智能低壓開關柜的設計

賓進寬，楊蒙賓，周 旭

（中國南方電網有限公司超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

低壓開關柜位于配網末端，是直接面向用戶的電網接口，應用范圍廣，市場需求總量大。低壓開關柜的安全可靠性直接決定了用戶和電網的用電安全，是電力系統的重要環節之一。典型的開關柜內部主要包含接觸器和斷路器開關、電壓電流傳感器以及單相空氣開關等設備。

從功能而言，低壓開關柜就是通過接觸器或斷路器連接用戶和配電網的開關設備，控制用戶與電網的連接狀態，同時在開關柜面板上顯示狀態數據，并根據運行狀態變化觸發接觸器或斷路器動作，實現配電保護[1]。

為滿足智能化要求，需增加狀態監測、保護以及就地顯示等功能。基于以上功能拓展，設計了一套具備高集成度的低壓開關柜二次側在線監控系統方案，既簡化了配電柜電路結構，實現了功能可擴展，又提升了配電柜運行的安全可靠性，提高了生產效率和經濟效益[2]。

1 開關柜結構設計

樹莓派控制板是智能開關柜的核心，透明觸控一體顯示器，實現人機交互。控制柜通過GPRS無線通信模塊實現傳輸網絡化數據。電壓電流傳感器將采集的參數傳輸到樹莓派控制板，配合程序實現過壓保護、欠壓保護、缺相保護、過流保護以及故障錄波等功能[3]。開關柜控制結構如圖1所示。

圖1 開關柜控制結構圖

2 開關柜主要硬件設計

窗口比較器原理如圖2所示，能同時設定輸出電流的上限電壓和下限電壓，超過設定值時啟動保護功能。

電氣設備的打開和關閉，采用繼電器控制交流接觸器的方式實現。比較電壓電流傳感器的檢測值與設定值，超過設定值則啟動保護功能。采用CD4075三輸入或門出現過壓、過流或缺相等異常現象時，接觸器斷開電路起到保護作用。保護控制電路如圖3所示。

電壓信號調理原理如圖4所示，采用三相電壓互感器采集電壓信號，將經過精密整流的電流輸入到控制器的AD。

圖2 窗口比較器原理圖

圖3 保護控制電路圖

圖4 電流信號調理原理圖

圖5 電壓信號調理原理圖

電流信號調理原理如圖5所示，采用三相電流互感器采集電流信號，將經過精密整流電流輸入到控制器的AD。

圖6 單片機主要程序流程圖

3 開關柜程序流程設計

樹莓派主要處理透明觸控屏的人機交互、網絡通信以及獲取來自單片機的數據并顯示。單片機初始化后采集電壓電流信號，將采集的信息發送到樹莓派。在中斷服務程序內完成保護和故障的判別，發生故障時記錄下故障前后的波形。單片機主要程序流程如圖6所示。

4 現場試驗與結論

低壓開關柜是電力系統中重要的成套設備，能更加直觀快速地獲取接入設備的用電信息和運行狀況。出現故障時能復現故障波形，通過遠程操控節省人力物力，提高了開關柜的運行效率和經濟效益。