天天游戏智能电器的国内外发展动态及未来展望 and Electric The ofDomesticOverseas Tendency Intelligent Developing in Future The The and Expectation Apparatus (河北工业大学，电器研究所，天津300130)于波，岂峰 (Electrical ResearchInstitute，Hebeiof 300130) Apparatus UniversityTechnology，Tumjin YUbo，QIf色鸥 [摘要]文中通过调研和实际分析详细介绍了智能化电器的由来发展和工业生产线上的应用。并且用结合生产情况对比了国 内外智能电器的发展现状。论述了智能电器的优势，展望了未来智能电器的发展方向是网络化和信息化的趋势。 internalandexternal electric the with conditionof Combined lanai paperexpounds present intelligentapparatus，this of electric the and networkandinformationthe apparatus，andexplainsdevelopmenttechnique intelligent conductSan inthe and aneffect011 investigationdevelopmenttechnique leaturesofdomesticintelligentrelease。It key having the electric intelligentapparatus。 [关键词]智能电器；智能化；通信；网络 Electric [Key Apparatus：Intelligentize；Communication；Network words]Intelligent 1 历史，发展 随着传感器技术、电子技术和计算机技术的进步，低压电在经历了从电磁式向电子式的发展后已迈进智能 式，以微处理器为核心的测控技术被成功地应用在各种低压电器中，一方面使电器设备具有智能化的功能，另 一方面使开关电器，包括智能化断路器和智能化电动机控制器等实现与中央控制计算机双向通讯。进入20世纪 90年代，随着计算机信息网络的发展，配电系统和电动机控制中心己形成了智能化监控、保护与信息网络系统 新中国成立后50多年来。我国的电器不论在品种、水平、生产总量还是在检测技术与国际标准接轨等方面 都取得了巨大成就。从历史发展的角度来看，天天游戏我国电器产品的发展大致经历了以下3个阶段： 产品体积庞大、原料消耗多、性能不理想、设计不规范。 (2)2 C83一SON， 0世纪70-80年代，是更新换代引进国外技术自行研制的第二代，以BHZ，QC83—80，Q BHR等为代表。技术指标显著提高、保护特性比较完善、体积明显缩小、适应了成套装置要求，成为我国白行 研制的支住产品。 表。产品工作可靠、性能稳定、体积小、智能化、组合化、模块化、集多功能于一体，总体性能指标达到国外 20世纪90年代初的水平 在智能化方面，智能化断路器与电动机控制器是开关柜和电动机控制中心实现智能化的主要电器元件。微 处理器引入断路器，使断路器的保护功能大大增强诸如：它的三段保护特性中的短延时可设置成12t特性，以便 与后一级保护更好地匹配；接地保护可实现选择性，对断续的电弧接地故障可带记忆功能等。国内20世纪90 年代开发的第三代万能式断路器，作为低压配电系统中的最重要元件，配置了智能型控制器，从保护形式，实 现了智能化的功能。如果智能化二次设备嵌入到一次设备体系中，一次设备也被称作智能化电器，如常见的“智 能化开关”、“智能化开关柜”、“智能箱式变电站”等。近几年来，我国智能化的低压配电电器发展迅速，在产 品的数量、档次、质量上已基本能满足国内低压电网的需求，可以实现过载长延时、短路短延时、特大短路瞬 一151— 时、单相接地或漏电等四段保护功能，各段保护精度范围为士10％0各类脱扣、显示、控制功能一体化的新一 代的智能型控制器推向了市场，为提高国内产品的市场竞争力打下了良好的基础。 