低压开关柜智能化改进的设计方案

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【摘 要】介绍智能化低压开关柜的现状和市场需求。分析影响低压开关柜智能化的关键因素，阐述实现智能化低压开关柜在电气和结构上采取的措施，展望低压开关柜智能化改进方向。

【关键词】低压开关柜;智能化;措拖

前言

随着中国城镇化建设的快速进行，国内智能配电网建设的不断推进，用电智能化对低压电器系统提出了更高的要求。在产业结构调整，节能减排的背景下，节能、高性能的智能化电器产品的市场需求将日趋旺盛。因此完善和改进产品性能，实现低压开关柜智能化是满足市场需求和适应市场竞争的需要。

1 影响低压开关柜智能化的关键因素

低压开关柜的智能化需要有良好的软件环境和硬件条件为依托。通过安装在低压开关柜内的智能型元器件，远动终端装置RTU（Remote Terminal Unit）的设置，运用现代电子技术、计算机技术、网络技术、控制技术及现场总线技术，实现对低压配电系统进行集中监控管理和分散数据采集，通过现场总线和以太网传输到监控系统，由监控系统对低压开关柜进行信息交换与管理，从而实现低压开关柜的智能化。

1.1 通信系统的选择

低压开关柜内智能软件的选择与合理配置是一个重要的影响因素。能保证配电设备的远程集成数据采集与状态监控，完成数据的上行和下行双向传输。适合的远动终端装置，合适的通讯规约，能够很好的优化软件系统和降低成本。

1.2 电器元件的配置

低压开关柜中根据不同的终端用户需求，合理的选择智能化元件也是关键。通常低压元器件的智能化选型如：低压断路器的智能化模块的选择，如RS485接口的确定;智能电力仪表优化配置;智能马达控制器的选用等等。能较好的帮助用户最大限度的优化配置，降低成本。在满足功能的前提下实现智能开关柜的高可靠性，高性价比，高安全化。

1.3 强弱电分离减小电磁干扰问题

低压开关柜柜体结构的影响。要实现低压开关柜的智能化，必须最大限度的减小柜内强电设备对电子元件的影响，降低通讯传输的电磁干扰。保证弱电传送的独立通讯通道。因此合理的柜型，柜体外形尺寸，内部空间布局，各功能单元的有效分隔，柜结构的抗震防尘，防凝露，和有效的降低柜内温升都是关键。

2 低压开关柜智能化改进的主要设计方案

2.1 低压开关柜智能通信系统选择与配置

根据在轨道交通，造纸、纺织工业中的实际应用案例，通常由计算机通过通信总线远程统一分散的配电系统.工业上常用的如Profibus-DP，Modbus通讯协议等;利用以太网，RS485等实现数据传输，通过PLC，I/O口，服务器与交换机，网关的联接。从而组成完整的通讯网络见图1。

图1

2.2 电器元件的配置

低压智能开关柜“四遥”的实现，通常要实现对低压一次主元件状态的监视，远程控制合、分和系统运行的联锁与切换等，保障供电的连续可靠。因此在考虑设备造价成本的同时，如何合理的配置电气线路和选择一次元件是关键。

在一次元件中最为主要的是低压断路器其智能控制单元、保护单元的应用，尤其要注意市场上的断路器，特别的进口品牌的断路器许多功能模块都是选配件，必须充分的熟悉，避免功能模块的漏选或重复。如：西门子的3WL框架断路器具有通信就必须选配带COM15的选件模块或PROFIBUS通讯端口;而ABB的E max开关要选择通讯功能其保护单元必须PR122及以上的配置，模块通过选择用PR120/D-M的通讯模块扩展单元实现与中央监控系统的通讯。

其次配电回路要求比较简单，通常只要实现遥测、遥控，在开关的配置上只要加装辅助接点、报警接点、分励线圈通过PLC的干接点就可以实现开关量的输入、输出远动控制。其电压，电流等参数可以通过装配带有RS485接口的多功能仪表来实现数据的采集和分析。如需要远控进行合、分，则需选择带有电动操作机构的塑壳断路器。

再着工业用户有比较多的电机负荷，因此当负荷是电机的馈电回路较多会采用接触器、智能型电机保护器、变频器、软起动器等一次元器件实现一次设备的智能化。根据负荷的额定功率选择相应的一次元件。一般在工业用场合，45kW及以下的线路我们通常会优先选用的接触器和智能型电机保护器等来实现对线路和负载的数据采集和远控。大于45kW的负荷，会根据负荷的类型选择变频器控制或软起动器控制，并通过PLC等实现远动和故障分析。而低于7.5kW电机启动器考虑到安装和造价，可以采用模块化的一体式智能电机启动器，如西门子公司的ET200系列，它通过标准卡槽式拼接将一体化的电源模块，通讯模块和一次连接模块，辅助等固定在标准导轨上。由于元件本身的热插拔性，高度集成，扩展性高，抗干扰能力好，智能化强度好，大大的缩小设备的安装空间，无需二次配线，有效的降低工程造价。当然在实际运用中也不能单纯的参照负荷功率，还应当考虑不同的负荷类型，起动方式，系统配置等选择合理的一次元件的配置。

