张全

摘要：配电柜作为施工及各种用电设施都必不可少的配电设备，对于施工的整体运行以及各种用电设施的正常使用有着不能忽视的重要意义。其中，低压智能配电柜作为社会公众在日常生活生产中最熟悉的配电柜种类，其设计与完善对于整个配电柜行业的发展有着重要的意义。为提高低压配电柜的可操作性、可靠性和稳定性，本文对低压配电柜智能化的设计方法进行探究。主要聚焦于柜体结构、二次元件的智能化设计，简略涉及通信技术、即时报警，共四部分，以期抛砖引玉，并为新一代的低压智能配电柜提供一些思考方法。

关键词：低压智能配电柜;智能化设计;低压综保

前言：

低压智能配电系统应具备电气管理的功能，实现整个系统生命周期中每个阶段的智能化管理，如设计、测试、调试、运维各阶段的智能化管理。低压智能化配电系统遵从一体化的管理流程，通过设备连接和多设备配置等功能，可轻松自如地上传或下载设备的保护定值和通讯参数等信息，调试完成以后可生产报告文件。

一、柜体结构的智能化设计

低压配电柜按结构可分为两种主要的型式：抽屉式和固定式。其一次元件包括断路器（或熔断器）、CT、接触器、一次电缆等。目前对一次元件的智能化改造着重于断路器和CT：（1）对于断路器，有智能断路器的探索，集成测控装置在断路器内。该探索国内在2005年就已开始，且当时已有产品，但是始终无法普及应用。原因在下面会提及。（2）对于CT，中高压电力系统曾经尝试过电子式互感器，但是从应用情况看故障率甚高，目前已基本处于禁用状态。

以上一次元件的智能化探索，假设一次元件包含了部分数据采集的功能：当该元件损坏时一次回路已进入故障状态，但是集成系统却无法获得相关的任何信息。

下面分别叙述柜体和抽屉单元智能化设计方法：

（1）     柜体。应提供一条专用于敷设通信线缆的隔离通道，以避免通信信号受到强电的干扰，也可以避免其受到大质量电缆的挤压，更可以避免一次电缆发生火情时导致的监测信息中断。该通道可以放置于柜体顶部或底部，构成独立小室，并横向贯通柜体。

（2）     抽屉单元。抽屉单元一共有两副一次侧触头，一般来说提供一副二次侧触头，其静触头均位于柜体上。

目标：①减少抽屉内一次元件的数量，以获取最大的空间，改善抽屉内散热的问题;②减少二次回路控制线的数量，改善二次触头的损坏率;③设计专用插件，以满足敷设超五类线的要求，达到100M通信速率的目标。

对应的方法：①将CT集成至一次侧进线动触头内。如此，可省去抽屉内CT的安装空间，并且便于维护。CT二次侧输出毫安级信號，接入抽屉内的综保。②抽屉内安装LM5F/LL5F系列综保，综保的性能在第二部分详述，以减少柜内二次回路的数量。③增设专用的通信插件，但不用RJ45结构。通用的网线内有8 根线，分为4 组———其本质是4 组双绞线。对于100M网络而言，通信传输仅仅用到其中的2 组，从RJ45端子定义可知：1（TXD+）、2（TXD-）为一组，3（RXD+）、6（RXD-）为一组。因抽屉内空间很小，传输距离短，并不需要4 组线全部接入。鉴于此，通信专用插头可设计为4 个端子组成的独立插头。为便于安装，可在动静触头侧，分别引出很短的线，做成固定的RJ45接头，最后按IEC标准规定的试验通过测试即可应用。

综上所述，柜体和抽屉单元的智能化设计，奠定了前述目标中提升通信速率的基础，并构建了更坚强的抽屉单元。

二、二次元件的智能化设计

以LM5F/LL5F系列为典型。以下简述其功能，便于认识低压综保已具备哪些功能，在低压智能配电柜的设计中可以起到哪些作用。

低压综保按用途可分为两个大类：电动机用、线路用。可将其型号命名为LM系列（低压电动机用）和LL系列（低压线路用），目前主流应用的为HUAJIAN股份的LM5F和LL5F。

从低压智能配电柜的设计角度出发，我们希望低压综保具备这样的功能：

（1）     电参量的检测。对于准确度，却并非要求达到计费级，因为在低压配电系统中，计费的关口仅仅在进线柜内，没有必要为此增加额外的成本。因此，综保兼具测量和保护功能是可行的，测量的准确度能达到1%左右就已经足以反应现场的状态。

（2）     计量功能。如有可能，当然也希望能反应各回路的电度量。同样的，对准确度不做过高要求。

（3）     保护功能。由于接触器往往应用在电动机回路中，为满足可靠性的要求，LM系列保护动作的出口分为两个：作用于断路器的，和作用于接触器的。某些保护功能出口必须动作于断路器，例如单相接地保护、漏电保护。因为这两个故障状态下，故障电流可能超过接触器的分断能力。

（4）     开关量输入检测、控制功能。

（5）     统计功能。可统计外部操作的情况。

（6）     可编程的控制逻辑。可灵活运用于现场的工艺要求。

（7）     故障记录。希望不仅仅能记录故障瞬间的状态，还能进行更详细的故障录波。

（8）     对柜体或一次元件故障的保护报警功能，例如温度保护、弧光保护、火灾报警等等。

（9）     通信功能。保留目前工业现场总线（如MODBUS、Profibus-dp等等）的前提下，实现100M以太网通信，满足IEC61850协议的规定。

（10）   CT断线检测功能。特别指出，低压二次回路中，对于CT断线的检测是极有必要的。

（11）   控制回路断线检测。低压二次控制回路的断线检测很容易被忽略，但是很有必要。

（12）   易维护与长寿命。从维护的角度而言，期望低压综保的保护本体与显示单元分开。从产品寿命的角度出发，期望低压综保的电源模块能够独立。

以上功能需求，LM5F/LL5F大部分已具备，LM6F/LL6F已经完全具备。

综上所述，利用目前国内领先的低压综保，减少了以往需单独配置的表计、单相接地保护、漏电保护、温度保护、火灾报警等等元件，极大程度上减少了二次回路控制线，提高了低压配电系统的可操作性、可靠性和稳定性。

三、通信技术的应用

有了上述基础，现设想这样一台低压抽屉柜（固定柜略），顶部有独立屏蔽的通信通道，第一个抽屉高度为100mm，用于放置专用的通信处理机或光纤交换机，下面有8 个抽屉单元，侧面为二次回路敷设室。每个抽屉单元内的综保，通过网线与通信处理机进行数据交换。所有的通信处理机连接在一起，与站内集成系统进行数据交换，并经由站内集成系统转发至上一级监控系统。当然，对于通信处理机的安排，也可两三台柜放置一套，以节省成本。

四、即时报警

上述构建了一套完整的低压智能配电系统，其通信速率在100M。在这个前提下，一些重要的报警信息，例如火灾报警等等，可以迅速地反映到集成系统平台。集成系统平台可利用物联网模块，通过4G将被用户选择过的重要信息转發至运维人员。

五、结束语

低压智能配电柜的设计，首先要解决柜体结构的问题，以达到通信速率的要求;其次，应用国内先进的低压综保，减少柜内的元件，提高低压配电柜的可操作性、可靠性和稳定性;最后，利用现有的通信技术完成整个低压配电系统的智能化集成工作。

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