智能低压开关柜的设计与应用

智能低压开关柜的设计与应用

梁华

淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿  安徽淮南  236221

摘要：在传统的电力设备管理模式中，低压开关柜一旦完成调试进入正常运行状态后，就不再安排专门的人员对其进行管理，只有设备出现故障时才会进行维护，这种方式显然不能满足现代社会对供电可靠性的要求。在智能电网背景下，智能型开关柜应运而生，人们开始探索对电力系统设备的远程实时监控技术。

关键词：智能设备；低压开关柜；设计应用

引言

随着科技的发展，很多电器进入到了寻常百姓家，这些电器比如空调、电热器等都具有耗电大的特点，因此要加强电网的建设。在优化城乡电网的过程中，要增加很多的电器设备，这样可以增加电网的性能，因此低压开关柜得到了用武之地。低压开关柜的结构设计对电网的影响很大，科学的设计可以提高电网的性能，保证电网正常的运转，如果设计不合理会造成很多的安全隐患，影响低压开关柜的使用寿命，所以，需要运用智能技术优化低压开关柜设计工作。

1低压开关柜结构设计对电气性能的影响

1.1　影响设备运行稳定性

低压开关柜运行期间，若结果设计未达到预期要求，极易导致开关柜运行短路，致使开关柜内部温度升高，电气元件电阻值不断增大，进而影响电气元件的整体性能。要想避免上述现象，应结合具体情况将防干扰技术应用于母线排布，以此降低发生线路短路问题的概率。另外，若低压开关柜预留空间相对较小，极易导致电气间歇过小，增大线路短路概率。所以，结构设计过程中需要合理运用转角技术，避免因电气间歇过小而导致短路，进一步促进电气设备性能的发挥。

1.2影响柜体温度

低压开关柜具体运行期间，多种因素的存在使柜体内部会产生较多热量，若柜体设计未达到标准要求，极易导致内部热量无法在短时间内有效排出，使电气元件的散热效果受到影响。随着时间的推移，电气元件电阻值会随着温度的提升而增大，导致电路负载加大，进而对电气元件的运行寿命产生影响，限制电气元件性能的发挥。鉴于此，结构设计过程中需提高对散热设计的关注度，在保障结构稳定、安全的前提下，通过合理设计促使柜内空间呈循环流动状态，以此提升柜体散热效果。若条件允许，可以在结构设计时合理添加散热辅助设备，进一步提升柜体散热效果，避免因温度过高而因影响低压开关柜的整体运行效果。此外，结构设计期间电气元件排布的合理性，可大幅提升柜体散热效果，确保开关柜的稳定运行。

1.3电弧故障保护

电流在气体介质中通过时，会产生电弧现象。柜体内若产生电弧现象，极易对电气元件的运行产生影响，限制电子元件性能的发挥。所以，在具体结构设计期间，需充分认识电弧的危害性，结合具体情况设计出具有良好电气元件保护能力的结构。对于柜体结构材料，尽可能选择绝缘隔离材料，有效隔离带电导体，避免在设备运行期间出现柜体带电现象，大幅降低电弧现象的出现概率，提升柜体结构的整体安全性。需要注意，因柜体内部空间有限，设备运行期间若产生电弧现象，极易在柜体内部发生二次危害。要想避免上述现象，需在结构设计中结合实际，科学设置泄压通道，避免电弧伤害。

2智能化低压开关柜设计及应用要点

2.1温度监控模块设计

温度监控模块主要由通信接口、电源模块、信号采集单元以及开关量输出等部分组成。智能开关柜直接由主母线引出220V交流电源线，首先由变压器对高压信号进行降压，再采用LM3173芯片对输出电压进行稳压调节，最后为单片机提供最佳的工作电压和电流。这种设计无需引入外部电源，避免了重复更换和维护蓄电池的麻烦。温度采集单元采用了MF521033950型热敏电阻，该器件在常温下的电阻值约为10k，或以满足-20-120℃的快速温度响应，测量精度也比较高，同时具有非常紧凑的结构设计，不占用过多空间。热敏电阻将温度变化转化为阻值的变化，最后通过电流变换到电压信号，再由高精度A/D转换器进行数字化，完成温度的采集。单片机与传感器之间采用RS232串行通讯，单片机根据传感器地址来识别传感器，并对温度信号进行实时处理，当温度超过阈值时，启动风扇进行散热；当温度低于阈值时，启动加热器进行升温，使低压开关柜始终工作在最佳条件下。在发生故障或定期停电维修期间，需要对远程开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。本系统采用TLP521型继电器，该器件是一种光电耦合器，具有光电隔离的好处。将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制。

2.2综合监控模块设计

本文的智能型开关柜可以实现对电压、电流和设备在线状态的实时测量和传输。由于开关柜中电气设备的工作电压是220V交流电，单片机无法对其进行直接的测量，因此采用电压变换的思路，通过ZMPT101B电压互感器将220V交流电进行降压。电压互感器经过大电阻与一次侧相连，实现毫安级的电流输出，再通过电阻器转换为电压信号。由于输出电流极小，电压互感器几乎运行在空载状态，具有很好的线性关系，达到了很高的测量精度。

传统电流互感器在小电流范围内具有较高的精度，但是不能很好地适应大电流的测量任务。因此本文采用分流器的方案完成电流的采集。分流器具有无磁饱和、价格低、精度高等特点，可以满足大交流电流的测量，非常适用于低压开关柜的电流监测。为了实现对设备状态的监测，本系统采用了光电耦合器、发光二极管和发光三极管的组合电路对设备工作状态进行识别，可以准确反映设备触点的开合状态，实现了对断路器、接触器等关键设备的分合闸状态监测。

2.3接地保护装置的应用

通过接地保护装置来保障检修人员工作安全，保障人身财产安全是必须的，能有效防止安全事故的发生。在低压开关柜中，型号众多，设备结构设计差异也极大，但接地保护装置大致相同。在检修设备低压开关柜时，首先要把检修设备进行接地布线，提高安全性。传统接地布线时，普遍情况下是把地线衔接在低压盘外面部分，这种方式很容易产生危险，检修完成后，检修人员容易忘记拆除地线，造成触电危险。新方式下，要求把地线布置在内部，固定好地线以后再进行检修，就可以有效防止触电发生。因为在操作完毕后，如果忘记拆除地线，合闸过程会受阻，安装在门合页转角处会有阻挡物，盘门无法关闭，就能有效提醒检修人员要拆除接地线，提高安全性。

3智能低压开关柜的应用

本文设计的智能低压开关柜在某市郊区行政村的配电网中进行了应用，在高温和冰雪天气下均可实现自动温度控制，多次在雷击的情况下成功实现自动分闸，并在值班人员的远程操控下快速准确地完成了合闸。应用结果表明，低压开关柜运行稳定可靠、操作维护方便、控制响应快速准确，显著提升了所在配电网的安全性能，大大降低了不必要的人力维护劳动强度和高额运维成本，取得了较好的经济效益，得到了用户的认可。

结束语

随着现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的快速发展，许多电力设备制造企业开始投入大量的资金对新型智能开关柜进行研发，不断采用新技术新工艺，低压开关柜变得越来越智能化，为智能电网和其它电气系统的建设注入了新的活力。在工业化和城市化不断深化的未来，电力系统的规模将更加巨大，这为智能化低压开关柜的发展提供了广阔的市场空间。

参考文献

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