三菱｜配电系统设备技术展望

配电系统设备的技术进步在追求安全性和可靠性、小型化和轻量化、提高可操作性和可维护性方面取得了进展。近年来，不断变化的社会需求（进一步提高安全性、稳定供电、全球化、标准国际化、IoT（物联 ）、更高功能、更高可靠性、LCC（生命周期成本）降低、随着节能、减轻环境负荷和抗灾技术的进步，三菱电机还开发了以下技术并推出了新产品。

(1) 开发符合国际标准的内弧泄压技术

-IAC（内部电弧）AFLR 兼容开关设备技术

-适用于低压电机控制中心的 IAC 兼容技术

(2) 物联 、高功能、高可靠性的发展

-提高IoT平台功能的技术

-用于电机负载设备的CBM（基于状态的维护）技术

-用于更高电压的真空分断技术

(3) 直流配电技术进展

-直流配电系统及相关EMS技术的演进

-直流高速分断技术的演进

预计未来客户需求将继续多样化并变得更加复杂。三菱将进一步开发上述配电系统技术，将其体现在产品开发中，并提供高附加值的配电系统设备，为社会做出贡献。

1.前言

配电系统包括从电力公司接收电力的铁路、工厂、建筑物和商店等受电点到配电终端负载的保护、测量、监视和控制设备，如电源和照明，这些被定位为社会基础设施中的重要骨干系统，无论它们是公共的还是私有的。

配电系统设备长期以来响应社会需求，技术进步导致追求安全可靠、小型化和轻量化、提高可操作性和可维护性。此外，近年来，随着应对不断变化的社会需求的技术的进步，符合国际标准的内部电弧放电技术、物联 /高性能技术、直流配电技术等也取得了进步。

2. 高压配电盘的技术趋势

日本电气工业 标准JEM1425，多年来一直是国内高压配电盘的标准，现已融入国际标准IEC62271-200，安全性变得更加重要。三菱计划将在符合国际 IEC 标准的海外市场商业化配电盘中获得的知识，并计划在不久的将来将符合该 JIS 标准的安全可靠的配电盘商业化。近年来，随着标准的国际化趋势和应对后新冠病毒的远程监控转变，对追求更高安全水平并支持使用物联 监控和诊断开关设备状态的需求增加。

此外，在特高压配电盘领域，C-GIS使用SF6气体作为绝缘介质。对使用除 SF6 气体以外的绝缘介质（例如干燥空气）的 C-GIS 的需求正在增加。

2.1 JIS C 62271-200: 2021 中压配电盘

JIS C 62271-200 规定了一个要求，即使由于内部短路等事故发生电弧，配电盘操作员也不会受到危险。为了满足这一要求，如图 1 所示，需要一种仅在不会对配电盘操作员构成危险的安全方向（根据需要基本上向上、向后或向下）释放内部电弧的结构。因此，我们针对海外市场开发了符合IEC标准的配电盘，开发稳健箱体结构技术、压力放电挡板操作机构技术、内部电弧行为分析技术等。（图2）计划很快商业化。

2.2 超高压C-GIS

一般情况下，对于33kV以上的额定电压，小型且可靠性高的C-GIS多采用SF6气体等绝缘性能高的绝缘气体作为绝缘介质。SF6 气体具有高绝缘性能，但另一方面，它具有很高的全球变暖潜势，全球范围内都在开展减少其使用的运动。我公司是最早采用干燥空气的公司之一，强调耐环境性，并拥有一系列环保超高压C-GIS。我们将继续满足对考虑可操作性、环保性和安全性的易于使用的产品的需求。

3. 配电用高电压断路器技术趋势

真空技术主要用于配电系统的3.6-84kV断路器和负荷开关。近年来，随着可再生能源向实现碳中和的方向发展，对高压直流（HVDC）输电和84 kV以上无SF6高压开关设备的需求不断增加，技术也在不断扩展。

