淺探低壓配電柜的智能化設(shè)計(jì)

董鈞

摘要：科學(xué)、合理地控制電力供應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)滿足人們生存發(fā)展需求、增強(qiáng)電網(wǎng)供電可靠性及穩(wěn)定性具有積極的意義。文章從低壓配電柜概述以及低壓配電設(shè)備中的低壓電器的智能化功能，配電柜的智能系統(tǒng)的應(yīng)用及其特點(diǎn)等幾方面探討。

關(guān)鍵詞：低壓配電柜；智能化；預(yù)警功能；區(qū)域連鎖技術(shù)

一、低壓配電柜概述

低壓配電柜的設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行，所以低壓配電柜應(yīng)當(dāng)盡可能做到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀、維修簡(jiǎn)單。低壓配電柜制造在輸變電設(shè)備制造業(yè)中占據(jù)著相當(dāng)大的份額，在電力工業(yè)中占據(jù)著首屈一指的位置，由此也迫切要求低壓配電裝置的高可靠性，能及時(shí)地在線檢測(cè)故障，精準(zhǔn)地采取措施，避免故障造成損失。近幾年來，我國隨著經(jīng)濟(jì)科技的不斷發(fā)展，配電技術(shù)以及低壓元器件技術(shù)也在飛速地發(fā)展，而且成套開關(guān)設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苄?，低壓配電柜產(chǎn)品也同時(shí)具備了三個(gè)顯著的特點(diǎn)：

1 智能化

目前，低壓電器元件已經(jīng)從傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)向智能型，并且可以實(shí)現(xiàn)通訊及數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化管理。然而智能化的配電柜所采用的智能型的元件，其最為明顯就是在傳統(tǒng)開關(guān)柜的基礎(chǔ)上利用微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等新技術(shù)，都具有良好的可靠性。即用若干個(gè)智能型開關(guān)柜通過通訊網(wǎng)絡(luò)組成低壓配電系統(tǒng)，具有遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙訊即：“四遙”功能。

2 模塊化

由于目前低壓配電柜中所使用的結(jié)構(gòu)件已經(jīng)是模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，而且由于運(yùn)用模塊化不僅降低了產(chǎn)品自身的成本價(jià)格，而且也使得設(shè)備的維護(hù)比較簡(jiǎn)單化，最終有效地降低了產(chǎn)品后期的維護(hù)成本價(jià)格。所以，低壓配電柜結(jié)構(gòu)件的模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化，是目前低壓配電行業(yè)的發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 較高的可靠性

由于產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，需要可靠性的設(shè)計(jì)，并且對(duì)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，也要進(jìn)行可靠性的型式實(shí)驗(yàn)及檢驗(yàn)。同時(shí)，由于在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，不僅要對(duì)配電質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且盡量減少損耗，并且現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)需要連接同一區(qū)域電網(wǎng)中的多臺(tái)斷路器，最終實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化保護(hù)，提高配電系統(tǒng)的可靠性。二、低壓配電設(shè)備中主要低壓電器的智能化功能

隨著成套電器智能化的要求越來越突出，智能型電器也越來越突出了重要的位置，智能型控制器、智能型保護(hù)開關(guān)電器、智能型接觸器、智能型軟啟動(dòng)器、智能型電表以及智能型電容器等等。這些智能電器的運(yùn)用和低壓配電系統(tǒng)的通信功能和網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合使得低壓配電和控制系統(tǒng)變得十分簡(jiǎn)潔。設(shè)計(jì)、安裝、使用和維護(hù)特別方便，總結(jié)起來低壓電器智能化功能主要有以下幾點(diǎn)：

