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【摘 要】电力系统安全运行直接关系到电网安全和企业用电的持续性、稳定性，也直接影响着居民用电的质量和社会稳定。开关柜主要应用于大型企业、机场、医院、学校和高层小区等场合，在电力系统中具有线路关合、电能转换、状态监测和故障保护功能，属于电力系统中重要的开关设备。同时对于智能变电站，站用变低压开关柜作为变电站内部的重要组成部分，是保障智能变电站安全、可靠运行的重要保障；对其进行智能化升级或改造，是建设智能变电站的重要措施，是为变电站提供各类稳定、可靠的电源的基础。本文基于低压开关柜标准化设计分析展开论述。
【关键词】低压；开关柜；标准化；设计分析
中图分类号：TM591 文献标识码：A
引言
当电力系统中某一段出现故障时，开关柜应能够快速切断故障支路，并按照故障的类别报警，提示工作人员进行线路维护和检修。随着市场需求和客户个性化功能要求的不断增加，开关柜的市场占有率不断增加，同时对开关柜的安全性和智能化水平的要求也越来越高。实现低压开关柜的智能化的方案有很多，通过对低压开关柜标准化设计的提高，可有效提供低压开关柜的智能化水平，为国内电力大数据建设提供原始的一小步。
1低压开关柜结构的简单概述
随着我国经济的发展，居民的生活水平也在不断提高，大功率用电器的普及在方便了人们生活的同时，对电网的负荷越来越大。因此需要加强电网的建设和管理，在城乡电网的不断改造升级过程中，需要用到相应的电气设备，才能够让电网高效率的运转，而低压开关成套设备也得到了大量的使用。其中低压开关柜的结构设计对电气性能有着一定的影响，科学良好的设计，能够提高设备性能，保障电网的正常运转。相反的不合理的设计会缩短低压开关的使用寿命，在长时间的运行过程中可能造成安全事故，影响电气安全性能。因此在选择低压开关柜的过程中，需要选择那些质量可靠，设计合理的产品满足设备的安全性能指标。
2低压开关柜的结构特点分析
2.1低压开关柜的结构分类
从低压开关柜的结构特点可以把其分为两类，一是固定式结构，就是设备在特定位置进行固定，能够有效的提升低压开关柜结构稳定性，各类电气元件的功能空间需求，柜体内部相应的结构能够对电气元器件形成有效的支撑和固定；也提供了方便柜体与电气元件的拆装设计，能夠满足电气元件的日常维护工作。根据形状的大小和结构的不同，可以分为台式、箱式以及立式等，方面不同规格的元器件进行安装。
2.2柜体的框架形式
从制作工艺来看可以把柜体为三类，一类是焊接框架，相连的各个部分都是通过焊接进行固定。从结构上来看该方式的框体更为坚固，生产过程十分简便，但是受限于工艺特点，接控的准确度相对较差，并不能够有效地完成对电器元件的有效支撑。还有就是焊接变形、虚焊等情况的时常出现。因此需要保证相关焊接操作人员的技术过关。
3低压开关柜标准化设计
低压柜标准化设计应按照安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换、合理分级、广泛适用的原则进行，应兼顾制造厂水平与用户体验满意度两方面，通过改进与调整整体提高低压开关柜的标准化程度。
3.1柜体的标准化
（1）柜体材质需要进行统一的要求，不同材质使用的拼装方式使柜体外观及结构不一致，所以材质的统一是设备互换性的基础。目前有两种选择：①MNS、GCK采用由敷铝锌板折成的C型材，GCS采用由冷轧钢板焊接而成的8MF型材；②MNS、GCK及GCS柜均使用C型材，但是MNS、GCK使用的C型材模数为25mm，GCS所使用的C型材模数为20mm。门板的材质应考虑到柜体外观颜色及防腐性能的要求，宜采用冷轧钢板，喷塑防腐处理。柜体主框架结构材料厚度要求为2.0mm，隔板、挡板等非承重钣金件厚度要求为1.5mm。（2）柜体底部地基安装固定孔位置的标准化。设备的安装都要固定在地基上，由于各个厂家地基固定孔的不一致，目前项目基础施工前都需要联系设备厂家提供地基图，进行电缆沟及固定槽钢的施工，以方便后期设备的顺利安装，因此，安装孔得到标准化以后，业主根据标准图纸即可直接施工，减少了沟通的环节，可以节约施工工期，降低施工安装风险。
3.2硬件电路设计
