智能開關電器設計方法的分析

鄭超 陳春 葉紅梅 喬楚 王忠強

摘要：開關電器在電網運行中承擔著控制與保護的作用，隨著電力系統發展，開關電器也在得以優化和發展。智能開關電器的應用對于電網運行起到良好的穩定作用，幫助節約電力能源。本文針對智能開關電器進行分析，對其設計方法進行研究，意在使用高質量的設計方法，推動電網行業更好的發展。

關鍵詞：智能開關;電器設計;設計方法

引言：隨著“智能電網”計劃在國內的推廣，開關電器成為了電網中不可或缺的重要組成部分。在新的計劃背景下也需要不斷進行優化和改善，以便更好的滿足電網發展需求。智能開關電器對于節能，延伸電力設備壽命等方面具有重要的意義，在“智能電網”活動中為推動電網發展做出了重要的貢獻。

一、智能開關電器的可靠性設計

開關電器是電網生產過程中，在各個操作環節中負責控制和保護設備的重要組成部分，對于電力系統運行起著至關重要的作用。傳統開關電器因為等級過低，并不具備信息交互等功能，在電力網絡運行的過程中無法為其提供有效的服務;傳統電器自帶的診斷功能是引發電力火災事故的重要因素;傳統電器在使用上存在耗能高、噪音大等缺陷，與現代化發展的綠色環保理念不符。

智能開關電器指的是基于開關電器的操作和性能進行優化，賦予了開關電器診斷與感知的功能，會根據電力故障對自身的情況加以判斷，智能開關電器屬于傳統開關電器發展的新方向和新突破。

現有的開關電器設計中，依舊會按照經驗設計為主要設計目標，使用仿真分析進行輔助，最后通過實驗對設計進行驗證。在設計的過程中并沒有考慮過電器開關與其他智能單元融合的問題，使電器開關與智能單元融合在一起，在保證工作效率的同時，更好的發揮自身的效用，提高自身的穩定性。為了適應智能電網對開關電器提出的新要求，利用智能單元對開關電器進行設計，根據實際測試對融合的效用進行評估，找到設計過程中的薄弱因素，基于不足進行深入研究，提升開關電器的可靠性。并基于更可靠的材料在設計中應用的可能性等進行研究和設計，提升智能開關電器的在設計和制造方面的能力[1]。

具體的開展步驟從以下幾點開展，模型試驗與仿真分析等多項因素對開關電器的影響。使用動力仿真軟件構建仿真模型，對開關電器進行仿真，通過獲得的運動特性曲線進行分析，將其用作開關電器樣機設計的依據，提升設計后開關電器的可靠性;流體仿真軟件建立開關電器的仿真模型、磁場等，通過仿真實驗進行對比和分析，獲得對仿真項目的設計優化因素。對于特殊條件例如低氣壓、重污染等進行研究;材料的生產工藝也是需要進行研究的重點，通過對雜質顆粒、加工等工序進行研究，保障開關電器的可靠性。

在針對開關電器可靠性進行分析的過程中，只有找到影響其可靠性的關鍵性因素，基于關鍵性因素進行調整和優化，采取有效的措施開發新的智能控制方法，才能保證開關電器更好的發展，保障其可靠性。

二、智能開關電器的環境友好設計

智能開關電器設計優化可以從環境友好設計入手，通常包含兩種含義：一是針對開關電器的實際操作對電網的友好，也就是在電網運行過程中，智能開關電器的操作不會對除電網外的其他設備造成額外的電磁干擾，避免安全事故發生;二是對自然環境的友好，針對現階段對環境造成的污染情況，進行合理優化設計，避免再次對環境造成污染。

（一）對電網環境友好設計

傳統開關電器在進行操作的時候，因為不夠智能化，使得操作過程中容易出現電壓等干擾現象，對電網運行造成一定影響，還會危及開關電器自身的壽命。智能開關電器需要滿足對電網運行的友好操作，因此，采用新型操作技術，對可控智能操作進行優化。根據操作時產生的介質強度進行合理的調節，避免出現電壓、磁場等現象，提升實際操作的安全性，從根本上提高開關電器的使用壽命，減少干擾現象出現。

（二）對自然環境友好設計

針對自然環境的友好設計就是從自然角度出發，要求設計時尊重自然、保護自然，減少開關電器排放等對自然造成的損害。基于工業不斷發展的背景下，氣體排放造成的污染情況一直沒有斷過，也是國家一直強調的環境問題。加強設計的同時需要保護好自然環境，從對環境影響的角度出發，盡可能使用對環境影響較小的污染介質。

在2009年年底的丹麥，匯集了全球至少190個國家，針對全球氣候問題進行會議討論，其中提到的重點問題就是溫室氣體排放，開關電器產生的滅弧介質系數遠遠超出二氧化碳兩萬多倍，針對這種氣體對環境造成的影響，在設計中進行優化，使用SF6來進行替換，并基于這一方向進行研究，為智能開關電器發展提供了新的發展道路。

三、電磁兼容設計

智能開關電器的設計需要在電網系統正常運行的基礎上進行，針對其電磁兼容性設計從兩個方面開展：首先，開關電器會在操作的時候受到磁場和電壓等帶來的干擾，開關電器本身就需要自己承受下各種干擾。電能開關電器是使用不同的構件組合而成，當其本身無法承受干擾時，就會影響到其使用的可靠性，進而對電網運行造成一定影響[2]。事故較輕會造成經濟損失，嚴重會造成嚴重的安全事故。因此，在設計的過程中，電磁兼容問題一定要處理好，保證智能開關電器面對不同的干擾也能保持正常運行;其次，智能開關電器設計需要在自身原有功能的基礎上，進一步優化。智能開關電器應用時，不能對電網中的其他設備造成影響。傳統開關電器單獨作用于設備上，但是智能開關電器負責的是整個電網系統，為了避免在運行過程中對其他設備造成影響，需要針對這一過程中采取有效的措施，可以設置屏蔽或者隔離等，提升智能開關電器使用的可靠性。

結論：綜上所述，智能開關電器的優化設計不僅僅是基于開關電器的優化和改革。更是智能電網發展過程中的重要選擇，電力系統不斷在發展中進行完善，技術、設備都隨之改變，開關電器作為控制電網的重要部分，也需要在發展過程中不斷的優化。以不同的設計方式融合到時代發展的背景中來，保障電網運行的環境和效率，更好的適應電網發展的實際需求，推動電力行業不斷發展。

參考文獻

[1]栗惠，曲德剛.轉換開關電器產品和標準發展探討[J].建筑電氣，2020，39（06）：57-59.

[2]何應暉.智能配電網中智能中壓開關柜關鍵技術設計研究[J].通信電源技術，2019，36（06）：82-83+85.

浙江捷諾電器股份有限公司，浙江溫州?325000