1 故障預(yù)警功能和故障自愈功能

故障預(yù)警是在故障發(fā)生之前發(fā)生預(yù)警，提示工作人員做出處理，以此來防患于未然，將故障在發(fā)生之前就處理掉。故障預(yù)警主要是以預(yù)防故障的發(fā)生以及提前報(bào)警來促使智能配電系統(tǒng)能夠始終保持安全的運(yùn)行狀態(tài)；其次，故障自愈功能指的是在智能電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)能夠通過預(yù)警自愈機(jī)制將故障引發(fā)的后果限定在小范圍內(nèi)，一方面有利于快速檢測(cè)排除故障，另一方面也有利于故障區(qū)以外的地方恢復(fù)供電。

2 區(qū)域連鎖技術(shù)

低壓配電柜中最主要的設(shè)備就是低壓萬能式斷路器?？梢越柚娏骱蛣?dòng)作時(shí)間來保護(hù)低壓萬能式斷路器的安全運(yùn)行。一旦發(fā)生故障，上下兩級(jí)斷路器就會(huì)發(fā)生跳閘。而智能化功能中的區(qū)域連鎖功能可以有效避免類似的故障，其主要的功能中包括以下三點(diǎn)：

（1）能準(zhǔn)確判別故障位置如圖1所示，假若其中一臺(tái)斷路器負(fù)載發(fā)生短路故障，例如QF4，智能配電系統(tǒng)中的1～nQF臺(tái)斷路器都會(huì)有短路電流。對(duì)于負(fù)載nQF它可以通過自己的脫扣器和連鎖模塊判斷，判定自己下一級(jí)斷路器發(fā)生了短路，但卻無法判斷出具體是哪一臺(tái)斷路器。智能斷路器區(qū)域連鎖功能則是在出現(xiàn)了短路故障的時(shí)候能夠通過過流脫扣器和區(qū)域連鎖模塊同時(shí)發(fā)現(xiàn)短路信號(hào)。在此情況下，就可以迅速判定出斷路器發(fā)生短路故障的是那一臺(tái)下面的負(fù)載

（2）能快速采取區(qū)域閉鎖的功能

圖1中，假若nQF斷路器判定出發(fā)生短路的位置是它下面的負(fù)載，nQF斷路器就會(huì)立即采取措施處理，QF1～4斷路器就會(huì)接收到下級(jí)區(qū)域連鎖模塊傳輸過來的信號(hào)，以此就會(huì)判定短路故障的具體位置。在此狀況下，QF1～4斷路器就會(huì)將過流脫扣器閉鎖，通過閉鎖措施來防止沒有發(fā)生短路故障的斷路器能夠正常工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了上、下兩級(jí)斷路器不會(huì)同時(shí)跳閘的目標(biāo)。

（3）若是出現(xiàn)了短路故障斷路器分段信號(hào)失敗的情況，上級(jí)的斷路器的過流脫扣器的閉鎖時(shí)間應(yīng)該持續(xù)50s，然后才能解鎖。當(dāng)解鎖后，過流脫扣器若是仍然檢測(cè)到有短路信號(hào)，就會(huì)立刻采取斷開電路的措施，從而保護(hù)下一級(jí)的斷路器不會(huì)發(fā)生故障。

3 電網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)控功能

伴隨著更多的電子電器與節(jié)能電器在社會(huì)中的使用，分布式能源系統(tǒng)也越來越多地投入了社會(huì)當(dāng)中，從而衍生出電網(wǎng)質(zhì)量高次諧波、直流分量、功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、操作電壓過大的問題。目前的低壓電器如智能化電表也同時(shí)具備一些電量、電參數(shù)測(cè)量和分析功能以及相關(guān)電量的抑制和控制功能。

除此之外智能電器還具備智能電器在線檢測(cè)和智能電器使用壽命顯示功能以及智能電網(wǎng)的過電壓保護(hù)功能等，總之配電設(shè)備必須帶有智能化、網(wǎng)絡(luò)化功能與現(xiàn)場(chǎng)總線無縫聯(lián)結(jié)，智能電器也成為集檢測(cè)、控制、保護(hù)、管理等眾多功能于一身的多功能智能電器設(shè)備。