低压开关柜运行状态在线监测系统以数字信号处理器（DSP）为核心，实现对温度、弧光、电压、电流等运行参数实时监测和故障报警。低压开关柜运行状态在线监测系统结构包括：监测系统主要由DSP、传感器模块、数据处理模块、编程接口、电源模块、声光报警模块、通讯模块和控制面板组成，其中DSP为整个检测系统的核心，用于接收控制面板的控制指令，对数据处理模块发送的传感器数据运算处理，故障时发送声光报警信号，同时经过通讯模块实时与中央监控系统进行数据通讯。数据处理模块分为模拟信号转换接口和数字信号转换接口两种，实现将传感器反馈的原始信号转换成DSP可识别的信号。声光报警模块具有三级警示机制，接收DSP发送的故障信号，根据故障等级进行光报警、声音报警及声光组合报警。控制面板用于控制系统上电、起动、复位和停止等操作，具有能够显示中压开关柜正常运行和故障状态的显示灯，同时可以显示电压、电流、温度等低压开关柜的运行参数。声光报警模块采用发光二极管和音频解码芯片为核心进行设计，实现中压开关柜运行状态的三级警示功能。音频解编码芯片选用SSOP封装形式的3V电源供电的UDA1341TS芯片，将特征值存储于独立的寄存器中，利用模式地址的“0”为数据字节有效位完成对寄存器的选取。该芯片具有运行频率128fs三阶的噪声整形器，实现对频带内的量化噪声转换成音频带之上的频率，该噪声整形技术可以提供高信噪比，输出通过一个DAC流滤波器转换成模拟信号。
3.3一次接口标准化
一次接口方式包括：①进线方式；②进线柜与变压器并柜的接口方式；③主母线系统。低压柜常见的进线方式包括铜排柜顶进线、铜排柜侧进线、电缆柜顶进线以及电缆底部进线等。进线柜与变压器的接口方式应被确定是柜顶母线桥架进线还是侧边直接并柜。若采用柜顶桥架进线方式，则柜顶顶板需要确定进线孔位置尺寸及防护方式；若采用直接并柜侧进线的方式，则需要低压柜侧边封板配铜排进线孔。通用方式是低压柜铜排侧伸出柜体200mm，在变压器内搭接。
结束语
大数据技术已经逐渐被应用到了生物、医学、商业、石油以及电力等各个领域中，并且深入挖掘出了很多有价值的优秀信息数据。对于电力设备行业来说，应用电子式互感器、智能化开关等，设计和生产智能化开关柜，为电力大数据提供基层的设备支持尤为重要。
参考文献：
[1]陈涛.10kV智能开关柜的设计[J].通信电源技术，2018，35（08）：68-70.
[2]陈炳贵，王海霞.一种开关柜误入带电间隔报警装置的设计[J].机电元件，2018，38（04）：26-28.
[3]陈武真.10kV开关柜运行中的常见故障及处理对策[J].山东工业技术，2018（15）：145.
[4]崔法聚，龙跃达，秦华锟，陈铭.35kV开关柜电气闭锁回路设计缺陷分析与改进[J].广西电力，2018，41（03）：35-38.
[5]吴晓伟.低压开关柜结构设计对电气性能的影响[J].南方农机，2018，49（11）：203.
[6]杨奇.中低压开关柜缺陷分析及二次回路设计优化[J].电力安全技术，2018，20（06）：49-52.
【关键词】低压；开关柜；标准化；设计分析
中图分类号：TM591 文献标识码：A
引言
当电力系统中某一段出现故障时，开关柜应能够快速切断故障支路，并按照故障的类别报警，提示工作人员进行线路维护和检修。随着市场需求和客户个性化功能要求的不断增加，开关柜的市场占有率不断增加，同时对开关柜的安全性和智能化水平的要求也越来越高。实现低压开关柜的智能化的方案有很多，通过对低压开关柜标准化设计的提高，可有效提供低压开关柜的智能化水平，为国内电力大数据建设提供原始的一小步。
1低压开关柜结构的简单概述
随着我国经济的发展，居民的生活水平也在不断提高，大功率用电器的普及在方便了人们生活的同时，对电网的负荷越来越大。因此需要加强电网的建设和管理，在城乡电网的不断改造升级过程中，需要用到相应的电气设备，才能够让电网高效率的运转，而低压开关成套设备也得到了大量的使用。其中低压开关柜的结构设计对电气性能有着一定的影响，科学良好的设计，能够提高设备性能，保障电网的正常运转。相反的不合理的设计会缩短低压开关的使用寿命，在长时间的运行过程中可能造成安全事故，影响电气安全性能。因此在选择低压开关柜的过程中，需要选择那些质量可靠，设计合理的产品满足设备的安全性能指标。
2低压开关柜的结构特点分析
2.1低压开关柜的结构分类
从低压开关柜的结构特点可以把其分为两类，一是固定式结构，就是设备在特定位置进行固定，能够有效的提升低压开关柜结构稳定性，各类电气元件的功能空间需求，柜体内部相应的结构能够对电气元器件形成有效的支撑和固定；也提供了方便柜体与电气元件的拆装设计，能夠满足电气元件的日常维护工作。根据形状的大小和结构的不同，可以分为台式、箱式以及立式等，方面不同规格的元器件进行安装。
2.2柜体的框架形式
