新世紀(jì)我國低壓電器發(fā)展回顧與“十二五”發(fā)展動向

何瑞華

（上海電器科學(xué)研究院，上海 200063）

21世紀(jì)以來，我國低壓電器行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時期，無論從低壓電器產(chǎn)品系列、品種、性能、質(zhì)量、產(chǎn)能等方面都有了很大的提升。今年是我國“十二五”第一年，國民經(jīng)濟(jì)面臨經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。同時，我國智能電網(wǎng)進(jìn)入實質(zhì)性建設(shè)期。它給我國低壓電器發(fā)展帶來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。本文重點介紹進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國低壓電器發(fā)展取得的成果、智能電網(wǎng)發(fā)展帶來的機(jī)遇及“十二五”發(fā)展動向。

1 近十年我國低壓電器發(fā)展取得的成果

最近十年我國低壓電器新產(chǎn)品、新技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在3個方面：

1.1 低壓電器可通信、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

國外低壓電器著名制造商從上世紀(jì)中、后期開始相繼推出了新一代低壓斷路器。這批產(chǎn)品幾乎都帶有通信功能，能滿足低壓配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化要求。它使低壓電器產(chǎn)品發(fā)展與選用理念發(fā)生了根本變化。

為此，以上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司、常熟開關(guān)制造有限公司、蘇州萬龍集團(tuán)為代表的一批低壓電器優(yōu)秀企業(yè)率先開展低壓電器可通信、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)研究。上海電器科學(xué)研究所利用低壓電器分所和自動化分所的綜合優(yōu)勢，成立了現(xiàn)場總線研發(fā)中心。首次在我國將現(xiàn)場總線技術(shù)用于低壓電器智能控制器，實現(xiàn)低壓電器可通信。

1）低壓電器智能化技術(shù)研究

我國第一個智能化低壓電器DW45——萬能式斷路器誕生于1997年，1998年開始投放市場。該產(chǎn)品性能優(yōu)越，可靠性高，很快得到市場認(rèn)可。從此，我國智能化低壓電器得到快速發(fā)展。但是，什么是智能化低壓電器？到目前為止，國內(nèi)外低壓電器標(biāo)準(zhǔn)上還沒有對低壓電器智能化進(jìn)行定義。然而，智能化低壓電器這一說法已經(jīng)被低壓電器研發(fā)人員、設(shè)計人員、制造商及工程設(shè)計人員和使用部門所接受。目前，智能化低壓電器基本含義包括以下功能：保護(hù)與控制功能齊全兼有電參數(shù)測量（包括三相電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、諧波分量等）與顯示、外部故障檢測與顯示（或報警）、開關(guān)內(nèi)部故障自診斷與報警、系統(tǒng)運行狀態(tài)及電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控、電能使用管理等功能。主要研究內(nèi)容：

（1）各類低壓電器根據(jù)其低壓配電與控制系統(tǒng)中地位與作用應(yīng)具有哪些智能化功能。

（2）智能化低壓電器集成技術(shù)研究：多種智能化電器集成時，對不同低壓電器智能化功能舍取及多種智能化功能重疊時相互協(xié)調(diào)與配合研究。

（3）智能化低壓電器可靠性（包括EMC技術(shù)）研究。

（4）各類智能化低壓電器標(biāo)準(zhǔn)研究與制訂。

（5）低壓電器智能化功能測試技術(shù)與測試設(shè)備研究。

2）低壓電器可通信技術(shù)研究

要使智能化低壓電器強(qiáng)大功能充分發(fā)揮，必須依賴于低壓配電與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化以及低壓電器可通信。

（1）低壓配電與控制系統(tǒng)開放式通信協(xié)議研究：重點研究了 Modbus、Profibus、devicenet3種通信協(xié)議，并把Modbus作為低壓電器基本通信協(xié)議。同時研制了devicenet和profibus通信適配器。萬能式斷路器通信適配器分為內(nèi)置與外置，一般采用一對一方式。塑殼式斷路器通信適配器一般采用外置式，可以一對一也可以一對多個產(chǎn)品。

（2）適合我國發(fā)展需要的低壓電器通信規(guī)約研究與制訂。

由于我國低壓電器制造廠很多，所以許多制造商不具備復(fù)雜通信協(xié)議研究的能力。為此，我們把Modbus作為基本通信協(xié)議，并以標(biāo)準(zhǔn)形式公布。每一制造商生產(chǎn)的低壓電器通信接口只要按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通信規(guī)約設(shè)計，就可以用任何一家按國家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制造的通信適配器與網(wǎng)絡(luò)連接。

（3）將devicenet國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）智能配電網(wǎng)絡(luò)其他配套元件研制及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究與制訂。

