浅探低压配电柜的智能化设计

董钧

摘要：科學、合理地控制电力供应的各个环节，对满足人们生存发展需求、增强电网供电可靠性及稳定性具有积极的意义。文章从低压配电柜概述以及低压配电设备中的低压电器的智能化功能，配电柜的智能系统的应用及其特点等几方面探讨。

关键词：低压配电柜；智能化；预警功能；区域连锁技术

一、低压配电柜概述

低压配电柜的设计是否合理关系到整个生产设备的可靠运行，所以低压配电柜应当尽可能做到安全、可靠、经济、美观、维修简单。低压配电柜制造在输变电设备制造业中占据着相当大的份额，在电力工业中占据着首屈一指的位置，由此也迫切要求低压配电装置的高可靠性，能及时地在线检测故障，精准地采取措施，避免故障造成损失。近几年来，我国随着经济科技的不断发展，配电技术以及低压元器件技术也在飞速地发展，而且成套开关设备已经从传统型转变为智能型，低压配电柜产品也同时具备了三个显著的特点：

1 智能化

目前，低压电器元件已经从传统型转向智能型，并且可以实现通讯及数据的网络化管理。然而智能化的配电柜所采用的智能型的元件，其最为明显就是在传统开关柜的基础上利用微电子技术以及计算机控制技术等新技术，都具有良好的可靠性。即用若干个智能型开关柜通过通讯网络组成低压配电系统，具有遥控、遥调、遥测、遥讯即：“四遥”功能。

2 模块化

由于目前低压配电柜中所使用的结构件已经是模块化和标准化，而且由于运用模块化不仅降低了产品自身的成本价格，而且也使得设备的维护比较简单化，最终有效地降低了产品后期的维护成本价格。所以，低压配电柜结构件的模块化及标准化，是目前低压配电行业的发展的必然趋势。

3 较高的可靠性

由于产品在生产过程中，需要可靠性的设计，并且对产品在生产过程中，也要进行可靠性的型式实验及检验。同时，由于在现场总线技术的应用，不仅要对配电质量进行实时监控，而且尽量减少损耗，并且现场总线技术需要连接同一区域电网中的多台断路器，最终实现配电自动化保护，提高配电系统的可靠性。二、低压配电设备中主要低压电器的智能化功能

随着成套电器智能化的要求越来越突出，智能型电器也越来越突出了重要的位置，智能型控制器、智能型保护开关电器、智能型接触器、智能型软启动器、智能型电表以及智能型电容器等等。这些智能电器的运用和低压配电系统的通信功能和网络功能结合使得低压配电和控制系统变得十分简洁。设计、安装、使用和维护特别方便，总结起来低压电器智能化功能主要有以下几点：

1 故障预警功能和故障自愈功能

故障预警是在故障发生之前发生预警，提示工作人员做出处理，以此来防患于未然，将故障在发生之前就处理掉。故障预警主要是以预防故障的发生以及提前报警来促使智能配电系统能够始终保持安全的运行状态；其次，故障自愈功能指的是在智能电网发生故障时能够通过预警自愈机制将故障引发的后果限定在小范围内，一方面有利于快速检测排除故障，另一方面也有利于故障区以外的地方恢复供电。

2 区域连锁技术

低压配电柜中最主要的设备就是低压万能式断路器。可以借助整定电流和动作时间来保护低压万能式断路器的安全运行。一旦发生故障，上下两级断路器就会发生跳闸。而智能化功能中的区域连锁功能可以有效避免类似的故障，其主要的功能中包括以下三点：

（1）能准确判别故障位置如图1所示，假若其中一台断路器负载发生短路故障，例如QF4，智能配电系统中的1～nQF台断路器都会有短路电流。对于负载nQF它可以通过自己的脱扣器和连锁模块判断，判定自己下一级断路器发生了短路，但却无法判断出具体是哪一台断路器。智能断路器区域连锁功能则是在出现了短路故障的时候能够通过过流脱扣器和区域连锁模块同时发现短路信号。在此情况下，就可以迅速判定出断路器发生短路故障的是那一台下面的负载