从制作工艺来看可以把柜体为三类，一类是焊接框架，相连的各个部分都是通过焊接进行固定。从结构上来看该方式的框体更为坚固，生产过程十分简便，但是受限于工艺特点，接控的准确度相对较差，并不能够有效地完成对电器元件的有效支撑。还有就是焊接变形、虚焊等情况的时常出现。因此需要保证相关焊接操作人员的技术过关。
3低压开关柜标准化设计
低压柜标准化设计应按照安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换、合理分级、广泛适用的原则进行，应兼顾制造厂水平与用户体验满意度两方面，通过改进与调整整体提高低压开关柜的标准化程度。
3.1柜体的标准化
（1）柜体材质需要进行统一的要求，不同材质使用的拼装方式使柜体外观及结构不一致，所以材质的统一是设备互换性的基础。目前有两种选择：①MNS、GCK采用由敷铝锌板折成的C型材，GCS采用由冷轧钢板焊接而成的8MF型材；②MNS、GCK及GCS柜均使用C型材，但是MNS、GCK使用的C型材模数为25mm，GCS所使用的C型材模数为20mm。门板的材质应考虑到柜体外观颜色及防腐性能的要求，宜采用冷轧钢板，喷塑防腐处理。柜体主框架结构材料厚度要求为2.0mm，隔板、挡板等非承重钣金件厚度要求为1.5mm。（2）柜体底部地基安装固定孔位置的标准化。设备的安装都要固定在地基上，由于各个厂家地基固定孔的不一致，目前项目基础施工前都需要联系设备厂家提供地基图，进行电缆沟及固定槽钢的施工，以方便后期设备的顺利安装，因此，安装孔得到标准化以后，业主根据标准图纸即可直接施工，减少了沟通的环节，可以节约施工工期，降低施工安装风险。
3.2硬件电路设计
低压开关柜运行状态在线监测系统以数字信号处理器（DSP）为核心，实现对温度、弧光、电压、电流等运行参数实时监测和故障报警。低压开关柜运行状态在线监测系统结构包括：监测系统主要由DSP、传感器模块、数据处理模块、编程接口、电源模块、声光报警模块、通讯模块和控制面板组成，其中DSP为整个检测系统的核心，用于接收控制面板的控制指令，对数据处理模块发送的传感器数据运算处理，故障时发送声光报警信号，同时经过通讯模块实时与中央监控系统进行数据通讯。数据处理模块分为模拟信号转换接口和数字信号转换接口两种，实现将传感器反馈的原始信号转换成DSP可识别的信号。声光报警模块具有三级警示机制，接收DSP发送的故障信号，根据故障等级进行光报警、声音报警及声光组合报警。控制面板用于控制系统上电、起动、复位和停止等操作，具有能够显示中压开关柜正常运行和故障状态的显示灯，同时可以显示电压、电流、温度等低压开关柜的运行参数。声光报警模块采用发光二极管和音频解码芯片为核心进行设计，实现中压开关柜运行状态的三级警示功能。音频解编码芯片选用SSOP封装形式的3V电源供电的UDA1341TS芯片，将特征值存储于独立的寄存器中，利用模式地址的“0”为数据字节有效位完成对寄存器的选取。该芯片具有运行频率128fs三阶的噪声整形器，实现对频带内的量化噪声转换成音频带之上的频率，该噪声整形技术可以提供高信噪比，输出通过一个DAC流滤波器转换成模拟信号。
3.3一次接口标准化
一次接口方式包括：①进线方式；②进线柜与变压器并柜的接口方式；③主母线系统。低压柜常见的进线方式包括铜排柜顶进线、铜排柜侧进线、电缆柜顶进线以及电缆底部进线等。进线柜与变压器的接口方式应被确定是柜顶母线桥架进线还是侧边直接并柜。若采用柜顶桥架进线方式，则柜顶顶板需要确定进线孔位置尺寸及防护方式；若采用直接并柜侧进线的方式，则需要低压柜侧边封板配铜排进线孔。通用方式是低压柜铜排侧伸出柜体200mm，在变压器内搭接。
结束语
大数据技术已经逐渐被应用到了生物、医学、商业、石油以及电力等各个领域中，并且深入挖掘出了很多有价值的优秀信息数据。对于电力设备行业来说，应用电子式互感器、智能化开关等，设计和生产智能化开关柜，为电力大数据提供基层的设备支持尤为重要。
参考文献：
[1]陈涛.10kV智能开关柜的设计[J].通信电源技术，2018，35（08）：68-70.
[2]陈炳贵，王海霞.一种开关柜误入带电间隔报警装置的设计[J].机电元件，2018，38（04）：26-28.
[3]陈武真.10kV开关柜运行中的常见故障及处理对策[J].山东工业技术，2018（15）：145.
[4]崔法聚，龙跃达，秦华锟，陈铭.35kV开关柜电气闭锁回路设计缺陷分析与改进[J].广西电力，2018，41（03）：35-38.
[5]吴晓伟.低压开关柜结构设计对电气性能的影响[J].南方农机，2018，49（11）：203.
[6]杨奇.中低压开关柜缺陷分析及二次回路设计优化[J].电力安全技术，2018，20（06）：49-52.