与此同时，国外同行又相继推出了一系列测量精度更高、功能更加齐全的智能型控制器，电流测量精度从 原来的士3％提高到士1％，并增加了对基波和谐波的计算，精确分析电网质量；运用捕捉波形的方法，帮助诊 断和分析事件，增强报警编程功能，分析和追踪交流供电系统的波动，天天游戏随时对电能的质量进行监控等。 2智能电器的优势 目前智能化配电系统的技术水平已经可以解决用户的普遍需求，信息技术、计算机技术、微电子技术的应 用使电器变得“能听会说”，实现信息交换。如通过远方诊断、遥调、遥控、遥信、遥视、预警分析、配电系统 自动化管理、网络化信息处理技术功能等，可以实现故障快速恢复、无人值守、防患于未然。其智能化系统的 安全程度已经达到了相当高的水准，使智能化系统的无故障运行时间大幅度的提升。 如智能化过载继电器与传统的双金属热继电器相比，具有一系列的优点，它能保护多种起动条件的电动机， 具有很高的动作可靠性它不但可保护电动机过载与断相，并可保护接地、三相不平衡、反相或低电流等。在智 能化电动机保护继电器基础上进一步开发的智能电动机控制器，兼有监控、保护和通讯的功能。智能化电器的 应用还体现在变电站自动化系统、配电自动化系统和用电系统中。在配电电器方面由智能电器单元与中央控制 计算机组成的网络系统与传统的配电系统与电动机控制中心相比具有以下优点：实现中央计算机集中控制，提 高了配电系统自动化程度；使配电、控制系统的调度和维护达到新的水平。 新型智能电器的主要功能四遥功能分述如下： 1)遥测。可以实时对系统进行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数及预率等进行不断的采集、分 析、处理和记录，显示曲线和样图，自动生成报表。 2)遥信。可以实时对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监侧，计算机实时显示和自动报警。并对各 柜内开关的状态、事故跳闸、过流飞速断以及温度等动作实时记录和打印。 3)遥控。通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号和合分闸等信号，同时在屏幕L将要选择的开关的状态 反馈回来，确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关号等。 4)遥调。通过上位计算机对相应的开关整定值进行远程调整，同时在屏幕上将调榷后的参数反馈回来，确 认后执行，实时记录开关号和整定值等。 具有“四遥”功能的系统，其设备间的连锁性能、运行可靠性大幅度提高。可以实现与中央控制计算机数 据信息的双向传输。一方面，智能化电器或其他设备向中央控制计算机传送线路和保护对象的运行参数，保护 整定值和故障信息。另一方面，中央控制计算机向智能化电器或其他设备发出操作指令，改变和调节保护整定 值。实现了中央计算机的集中控制设备与计算机的双向传输，大大提高了控制系统的自动化程度通过信息传输。 中央控制计算机能存储线路和被保护设备过去的运行参数及前lO次，甚至前50次的故障情况。这些信息加上 计算机强大的综合计算能力有助于操作者事先预测故障的产生和做出相应的决策，使线路和设备的停机维修时 间大大减少。目前自动化控制中使用大量的软起动器、电力电子调速装置和不间断电源等，这些装置都会使配 电系统产生高次谐波而模拟式电子脱扣器一般反映故障电流的峰值，因而电源的高次谐波会造成断路器的误动 作。而带微处理器的智能化断路器的中央处理单元能准确反映负载电流真实的有效值(RMS值)、它的采样和保 持电路能消除输入信号巾的高次谐波，因而能避免高次谐波造成的误动作。因此信息传拍的实现提高了对配电 系统的电能调度能力。同时能保证在用电高峰阶段对重要用户安全可靠的供电。 信息传输的同时可实现区域问连锁保护，使前后级智能化电器的选择性保护获得合理的匹配，实现数据共 享，减少信息重复和信号通道。由于采用数字化的新型监控元件，开关柜屏面上可提供的信息大幅度增加。