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《电力成套设备及智能化》课程论文

题目：

低压智能化开关设备现状及发展

学院：

电气信息工程学院

班级：

电气1101

姓名：

学号：

3110501009

日期:

2014.12

摘要：

分析了国外内低压成套开关设备的现状，简述了低压成套开关设备的组成情况，介绍了新技术在智能化成套设备中的应用并与普通低压成套设备进行了简单比较，展望了低压智能化开关设备的发展趋势和前景。

智能型低压开关柜的发展将保障电力系统更安全、更可靠。

一、国内低压成套开关设备发展历史及现状

低压成套开关设备在低压供电系统中负责完成电能的控制、保护、测量、转换和分配。

国内低压成套自1985到1987年自耦减压起动柜JJi全国联合设计时起，首先采用半导体集成电路式时间-电流转换器代替原来的充气式时间继电器盒电流继电器。

1989到1990年，国内又出现了电子式电机多功能综合保护器。

1991到1992年，又出现了半导体式热继电器。

在成套方面，智能型配电系统也已起步，厦门电控厂已有能进行数据采集的马达控制中心问世；天津夏利汽车工程的所有低压配电柜、动力柜全部实现了上位计算机控制，做到了运行，故障集中监视，集中判断、处理，大大提高了设备运行安全性、可靠性。

但从技术上看，目前我国虽已完全掌握了微处理器在电控产品上的应用技术，也已有一些带接口的全数字产品问世，但反映国际目前水平的智能型低压配电装置和智能控制器，目前还没有见到，有待进一步努力。

进入20世纪80年代后，由于国内基础设施和电力能源投入的加大，极大地刺激了行业的发展，使低压成套开关设备行业开始有了发展的空间，产品的翻新速度加快，品种增多，产品技术性能参数有了明显的提高。

我国的低压成套开关设备虽然在产量和产值方面有了很大的提高，但产品的品种和性能方面远远不能满足市场的需求，一方面集中在抽屉柜等个别产品之间的相互竞争，另一方面将我国不能生产的产品市场拱手让给了国外厂商，其原因有以下两个方面:

（1）企业的产品开发能力较差

由于本行业的特点是厂家多，规模不大，技术人员少，大多数厂家都不具备产品的开发能力，基本上都是经过行业的转让、仿造和买外壳组装等形式组织生产。

所以产品类型集中，市场竞争激烈。

个别厂家也具有产品开发的能力，但由于力量单薄，很难打开市场。

（2）成套产品层次较低

低压成套开关设备应该具有多层次、多品种的特点，在技术性能、参数、功能、结构、安装等方面应有高中低的区别，以满足不同行业和适应不同使用环境的需要。

我国目前能供应的产品绝大多数还是一般环境下使用的产品，自动化程度较高、具有多功能的产品基本处于空白。

二、低压智能化成套开关设备

是一种集组装式结构、低压配电、远程抄表、负荷监测控制管理系统、低压配电监测监控制故障报警系统于一体的低压配电成套装置，其利用无线通讯网络光纤网络及其他通讯网络与计算机互联建立通讯链路，实现远程监测配电设备的状态、在线监测控制故障报警等主要功能。

低压智能化成套开关设备具有功能集成化、数字化；控制、保护智能化；产品形式和结构模块化、标准化；体积小型化；设计简单、维护方便；可靠性增加；系统分散化、网络化等七个特点。

低压智能化成套开关设备，其智能化除了具有电流、电压等运行参数的监视功能之外，还具有对线路、设备的保护控制功能，其保护除一般的三段保护、接地保护、过电压保护、欠电压保护之外，还具有三相平衡、欠电流、逆电流、电机转子电流保护，因为它具有运算功能，所以一般保护不能实现的都可由数学模型经过运算达到保护的功能。

