低壓智能配電柜技術(shù)研究

南京大全電氣有限公司 謝 靜

1 低壓智能配電柜概述

1.1 低壓配電柜基本內(nèi)涵

低壓配電柜作為一類關(guān)鍵電氣控制單元，對當(dāng)前電氣控制設(shè)備發(fā)展有重要支撐作用。從電氣控制系統(tǒng)角度可知，提升整體運(yùn)行效率要求配電柜實(shí)現(xiàn)自動化控制，而控制的精準(zhǔn)程度直接對整體效果產(chǎn)生影響。對于自動化化控制而言，主要是依托智能化技術(shù)以實(shí)現(xiàn)基于人思維的管理方式的控制過程，從而提升控制的智能性。此外電力系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備的常態(tài)化運(yùn)行需低壓配電柜的作用。從系統(tǒng)運(yùn)行效果上分析可知，低壓智能配電柜的設(shè)計及應(yīng)用控制顯然是一個非常重要的舉措，其能夠降低人為操作中帶來的偏差，從而以提升系統(tǒng)整體可靠性[1]。

當(dāng)前在電氣控制系統(tǒng)中，低壓智能配電柜在運(yùn)行過程中通過低壓智能配電柜的設(shè)計及應(yīng)用可攻至技術(shù)以實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，比如運(yùn)行穩(wěn)定性等。事實(shí)上，系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量體現(xiàn)在確保能夠?qū)崿F(xiàn)基本的電氣控制和功率分配功能外，需要符合正常的工作要求。確保這一要求的滿足則需低壓配電柜需能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制效果[2]。

1.2 低壓配電柜設(shè)計原則

安全、環(huán)保性是低壓配電柜設(shè)計的首要設(shè)計原則。針對低壓配電柜設(shè)計工序安全性而言，首先需確定低壓配電柜設(shè)計工序中自動化控制技術(shù)的具體用途，以及控制系統(tǒng)使用要求，確保所設(shè)計的控制系統(tǒng)在安全裕度范圍內(nèi)。而低壓配電柜設(shè)計工序節(jié)能優(yōu)化設(shè)計的宗旨，就是環(huán)保、節(jié)能以及安全，將節(jié)能、環(huán)保、安全三者有機(jī)結(jié)合成為低壓配電柜設(shè)計發(fā)展的趨勢，因此需要切實(shí)做好安全、環(huán)保原則，以此優(yōu)化應(yīng)用局面。

此外，合理性原則也是在低壓配電柜設(shè)計中需遵循的原則。通常，在整個設(shè)備的應(yīng)用中要求設(shè)備系統(tǒng)的合理性，這要求相關(guān)人員須做好各環(huán)節(jié)設(shè)備、系統(tǒng)的核查，確定其中的價值不足以平衡大耗損的組件、并進(jìn)行優(yōu)化替代處理。確保低壓配電柜設(shè)計中滿足基本要求的前提下最大化的節(jié)省不必要的能源損耗，最大可能地降低能源損耗問題，以此優(yōu)化設(shè)計性能。

2 低壓配電柜設(shè)計

2.1 柜體結(jié)構(gòu)的智能化設(shè)計

其整個柜體結(jié)構(gòu)主要涵蓋斷路器、CT、接觸器以及一次電纜等環(huán)節(jié)，二次環(huán)節(jié)，而CT 和接觸器則是核心環(huán)節(jié)。通常一次元件的業(yè)務(wù)在于電力輸送，而二次元件負(fù)責(zé)測控、保護(hù)以及四遙。整個柜體結(jié)構(gòu)涵蓋B 柜有D 型、DC 型、Mf 型、Mw 型、Ms型、C型共5種柜型。根據(jù)當(dāng)前設(shè)計要求可知，對應(yīng)柜體要求符合符合IEC60439-1、IEC60947(低壓成套設(shè)備和控制設(shè)備)、IEC60529(外殼防護(hù)等級)、IEC68.3.3(抗震試驗(yàn))和AS3439－1(內(nèi)部電弧耐受)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這一基本原則，本文采用組合裝配結(jié)構(gòu)，整個柜架通過高質(zhì)量的金屬材料進(jìn)行組建，并通過高精度機(jī)床加工形成標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制件，然后通過8.8級六角螺栓加配環(huán)齒接觸墊圈進(jìn)行貼合設(shè)計。然后添加的門、封板、安裝板以及母線、功能單元等零部件，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)固化。

2.2 母線系統(tǒng)開發(fā)