通 过液晶显示板可测量并显示供电系统的电流、电压、功率等各个参数，也能显示被保护对象和线路过去的运行 参数和故障情况，它还可以以图形方式显示被整定的断路器保护特性。监控元件与传统的指示和指令元件相比 较，接线简单、便于安装，提高了工作的可靠性。 网络通信的发展，要求用户和设备之间必须能进行良好合作，因而制定一个统一的通信协议是急待解决的 关键问题。目前，由智能化电器与中央计算机通过接口构成的自动化通信网络各具特点，优势互补，我国有些 一15釜一 单位也在做这方面的工作，把基于现场总线技术、具有通信功能的电器称为可通信电器。现场总线技术的出现， 不但为构造分布式计算机控制系统提供条件，而且它即插即用，扩充性好，维护方便，因而目前这种技术成为 国内外关注的焦点 3国内外在智能化电器方面的新技术 “智能技术”是指人工模拟人类大脑活动的技术。采用了人工智能的机器具有自行处理问题这一能力的技 术称为智能电器技术。微处理器嵌入普通电器而形成了智能化电器，在近十几年的工业生产中，智能化电器发 挥了其巨大的优势。天天游戏世界上各个国家都开始着手于使用和开发智能化电器产品，因此，智能化电器的设计，研 制和开发进人了一个崭新的时代。电器技术理论和电器产品结构正处于不断更新和全面升级阶段。传统的电器 设备在结构原理，外观设计和应用新材料、新工艺等方面不断改进和完善；真空电器和半导体以及其他新型或 智能化电器亦在开拓发展中；电器产品向模块化、组合化的方向发展。在这个全面发展的阶段，要开发性能优 良的电器产品，必须要有先进的测试、检验手段。20世纪90年代人们提出了“可测试性设计“的概念。在系 统设计开始就同时考虑测试问题，并进行可测试性设计，例如，将计算机技术、传感器技术、电力电子与电器 技术相结合，实现了电气动态过程各参数的可视化实时检测。应用软测量技术、数据融合技术以及模糊识别技 术解决了难以直接测量系统特性参数，电器动态过程中的误差，以及电器性能的综合评估等问题。该技术目前 已应用于新型智能交流接触器的研究与开发中，为延长电器产品的工作寿命、提高其性能指标、缩短其设计周 期均起到了重要的作用。 随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计(CAD)使电器技术设计与研究进人了一个新领域，同时高科 技软件系统的更新使成套产品设计更加自动化、智能化，产品开发周期大大缩短。计算机辅助设计包括了零件 设计与装配直至产品组装，设计者可以直接在计算机屏幕上观察、构思、修改、研究、检查电器产品，提高了 产品的性能指标改善了电气设计师的工作条件。 干扰会使控制系统程序运行失控，甚至进人死循环，或发出错误的执行指令，从而造成无法估计的损失。 因此，电力系统的自动化程度越来越高，这就要求与之配套的智能化电器有较高的可靠性和抗干扰能力。硬件 抗干扰技术总的原则是：削弱干扰源、切断干扰传播途径、降低系统对干扰信号的敏感性。为了防止外界干扰 信号通过直流稳压电源进入控制电路，通常采用电源滤波技术：将微机控制系统屏蔽在金属外壳内，能阻止电 磁干扰通过场的方式进入控制系统。为了防止干扰信号通过输人、轴出通道进人微机控制系统。可采用光电藕 合器将微机控制系统与外围接口隔离；还需注意到印刷电路板是电磁干扰传播的重要途径因此，要采用优化布 线方式来抑制电磁干扰的传播。为了削弱进人CPU系统的干扰信号，可采用软件撼波的方法，通过一定的计算 程序，减少干扰信号在有用信号中的比重。或者可以加入空指令，如果CPU受于扰，使程序寄存器PC不是指 向正常情况下程序指令的第一字节，而是指向其他字节，这样，当前程序运行完后经过几个空指令调节。可将 PC值纳人正轨。 