三、低壓配電柜智能系統(tǒng)概述

1 配電柜智能系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）智能型配電柜智能系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、快速采集配電系統(tǒng)，其主要依托通過通信電纜、開放的現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)通信接口。對(duì)于采集的內(nèi)容來講，主要體現(xiàn)于所有電器設(shè)備的工作參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行狀況、工作參數(shù)等。此外，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，并能采取積極有效的措施。

（2）智能型低壓配電設(shè)備中的主要電器元件都具有智能化通信功能，其具備：控制、監(jiān)視、檢測(cè)電網(wǎng)質(zhì)量等多種功能。一般來說，電網(wǎng)質(zhì)量?jī)?nèi)容由電流、諧波分量、頻率、有功功率和無功功率、事件記錄等構(gòu)成。與此同時(shí)，可對(duì)功率因素進(jìn)行補(bǔ)償，且能針對(duì)功率因素的偏差及時(shí)做出補(bǔ)償。

（3）智能型低壓配電柜主要智能控制器測(cè)量并在顯示屏上顯示，可預(yù)先判斷故障、預(yù)先告警故障、記錄并顯示故障，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除某些不必要的故障，以確保電網(wǎng)正常、安全運(yùn)行。

（4）實(shí)踐證明，智能型低壓配電柜在能量管理方面發(fā)揮著不可比擬的作用。在實(shí)際運(yùn)行過程中，可采集并顯示用電設(shè)備電能實(shí)際使用狀況。當(dāng)處于用電高峰階段時(shí)，可對(duì)非重要的用電設(shè)備進(jìn)行通知、強(qiáng)行切除，并保留消防回路及重要負(fù)載。

2.配電柜智能系統(tǒng)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)與數(shù)字通信將具備通信功能的智能化元件與低壓開關(guān)設(shè)備有機(jī)連接，可促使低壓配電柜具備

智能化、自動(dòng)化性能，以更好地對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行管理，從而確保電網(wǎng)供電的可靠性。低壓配電柜智能系統(tǒng)具備多種功能，主要表現(xiàn)為分析故障、管理保護(hù)定值、數(shù)字通信、實(shí)時(shí)采集、記錄與告警事件、管理各類報(bào)表、控制程序及遠(yuǎn)程操作等。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，低壓電氣系統(tǒng)分布廣、設(shè)備多、設(shè)備頻繁操作、諧波干擾、使用現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜。智能化監(jiān)控系統(tǒng)，除了能夠抵抗干擾，還能形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)，其對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、快速性、實(shí)時(shí)性具有積極的意義。低壓智能元器件主要功能包括控制電動(dòng)機(jī)、保護(hù)開關(guān)、監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量等?，F(xiàn)場(chǎng)存有總線技術(shù)，低壓配電柜智能系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，無需再依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，這使得系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及實(shí)時(shí)性大大提高，與工程生產(chǎn)過程控制及低壓電氣設(shè)備運(yùn)行管理要求相符。

四、結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)低壓配電設(shè)備也提出了更高的要求。為實(shí)現(xiàn)低壓配電柜的智能化目標(biāo)，須不斷完善測(cè)試設(shè)備與技術(shù)、制造設(shè)備與工藝。與此同時(shí)，低壓配電產(chǎn)品也會(huì)在未來的競(jìng)爭(zhēng)中搶占配電產(chǎn)品的制高點(diǎn)。同時(shí)，智能化低壓配電柜也將在未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不斷地發(fā)展完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦中明.配電房高低壓配電柜的優(yōu)化選擇[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（4）：17-19.

[2]何瑞華.我國新一代低壓電器的發(fā)展和展望[J].低壓電器，2012（1）.

[3]蘭劍.中國配電開關(guān)應(yīng)關(guān)注的發(fā)展熱點(diǎn)[J].高壓電器，2015（10）.