（5）可通信電器測試方法研究，相關(guān)檢測設(shè)備研制并建立相應(yīng)試驗基地。

3）可通信智能化低壓電器研制

通過智能化技術(shù)和可通信技術(shù)研究，最近十年基本上實現(xiàn)了第三代低壓電器部分主要產(chǎn)品可通信，為我國低壓配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。先后研制了可通信智能化萬能式斷路器、可通信智能化塑殼斷路器、可通信智能化自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、可通信交流接觸器、可通信電動機(jī)保護(hù)器、可通信軟起動器、可通信控制與保護(hù)開關(guān)電器等產(chǎn)品。

4）研究、開發(fā)了3S-Net智能配電與控制系統(tǒng)其主要功能

（1）信息管理功能。

（2）參數(shù)配置功能。

（3）保護(hù)與控制功能。

（4）故障診斷與記錄。

（5）電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控與能量管理。

5）該系統(tǒng)特點是

（1）系統(tǒng)具有開放性，支持多總線，允許多主站、多總線配置。

（2）支持多廠商設(shè)備，方便用戶選擇。

（3）全漢化，專用（配電與控制系統(tǒng)）工控組態(tài)軟件，組態(tài)方便、快捷、正確。

（4）適合國內(nèi)幾乎所有型式開關(guān)柜，并提供完善的一、二次圖。

（5）第三方設(shè)備接入方便。

（6）構(gòu)成系統(tǒng)的配套件、附件齊全。

通過以上一系列產(chǎn)品開發(fā)，使我國智能化可通信低壓電器以及智能配電與控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)跟上世界發(fā)展潮流。由于我國電工行業(yè)分割“各自為政”，所以使該項技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的推廣帶來困難。至今，我國智能化可通信低壓電器及其系統(tǒng)推廣并不理想。2008年美國總統(tǒng)提出了在美國發(fā)展與建設(shè)智能電網(wǎng)的設(shè)想，引起了全世界對智能電網(wǎng)發(fā)展的重視。當(dāng)然也引起了我國高層領(lǐng)導(dǎo)的重視。我國已將智能電網(wǎng)發(fā)展與建設(shè)明確由國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一實施。可以相信，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展，我國智能化可通信低壓電器及其系統(tǒng)必將帶來新的發(fā)展機(jī)遇。

1.2 第四代低壓電器研發(fā)

1）第四代低壓電器發(fā)展歷史背景

（1）經(jīng)過“八五” “九五” “十五”十多年發(fā)展，以DW45系列為代表的第三代低壓電器已經(jīng)形成，并獲得普遍推廣。這批產(chǎn)品已成為我國低壓電器主導(dǎo)產(chǎn)品。隨著低壓電器相關(guān)新技術(shù)、新材料、新標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展，我國第一代產(chǎn)品已基本淘汰，第二代產(chǎn)品已成為低檔產(chǎn)品，第三代產(chǎn)品將成為中檔產(chǎn)品。為此，從產(chǎn)品發(fā)展和不同層次市場需求考慮，有必要發(fā)展第四代低壓電器。

（2）國外低壓電器主要制造商，包括施耐德、西門子、ABB、GE、Cutllerhammer、三菱、富士等公司從上世紀(jì)后期到本世紀(jì)初期相繼推出了新一代產(chǎn)品。這批產(chǎn)品無論從產(chǎn)品綜合技術(shù)性能、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、新技術(shù)應(yīng)用等都有新的突破。而且新一代產(chǎn)品已開始進(jìn)入中國市場，為了跟蹤國外新產(chǎn)品發(fā)展和市場競爭需要，有必要發(fā)展我國新一代低壓電器。

（3）隨著低壓電器智能化功能進(jìn)一步完善，以及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，低壓電器逐步向可通信、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。上述變化將從根本上改變傳統(tǒng)低壓配電與控制系統(tǒng)及其裝置，并給傳統(tǒng)低壓電器注入高新技術(shù)，使低壓電器功能發(fā)生質(zhì)的變化。隨著我國第三代低壓電器產(chǎn)品發(fā)展與應(yīng)用，我國低壓電器產(chǎn)品與國外先進(jìn)水平的差距已縮小至十年左右。我國第三代低壓電器雖已部分實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化，但仍處于低級階段。這項技術(shù)不及時跟上，那么與國外先進(jìn)水平的差距將重新拉大。為此，有必要發(fā)展高性能、高可靠、小型化、智能化功能齊全，并適應(yīng)智能配電系統(tǒng)發(fā)展要求的第四代低壓電器。