下面表格为国外智能断路器的主要功能及技术参数 国别 厂家 型号 额定电流(A) 分断能力(kA) 功能 三段保护、接地、区域 50一100(440V) 选择性联锁、测量、试 法国 MG M系列 800一3200 验、自诊断、能量监控、 50～85(660V) 信息传输显示 65～100(380V) 三段保护、接地、试验、 德国 西门子 3、ⅣNl 630—}000 50—80(660V) 显示 65一100(240V)三段保护、接地、区域 65～100(480V)选择性联锁、不平衡、 Gp 800—4000 美国 PowerBreak 欠压、大功率、测量、 42～85(600V) 试验、数显、通信对线— 三段保护、接地、过载 35—85(力拊V、380V) 预警、逆功能脱扣、天天游戏欠 日本 寺崎 A=I 630—6200 压、试验、测量、自诊 22—45(660V) 断、显示 在国内，由上海电器科学研究所和黄海电器控制设备厂共同研制的ST型智能控制器。是专门为DW40， 式断路器中应用。ST智能型控制器与断路器配套至今己产销4000多台，在各种现场投运也己超过千台，性能 稳定，使用直观、方便，用户使用情况良好。 要实现对智能电器的实时监控功能，依赖现场总线技术的发展和计算机网络技术的进步。现场总线是连接 现场设备和控制系统之问的一种开放、全数字化、双向传输、多分支的通信网络，它的出现被誉为20世纪90年 Modbus，DeviceNet， 代工业控制领域的一场革命。比较有影响力的现场总线主要有：ProfiBUS， CAN和 Lonworks等，基于现场总线的发电厂、变电站实时监测监控系统以及由此构成的调度自动化系统，既可避免使 用大量电缆将一次侧电参数传送至中控室，又可减少线损造成的误差，提高了测量精度。此外还可取消中控室， 实现无人值守，不但节约占地面积与基建投资，而且还可把运行人员从日夜值班的劳累中解放出来。目前现场 一种低成本的通信连接。它把工业控制用的传感器和执行器。包括限位开关、光电传感器、电动机起动器、按 钮指示灯、多功能继电器等简单的控制元件作为从设备连接到网络。与作为主设备的控制计算机或可编程逻辑 控制器(PLC)进行通信。传统的继电器、接触器控制系统的触点转换信息变成二进制数字信息通过串行接口和寻 址进行通信。这使传统的控制元件也有了革命性的变革。 例如西门子As总线系统中应用的多功能继电器实际上是一个小型的PLC。它能起延时、闩锁、记数器和 脉冲继电器等功能。 化电器进入了信息电器的新时代。 从上个世纪80年代现场总线刚刚出现开始，围绕现场总线技术与现场总线标准的竞争就在各大公司甚至各 国之间展开。人们期待一种统一的现场总线标准，使基于这一标准的现场设备和仪表能够互连、互操作和互换， 从而实现真正意义上的开放。但是，最终形成的现场总线标准却与人们的初衷大相径庭，没有形成单一的现场 总线标准，而是在国际标准中列出几种现场总线。这也意味着没有一种现场总线能够一统天下，各个公司、利 益集团围绕现场总线技术的竞争也从标准之争转向市场之争和技术之争。最早成为国际标准的现场总线是CAN 总线，它是关于道路交通运输工具方面的国际标准。工业控制领域的现场总线标准主要是指国际电工委员会指 保护功能不够等欠缺，有待于进一步的改进和提高。但是德国西门子公司采用的PROFIBUS和美国罗克韦尔自 动化公司采用的DeviceNet两种现场总线在我国应用也较为广泛。 和E3都是由RockWell 的信号进行数字处理，比一般的继电器具有更高的精度和更好的通信能力，具有智能电器的特性。现在， 一154-一 上自动化技术方面的最高水平，受控于开放式DevieeNet生产制造商协会(ODVA)。 施耐德电气公司正致力于通过把互联网技术应用于智能配电领域来解决上述问题的“透明电力”。基于这种 产品，这些产品内部有一个WEB功能的以太网模块，使产品能直接接入以太网，并通过TCP通信规约向士机 发送数据。用户可以通过监控软件来访问这些设备，也可以通过授权账号使用m浏览器直接读取这些设备内部 HT／VlL文件，通过网页显示，这就意味着只要用户有权限，就可以通过互联网在任何地点、任何时间看到他所 关心设备的情况。 同样在国内许多大公司和研究所也致力于科通信智能电器的开发。如时代集团智能电气产业在传统的并联 电容器补偿与无源滤波技术基础之上应用现代微电子、智能控制、电力电子、计算机网络和数宇通信等现代高 新技术，形成了以智能监控、零电流投切开关为核心的智能无功补偿技术，率先打出了智能电气的旗帜。