淺探低壓配電柜的智能化設計

董鈞

摘要：科學、合理地控制電力供應的各個環節，對滿足人們生存發展需求、增強電網供電可靠性及穩定性具有積極的意義。文章從低壓配電柜概述以及低壓配電設備中的低壓電器的智能化功能，配電柜的智能系統的應用及其特點等幾方面探討。

關鍵詞：低壓配電柜；智能化；預警功能；區域連鎖技術

一、低壓配電柜概述

低壓配電柜的設計是否合理關系到整個生產設備的可靠運行，所以低壓配電柜應當盡可能做到安全、可靠、經濟、美觀、維修簡單。低壓配電柜制造在輸變電設備制造業中占據著相當大的份額，在電力工業中占據著首屈一指的位置，由此也迫切要求低壓配電裝置的高可靠性，能及時地在線檢測故障，精準地采取措施，避免故障造成損失。近幾年來，我國隨著經濟科技的不斷發展，配電技術以及低壓元器件技術也在飛速地發展，而且成套開關設備已經從傳統型轉變為智能型，低壓配電柜產品也同時具備了三個顯著的特點：

1 智能化

目前，低壓電器元件已經從傳統型轉向智能型，并且可以實現通訊及數據的網絡化管理。然而智能化的配電柜所采用的智能型的元件，其最為明顯就是在傳統開關柜的基礎上利用微電子技術以及計算機控制技術等新技術，都具有良好的可靠性。即用若干個智能型開關柜通過通訊網絡組成低壓配電系統，具有遙控、遙調、遙測、遙訊即：“四遙”功能。

2 模塊化

由于目前低壓配電柜中所使用的結構件已經是模塊化和標準化，而且由于運用模塊化不僅降低了產品自身的成本價格，而且也使得設備的維護比較簡單化，最終有效地降低了產品后期的維護成本價格。所以，低壓配電柜結構件的模塊化及標準化，是目前低壓配電行業的發展的必然趨勢。

3 較高的可靠性

由于產品在生產過程中，需要可靠性的設計，并且對產品在生產過程中，也要進行可靠性的型式實驗及檢驗。同時，由于在現場總線技術的應用，不僅要對配電質量進行實時監控，而且盡量減少損耗，并且現場總線技術需要連接同一區域電網中的多臺斷路器，最終實現配電自動化保護，提高配電系統的可靠性。二、低壓配電設備中主要低壓電器的智能化功能

隨著成套電器智能化的要求越來越突出，智能型電器也越來越突出了重要的位置，智能型控制器、智能型保護開關電器、智能型接觸器、智能型軟啟動器、智能型電表以及智能型電容器等等。這些智能電器的運用和低壓配電系統的通信功能和網絡功能結合使得低壓配電和控制系統變得十分簡潔。設計、安裝、使用和維護特別方便，總結起來低壓電器智能化功能主要有以下幾點：

1 故障預警功能和故障自愈功能

故障預警是在故障發生之前發生預警，提示工作人員做出處理，以此來防患于未然，將故障在發生之前就處理掉。故障預警主要是以預防故障的發生以及提前報警來促使智能配電系統能夠始終保持安全的運行狀態；其次，故障自愈功能指的是在智能電網發生故障時能夠通過預警自愈機制將故障引發的后果限定在小范圍內，一方面有利于快速檢測排除故障，另一方面也有利于故障區以外的地方恢復供電。

2 區域連鎖技術

低壓配電柜中最主要的設備就是低壓萬能式斷路器。可以借助整定電流和動作時間來保護低壓萬能式斷路器的安全運行。一旦發生故障，上下兩級斷路器就會發生跳閘。而智能化功能中的區域連鎖功能可以有效避免類似的故障，其主要的功能中包括以下三點：

（1）能準確判別故障位置如圖1所示，假若其中一臺斷路器負載發生短路故障，例如QF4，智能配電系統中的1～nQF臺斷路器都會有短路電流。對于負載nQF它可以通過自己的脫扣器和連鎖模塊判斷，判定自己下一級斷路器發生了短路，但卻無法判斷出具體是哪一臺斷路器。智能斷路器區域連鎖功能則是在出現了短路故障的時候能夠通過過流脫扣器和區域連鎖模塊同時發現短路信號。在此情況下，就可以迅速判定出斷路器發生短路故障的是那一臺下面的負載