（4）隨著歐盟二個指令的頒布與實施，意味著生態(tài)電器時代的到來，它要求電器產(chǎn)品從設(shè)計、制造、使用、回收等全過程不影響生態(tài)環(huán)境。我國當(dāng)時生產(chǎn)的三代低壓電器產(chǎn)品不能滿足歐盟指令要求。為此，有必要發(fā)展新一代低壓電器，從產(chǎn)品設(shè)計到制造工藝如何符合歐盟指令，使我國低壓電器逐步向生態(tài)電器發(fā)展。

（5）進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國低壓電器制造工藝有了很大提高，產(chǎn)品自動在線檢測已開始應(yīng)用，部分優(yōu)秀企業(yè)正在考慮低壓電器主要部件乃至整機(jī)自動裝配。為此，新一代產(chǎn)品零部件設(shè)計應(yīng)考慮自動監(jiān)測與自動裝配的需要。

2）第四代低壓電器第一批項目的選擇

列入我國第一批第四代低壓電器產(chǎn)品項目主要考慮以下因素：

（1）配電與控制系統(tǒng)中地位重要，技術(shù)含量較高。

（2）近年來國外發(fā)展較快，與國內(nèi)產(chǎn)品相比差距較大。

（3）國內(nèi)尚處發(fā)展階段或空白的產(chǎn)品領(lǐng)域，在配電系統(tǒng)中應(yīng)用前景較好。

（4）預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益較好的產(chǎn)品。

根據(jù)以上原則，經(jīng)綜合評估確定以下4個系列產(chǎn)品作為第一批研發(fā)項目，即第四代萬能式斷路器、第四代塑殼式斷路器、新一代控制與保護(hù)開關(guān)電器、帶選擇性保護(hù)小斷路器。

3）第四代低壓電器主要特征

（1）低壓電器新技術(shù)應(yīng)用及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計取得重大突破。

第一，低壓斷路器觸頭滅弧系統(tǒng)中采用全新結(jié)構(gòu)的雙斷點觸頭系統(tǒng)，大電流分?jǐn)嗉夹g(shù)及短路性能取得重大突破。

第二，在低壓配電系統(tǒng)中首次實現(xiàn)全范圍、全電流選擇性保護(hù)，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，新一代低壓斷路器達(dá)到以下要求：①新一代 ACB實現(xiàn)全電流范圍選擇性保護(hù)；②新一代MCCB具有限流選擇性保護(hù)功能；③新一代ACB、MCCB均采用選擇性區(qū)域聯(lián)鎖技術(shù)；④開發(fā)具有短延時保護(hù)功能MCB。

這一技術(shù)應(yīng)用從根本上消除低壓配電系統(tǒng)越級跳閘或上、下級斷路器同時跳閘，并大大縮短配電系統(tǒng)實現(xiàn)選擇性保護(hù)的時間，降低電器設(shè)備動、熱穩(wěn)定要求，有利于節(jié)材、節(jié)能和產(chǎn)品小型化。這是我國配電系統(tǒng)過電流保護(hù)技術(shù)重大突破，具有很好經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

第三，低壓電器模塊化技術(shù)與小型化技術(shù)有新的突破。產(chǎn)品小型化既是低壓電器設(shè)計技術(shù)的綜合體現(xiàn)，也是成套設(shè)備和系統(tǒng)小型化的需要。對推進(jìn)電器產(chǎn)品節(jié)材、節(jié)能具有重要意義。低壓電器小型化主要借助于新技術(shù)、新工藝應(yīng)用以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新。新一代產(chǎn)品與上一代產(chǎn)品相比體積平均縮小20%～50%。

低壓電器模塊化水平既是低壓電器設(shè)計與制造能力的體現(xiàn)，也是實現(xiàn)產(chǎn)品多功能、提高產(chǎn)品使用與維護(hù)性能的需要。低壓電器零部件、附件模塊化水平一定程度上反映了一個國家低壓電器研究、設(shè)計與制造水平。模塊化水平包括功能附件模塊種類、模塊標(biāo)準(zhǔn)化程度、制造工藝性、維護(hù)方便性、模塊小型化及工作可靠性等。

第四，低壓電器研發(fā)手段與設(shè)計技術(shù)取得重大突破。第四代產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計與試制過程中普遍采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)。上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司首次在我國創(chuàng)建了用于低壓電器研發(fā)用實驗室。主要應(yīng)用數(shù)字化仿真技術(shù)，產(chǎn)品性能驗證采用現(xiàn)代測試技術(shù)。