（2）能快速采取区域闭锁的功能

图1中，假若nQF断路器判定出发生短路的位置是它下面的负载，nQF断路器就会立即采取措施处理，QF1～4断路器就会接收到下级区域连锁模块传输过来的信号，以此就会判定短路故障的具体位置。在此状况下，QF1～4断路器就会将过流脱扣器闭锁，通过闭锁措施来防止没有发生短路故障的断路器能够正常工作，这样就实现了上、下两级断路器不会同时跳闸的目标。

（3）若是出现了短路故障断路器分段信号失败的情况，上级的断路器的过流脱扣器的闭锁时间应该持续50s，然后才能解锁。当解锁后，过流脱扣器若是仍然检测到有短路信号，就会立刻采取断开电路的措施，从而保护下一级的断路器不会发生故障。

3 电网质量监控功能

伴随着更多的电子电器与节能电器在社会中的使用，分布式能源系统也越来越多地投入了社会当中，从而衍生出电网质量高次谐波、直流分量、功率因数、电压波动、操作电压过大的问题。目前的低压电器如智能化电表也同时具备一些电量、电参数测量和分析功能以及相关电量的抑制和控制功能。

除此之外智能电器还具备智能电器在线检测和智能电器使用寿命显示功能以及智能电网的过电压保护功能等，总之配电设备必须带有智能化、网络化功能与现场总线无缝联结，智能电器也成为集检测、控制、保护、管理等众多功能于一身的多功能智能电器设备。

三、低压配电柜智能系统概述

1 配电柜智能系统特点

（1）智能型配电柜智能系统能实时、快速采集配电系统，其主要依托通过通信电缆、开放的现场总线及以太网通信接口。对于采集的内容来讲，主要体现于所有电器设备的工作参数、实际运行状况、工作参数等。此外，还可对数据进行分析、判断，并能采取积极有效的措施。

（2）智能型低压配电设备中的主要电器元件都具有智能化通信功能，其具备：控制、监视、检测电网质量等多种功能。一般来说，电网质量内容由电流、谐波分量、频率、有功功率和无功功率、事件记录等构成。与此同时，可对功率因素进行补偿，且能针对功率因素的偏差及时做出补偿。

（3）智能型低压配电柜主要智能控制器测量并在显示屏上显示，可预先判断故障、预先告警故障、记录并显示故障，并及时发现、排除某些不必要的故障，以确保电网正常、安全运行。

（4）实践证明，智能型低压配电柜在能量管理方面发挥着不可比拟的作用。在实际运行过程中，可采集并显示用电设备电能实际使用状况。当处于用电高峰阶段时，可对非重要的用电设备进行通知、强行切除，并保留消防回路及重要负载。

2.配电柜智能系统应用

计算机与数字通信将具备通信功能的智能化元件与低压开关设备有机连接，可促使低压配电柜具备

智能化、自动化性能，以更好地对设备运行进行管理，从而确保电网供电的可靠性。低压配电柜智能系统具备多种功能，主要表现为分析故障、管理保护定值、数字通信、实时采集、记录与告警事件、管理各类报表、控制程序及远程操作等。根据调查结果显示，低压电气系统分布广、设备多、设备频繁操作、谐波干扰、使用现场条件复杂。智能化监控系统，除了能够抵抗干扰，还能形成网络集成式全分布式控制系统，其对提高系统运行可靠性、快速性、实时性具有积极的意义。低压智能元器件主要功能包括控制电动机、保护开关、监测电能质量等。现场存有总线技术，低压配电柜智能系统可独立运行，无需再依靠计算机网络，这使得系统运行的可靠性及实时性大大提高，与工程生产过程控制及低压电气设备运行管理要求相符。

四、结语

随着经济不断地发展，各行各业对低压配电设备也提出了更高的要求。为实现低压配电柜的智能化目标，须不断完善测试设备与技术、制造设备与工艺。与此同时，低压配电产品也会在未来的竞争中抢占配电产品的制高点。同时，智能化低压配电柜也将在未来的市场竞争中不断地发展完善。

参考文献：

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