近几年,由于低压电器市场容量不断扩大,重复建设严重,低压电器制造业面临着供大于求的严峻形势。由于电力、石化、建筑等产业的大发展,给低压电器制造业的大发展提供 了很好的机遇,但是企业数量增加太多,再加上国外一些电器公司面对着中国这个巨大的市 场也一涌而上,更加剧了竞争的激烈程度。
我国低压电器市场容量将稳步增长,其前景十分乐观。国内低压电器的市场容量与电力事业的发展是紧密相连的。据测算2001~2005年全国发电量增幅在4%左右,2006~2010年在4.5%左右;在10年内电力弹性系数平均为0.6左右,这样,2001~2005年全国每年需增发电量660~770亿KWh,2006~2010年每年平均增发电量660~770亿KWh,按照1997年全国电力机组平均每天运行13.1h计算,2001~2010年每年平均新增装机容量为21GW左右。按照经验配套比计算,每年需要低压框架式断路器约48万台,塑壳式断路器462万台,其他各类低压电器产品的需要量也是很可观的。我国低压电器产品出口东南亚国家的数量比较大,由于国家对机电产品出口的重视、扶持及鼓励,都有利于低压电器的出口。
1 低压电器技术的展望
虽然,智能低压电器的研究工作已全面展开,但是低压电器的许多问题用简单的微处理器无法解决。要使低压电器产品尽快跟上电力电子技术、计算机技术、传感技术、网络技术、智能技术的发展,必须尽快开展下列研究。
(1)人工智能技术在电器中的应用
人工智能是控制论、信息论、系统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学、哲学等学科相互交叉渗透的产物,它的一些领域如图3所示。其中人工神经系统、遗传算法、专家系统与模糊控制是人工智能中最常用到的四种分析方法。
近年来,专用集成电路ASIC技术的飞速发展,它将ADC、DAC以及运算放大器、比较器等模拟电路、微处理器、DSP等功能部件以及SRAM等大规格的存储器集成在芯片中。DSP开发工具、应用软件以及DSP平台的发展,也对电器的人工智能化起到了促进作用。
采用模糊逻辑控制技术与电器技术相结合,研制具有模糊控制能力的多功能、高可靠性、高性能模糊智能电器必将成为今后电器发展的焦点。
专家系统不仅可用于电器制造、生产过程的管理,而且可以与电器技术结合完成优化的运行过程。遗传算法可用于函数优化、自动控制、图像识别、机器学习、规划设计等领域。
神经网络由于其适应不确定性和高度的非线性控制对象,在控制中可用于模式识别、优化设计、推理模型、故障诊断等。因此可用于电器的设计与实时信号检测、控制、保护、调节、故障诊断等。神经网络已应用于异步电动机的热过载保护的温升智能预测系统。
(2)现场总线技术在低压电器中的应用
随着信息技术和计算机网络的发展,使智能化电器与中央控制设备,包括中央控制计算机与可编程逻辑控制器实现双向数据通信,并在低压配电系统和电动机控制中心统一形成了智能化监控、保护与信息网络系统。这种系统使操作人员在控制室中能够方便地控制各种现场设备,并且能够及时了解现场设备运行情况,处理各种故障。近年来,现场总线的出现给工业自动化带来了革命性的变革。
现场总线是一种造价低、可靠性强并适合工业环境使用的通信系统。传统的通信系统需用多芯电缆让数据并行传送,而现场总线仅需要一根双芯电缆,使布线非常简单,减少了安装维护费用。现场总线按国际标准采用统一的通信规范,因而它具有很好的互换性和互操作性,它是与生产厂商无关的系统,各种现场设备只要按这种规范和协议生产都可以在网络上使用。现场总线生产工厂能提供现场总线各种标准部件,包括接口、各种中间继电器、电缆、模块化I/O站等等,大大方便了安装和维护,即特即用,适合于现场设备分散布置的特点。国外许多大公司近几年都发展了可通信低压电器产品。必须尽快发展我国低压电器产品的现场总线系统与通信技术,才能使系统具有故障诊断能力。当系统中电器设备发生故障时,通信电器与现场总线联接器能够显示故障信号,便于排除故障,保护系统正常运行;系统传输的信号量增加,提高了系统自动化程度;信号传输的精度提高,保证了系统运行的可靠性。