低压成套开关设备智能化应从以下三个方面考虑：

一是开关作为变压器、电动机、馈电线的基本控制与保护电器，应能够保障其控制和保护对象在任何工作状态下都可靠工作。

二是加强对开关柜这样的机、电、磁结合的装置自身工作状态监测与控制，特别是非电量参数监控，提高其工作可靠性。

三是开关柜作为基本元件，成为电网运行自动化、工厂自动化、过程控制自动化等系统的组成基础，保障上述系统的安全、可靠、经济运行。

在这几个方面都达到了最佳性能指标的才能称为“智能化”低压成套开关设备。

三、智能化设备和普通设备的比较及其优点

（一）普通设备的产品优点

1.设计合理：

根据各种开关电气的特点进行单元化设计，组合成功能单元。

2.结构通用，组装灵活。

3.可以分别组成保护、操作、转换、控制等标准单元模块结构，任意选用组合。

4.安全防护：

采用区域之间的隔离以及功能单元进线和出线之闹的相互隔离，有效地加强安全防护性能。

5.技术参数：

主要技术参数处于国际领先水平。

（二）智能化设备的优点

1.配备远程抄表、负荷监测控制系统；

2.配备具有漏电报警/试送电、断相/偏相报警、断零线报警、保险丝熔断、盗窃报警、远程送电等功能的自动故障报警系统。

（三）比较

1.传统的低压配电控制方式

传统的低压配电控制方式主要是通过断路器、接触器、热继电器、熔断器、控制继电器、各种主要电器、互感器及各种电工仪表（电流表、电压表、功率表、电能表等）组合成的低压开关控制柜来实现配电、控制、保护、监视等功能。

这种传统的开关柜需要配有多种模拟指针仪表及继电器；给生产、储存、维修带来极大不便，并且以人工直接操作为主，无法实现计算机智能管理，对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。

2.智能型开关柜对仪表等元件的要求

智能型开关柜是在现有的以模拟仪表、继电器为监测、控制设备的普通开关柜基础上，与新型的智能仪表（网络电力仪表、智能配电监控/保护模块等、网络I/O）进行配合，通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视，对断路器的分合状态进行控制，配合各种完善的远程监控软件，从而实现“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）

四、智能化成套设备中的新技术

（1）计算机技术、网络技术的应用

低压开关柜智能化技术是微电子技术、计算机技术及其网络技术与低压开关电器技术的结合。

计算机、网络及其通信技术应用于低压配电系统的控制和测量是近二十年的事，以后二十年的发展将更快。

它所产生的影响是显而易见的：

电器元件的控制功能更强大、更智能化，智能化低压电器元件导致低压开关柜智能化程度更高；现场总线使控制技术网络化、通信无线化，使得控制系统布线更简洁、控制更可靠；且性能优异，成本和安装费用下降。

其中现场总线技术是控制、计算机、通信、网络等技术从控制层发展到工艺设备现场的技术结果，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字通信协议一个现场总线系统可以看成由数字通信设备和监控监测设备组成的分布式系统，其控制单元全部分散到现场，控制回路由现场设备实现，同时又可以在控制室用数字通信的方式与控制单元进行操作与调整。

实际上现场总线就是一种计算机网络，这个网络上的每一个节点就是一个智能化设备。

现场总线具有开放性、互操作性（兼容性）、高稳定性和时效性、通信介质多样性等特点，因此现场总线作为连接各智能型开关柜的通信网络可较好的适应今后发。

这一应用将使原变电站、电厂控制系统的结构形式发生很大变化，系统趋向“扁平化”，控制室设备也大为减少。

由于智能型开关设备本身就可完成开关柜运行控制的基本功能，因而利用现场总线即可构造一个全新的分布式计算机控制系统，它可大大提高控制和保护的准确性，以及电力系统的可靠性，并且扩充性好，维护也方便，使低压配电系统实施智能化更容易，控制系统人机界面更友好。

