低压智能配电柜技术研究

南京大全电气有限公司 谢 静

1 低压智能配电柜概述

1.1 低压配电柜基本内涵

低压配电柜作为一类关键电气控制单元，对当前电气控制设备发展有重要支撑作用。从电气控制系统角度可知，提升整体运行效率要求配电柜实现自动化控制，而控制的精准程度直接对整体效果产生影响。对于自动化化控制而言，主要是依托智能化技术以实现基于人思维的管理方式的控制过程，从而提升控制的智能性。此外电力系统及其相关设备的常态化运行需低压配电柜的作用。从系统运行效果上分析可知，低压智能配电柜的设计及应用控制显然是一个非常重要的举措，其能够降低人为操作中带来的偏差，从而以提升系统整体可靠性[1]。

当前在电气控制系统中，低压智能配电柜在运行过程中通过低压智能配电柜的设计及应用可攻至技术以实现整体系统运行质量，比如运行稳定性等。事实上，系统运行质量体现在确保能够实现基本的电气控制和功率分配功能外，需要符合正常的工作要求。确保这一要求的满足则需低压配电柜需能够实现自动化控制效果[2]。

1.2 低压配电柜设计原则

安全、环保性是低压配电柜设计的首要设计原则。针对低压配电柜设计工序安全性而言，首先需确定低压配电柜设计工序中自动化控制技术的具体用途，以及控制系统使用要求，确保所设计的控制系统在安全裕度范围内。而低压配电柜设计工序节能优化设计的宗旨，就是环保、节能以及安全，将节能、环保、安全三者有机结合成为低压配电柜设计发展的趋势，因此需要切实做好安全、环保原则，以此优化应用局面。

此外，合理性原则也是在低压配电柜设计中需遵循的原则。通常，在整个设备的应用中要求设备系统的合理性，这要求相关人员须做好各环节设备、系统的核查，确定其中的价值不足以平衡大耗损的组件、并进行优化替代处理。确保低压配电柜设计中满足基本要求的前提下最大化的节省不必要的能源损耗，最大可能地降低能源损耗问题，以此优化设计性能。

2 低压配电柜设计

2.1 柜体结构的智能化设计

其整个柜体结构主要涵盖断路器、CT、接触器以及一次电缆等环节，二次环节，而CT 和接触器则是核心环节。通常一次元件的业务在于电力输送，而二次元件负责测控、保护以及四遥。整个柜体结构涵盖B 柜有D 型、DC 型、Mf 型、Mw 型、Ms型、C型共5种柜型。根据当前设计要求可知，对应柜体要求符合符合IEC60439-1、IEC60947(低压成套设备和控制设备)、IEC60529(外壳防护等级)、IEC68.3.3(抗震试验)和AS3439－1(内部电弧耐受)标准。根据这一基本原则，本文采用组合装配结构，整个柜架通过高质量的金属材料进行组建，并通过高精度机床加工形成标准化的预制件，然后通过8.8级六角螺栓加配环齿接触垫圈进行贴合设计。然后添加的门、封板、安装板以及母线、功能单元等零部件，实现结构固化。

2.2 母线系统开发

母线系统是成套设备的重要组成部分，它决定了成套低压开关的电气参数、接入方式、连接方式和温升。国外母线系统出现在20世纪90年代。例如，ABB Artu K 变速箱使用一种特殊形式的母线。使用特殊母线的优点如下：提高了抗母线弯曲和短路的能力；不与孔连接。（水平母线、垂直母线和分支母线）应连接至功能单元的主开关。功能单元和主开关发生了变化，因此很难处理总线中连接孔的位置。如果这些孔按照模块布置，总线的曲率电阻和功率传输能力将降低。插入剖面后所有部件可任意连接，降低母线生产能力，简化整机装配；如果跨空间或曲率阻力相等，可增加专用母线的表面、改善散热，母线的温度升高可能会降低，或者母线的电流传输容量可能会增加。

2.3 通信技术的应用设计

适当应用5G 的通信技术，对于推动低压配电柜的智能化发展有着关键支撑作用。对此在应用中，可以将低压智能配电盘的数据连接到电子网络系统上。传统的配电亭的设置和使用，到现在为止信息的迟延被认为是问题。由于工厂相关信息不多，无法有效记录设置在不同区域配电盘的具体情况，无法将配电室发送的电力的具体情况准确及时地传递到电力网系统。

智能5G 通信、低压智能配电柜体可通过无线网络与电网系统连接。无论是通过中国移动的5G 网络还是其他的光纤方式，电力设施的耗电信息都会随着时间一起传输到电力网系统，用以监视电力网系统，同时也为电力网系统的正常运行提供安全保障。5G 通信技术的便利性还可以连接社区配电中心与低压智能配电移动设备之间的数据。这是移动支付的主要技术支持之一。对此用户可随时正确支付使用费用和即时来电[3]。

2.4 标准化及模块化设计

低压配电柜的发展方向是适应和规范开关柜的结构部件，优化结构设计和专业化生产方式，对应的标准化及模块化设计流程如图1所示。ABB 的Artu K 交换机具有标准化、通用化的结构部件，具有高度的通用性和系列化。关键部件只有二十多种类型，可以形成保护、操作、控制等标准单元结构，转换和控制。灵活快速的组装。组装Artu 柜体只需十分钟。同时，组件的供应方式能够满足各种结构形式、保护质量和使用环境的需要，从而显著提高运行的可靠性。

图1 模块化设计流程

3 低压智能配电柜可靠性测试

3.1 现场测试法分析

该测试法即为在低压智能配电柜安装环境下进行相关项目的运营环境下的可靠性测试分析，其主要依托测量的相关数据来做比照分析，从而获取运营设备相关的参数数据，包括系统运行稳定性和可靠性参数等。该法作为当前可靠性测试的重要方法，不需要附带设备进行辅助测试，只需对运行设备的相关测试来获取实际运行数据并获取其当前运行性能，该测试成本极低且工序简单，对整个设备系统的影响较小，对应的数据较为真实客观，因此被广泛应用可靠性检测之中。

3.2 保证测试法分析

保证测试法是对未出厂低压智能配电柜的设计及应用前开展监测工作，尤其对其可能存在故障的检查，以此为低压智能配电柜性能的保障提供基础支撑。一般来说，低压智能配电柜自动化设备由于其高度复杂性，导致对应故障出现可能性随着低压智能配电柜的大批量生产而增加。这一随机化故障的出现是影响低压智能配电柜运行性能的最大阻碍。对此，保证测试法能够促进低压智能配电柜自主发现故障、并进行有效修复，以提升整体可靠性。

该法的最大优势在于其能够降低低压智能配电柜的设计及应用运行性能不足的问题。其缺陷也非常突出，即其测试的时间较长，因而主要应用于小规模的低压智能配电柜的设计及应用的测试中。此外其对外界条件要求较高，需在规定的条件下开展相关工作方可获得有效的测试结果，对此在实际应用中需要综合考虑，从而实现测试效果的可靠化。