在第四代產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計過程中除了電弧分?jǐn)噙^程外，其他設(shè)計絕大部分采用了數(shù)字化仿真技術(shù)。包括操作機(jī)構(gòu)運動受力分析，導(dǎo)電回路發(fā)熱分布，電動力計算，磁系統(tǒng)設(shè)計等。采用這一技術(shù)大大提高了設(shè)計科學(xué)性、準(zhǔn)確性，減少因設(shè)計盲目性帶來的不必要反復(fù)，縮短了新產(chǎn)品試制周期。如新一代塑殼斷路器研發(fā)中二大技術(shù)難點，雙斷點觸滅平衡與可靠卡住機(jī)構(gòu)設(shè)計。通過數(shù)字化仿真，很好解決了這一難題，使我國第四代塑殼斷路器產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)，部分性能處于國際領(lǐng)先水平。

現(xiàn)代測試技術(shù)主要包括大電流電弧運動分析、區(qū)域聯(lián)鎖與級聯(lián)試驗、可通信一致性試驗、浪涌過電壓試驗、設(shè)計可靠性試驗、光伏發(fā)電與風(fēng)電控制系統(tǒng)測試等。使研發(fā)人員不僅獲得試驗結(jié)果，又掌握影響性能的原因，為產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

上述技術(shù)突破與應(yīng)用使我國低壓電器產(chǎn)品設(shè)計徹底擺脫仿制，開始進(jìn)入自主創(chuàng)新設(shè)計階段，這是我國低壓電器發(fā)展新的里程碑。

（2）第四代低壓電器產(chǎn)品性能取得重大突破。

第一，幅度提高萬能式斷路器短時耐受電流，在我國首次實現(xiàn)Icw=Ics=Icu，為實現(xiàn)萬能式斷路器全電流選擇性保護(hù)創(chuàng)造了條件。

第二，大幅度提高塑殼斷路器運行短路分?jǐn)嗄芰Γ瑢崿F(xiàn) Ics=Icu，而且分?jǐn)嗄芰εc限流性能大幅度提高。為塑殼斷路器實現(xiàn)限流選擇性保護(hù)創(chuàng)造了條件，也為低壓配電系統(tǒng)上、下級電器特性配合及配電系統(tǒng)安全運行提供了保障。

第三，大幅度提高低壓斷路器機(jī)、電壽命、達(dá)到低壓斷路器當(dāng)代國際先進(jìn)水平，提高低壓斷路器市場競爭能力。

第四，新一代萬能式斷路器采用內(nèi)置式通信適配器，內(nèi)部附件采用內(nèi)部總線，智能化功能更完善。電量測試精度達(dá)到準(zhǔn)計量級要求，產(chǎn)品可靠性進(jìn)一步提高。

第五，新一代萬能式斷路器、塑殼斷路器均具有選擇性區(qū)域聯(lián)鎖功能，它是實現(xiàn)全電流選擇性保護(hù)必備條件。

1.3 智能電網(wǎng)用戶端相關(guān)技術(shù)研究

1）智能電網(wǎng)用戶端基本概念

智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)包括從電力變壓器到用電設(shè)備之間對電能進(jìn)行傳輸分配、控制、保護(hù)、電能管理以及雙向互動服務(wù)的所有設(shè)備及系統(tǒng)。

2）智能電網(wǎng)用戶端技術(shù)研究方面的發(fā)展

（1）用戶端智能配電系統(tǒng)研究。

（2）用戶端電能管理系統(tǒng)研究。

（3）智能樓宇控制系統(tǒng)研究。

（4）用戶端電氣設(shè)備測試技術(shù)研究。

3）智能電網(wǎng)用戶端標(biāo)準(zhǔn)研究

（1）跟蹤、分析IEC智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)新進(jìn)展。

（2）分析IEC智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)路線圖。

（3）跟蹤 IEC/TC8/AHGA（智能電網(wǎng)應(yīng)用案例工作組）工作，分析應(yīng)用案例。

（4）跟蹤和分析美國NIST（美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所）智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最新進(jìn)展。

4）智能電網(wǎng)用戶端平臺建設(shè)

（1）國家智能電網(wǎng)用戶端產(chǎn)品（系統(tǒng)）質(zhì)量監(jiān)督檢測中心。

目標(biāo)：配合智能電網(wǎng)用戶端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，增強(qiáng)共性技術(shù)攻關(guān)驗證和產(chǎn)品監(jiān)測能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)我國用戶端產(chǎn)品檢測體系建設(shè)。

建設(shè)內(nèi)容：建立世界領(lǐng)先水平的第三方認(rèn)可測試實驗室和公共測試服務(wù)平臺。

（2）上海智能電網(wǎng)用戶端設(shè)備與系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心。