（2）低压电器元件的小型化和高性能、智能化

低压电器元件的小型化和智能化将刺激低压开关柜的功能化和模块化倾向，低压成套开关设备将进一步组合化、紧凑化和小型化。

低压电器元件的技术进步造就低压配电系统的配电单元的功能化和模块化；低压配电系统将具有完全的开放性和广泛的适应性，它的组建就如按功能进行模块化组合一样容易。

低压配电系统的智能化促进低压配电单元的标准化、功能化、通用化和模块化。

新一代智能型功能模块单元的智能化程度更高，功能更强大，技术性能更好。

（3）数字监控系统在智能化成套开关设备中的应用

数字监控系统能给企业直观的、优化的管理模式，提高设备的工作效益，降低生产成本，减少维修费用，因而在国外到得了广泛的使用。

数字监控系统分为三个层面：

第一个层面为基础层；第二个层面为数据交换层；第三个层面为管理和控制层。

数字监控系统基础层为安装于低压成套开关设备中的每一条主电路的各类不同功能的模块，它的任务是提供设备的保护和控制、数据采集、故障判别等。

基础层的功能模块在整个系统中是数量最多、功能种类最多的重要单元。

数据交换层是数据贮存、处理和交换之处。

管理控制层的主控机通过数据总线实时地调用基础层所有的功能模块的数据，并下达指令来控制各个功能模块，所以它起到上传下达信息的作用。

在数据交换层中还可以进行数据逻辑处理，实现设备工艺流程的自动控制。

专业工程师还可以利用个人计算机来监控设备的运行情况。

管理控制层为全系统的最高管理指挥层面，利用主控机可以控制全系统或各个工艺流程设备的运行或停止。

适时地监视系统的运行状态，建立设备的历史档案，制定最佳运行方案，提高设备效率，降低生产成本。

根据不同企业的性质和要求，每个层面的内容和功能都会有差异。

但基础的功能模块是标准化的，它只有数量上的变化。

国外一些低压开关柜制造商开发的智能模块具有测量、保护、控制、显示、通讯诸功能，安装于抽屉柜的抽屉上或门上，其外形尺寸与安装方式与一般的有触点控制板一样，所以传统的操作控制方式如果要改变成智能化的控制方式在结构上不需要任何变动。

半个世纪以来，虽然低压开关电器的基本原理并未有根本性的变革，但其主要性能指标至少提高了2个数量级，体积还缩小了一半以上。

低压成套开关设备性能随之提高，体积缩小了约2/3。

可见低压开关电器的进步对于低压成套开关设备的决定性影响。

过去的事实说明了这一点，今后的发展还将更进一步说明这一点，对于低压成套开关设备的智能化的影响更如此。

五、低压智能化成套设备的发展前景

我国低压成套开关设备的研究和开发起步比较晚，但在巨大的市场需求刺激下，“智能化”这一课题已成为国内科研机构和制造单位的竞相开发的热门领域。

从国外产品来看，智能型开关柜向着以下几个方面发展：

1）功能更强、可靠性更高、系统更完善；2）应用更灵活、控制更简便、编程更容易3）通讯协议的开放性更强。

有实力的企业应融会各专业技术人才，集思广益，结合我国产品市场，设计开发具有本企业技术特色的产品，具有本企业专利技术的产品，具有前瞻性高技术含量的产品，以产品特色赢得产品市场，这是企业生产经营长远发展的目标和根本方向。

六、小结

在成套电器技术这门课上，我们学到了很多关于低压开关设备、高压开关设备、配电自动化的知识，更加具体专业化的了解了开关设备。

智能型开关柜革命性地改变了传统开关柜的概念；具有多功能、数字化、网络化、智能化、结构紧凑、易于维护等特点，它可以满足电力工业未来的需求，具有预防事故发生、强化企业内部能源考核、减少设备维护和检修时间、实现数据资源共享等诸多优点，为企事业单位的现代化管理提供了坚实、可靠的基础，“一次投资，终身受益”，真正保证用户的投资利益不受损害。

智能型低压开关柜的发展将保障电力系统更安全、更可靠。

新型智能化低压功能模块单元的出现，将彻底改变现有低压开关柜的机械结构和生产组织方式：

机械结构标准化、通用化和模数化；产品设计技术智能化；产品功能化、模块化和组合化；流水线装配的生产方式，有利于企业资源整合，生产更高效，生产成本降低。

参考文献：

1）《低压成套开关设备的智能化走势》王隽

2）《低压成套开关设备行业现状及国外发展动向》罗时璜

3）《价值工程》，智能型低压开关柜刘晓华

4）《关于低压开关柜智能化的思索》管留生

5）《智能型开关柜及其关键技术》李永坚