迄今 为止，时代集团智能电气产品已在全国大量挂网运行近5000台套，很快跻身干业内第一板块行列。 轻松、快速的掌握系统参数设置、数据收集及诊断分析、处理等，大大提高了配电系统可靠性和工作效率，现 已经应用于楼宇自动化、工业配电自动化项目中。 纵观国内外电力发展情况，可以预言，基于现场总线的智能化配电电器必将广泛应用于我国包括电力系统 的发电和变电站在内的各行业中，随着其他配套的智能化单元的开发逐步完善，以第四代高可靠、可通信、智 能型配电电器为核心的新一代的智能化、自动化输配电系统将成为市场的主流选择。 4未来的发展趋势 社会文明的进步，技术的发展，对能源质量提出了更高的要求。由于能源的有限性，又必须对能量进行管 理，节约能源，充分利用能源，开发新能源。根据这些要求世界各大知名电器企业把计算机技术、自动控制技 术、传感技术、网络技术等新技术，应用千电器产品的开发中，开发出具有新性能高品质的电器产品。综观世 界各主要公司推出的产品可以看出，智能化电器将向以下几个方向发展： 1)仿真技术的飞速发展 目前，世界大部分厂家和设计院均采用了三维计算机辅助设计软件，应用这类软件能够在三维空间内对零 部件的结构模拟、组装和自动生成工程图纸，并且按照设计的零部件自动进行棋具设计和生成数控编码。这些 软件的成功应用使我国电器产品的设计工作上了一个新的台阶。 2)人工智能与环保电器 环境保护的概念日趋探人人心，这对大量使用的电器产品也提出新的要求，一方面要保证长久的寿命和电 器本身工作的可靠性；另一方面还应考虑环保要求，既无污染还可回收；人工智能是一新兴边缘学科，它是探 索和模拟人的智能和思维过程的规津，并进而设计出类似人的某些智能化的科学。能否将人工智能技术应用在 环保电器中也是人们关注的焦点，也必将成为今后科研活动的重要领域之一。 3)模糊控制和神经网络技术 电器产品的运行过程涉及到电、磁、光、热、力、机械、材料、绝缘、真空、电接触、可靠性等方面的原 理与技术，电器及其系统可进行实时监控、保护、调节和顶测，其动态行为呈现出非线性、复杂性和不确定性。 因此模糊逻辑控制技术与电器技术相结合，研制具有模糊逻辑推理能力的多功能、高性能、高可靠性模糊智能 化电器也将是今后的发展方向。 4)高性能和小型化与结构设计现代化 由于城市电网的发展，配电变压器容量的增大，因而对电器没备提出了高性能、小型化要求。从最优的性 能价格比出发，设计更为合理的电器产品是今后人们迫求的另一目标。 目前，国内智能电器的研发和应用已具备了一定的基础，但也存在一些问题。主要问题是，没有统一的行 业标准。尤其是在通信规约方面，常甩将规约有四五种，包括原有国内的行业规约、自动化领域和楼宇管理系 一155— 统的部分规约在内总共有于几种。各个厂商推出的产品都是基于自己通信规约的，这其中有些规约的开放性不 够好，造成不同厂商产品间不能方便的互联、天天游戏互通，为用户使用智能电器产品 设置了一些障碍。 如果借鉴自动化领域的经验，将智能电器的通信标准分成二部分：低速总线ip底层 网络，如Modbus)和高速以太网络(管理网络)，不同厂商的产品规约只要能够满足这二个标准，就可以方便的集 成到一个系统内，这样既能节省很多二次开发成本和设备成本，又能消除用户的顾虑。但实际上，由于底层网 络的传输速度低，已经构成了信息传递的瓶颈，与用户需要了解完整电气信息的要求产生了矛盾，因而上述构 想只是第一步，如何解决用户内部各系统问的信息共享，是智能电器发展需要解决的新课题。 5结论 智能化电器是以电器学科为主兼顾多个领域的新兴事物，它的出现是社会科技进步的结果，同时也是推动 科学技术继续前进的动力之一。在目前的生产生活中，智能电器的优势已经逐步为人所熟悉，这也就给只能电 器的发展提供了广阔的空间。在未来几年中，智能电器还会在许多方面继续进步，诸如：配电电器，控制电器， 轨道电器，智能化建筑等方面。这也是当代电器工程师所面临的一个机遇。 一156—

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