目標(biāo)：對智能電網(wǎng)用戶端設(shè)備與系統(tǒng)的共性技術(shù)進(jìn)行研究，并提供相應(yīng)服務(wù)，圍繞用戶端設(shè)備與系統(tǒng)開展工作，參與國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制訂，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

（3）上海智能電網(wǎng)終端用戶設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。

目標(biāo)：整合行業(yè)科技資源，融通行業(yè)技術(shù)研發(fā)，組織瓶頸技術(shù)創(chuàng)新攻關(guān)，加快技術(shù)成果共享與轉(zhuǎn)化，建立共享機(jī)制，促進(jìn)成員單位的自身發(fā)展，提升我國智能電網(wǎng)終端用戶設(shè)備產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。

2 我國低壓電器發(fā)展現(xiàn)狀總體分析

1）從低壓電器產(chǎn)品總體情況看

低壓電器產(chǎn)品系列、品種、性能、質(zhì)量、產(chǎn)量能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

2）從低壓電器產(chǎn)品檔次看

第一代、第二代產(chǎn)品正逐步退出市場，第三代產(chǎn)品及第三代改進(jìn)型產(chǎn)品已處于主導(dǎo)地位。

3）從低壓電器研發(fā)模式看：由歸口研究所統(tǒng)一開發(fā)產(chǎn)品，全行業(yè)生產(chǎn)的年代已經(jīng)過去。以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合開發(fā)產(chǎn)品已成為主要模式。

4）從低壓電器研發(fā)能力看

以仿制為主要研發(fā)方式已被以避開專利為主要目的改進(jìn)設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計所取代。

5）從低壓電器制造能力看

行業(yè)優(yōu)秀企業(yè)制造能力有了很大提升，完全能滿足新一代產(chǎn)品生產(chǎn)需要。大部分企業(yè)制造能力仍有待提高。

6）從低壓電器產(chǎn)品質(zhì)量看

產(chǎn)品質(zhì)量總體水平有明顯提高，優(yōu)秀企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，相當(dāng)一部分企業(yè)，特別是中、小企業(yè)產(chǎn)品一致性可靠性仍有較大差距。

7）我國低壓電器主要產(chǎn)品產(chǎn)量（見表1）

表1

8）低壓電器生產(chǎn)企業(yè)看

（1）原國營、集體改制企業(yè)發(fā)展基本穩(wěn)定，其中優(yōu)秀企業(yè)有較強(qiáng)市場競爭力以及與外資企業(yè)抗衡的能力。

（2）溫州企業(yè)呈二級分化傾向，大部分小型企業(yè)前景不容樂觀。

（3）外資企業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，在高端市場獨占鰲頭。

3 智能電網(wǎng)給低壓電器發(fā)展帶來的機(jī)遇與新要求

3.1 新機(jī)遇

低壓電器是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)將采用統(tǒng)一平臺與標(biāo)準(zhǔn)，新一代低壓電器必須從系統(tǒng)角度考慮。智能電網(wǎng)將打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)、消費模式、形成生產(chǎn)與消費雙向互動的服務(wù)體系。為此需要雙向通信、雙向計量電能，它將進(jìn)一步促進(jìn)低壓電器向網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展。

3.2 智能電網(wǎng)對低壓電器新要求，涉及的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)智能電網(wǎng)提出的安全、高效、低碳、兼容、互動等特征對低壓電器提出了一系列新的要求，并涉及一系列關(guān)鍵技術(shù)。

1）故障預(yù)警

它與故障報警是完全不同的二個概念。

故障報警是故障已經(jīng)發(fā)生，讓運行人員作出處理。故障預(yù)警是預(yù)測故障可能發(fā)生，但尚未形成真正故障。故障預(yù)警目地是防止故障發(fā)生，確保智能電網(wǎng)安全運行。

這里涉及二項關(guān)鍵技術(shù)：①故障預(yù)測技術(shù)；②故障預(yù)處理技術(shù)。

2）故障自愈與快速恢復(fù)

本項技術(shù)是保證智能電網(wǎng)一旦發(fā)生故障時，使故障影響限制在最小范圍，其關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）故障快速定位與檢測。

（2）故障快速切除與故障隔離。

（3）非故障區(qū)自動恢復(fù)供電、故障區(qū)快速恢復(fù)。

3）全范圍、全電流選擇性保護(hù)技術(shù)

選擇性保護(hù)覆蓋范圍包括智能電網(wǎng)整個配電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的任何短路電流。

4）電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)

隨著各類電子電器、節(jié)能電器設(shè)備的使用，以及分布式能源系統(tǒng)的投入，將給電網(wǎng)質(zhì)量帶來一系列問題，包括高次諧波、直流分量、功率因素、電壓波動、操作過電壓等等。為此需要解決以下技術(shù)：

