張全

摘要：配電柜作為施工及各種用電設(shè)施都必不可少的配電設(shè)備，對于施工的整體運(yùn)行以及各種用電設(shè)施的正常使用有著不能忽視的重要意義。其中，低壓智能配電柜作為社會公眾在日常生活生產(chǎn)中最熟悉的配電柜種類，其設(shè)計與完善對于整個配電柜行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。為提高低壓配電柜的可操作性、可靠性和穩(wěn)定性，本文對低壓配電柜智能化的設(shè)計方法進(jìn)行探究。主要聚焦于柜體結(jié)構(gòu)、二次元件的智能化設(shè)計，簡略涉及通信技術(shù)、即時報警，共四部分，以期拋磚引玉，并為新一代的低壓智能配電柜提供一些思考方法。

關(guān)鍵詞：低壓智能配電柜;智能化設(shè)計;低壓綜保

前言：

低壓智能配電系統(tǒng)應(yīng)具備電氣管理的功能，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)生命周期中每個階段的智能化管理，如設(shè)計、測試、調(diào)試、運(yùn)維各階段的智能化管理。低壓智能化配電系統(tǒng)遵從一體化的管理流程，通過設(shè)備連接和多設(shè)備配置等功能，可輕松自如地上傳或下載設(shè)備的保護(hù)定值和通訊參數(shù)等信息，調(diào)試完成以后可生產(chǎn)報告文件。

一、柜體結(jié)構(gòu)的智能化設(shè)計

低壓配電柜按結(jié)構(gòu)可分為兩種主要的型式：抽屜式和固定式。其一次元件包括斷路器（或熔斷器）、CT、接觸器、一次電纜等。目前對一次元件的智能化改造著重于斷路器和CT：（1）對于斷路器，有智能斷路器的探索，集成測控裝置在斷路器內(nèi)。該探索國內(nèi)在2005年就已開始，且當(dāng)時已有產(chǎn)品，但是始終無法普及應(yīng)用。原因在下面會提及。（2）對于CT，中高壓電力系統(tǒng)曾經(jīng)嘗試過電子式互感器，但是從應(yīng)用情況看故障率甚高，目前已基本處于禁用狀態(tài)。

以上一次元件的智能化探索，假設(shè)一次元件包含了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集的功能：當(dāng)該元件損壞時一次回路已進(jìn)入故障狀態(tài)，但是集成系統(tǒng)卻無法獲得相關(guān)的任何信息。

下面分別敘述柜體和抽屜單元智能化設(shè)計方法：

（1）???? 柜體。應(yīng)提供一條專用于敷設(shè)通信線纜的隔離通道，以避免通信信號受到強(qiáng)電的干擾，也可以避免其受到大質(zhì)量電纜的擠壓，更可以避免一次電纜發(fā)生火情時導(dǎo)致的監(jiān)測信息中斷。該通道可以放置于柜體頂部或底部，構(gòu)成獨(dú)立小室，并橫向貫通柜體。

（2）???? 抽屜單元。抽屜單元一共有兩副一次側(cè)觸頭，一般來說提供一副二次側(cè)觸頭，其靜觸頭均位于柜體上。

目標(biāo)：①減少抽屜內(nèi)一次元件的數(shù)量，以獲取最大的空間，改善抽屜內(nèi)散熱的問題;②減少二次回路控制線的數(shù)量，改善二次觸頭的損壞率;③設(shè)計專用插件，以滿足敷設(shè)超五類線的要求，達(dá)到100M通信速率的目標(biāo)。

對應(yīng)的方法：①將CT集成至一次側(cè)進(jìn)線動觸頭內(nèi)。如此，可省去抽屜內(nèi)CT的安裝空間，并且便于維護(hù)。CT二次側(cè)輸出毫安級信號，接入抽屜內(nèi)的綜保。②抽屜內(nèi)安裝LM5F/LL5F系列綜保，綜保的性能在第二部分詳述，以減少柜內(nèi)二次回路的數(shù)量。③增設(shè)專用的通信插件，但不用RJ45結(jié)構(gòu)。通用的網(wǎng)線內(nèi)有8 根線，分為4 組———其本質(zhì)是4 組雙絞線。對于100M網(wǎng)絡(luò)而言，通信傳輸僅僅用到其中的2 組，從RJ45端子定義可知：1（TXD+）、2（TXD-）為一組，3（RXD+）、6（RXD-）為一組。因抽屜內(nèi)空間很小，傳輸距離短，并不需要4 組線全部接入。鑒于此，通信專用插頭可設(shè)計為4 個端子組成的獨(dú)立插頭。為便于安裝，可在動靜觸頭側(cè)，分別引出很短的線，做成固定的RJ45接頭，最后按IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗通過測試即可應(yīng)用。