(3)仿真与虚拟技术在电器中的应用
前已述及三维计算机辅助设计软件可以实现三维零部件的实体造型、装配、自动生成工程图纸、按照设计的零部件自动进行模具设计并生成数据编码。但是,要使电器产品满足预期的技术条件、达到预期的电气、机械性能,还能、必须经过反复试验。计算机模拟与仿真技术的应用可以在样机制作前,精确掌握电器产品的性能,减少重复样机制作,降低实验费用,加快产品开发周期,提高产品性能指标。
低压电器的基本特性包括通断能力、温升、零部件的强度、热稳定、绝级性能及其他电气性能等。这就需要对设计对象的电磁场、应力场、磁场等物理场进行仿真和分析。计算机模拟仿真技术的发展、有限元分析软件性能的不断提高,为这种新技术在低压电器中的应用创造了条件。20世纪90年代以来,用特征造型方式输入三维图形,代替繁琐的数据输入,使输入工作变得简单、直观,后处理阶段可以方便的观察输出的数据或对三维图形进行分析。通过计算仿真可以得到产品设计的可行性方案,满足产品的技术要求。但是,如果想要实现经济技术指标最佳,就必须将仿真技术与最优化方法结合起来,才能达到预期效果。随着计算机图形技术的迅速发展,虚拟技术将引入低压电器的设计领域。设计得可以在虚拟环境中,对电器产品进行仿真与优化,这将使我国低压电器的设计、研究达到一个更新的阶段。
2.低压电器技术发展趋势
为使断路器赶上国际先进水平,把开发智能化断路器列为重点开发项目。智能化断路器的开发成功代表了我国低压电器的发展方向。它除了具有四段选择性保护和电流表、电压表、显示、记忆、试验、自诊断、区域故障显示、报警和负载监控等智能功能外,还带计算机通讯接口与上位机连接可以实现遥控、遥调、遥讯,满足电力系统的微机控制和自动化的要求。它融合了现代化机电、测量、控制和微机技术,是高科技产物。目前国内有的厂正在着手开发4000A、5000A的智能型断路器。
随着新技术的发展,特别是电子、微电子技术和计算机的迅速发展,将对低压电器元件带来深远的影响,在原有产品继续完善性能、功能、提高质量的同时,将产生一批新型产品。我国未来的低压电器产品技术开发及发展将主要有以下几个趋势:
低压电器产品智能化 在现代化电站和工矿企业中,已广泛采用电子计算机监控系统,对与之配套的低压断路器提出了高性能、智能化的要求,并要求产品具有保护、监测、试验、自诊断、显示等功能。“八五”期间已开发的智能化断路器DW40、DZ40将进一步完善系列、实现产业化,并在国内重要电力系统中得到应用与推广。
产品电子化 在现代化企业中,采用PC控制系统来代替由电气—机械元件组成的系统,已是机械电气控制系统的主流。该系统要求电器产品具有高可靠性、高抗干扰性,还要求触点能可靠接通低电压、弱电流,触头断开时的电弧不能干扰电子电路的正常运行。“八五”期间中国已开始对各种控制电器元件进行相应的电子化改造,发展电子适应型电器,开发固态电器。
产品组合化、模块化 将不同功能的模块按不同的需求组合成模块化组合电器,是当今低压电器产品的发展方向。在接触器的本体上加装辅助触头组件、延时组件、自锁组件、接口组件、机械连锁组件及浪涌电压组件等,可以适应不同场合的要求,扩大产品适用范围,简化生产工艺,方便安装、使用与维修。
提高产品的可靠性和产品质量 中国现有产品技术指标与国外差距不大,但是质量不稳定,运行可靠性差,因此提高产品可靠性及产品质量不仅是用户的要求,也是企业进行国内外竞争的需要。