（1）各類電量、電參數(shù)測量與分析技術(shù)。

（2）影響電能正常使用的相關(guān)電量抑制與控制技術(shù)。

5）網(wǎng)絡(luò)化配電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究

（1）智能電網(wǎng)配電系統(tǒng)典型方案與整體解決方案研究。

（2）智能電網(wǎng)用戶端設(shè)備與系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化研究。

（3）智能電網(wǎng)系統(tǒng)配套附件研究與開發(fā)。

（4）智能電網(wǎng)用戶端設(shè)備與系統(tǒng)試驗方法、測試設(shè)備研究并建立相關(guān)檢測中心。

6）智能電網(wǎng)過電壓保護(hù)技術(shù)

智能電網(wǎng)中大量采用網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備中含有大量電子器件，相當(dāng)一部分設(shè)備本身就是電子產(chǎn)品。它們極易受雷電和系統(tǒng)中其他電器設(shè)備操作過電壓傷害。

另外，智能電網(wǎng)中分布式新能源系統(tǒng)，無論是發(fā)電設(shè)備還是控制系統(tǒng)同樣易受過電壓傷害。因此智能電網(wǎng)過電壓保護(hù)尤為重要，它涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）智能電網(wǎng)用SPD配置技術(shù)（整體解決方案）。

（2）智能電網(wǎng)用SPD產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能研究。

（3）智能電網(wǎng)用SPD使用安全性研究。

（4）智能電網(wǎng)用SPD組合技術(shù)研究。

7）分布式新能源系統(tǒng)對低壓電器新要求及相關(guān)技術(shù)研究

風(fēng)力發(fā)電與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是未來智能電網(wǎng)重要組成部分，新能源系統(tǒng)特定環(huán)境，如環(huán)境溫度、振動、雷擊、額定工作電壓，光伏發(fā)電直流系統(tǒng)過電流保護(hù)等，都對低壓電器提出了新的要求。另外，它們還涉及以下一系列關(guān)鍵技術(shù)：

（1）大容量變流裝置及相關(guān)技術(shù)。

（2）分布式新能源系統(tǒng)控制與保護(hù)技術(shù)。

（3）新能源系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)及相關(guān)設(shè)備研制。

（4）電能雙向傳輸帶來的電能計量技術(shù)。

（5）電能雙向傳輸系統(tǒng)過電流保護(hù)技術(shù)。

（6）分布式新能源系統(tǒng)過電壓保護(hù)技術(shù)。

8）智能電器使用壽命指示技術(shù)

為了確保智能電網(wǎng)安全運行，智能電器使用壽命指示是重要保證之一，它涉及的關(guān)鍵技術(shù)如下：

（1）智能電器使用壽命在線檢測技術(shù)。

（2）智能電器使用壽命如何界定。

（3）智能電器使用壽命顯示技術(shù)。

4 我國低壓電器發(fā)展動向

4.1 “十二五”我國低壓電器產(chǎn)品總體發(fā)展動向

1）開發(fā)個性化，具有自主產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品已成為大部分企業(yè)首選，每個企業(yè)應(yīng)根據(jù)企業(yè)定位確定2～3個層次產(chǎn)品，以滿足不同層次市場需求。

2）優(yōu)秀企業(yè)正在考慮并開展適合自己企業(yè)特點的新一代低壓電器研發(fā)工作。作為低壓電器行業(yè)新一代低壓電器應(yīng)具備以下基本條件。

（1）新技術(shù)、新工藝、新材料應(yīng)用有較大突破或重大創(chuàng)新。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有重大創(chuàng)新。

（3）產(chǎn)品性能與功能有很大提高與擴(kuò)展。

（4）研發(fā)與設(shè)計手段有重大進(jìn)步和新的突破。

（5）產(chǎn)品制造工藝與設(shè)備有較大提升。

對于不具備開發(fā)上述條件產(chǎn)品的企業(yè)，可以在現(xiàn)有第三代產(chǎn)品基礎(chǔ)上改進(jìn)、完善作為企業(yè)新一代產(chǎn)品。

3）由上海電科集團(tuán)聯(lián)合行業(yè) 8家優(yōu)秀企業(yè)開發(fā)的第一批四大系列新一代產(chǎn)品將從明年開始逐步推向市場。低壓電器市場將重新分割：

（1）新一代產(chǎn)品將在“十二五”基本或完全淘汰。

（2）第二代產(chǎn)品將成為低壓電器市場低端產(chǎn)品并逐步退出市場。

（3）第三代產(chǎn)品將成為低壓電器市場主導(dǎo)產(chǎn)品。

（4）新一代產(chǎn)品將成為低壓電器市場高端產(chǎn)品和發(fā)展方向。

4）為配合新一代產(chǎn)品市場推廣并增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力，新一代高性價比、小型化、低成本、大眾化標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品已引起大家關(guān)注，這類產(chǎn)品的特點應(yīng)具備以下要求。