（2）能快速采取區域閉鎖的功能

圖1中，假若nQF斷路器判定出發生短路的位置是它下面的負載，nQF斷路器就會立即采取措施處理，QF1～4斷路器就會接收到下級區域連鎖模塊傳輸過來的信號，以此就會判定短路故障的具體位置。在此狀況下，QF1～4斷路器就會將過流脫扣器閉鎖，通過閉鎖措施來防止沒有發生短路故障的斷路器能夠正常工作，這樣就實現了上、下兩級斷路器不會同時跳閘的目標。

（3）若是出現了短路故障斷路器分段信號失敗的情況，上級的斷路器的過流脫扣器的閉鎖時間應該持續50s，然后才能解鎖。當解鎖后，過流脫扣器若是仍然檢測到有短路信號，就會立刻采取斷開電路的措施，從而保護下一級的斷路器不會發生故障。

3 電網質量監控功能

伴隨著更多的電子電器與節能電器在社會中的使用，分布式能源系統也越來越多地投入了社會當中，從而衍生出電網質量高次諧波、直流分量、功率因數、電壓波動、操作電壓過大的問題。目前的低壓電器如智能化電表也同時具備一些電量、電參數測量和分析功能以及相關電量的抑制和控制功能。

除此之外智能電器還具備智能電器在線檢測和智能電器使用壽命顯示功能以及智能電網的過電壓保護功能等，總之配電設備必須帶有智能化、網絡化功能與現場總線無縫聯結，智能電器也成為集檢測、控制、保護、管理等眾多功能于一身的多功能智能電器設備。

三、低壓配電柜智能系統概述

1 配電柜智能系統特點

（1）智能型配電柜智能系統能實時、快速采集配電系統，其主要依托通過通信電纜、開放的現場總線及以太網通信接口。對于采集的內容來講，主要體現于所有電器設備的工作參數、實際運行狀況、工作參數等。此外，還可對數據進行分析、判斷，并能采取積極有效的措施。

（2）智能型低壓配電設備中的主要電器元件都具有智能化通信功能，其具備：控制、監視、檢測電網質量等多種功能。一般來說，電網質量內容由電流、諧波分量、頻率、有功功率和無功功率、事件記錄等構成。與此同時，可對功率因素進行補償，且能針對功率因素的偏差及時做出補償。

（3）智能型低壓配電柜主要智能控制器測量并在顯示屏上顯示，可預先判斷故障、預先告警故障、記錄并顯示故障，并及時發現、排除某些不必要的故障，以確保電網正常、安全運行。

（4）實踐證明，智能型低壓配電柜在能量管理方面發揮著不可比擬的作用。在實際運行過程中，可采集并顯示用電設備電能實際使用狀況。當處于用電高峰階段時，可對非重要的用電設備進行通知、強行切除，并保留消防回路及重要負載。

2.配電柜智能系統應用

計算機與數字通信將具備通信功能的智能化元件與低壓開關設備有機連接，可促使低壓配電柜具備

智能化、自動化性能，以更好地對設備運行進行管理，從而確保電網供電的可靠性。低壓配電柜智能系統具備多種功能，主要表現為分析故障、管理保護定值、數字通信、實時采集、記錄與告警事件、管理各類報表、控制程序及遠程操作等。根據調查結果顯示，低壓電氣系統分布廣、設備多、設備頻繁操作、諧波干擾、使用現場條件復雜。智能化監控系統，除了能夠抵抗干擾，還能形成網絡集成式全分布式控制系統，其對提高系統運行可靠性、快速性、實時性具有積極的意義。低壓智能元器件主要功能包括控制電動機、保護開關、監測電能質量等。現場存有總線技術，低壓配電柜智能系統可獨立運行，無需再依靠計算機網絡，這使得系統運行的可靠性及實時性大大提高，與工程生產過程控制及低壓電氣設備運行管理要求相符。

四、結語

隨著經濟不斷地發展，各行各業對低壓配電設備也提出了更高的要求。為實現低壓配電柜的智能化目標，須不斷完善測試設備與技術、制造設備與工藝。與此同時，低壓配電產品也會在未來的競爭中搶占配電產品的制高點。同時，智能化低壓配電柜也將在未來的市場競爭中不斷地發展完善。

參考文獻：

[1]秦中明.配電房高低壓配電柜的優化選擇[J].江西電力職業技術學院學報，2014（4）：17-19.

[2]何瑞華.我國新一代低壓電器的發展和展望[J].低壓電器，2012（1）.

[3]蘭劍.中國配電開關應關注的發展熱點[J].高壓電器，2015（10）.