綜上所述，柜體和抽屜單元的智能化設(shè)計，奠定了前述目標(biāo)中提升通信速率的基礎(chǔ)，并構(gòu)建了更堅強(qiáng)的抽屜單元。

二、二次元件的智能化設(shè)計

以LM5F/LL5F系列為典型。以下簡述其功能，便于認(rèn)識低壓綜保已具備哪些功能，在低壓智能配電柜的設(shè)計中可以起到哪些作用。

低壓綜保按用途可分為兩個大類：電動機(jī)用、線路用?？蓪⑵湫吞柮麨長M系列（低壓電動機(jī)用）和LL系列（低壓線路用），目前主流應(yīng)用的為HUAJIAN股份的LM5F和LL5F。

從低壓智能配電柜的設(shè)計角度出發(fā)，我們希望低壓綜保具備這樣的功能：

（1）???? 電參量的檢測。對于準(zhǔn)確度，卻并非要求達(dá)到計費(fèi)級，因為在低壓配電系統(tǒng)中，計費(fèi)的關(guān)口僅僅在進(jìn)線柜內(nèi)，沒有必要為此增加額外的成本。因此，綜保兼具測量和保護(hù)功能是可行的，測量的準(zhǔn)確度能達(dá)到1%左右就已經(jīng)足以反應(yīng)現(xiàn)場的狀態(tài)。

（2）???? 計量功能。如有可能，當(dāng)然也希望能反應(yīng)各回路的電度量。同樣的，對準(zhǔn)確度不做過高要求。

（3）???? 保護(hù)功能。由于接觸器往往應(yīng)用在電動機(jī)回路中，為滿足可靠性的要求，LM系列保護(hù)動作的出口分為兩個：作用于斷路器的，和作用于接觸器的。某些保護(hù)功能出口必須動作于斷路器，例如單相接地保護(hù)、漏電保護(hù)。因為這兩個故障狀態(tài)下，故障電流可能超過接觸器的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

（4）???? 開關(guān)量輸入檢測、控制功能。

（5）???? 統(tǒng)計功能?？山y(tǒng)計外部操作的情況。

（6）???? 可編程的控制邏輯?？伸`活運(yùn)用于現(xiàn)場的工藝要求。

（7）???? 故障記錄。希望不僅僅能記錄故障瞬間的狀態(tài)，還能進(jìn)行更詳細(xì)的故障錄波。

（8）???? 對柜體或一次元件故障的保護(hù)報警功能，例如溫度保護(hù)、弧光保護(hù)、火災(zāi)報警等等。

（9）???? 通信功能。保留目前工業(yè)現(xiàn)場總線（如MODBUS、Profibus-dp等等）的前提下，實(shí)現(xiàn)100M以太網(wǎng)通信，滿足IEC61850協(xié)議的規(guī)定。

（10）?? CT斷線檢測功能。特別指出，低壓二次回路中，對于CT斷線的檢測是極有必要的。

（11）?? 控制回路斷線檢測。低壓二次控制回路的斷線檢測很容易被忽略，但是很有必要。

（12）?? 易維護(hù)與長壽命。從維護(hù)的角度而言，期望低壓綜保的保護(hù)本體與顯示單元分開。從產(chǎn)品壽命的角度出發(fā)，期望低壓綜保的電源模塊能夠獨(dú)立。

以上功能需求，LM5F/LL5F大部分已具備，LM6F/LL6F已經(jīng)完全具備。

綜上所述，利用目前國內(nèi)領(lǐng)先的低壓綜保，減少了以往需單獨(dú)配置的表計、單相接地保護(hù)、漏電保護(hù)、溫度保護(hù)、火災(zāi)報警等等元件，極大程度上減少了二次回路控制線，提高了低壓配電系統(tǒng)的可操作性、可靠性和穩(wěn)定性。

三、通信技術(shù)的應(yīng)用

有了上述基礎(chǔ)，現(xiàn)設(shè)想這樣一臺低壓抽屜柜（固定柜略），頂部有獨(dú)立屏蔽的通信通道，第一個抽屜高度為100mm，用于放置專用的通信處理機(jī)或光纖交換機(jī)，下面有8 個抽屜單元，側(cè)面為二次回路敷設(shè)室。每個抽屜單元內(nèi)的綜保，通過網(wǎng)線與通信處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。所有的通信處理機(jī)連接在一起，與站內(nèi)集成系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并經(jīng)由站內(nèi)集成系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)至上一級監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)然，對于通信處理機(jī)的安排，也可兩三臺柜放置一套，以節(jié)省成本。

四、即時報警

上述構(gòu)建了一套完整的低壓智能配電系統(tǒng)，其通信速率在100M。在這個前提下，一些重要的報警信息，例如火災(zāi)報警等等，可以迅速地反映到集成系統(tǒng)平臺。集成系統(tǒng)平臺可利用物聯(lián)網(wǎng)模塊，通過4G將被用戶選擇過的重要信息轉(zhuǎn)發(fā)至運(yùn)維人員。

五、結(jié)束語

低壓智能配電柜的設(shè)計，首先要解決柜體結(jié)構(gòu)的問題，以達(dá)到通信速率的要求;其次，應(yīng)用國內(nèi)先進(jìn)的低壓綜保，減少柜內(nèi)的元件，提高低壓配電柜的可操作性、可靠性和穩(wěn)定性;最后，利用現(xiàn)有的通信技術(shù)完成整個低壓配電系統(tǒng)的智能化集成工作。

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