系統(tǒng)包含的低壓電器產(chǎn)品多達數(shù)萬臺。所以，對用戶來說，首先需要系統(tǒng)整體解決方案，其次是選用符合系統(tǒng)整體要求的低壓成套設備和低壓電器元件。在當今信息化、網(wǎng)絡化時代，低壓配電與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化已成為低壓電器及其系統(tǒng)發(fā)展的必然趨向。一旦實現(xiàn)網(wǎng)絡化，低壓電器系統(tǒng)除一次回路(主回路)、二次回路(控制回路)外，還包括通信網(wǎng)絡系統(tǒng)。
隨著網(wǎng)絡化技術與自動控制技術不斷發(fā)展，低壓電器系統(tǒng)集成總體解決方案將顯得更為重要，它所涉及的技術問題也將越來越多。限于篇幅，本文重點將就低壓電器可通信與網(wǎng)絡化技術、配電系統(tǒng)過電流與過電壓保護技術、低壓電器結構與性能協(xié)調(diào)配合、系統(tǒng)集成可靠性技術等內(nèi)容展開初步探討。
2、低壓電器可通信與網(wǎng)絡化技術
微處理器在低壓電器中應用使低壓電器開始具有智能化功能，以DW45 系列智能化萬能式斷路器為例，與以往產(chǎn)品相比具有以下特點：① 保護功能更為完善;② 具有電參數(shù)測量與顯示功能，為實現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)自動監(jiān)控創(chuàng)造了條件;③ 電路故障記錄與顯示，有助于快速排除故障;④ 內(nèi)部故障自診斷，進一步提高產(chǎn)品運行可靠性;⑤ 具有雙向通信功能，為低壓電器網(wǎng)絡化奠定了基礎。據(jù)統(tǒng)計，DW45 系列智能化萬能式斷路器生產(chǎn)的產(chǎn)品已接近100萬臺，但是絕大部分產(chǎn)品主要用于過電流三段保護。要充分發(fā)揮低壓電器智能化功能，必須實現(xiàn)網(wǎng)絡化。而傳統(tǒng)的并行連接的計算機網(wǎng)絡由于系統(tǒng)復雜，價格昂貴、維修麻煩而難以推廣?，F(xiàn)場總線技術發(fā)展與應用為低壓電器網(wǎng)絡化創(chuàng)造了條件。
近10年來，現(xiàn)場總線在低壓配電與控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應用，國外著名低壓電器制造商開發(fā)的新產(chǎn)品幾乎都帶有通信功能。目前，在低壓電器及系統(tǒng)集成中應用最廣泛的總線仍是Profibus、DeviceNet、Modbus、Asi。經(jīng)過近年來的競爭與發(fā)展，就現(xiàn)場總線在低壓電器中的應用取得了以下共識：
(1)各國在低壓配電與控制系統(tǒng)中均采用多總線方案。
(2)為了進一步提高通信效率，簡化網(wǎng)絡系統(tǒng)，各國都在探索將低壓電器直接與工業(yè)以太網(wǎng)連接。工業(yè)以太網(wǎng)已成為當前競爭的焦點。
(3)在難以安裝通信電纜或網(wǎng)絡拓展不便安裝通信電纜的場合考慮采用無線通信。
我國可通信低壓電器以及現(xiàn)場總線在低壓電器中應用研究也有7～8 年了。我國主要低壓電器產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)可通信，并能與多種現(xiàn)場總線系統(tǒng)連接。但是，目前應用還處于起步階段。究其原因，主要是：
(1)國內(nèi)低壓電器行業(yè)還不具備獨立開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權、先進的開放式現(xiàn)場總線。
(2)目前低壓電器及低壓成套行業(yè)采用的現(xiàn)場總線絕大部分是前面提到4種總線。但是，國內(nèi)還沒有企業(yè)獨立完成具有自主知識產(chǎn)權的總線系統(tǒng)完整的配套產(chǎn)品，包括總線系統(tǒng)主站、上位機組態(tài)軟件，能與各種總線系統(tǒng)連接的各類低壓電器，各種總線系統(tǒng)配套產(chǎn)品如通信適配器、電量監(jiān)控儀、網(wǎng)絡延伸器、各類I/O等。
(3)可通信、網(wǎng)絡化低壓電器推廣離不開相應成套裝置的發(fā)展與應用，同時，為了更好發(fā)揮網(wǎng)絡化配電系統(tǒng)的功能，低壓配電系統(tǒng)有必要與中、高壓配電系統(tǒng)連網(wǎng)，最好采用同一類現(xiàn)場總線系統(tǒng)。由于我國行業(yè)分隔，造成各搞一套難以協(xié)調(diào)。
(4)大部分使用部門對網(wǎng)絡化配電與控制系統(tǒng)應用帶來的技術優(yōu)勢還不清楚。另外，采用現(xiàn)場總線系統(tǒng)后，傳統(tǒng)的低壓成套設備，特別是傳統(tǒng)低壓成套控制設備(如MCC)將發(fā)生很大變化。若簡單地在現(xiàn)有成套設備基礎上安裝通信網(wǎng)絡系統(tǒng)必將帶來成本的增加。
為了加速可通信、網(wǎng)絡化低壓電器的發(fā)展與應用，擬做好以下研究及相關工作：
(1)進一步完善低壓配電智能網(wǎng)絡系統(tǒng)及配套產(chǎn)品的研究，特別要加速可通信網(wǎng)絡化低壓成套開關設備典型產(chǎn)品研究。
(2)低壓控制自動化智能網(wǎng)絡系統(tǒng)典型方案及主要配套產(chǎn)品研究。
(3)工業(yè)以太網(wǎng)在低壓配電與控制智能網(wǎng)絡系統(tǒng)應用及配套產(chǎn)品研究。
(4)盡快制訂低壓電器和低壓成套設備通信規(guī)約國家標準。我國低壓電器及成套行業(yè)還沒有一家企業(yè)能自成體系。為此，必須制訂統(tǒng)一的國家標準，研制標準的通信適配器，使低壓電器行業(yè)眾多企業(yè)產(chǎn)品在智能網(wǎng)絡系統(tǒng)中獲得應用。
(5)盡快制訂可通信、網(wǎng)絡化低壓電器和成套設備產(chǎn)品國家標準，這項工作有兩條技術路線：一是制訂一份全新的可通信、網(wǎng)絡化低壓電器和成套設備基本要求國家標準;二是在原有產(chǎn)品標準中增加一份帶有通信要求產(chǎn)品的補充要求附錄。
