智能化低壓開關柜設計及應用分析

尤永峰 白瑞

摘 要：近年來，我國乃至世界的科學技術水平都得到了顯著提升，而在現代化工業生產以及人們的日常生活中，電能的使用是相當普遍的，可以說現代社會離不開供電，因此，電源的安全運行一直是人們較為關注的問題之一。只有保證安全可靠的供電，人們的生產生活才能夠更加安全地進行，同時有效利用電能提升工作效率以及生活質量。基于此，以下對智能化低壓開關柜設計及應用進行了探討，以供參考。

關鍵詞：智能設備;低壓開關柜;遠程監測;應用分析

0引言

開關柜主要承擔了電力系統中的運行控制功能，涉及到發電、輸電等多項工作，對于開關柜的研究也具有現實意義。開關柜內部包含繼電保護裝置、負荷開關、二次設備等，通過連接多條母線和出現的形式實現電能的分配和控制。從這一角度來看，低壓開關柜的運行過程直接關系到電網的安全運行、供電可靠性。對于一些潛在的故障或隱患，也需要及時地采取處理措施。

1低壓開關柜概述

低壓開關柜是供電系統中的關鍵組成部分，當前市面上有著各式各樣的低壓開關柜類型，其中MNSQH抽出式低壓開關柜、GCL低壓抽出式開關柜、MNS低壓開關柜、GCS型低壓抽出式開關柜、組裝式低壓開關柜、MS低壓抽出式開關柜、GCS型低壓抽出式開關柜、GGD低壓固定式開關柜以及GCK抽出式開關柜等都是較為常見的。在設計過程中低壓開關柜需要根據供電系統的相應需求進行，首先進行各單元器件的設計，之后再進行集成與組裝。為了使其更加安全穩定地運行，需要進行一定的安全防護措施，通常使用隔離措施使得功能單元進出線之間隔離開來，有效的隔離是安全防護的必需措施，也是低壓開關柜安全等級提升的關鍵。供電系統設計中采用最多的是兩進線—母聯的形式，而低壓開關柜的組成部分相應的包括進線柜、母聯柜以及饋線柜等組成。采用上述結構能夠不間斷地輸出電源至供電末端。在選擇控制電源時，UPS小功率供電是常見的選擇，通過整流、逆變等相應的措施使得控制電源在整個供電過程中可以得到不間斷切換電源。

2智能低壓開關柜總體設計

智能型低壓開關柜以原有設備為基礎，進一步增加智能化控制器件和邏輯，完成對傳統低壓開關柜的智能化升級改造。考慮到電網中的開關柜數量巨大，分布零散，因此在通信方式上采用無線通信機制，以性價比較高的CC2530單片機為主控核心，控制傳感器對溫度、電壓、電流等參數進行實時采集和傳輸，一旦參數超過預設的閾值，立即啟動風機等設備進行調節，實現遠程監控。

3智能低壓開關柜詳細設計

3.1改進方案風險評估

依據上一小節的改造方案，控制電源的供電可靠性得到了有效提升，但是這一方案并不是完美的，同樣在使用中有電源失電的可能性，因此有必要對其進行相應的風險評估。其中高壓倒閘作業是可能導致低壓開關柜控制電源失電的檢修作業之一，實施高壓倒閘作業是為了進行高壓設備的檢修，而為了更好地完成倒閘作業，低壓的某段進線需要在一定時間內處于失電狀態，這時低壓開關柜中的PLC控制母聯柜進行合閘，確保末端負載能夠正常供電。而低壓開關柜進線柜停電檢修以及大功率UPS停電檢修作業也會引起控制電源的失電現象，但是需要注意的是同一站點進行檢修工作時需要保證高壓倒閘作業、低壓柜進線斷路器停電檢修作業與大功率UPS停電檢修作業之間的間隔性，不能夠同時進行，只要能夠有效避免沖突作業，改進方案便能夠有效實現低壓開關柜控制電源供電可靠性的提升。

3.2綜合監控模塊設計

智能型開關柜可以實現對電壓、電流和設備在線狀態的實時測量和傳輸。由于開關柜中電氣設備的工作電壓是220V交流電，單片機無法對其進行直接的測量，因此采用電壓變換的思路，通過ZMPT101B電壓互感器將220V交流電進行降壓。電壓互感器經過大電阻與一次側相連，實現毫安級的電流輸出，再通過電阻器轉換為電壓信號。由于輸出電流極小，電壓互感器幾乎運行在空載狀態，具有很好的線性關系，達到了很高的測量精度。傳統電流互感器在小電流范圍內具有較高的精度，但是不能很好地適應大電流的測量任務。因此本文采用分流器的方案完成電流的采集。分流器具有無磁飽和、價格低、精度高等特點，可以滿足大交流電流的測量，非常適用于低壓開關柜的電流監測。為了實現對設備狀態的監測，本系統采用了光電耦合器、發光二極管和發光三極管的組合電路對設備工作狀態進行識別，可以準確反映設備觸點的開合狀態，實現了對斷路器、接觸器等關鍵設備的分合閘狀態監測。

4低壓開關柜的設計和制造應注意的問題

低壓開關柜的工藝特性特點決定了高壓柜的工藝實施，在設計和制造過程中要注意這種低壓開關柜的規范和工藝細節，并考慮到一些小的瑕疵，以實現高品質的要求。低壓開關柜的設計和制造過程中，要從全局出發做好設計和施工工作。在低壓開關柜的設計和制造中，首先要了解客戶的需求，對客戶提出的參數要求和所在區域的設備基礎來選擇型號，由于設備的實際運行和周圍環境有著密切關系，所以充分地溝通設計方案，是做好低壓開關柜生產制造工作的前提。同時，制作廠家一定要嚴格按照國家和行業的標準規范進行生產，在確保生產質量的同時節約制作成本。根據本廠生產設備情況進行加工、設計，實現高標準、高質量的生產，多考慮一些細節上的改進，在符合設計要求的基礎之上進行設備拓展。要實現精益化生產，保證每臺柜體承載元器件的均勻性和電流分布的平衡性。

5結束語

隨著現場總線、數字傳輸、通信網絡、無線傳統等技術的快速發展，許多電力設備制造企業開始投入大量的資金對新型智能開關柜進行研發，不斷采用新技術新工藝，低壓開關柜變得越來越智能化，為智能電網和其它電氣系統的建設注入了新的活力。在工業化和城市化不斷深化的未來，電力系統的規模將更加巨大，這為智能化低壓開關柜的發展提供了廣闊的市場空間。

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