母線系統(tǒng)是成套設(shè)備的重要組成部分，它決定了成套低壓開關(guān)的電氣參數(shù)、接入方式、連接方式和溫升。國外母線系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。例如，ABB Artu K 變速箱使用一種特殊形式的母線。使用特殊母線的優(yōu)點(diǎn)如下：提高了抗母線彎曲和短路的能力；不與孔連接。（水平母線、垂直母線和分支母線）應(yīng)連接至功能單元的主開關(guān)。功能單元和主開關(guān)發(fā)生了變化，因此很難處理總線中連接孔的位置。如果這些孔按照模塊布置，總線的曲率電阻和功率傳輸能力將降低。插入剖面后所有部件可任意連接，降低母線生產(chǎn)能力，簡化整機(jī)裝配；如果跨空間或曲率阻力相等，可增加專用母線的表面、改善散熱，母線的溫度升高可能會降低，或者母線的電流傳輸容量可能會增加。

2.3 通信技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計

適當(dāng)應(yīng)用5G 的通信技術(shù)，對于推動低壓配電柜的智能化發(fā)展有著關(guān)鍵支撐作用。對此在應(yīng)用中，可以將低壓智能配電盤的數(shù)據(jù)連接到電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上。傳統(tǒng)的配電亭的設(shè)置和使用，到現(xiàn)在為止信息的遲延被認(rèn)為是問題。由于工廠相關(guān)信息不多，無法有效記錄設(shè)置在不同區(qū)域配電盤的具體情況，無法將配電室發(fā)送的電力的具體情況準(zhǔn)確及時地傳遞到電力網(wǎng)系統(tǒng)。

智能5G 通信、低壓智能配電柜體可通過無線網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)系統(tǒng)連接。無論是通過中國移動的5G 網(wǎng)絡(luò)還是其他的光纖方式，電力設(shè)施的耗電信息都會隨著時間一起傳輸?shù)诫娏W(wǎng)系統(tǒng)，用以監(jiān)視電力網(wǎng)系統(tǒng)，同時也為電力網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供安全保障。5G 通信技術(shù)的便利性還可以連接社區(qū)配電中心與低壓智能配電移動設(shè)備之間的數(shù)據(jù)。這是移動支付的主要技術(shù)支持之一。對此用戶可隨時正確支付使用費(fèi)用和即時來電[3]。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化設(shè)計

低壓配電柜的發(fā)展方向是適應(yīng)和規(guī)范開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)部件，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和專業(yè)化生產(chǎn)方式，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化設(shè)計流程如圖1所示。ABB 的Artu K 交換機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的結(jié)構(gòu)部件，具有高度的通用性和系列化。關(guān)鍵部件只有二十多種類型，可以形成保護(hù)、操作、控制等標(biāo)準(zhǔn)單元結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換和控制。靈活快速的組裝。組裝Artu 柜體只需十分鐘。同時，組件的供應(yīng)方式能夠滿足各種結(jié)構(gòu)形式、保護(hù)質(zhì)量和使用環(huán)境的需要，從而顯著提高運(yùn)行的可靠性。

圖1 模塊化設(shè)計流程

3 低壓智能配電柜可靠性測試

3.1 現(xiàn)場測試法分析

該測試法即為在低壓智能配電柜安裝環(huán)境下進(jìn)行相關(guān)項目的運(yùn)營環(huán)境下的可靠性測試分析，其主要依托測量的相關(guān)數(shù)據(jù)來做比照分析，從而獲取運(yùn)營設(shè)備相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性參數(shù)等。該法作為當(dāng)前可靠性測試的重要方法，不需要附帶設(shè)備進(jìn)行輔助測試，只需對運(yùn)行設(shè)備的相關(guān)測試來獲取實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)并獲取其當(dāng)前運(yùn)行性能，該測試成本極低且工序簡單，對整個設(shè)備系統(tǒng)的影響較小，對應(yīng)的數(shù)據(jù)較為真實(shí)客觀，因此被廣泛應(yīng)用可靠性檢測之中。

3.2 保證測試法分析

保證測試法是對未出廠低壓智能配電柜的設(shè)計及應(yīng)用前開展監(jiān)測工作，尤其對其可能存在故障的檢查，以此為低壓智能配電柜性能的保障提供基礎(chǔ)支撐。一般來說，低壓智能配電柜自動化設(shè)備由于其高度復(fù)雜性，導(dǎo)致對應(yīng)故障出現(xiàn)可能性隨著低壓智能配電柜的大批量生產(chǎn)而增加。這一隨機(jī)化故障的出現(xiàn)是影響低壓智能配電柜運(yùn)行性能的最大阻礙。對此，保證測試法能夠促進(jìn)低壓智能配電柜自主發(fā)現(xiàn)故障、并進(jìn)行有效修復(fù)，以提升整體可靠性。

該法的最大優(yōu)勢在于其能夠降低低壓智能配電柜的設(shè)計及應(yīng)用運(yùn)行性能不足的問題。其缺陷也非常突出，即其測試的時間較長，因而主要應(yīng)用于小規(guī)模的低壓智能配電柜的設(shè)計及應(yīng)用的測試中。此外其對外界條件要求較高，需在規(guī)定的條件下開展相關(guān)工作方可獲得有效的測試結(jié)果，對此在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮，從而實(shí)現(xiàn)測試效果的可靠化。