智能化低壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

尤永峰 白瑞

摘 要：近年來，我國乃至世界的科學(xué)技術(shù)水平都得到了顯著提升，而在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，電能的使用是相當(dāng)普遍的，可以說現(xiàn)代社會(huì)離不開供電，因此，電源的安全運(yùn)行一直是人們較為關(guān)注的問題之一。只有保證安全可靠的供電，人們的生產(chǎn)生活才能夠更加安全地進(jìn)行，同時(shí)有效利用電能提升工作效率以及生活質(zhì)量?；诖?，以下對智能化低壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能設(shè)備;低壓開關(guān)柜;遠(yuǎn)程監(jiān)測;應(yīng)用分析

0引言

開關(guān)柜主要承擔(dān)了電力系統(tǒng)中的運(yùn)行控制功能，涉及到發(fā)電、輸電等多項(xiàng)工作，對于開關(guān)柜的研究也具有現(xiàn)實(shí)意義。開關(guān)柜內(nèi)部包含繼電保護(hù)裝置、負(fù)荷開關(guān)、二次設(shè)備等，通過連接多條母線和出現(xiàn)的形式實(shí)現(xiàn)電能的分配和控制。從這一角度來看，低壓開關(guān)柜的運(yùn)行過程直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行、供電可靠性。對于一些潛在的故障或隱患，也需要及時(shí)地采取處理措施。

1低壓開關(guān)柜概述

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

2智能低壓開關(guān)柜總體設(shè)計(jì)

智能型低壓開關(guān)柜以原有設(shè)備為基礎(chǔ)，進(jìn)一步增加智能化控制器件和邏輯，完成對傳統(tǒng)低壓開關(guān)柜的智能化升級改造?？紤]到電網(wǎng)中的開關(guān)柜數(shù)量巨大，分布零散，因此在通信方式上采用無線通信機(jī)制，以性價(jià)比較高的CC2530單片機(jī)為主控核心，控制傳感器對溫度、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和傳輸，一旦參數(shù)超過預(yù)設(shè)的閾值，立即啟動(dòng)風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3智能低壓開關(guān)柜詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1改進(jìn)方案風(fēng)險(xiǎn)評估

依據(jù)上一小節(jié)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(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評估。其中高壓倒閘作業(yè)是可能導(dǎo)致低壓開關(guān)柜控制電源失電的檢修作業(yè)之一，實(shí)施高壓倒閘作業(yè)是為了進(jìn)行高壓設(shè)備的檢修，而為了更好地完成倒閘作業(yè)，低壓的某段進(jìn)線需要在一定時(shí)間內(nèi)處于失電狀態(tài)，這時(shí)低壓開關(guān)柜中的PLC控制母聯(lián)柜進(jìn)行合閘，確保末端負(fù)載能夠正常供電。而低壓開關(guān)柜進(jìn)線柜停電檢修以及大功率UPS停電檢修作業(yè)也會(huì)引起控制電源的失電現(xiàn)象，但是需要注意的是同一站點(diǎn)進(jìn)行檢修工作時(shí)需要保證高壓倒閘作業(yè)、低壓柜進(jìn)線斷路器停電檢修作業(yè)與大功率UPS停電檢修作業(yè)之間的間隔性，不能夠同時(shí)進(jìn)行，只要能夠有效避免沖突作業(yè)，改進(jìn)方案便能夠有效實(shí)現(xiàn)低壓開關(guān)柜控制電源供電可靠性的提升。

3.2綜合監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

智能型開關(guān)柜可以實(shí)現(xiàn)對電壓、電流和設(shè)備在線狀態(tài)的實(shí)時(shí)測量和傳輸。由于開關(guān)柜中電氣設(shè)備的工作電壓是220V交流電，單片機(jī)無法對其進(jìn)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(jìn)行降壓。電壓互感器經(jīng)過大電阻與一次側(cè)相連，實(shí)現(xiàn)毫安級的電流輸出，再通過電阻器轉(zhuǎn)換為電壓信號。由于輸出電流極小，電壓互感器幾乎運(yùn)行在空載狀態(tài)，具有很好的線性關(guān)系，達(dá)到了很高的測量精度。傳統(tǒng)電流互感器在小電流范圍內(nèi)具有較高的精度，但是不能很好地適應(yīng)大電流的測量任務(wù)。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(jià)格低、精度高等特點(diǎn)，可以滿足大交流電流的測量，非常適用于低壓開關(guān)柜的電流監(jiān)測。為了實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，本系統(tǒng)采用了光電耦合器、發(fā)光二極管和發(fā)光三極管的組合電路對設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行識別，可以準(zhǔn)確反映設(shè)備觸點(diǎn)的開合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對斷路器、接觸器等關(guān)鍵設(shè)備的分合閘狀態(tài)監(jiān)測。

4低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)注意的問題

低壓開關(guān)柜的工藝特性特點(diǎn)決定了高壓柜的工藝實(shí)施，在設(shè)計(jì)和制造過程中要注意這種低壓開關(guān)柜的規(guī)范和工藝細(xì)節(jié)，并考慮到一些小的瑕疵，以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的要求。低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)和制造過程中，要從全局出發(fā)做好設(shè)計(jì)和施工工作。在低壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)和制造中，首先要了解客戶的需求，對客戶提出的參數(shù)要求和所在區(qū)域的設(shè)備基礎(chǔ)來選擇型號，由于設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行和周圍環(huán)境有著密切關(guān)系，所以充分地溝通設(shè)計(jì)方案，是做好低壓開關(guān)柜生產(chǎn)制造工作的前提。同時(shí)，制作廠家一定要嚴(yán)格按照國家和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行生產(chǎn)，在確保生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約制作成本。根據(jù)本廠生產(chǎn)設(shè)備情況進(jìn)行加工、設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的生產(chǎn)，多考慮一些細(xì)節(jié)上的改進(jìn)，在符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)之上進(jìn)行設(shè)備拓展。要實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)，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(jié)束語

隨著現(xiàn)場總線、數(shù)字傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)、無線傳統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展，許多電力設(shè)備制造企業(yè)開始投入大量的資金對新型智能開關(guān)柜進(jìn)行研發(fā)，不斷采用新技術(shù)新工藝，低壓開關(guān)柜變得越來越智能化，為智能電網(wǎng)和其它電氣系統(tǒng)的建設(shè)注入了新的活力。在工業(yè)化和城市化不斷深化的未來，電力系統(tǒng)的規(guī)模將更加巨大，這為智能化低壓開關(guān)柜的發(fā)展提供了廣闊的市場空間。

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