（1）適當(dāng)降低性能指標(biāo)，能滿足 70%左右使用場合要求。

（2）產(chǎn)品基本功能齊全，可靠性高。

（3）產(chǎn)品小型化、低成本。

5）低壓電器系統(tǒng)集成與整體解決方案已引起越來越多企業(yè)的重視，一個企業(yè)在系統(tǒng)集成與總體方案上領(lǐng)先一步，就有可能在市場競爭中步步領(lǐng)先。為此，應(yīng)在以下幾個方面開展深入研究。

（1）低壓配電系統(tǒng)典型方案以及各類低壓斷路器選用原則和性能協(xié)調(diào)研究。

（2）低壓配電與控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究：包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、系統(tǒng)整體解決方案、各類可通信低壓電器及其它配套元件選用及相互協(xié)調(diào)配合。

（3）配電系統(tǒng)過電流保護(hù)整體解決方案，其目標(biāo)是在極短時間內(nèi)實現(xiàn)全范圍、全電流選擇性保護(hù)。

（4）配電系統(tǒng)（包括新能源系統(tǒng)）過電壓保護(hù)整體解決方案。

（5）各類電動機(jī)起動、控制與保護(hù)整體解決方案。

（6）雙電源系統(tǒng)ATSE選用整體解決方案。

6）新一代產(chǎn)品開發(fā)必須帶有智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能，不僅能與各種現(xiàn)場總線系統(tǒng)無縫連接，還能直接與工業(yè)以太網(wǎng)連接。智能化功能應(yīng)不斷擴(kuò)大，并出現(xiàn)配電電器與控制電器相互交叉，即綜合智能化功能，以更好滿足智能電網(wǎng)需要。如智能電網(wǎng)中ACB不再是單一的保護(hù)電器而是將測、檢、控、保、管五大功能集中并整合為一體的綜合性、多功能開關(guān)電器設(shè)備。

“測”：配電系統(tǒng)中各類電參數(shù)測量與顯示。

“檢”：內(nèi)外部故障檢測、預(yù)警與報警、顯示、開關(guān)運行狀態(tài)、壽命檢測與顯示。

“控”：根據(jù)系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行參數(shù)、內(nèi)、外部故障情況、系統(tǒng)運行要求，發(fā)出各種指令。

“保”：具有配電系統(tǒng)各類故障保護(hù)功能。

“管”：系統(tǒng)電能使用管理。

4.2 低壓電器主要產(chǎn)品發(fā)展動向

1）萬能式斷路器

新一代高端產(chǎn)品 電流等級建議 1600A、2500A、4000A、6300A、8000A。

技術(shù)與性能突破點

（1）大幅度提高Icw主要措施采用多回路并聯(lián)與電動力補(bǔ)償相結(jié)合（也可采用雙斷點觸頭系統(tǒng)）并通過觸頭滅弧系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，操作機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，提高合閘力。

（2）實現(xiàn)全電流選擇性保護(hù)：Icw=Icu=Ics>系統(tǒng)最大短路電流，采用選擇性區(qū)域聯(lián)鎖保護(hù)。

（3）在性能明顯提高基礎(chǔ)上，進(jìn)一步小型化。

（4）大幅度提高機(jī)、電壽命。

（5）智能控制器功能進(jìn)一步完善，測量模塊與保護(hù)模塊分開，明顯提高測量精度。

（6）通信模塊（通信適配器）外置式變?yōu)閮?nèi)置式。

（7）內(nèi)、外部附件、功能模塊采用內(nèi)部總線，便于智能控制器全面監(jiān)控內(nèi)、外部附件運行狀態(tài)及故障情況，全面提高ACB運行可靠性。

（8）能與工業(yè)以太網(wǎng)直接連接，使配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)更加簡潔、高效。

新一代大眾化、標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品框架電流登記建議：630A、1250A、2000A。產(chǎn)品適當(dāng)降低分?jǐn)嗄芰Σ⒕哂懈咝詢r比、小型化、高可靠、低成本等要求。