3.1 高压真空断路器

带真空阀的真空断路器具有体积小、重量轻、维修方便等特点，主要用于安装在高压开关设备中。图3显示了真空阀外形的演变，经过50多年的技术创新，体积缩小到开发时的不到10%。通过真空阀的小型化，真空断路器本身还可以延长润滑周期，降低操作能量，减少零件数量。RoHS指令限制使用的6种有害物质已停止使用（低于最大允许浓度）。近年来，开关设备标准从JEM1425更新为JIS C 62271-200，是与国际接轨新制定的。

3.2 真空断路器技术在其他用途中的应用

真空阀在短间隙内具有高灭弧性能、绝缘性能和多次开/关性能，已应用于变压器分接开关，正在应用于AC/DC转换设备的高速换向电路和机械高压直流断路器。图 5 显示了安装在使用 IGBT（绝缘栅双极晶体管）的自换向转换器中用于保护的旁路开关的外观，该开关现在越来越多地应用。该开关采用可配置极间短间隙的真空阀，在发生IGBT元件故障时，高速闭合元件的极间间隙以保护转换器。

另一方面，真空断路器的高速驱动技术和电磁电弧控制技术正在应用于直流空气断路器。图 6 为主要应用于铁路直流系统的直流高速断路器外观。在直流系统中，故障发生后故障电流迅速增大，需要尽快切断故障电流，从而实现了13ms内的高速灭弧，提高了分断性能（50kA → 100kA)。

4. 低压直流配电及基于物联 的MCC技术趋势

近年来，随着可再生能源向实现碳中和的方向发展，配电系统的低压级配电盘和电机控制中心（MCC）一直在使用直流互联电源（太阳能发电、固定式蓄电池、等）。对低压直流 (LVDC) 配电的需求不断增加。此外，它还分析 MCC 获得的测量值，并根据波形分析结果预测设备劣化。与客户的 SCADA（监控和数据采集）和我们的平台合作提供新价值的物联 技术正在进步。

4.1 直流电源配电板

通过将与可再生能源电力系统的连接点或向负载设备供电的主母线转换为直流（DC 380 V）并减少电压转换次数，降低整个系统的功率损耗（=节能），我们开发了一个DC380V直流供电系统的配电板（图7）。支路 MCCB（塑壳断路器）存储单元采用插入式结构，可在保持对其他系统供电的同时安全地添加、移除和更换单元。每个支路都配有电子式多直流测量装置（表1），可以测量负载电流、漏电流、电能等，并液晶显示。

4.2 使用物联 的电机诊断系统

工厂、供水和污水处理厂、发电厂等使用的电机设备需要定期检查，因为设备故障和停机造成的损坏可能是巨大的。由于需要对分散在现场的电机设备进行巡回检查，因此检查工作需要大量时间。在许多情况下，检查是基于熟练工人的专业知识，他们使用声音和气味等五种感官。

为了解决这些问题，我们开发并商业化了一个在线自动诊断电机设备的系统。该系统使用独特的分析算法，在电机设备运行时根据电流/电压信息检测电机异常的迹象。

图 8 显示了该诊断系统的常规检查和检查的图像。在以往的检查中，移动并检查场所内的各电机设备，但在使用诊断系统的检查中，为每个电机安装诊断设备并连接到场所 络LAN，从而可以随时通过 LAN 的 PC检查诊断结果。

5. 结论

介绍了配电系统设备的技术前景，重点介绍了近期的技术和产品趋势。配电系统是支撑社会基础设施的基础设施，预计社会对进一步提高安全性、稳定供电、节能和减少环境负荷的需求将进一步增长。近年来，利用太阳能和风能等自然能源的分布式电源的普及正在取得进展，预计将加速。此外，日本国内外的客户需求变得更加多样化和复杂化，通过提高与IoT平台的兼容性，预计通过CBM和自动化检查来节省维护工作，并缩短停电时间...在这样的社会趋势中，我们将继续推动技术发展，提供配电系统等高附加值产品和服务，从而实现充满活力和舒适的可持续发展社会。