在低压开关柜内二次控制线路上选用专业的、配备相应通讯协议、接口的智能仪表（即通过智能仪表接口）实现通讯，完成电气参数采集;二次通讯线路上，选用性能良好的接线端子，保证接线的可靠，减小干扰;通讯连接线也应采用带屏蔽层的专用通讯数据传输线RVVP。连接各站时，应确保数据线不要拧绞，尽量使用带屏蔽的电缆且两端与保护接地连接，保持良好的传导性、独立性和抗干扰性。当设备与总线连接时，每段的头和尾各有一个总线终端电阻，确保运行不发生误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。RS485传输按相应数量分段，分段站超过数据传输要求时，要用中继器来连接各总线段。

2.3 柜体结构的改进

实现低压开关柜智能化，结构上采取以下的几点措施保证电气性能和通讯安全。

（1）柜型和柜结构特性

根据系统的一次方案配置，设备容量、电流大小，馈线回路的性质和数量的选择低压柜的采用固定柜还是抽屉柜、固定分隔柜，根据不同的柜型优化柜体外形尺寸和数量，减小工程造价。

（2）柜内环境

考虑低压柜的整体抗震能力，提高型材强度、柜内支撑保证柜体运行时的动热稳定性。依据柜内的发热量，采用必要的强制风冷措施，保持柜内的通风散热。在极其严寒地区考虑加装加热器调整柜内的温度以适合弱电设备的运行温度。保证通信电子元件的使用环境温度。

（3）严格的柜内分隔

柜内各功能单元合理分隔，在实际应用中，往往会将远程控制终端、PLC、服务器站点等设置在空间相对宽裕的进线或联络柜柜内，减小通讯距离。

通常小功率多回路或大于45KW的马达回路会做成固定式结构，柜内区分一次元件和二次元件的布排，隔室定义分明，将二次端子、继电器等二次电气元件置于柜前上方的隔室（继电室内），采用统一的二次线管或线槽布线，使二次接线和通讯接线尽量远离一次设备见图2。大电流配电回路、变频、软起回路采用固定分隔形式实现，相比固定式的布排更好的利用空间。针对一体化智能型电机保护器模块，采用柜内前、后分隔分布，标准卡轨安装。双侧设置线槽加以实现见图3。

图2 固定柜的一、二次分离 图3 多回路一体化模块卡槽布置

抽屉柜内设置智能元件时，抽屉功能单元尽量采用推进力较小的推进机构，减小猛烈的撞击对通讯线路的影响。建议采用螺旋式的操作机构。二次插件方面，尽可能将普通二次插件与通讯线路插件分开来。做成双二次插结构.并保证抽屉柜的通讯线与普通二次线，形成交叉分布，减小干扰。西门子8PT柜抽屉方案的二次插件采用二次插针和专用九针DP头左右分布的一体式推送二次机构，与一次的推进分开来动作。有效的减少推力的撞击。施耐德Blokset柜在抽屉底部有三个独立的二次插件，可将普通二次线和通讯线分别接在不同的二次插上，保证通讯不受干扰。其他如MNS、GCS、GCK等低压开关柜可采用双二次插的工艺将通讯线与普通二次线分别在柜后和柜侧分开走线见图4、5。智能单元做成抽屉优点是相互不影响，总线的通信系统不受干扰，某一回路出现故障时不必整个系统停机。

（4）强弱电分离、减小电磁干扰，良好的通讯环境

大电流的环境，制作防磁骨架，降低强电对通讯的电磁干扰。利用不锈钢或铝型材在柜骨架侧面的上下侧向立柱、垂直中柱、柜内铜排支撑、断路器端头前后分隔板等处切断磁场。另外柜的纵向通讯联系和柜间的横向联系，在各低压柜的柜前上方或柜后上方设置专门的过线通道.保证通讯线路的畅通和各拼柜站点的有效联系。见图6。

图4 抽屉柜后双二次插示意 图5 抽屉柜前双二次插示意

图6 柜间通讯通道

3 结束语

展望未来，随着低压配电系统智能化的不断发展，低压开关柜的智能化还有许多有待发展改进的地方，比如如何保证低压智能网络，低压智能开关柜的兼容性。设备运行可靠性。如何进一步完善低压抽屉柜的专用通信插件，实现设备越来越紧凑化，小型化，多功能化，都将是我们今后的研究和改进的方向。