2）塑殼斷路器

新一代高端產(chǎn)品殼架電流等級建議：63A、160A、320A、630A、1250A技術(shù)與性能突破點：

（1）普遍采用雙斷點觸頭系統(tǒng)，解決好雙斷點觸頭系統(tǒng)二大技術(shù)難點：①觸頭電動力斥開后，可靠卡住；②雙斷點觸頭接觸時自動平衡。

（2）大幅度提高運行短路分?jǐn)嗄芰Γ瑢崿F(xiàn)Ics=Icu，從第三代產(chǎn)品50~80kA提高到120～150kA。

（3）實現(xiàn)上、下級塑殼斷路器選擇性保護(hù)，主要措施：①進(jìn)一步提高中、小容量MCCB限流性能；②在不影響分?jǐn)嗄芰A(chǔ)上，適當(dāng)增加中大容量MCCB短時耐受電流；③區(qū)域聯(lián)鎖模塊在MCCB中應(yīng)用。

（4）在產(chǎn)品小型化方面應(yīng)有重大突破。

（5）大幅度提高機(jī)、電壽命。

（6）派生 B型剩余電流保護(hù)斷路器：①對交流、脈動、直流剩余電流均能可靠動作；②對各種不同頻率交流故障電流可設(shè)定靈敏度；③可以適置自診斷功能進(jìn)行檢驗。

（7）智能控制器功能大大擴(kuò)展。由于產(chǎn)品體積和結(jié)構(gòu)上原因，除與電壓信號有關(guān)的功能外，智能控制器功能與萬能斷路器基本相同，與上一代產(chǎn)品相比增加了很多功能。如：接地保護(hù)、區(qū)域聯(lián)鎖、溫度預(yù)警等。另外，新一代熱磁式MCCB增加了特性面板可調(diào)，包括額定電流，瞬動電流倍數(shù)等。

（8）接地方式。除板前、板后接線方式外，增加插入式、抽插式（板前、板后）等。另外增加產(chǎn)品安裝與母排一體化方式及相關(guān)附件。

解決方案一：專門設(shè)計電器安裝在母排上母線適配器（或稱母線連接器），作為MCCB附件一起提供給用戶。

解決方案二：由專業(yè)化生產(chǎn)廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和專業(yè)化生產(chǎn)包括標(biāo)準(zhǔn)化母線，母線固定件，母線絕緣罩殼，母線連接器等。額定電流從幾百安培到幾千安培，全部制成標(biāo)準(zhǔn)化配件供用戶選用。

3）小型斷路器發(fā)展趨向

（1）發(fā)展高分?jǐn)嗄芰CB。

（2）發(fā)展帶短延時分?jǐn)喙δ艿腟MCB。

（3）MCB可選擇的脫扣特性增多 如B、C、D、K、KM、VCB、VCR等以滿足不同使用場合需要。

（4）產(chǎn)品小型化，發(fā)展18mm 2p MCB產(chǎn)品和36mm 2p+漏電。

（5）DPN結(jié)構(gòu)的MCB向大容量和高分?jǐn)嗄芰Πl(fā)展。

（6）產(chǎn)品性能同時符合IEC、EN、UL等標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)全球化貿(mào)易需要。

（7）配套附件進(jìn)一步齊全，帶電操機(jī)構(gòu)，分勵模塊、通信模塊等。

4）交流接觸器、起動器發(fā)展趨向

（1）額定電流范圍寬從6.3～2000A。

（2）結(jié)構(gòu)上可分為三段。

6.3 ～100A交流接觸器從結(jié)構(gòu)上應(yīng)與新一代電動機(jī)保護(hù)斷路器、熱繼電器、電子式電動機(jī)保護(hù)器結(jié)構(gòu)相一致，便于發(fā)展組合電器（組合式CPS、起動器等）。

125～800A交流接觸器 主要考慮節(jié)能型磁系統(tǒng)，縮小飛弧距離等。

1000～2000A主要用于新能源系統(tǒng)投切，額定電壓690V工作制以AC1為主。

（3）新一代交流接觸器性能與功能上主要特征：①小殼架、多規(guī)格；②型化；③模塊化、多功能；④節(jié)能型、智能型磁系統(tǒng)；⑤部分等級空氣型與真空型交叉；⑥壽命指示與預(yù)警；⑦帶通信功能（工作狀態(tài)、磁系統(tǒng)、功能模塊壽命等）。

5 結(jié)論

我國低壓電器正面臨新的發(fā)展時期，智能電網(wǎng)也進(jìn)入全面建設(shè)期。展望未來，低壓電器及其智能化有著美好的發(fā)展前景。我們將緊緊抓住歷史賦予我們的良好機(jī)遇，深入開展低壓電器及其智能化、網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵技術(shù)研究，掌握核心技術(shù)，形成技術(shù)制高點。并加速新一代智能化低壓電器研制與產(chǎn)業(yè)化，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供重要技術(shù)支撐，我國低壓電器必將煥發(fā)新的生命力。