1、問題的提出
我國(guó)低壓電器經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shè)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(shè)計(jì)院提供設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)選用，但甲方有權(quán)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(shí)有發(fā)生。
國(guó)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(shè)計(jì)部門進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、成套電器設(shè)備、低壓電器元件及其他配套電器設(shè)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(luò)化設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)配套元件等。同時(shí)，電器制造商提供成套電器設(shè)備，包括成套設(shè)備中全部電器元件。這些制造商直接對(duì)系統(tǒng)和成套設(shè)備(包括全部電器元件)質(zhì)量負(fù)責(zé)。這種方式有利于保證系統(tǒng)集成時(shí)設(shè)計(jì)合理性和成套設(shè)備質(zhì)量，也方便用戶使用和維護(hù)。
我國(guó)目前低壓配電與控制系統(tǒng)集成的現(xiàn)狀即甲方、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)備質(zhì)量及其運(yùn)行可靠性。這一點(diǎn)是我國(guó)電器行業(yè)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)電器行業(yè)急需解決的問題之一。
低壓電器按使用場(chǎng)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(gè)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(tái)低壓配電電器和控制電器以及電量?jī)x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(dá)數(shù)萬臺(tái)。所以，對(duì)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(shè)備和低壓電器元件。在當(dāng)今信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，低壓配電與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已成為低壓電器及其系統(tǒng)發(fā)展的必然趨向。一旦實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)。
隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)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(shù)問題也將越來越多。限于篇幅，本文重點(diǎn)將就低壓電器可通信與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、配電系統(tǒng)過電流與過電壓保護(hù)技術(shù)、低壓電器結(jié)構(gòu)與性能協(xié)調(diào)配合、系統(tǒng)集成可靠性技術(shù)等內(nèi)容展開初步探討。
2、低壓電器可通信與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)
微處理器在低壓電器中應(yīng)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(diǎn)：① 保護(hù)功能更為完善;② 具有電參數(shù)測(cè)量與顯示功能，為實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)自動(dòng)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(jìn)一步提高產(chǎn)品運(yùn)行可靠性;⑤ 具有雙向通信功能，為低壓電器網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(tái)，但是絕大部分產(chǎn)品主要用于過電流三段保護(hù)。要充分發(fā)揮低壓電器智能化功能，必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。而傳統(tǒng)的并行連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴、維修麻煩而難以推廣?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用為低壓電器網(wǎng)絡(luò)化創(chuàng)造了條件。
近10年來，現(xiàn)場(chǎng)總線在低壓配電與控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應(yīng)用，國(guó)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(yīng)用最廣泛的總線仍是Profibus、DeviceNet、Modbus、Asi。經(jīng)過近年來的競(jìng)爭(zhēng)與發(fā)展，就現(xiàn)場(chǎng)總線在低壓電器中的應(yīng)用取得了以下共識(shí)：
(1)各國(guó)在低壓配電與控制系統(tǒng)中均采用多總線方案。
(2)為了進(jìn)一步提高通信效率，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各國(guó)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(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。
(3)在難以安裝通信電纜或網(wǎng)絡(luò)拓展不便安裝通信電纜的場(chǎng)合考慮采用無線通信。
我國(guó)可通信低壓電器以及現(xiàn)場(chǎng)總線在低壓電器中應(yīng)用研究也有7～8 年了。我國(guó)主要低壓電器產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可通信，并能與多種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)連接。但是，目前應(yīng)用還處于起步階段。究其原因，主要是：
(1)國(guó)內(nèi)低壓電器行業(yè)還不具備獨(dú)立開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、先進(jìn)的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線。
(2)目前低壓電器及低壓成套行業(yè)采用的現(xiàn)場(chǎng)總線絕大部分是前面提到4種總線。但是，國(guó)內(nèi)還沒有企業(yè)獨(dú)立完成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(jī)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(luò)延伸器、各類I/O等。
(3)可通信、網(wǎng)絡(luò)化低壓電器推廣離不開相應(yīng)成套裝置的發(fā)展與應(yīng)用，同時(shí)，為了更好發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)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(chǎng)總線系統(tǒng)。由于我國(guó)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化配電與控制系統(tǒng)應(yīng)用帶來的技術(shù)優(yōu)勢(shì)還不清楚。另外，采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)后，傳統(tǒng)的低壓成套設(shè)備，特別是傳統(tǒng)低壓成套控制設(shè)備(如MCC)將發(fā)生很大變化。若簡(jiǎn)單地在現(xiàn)有成套設(shè)備基礎(chǔ)上安裝通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必將帶來成本的增加。
為了加速可通信、網(wǎng)絡(luò)化低壓電器的發(fā)展與應(yīng)用，擬做好以下研究及相關(guān)工作：
(1)進(jìn)一步完善低壓配電智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及配套產(chǎn)品的研究，特別要加速可通信網(wǎng)絡(luò)化低壓成套開關(guān)設(shè)備典型產(chǎn)品研究。
(2)低壓控制自動(dòng)化智能網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)應(yīng)用及配套產(chǎn)品研究。
(4)盡快制訂低壓電器和低壓成套設(shè)備通信規(guī)約國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，研制標(biāo)準(zhǔn)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(luò)系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。
(5)盡快制訂可通信、網(wǎng)絡(luò)化低壓電器和成套設(shè)備產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)工作有兩條技術(shù)路線：一是制訂一份全新的可通信、網(wǎng)絡(luò)化低壓電器和成套設(shè)備基本要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);二是在原有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中增加一份帶有通信要求產(chǎn)品的補(bǔ)充要求附錄。
