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摘要：在传统的电力设备管理模式中，低压开关柜一旦完成调试进入正常运行状态后，就不再安排专门的人员对其进行管理，只有设备出现故障时才会进行维护，这种方式显然不能满足现代社会对供电可靠性的要求。在智能电网背景下，智能型开关柜应运而生，人们开始探索对电力系统设备的远程实时监控技术。
关键词：智能化；低压开关柜；设计应用
1开关柜结构设计
树莓派控制板是智能开关柜的核心，透明触控一体显示器，实现人机交互。控制柜通过GPRS无线通信模块实现传输网络化数据。电压电流传感器将采集的参数传输到树莓派控制板，配合程序实现过压保护、欠压保护、缺相保护、过流保护以及故障录波等功能。
2低压开关柜概述
低压开关柜是一种在柜式封装空间内集成电力电子元器件的复合式设备，它主要工作于配电系统中，可以完成数据的采集、传输和控制等功能，是电力配电的重要环节。在物联网技术日益发达的今天，智能型开关柜正在逐步取代传统的非智能开关柜。智能化的开关柜充分利用了现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的优势，集遥测、遥调、遥控、遥信等功能于一身，只需在上位机进行简单操作即可掌握远程开关柜设备的实时工作状态。一旦智能开关柜中有设备出现故障，控制器会快速控制断路器将故障源断开，同时将故障详细信息发送到远程监控中心，以便快速安排技术人员前往现场维修，不仅提高了维护效率，也降低了电力系统的安全风险。
3智能低压开关柜详细设计
3.1温度监控模块设计
温度监控模块主要由通信接口、电源模块、信号采集单元以及开关量输出等部分组成。智能开关柜直接由主母线引出220V交流电源线，首先由变压器对高压信号进行降压，再采用LM3173芯片对输出电压进行稳压调节，最后为单片机提供最佳的工作电压和电流。这种设计无需引入外部电源，避免了重复更换和维护蓄电池的麻烦。
温度采集单元采用了MF521033950型热敏电阻，该器件在常温下的电阻值约为10k，或以满足-20-120℃的快速温度响应，测量精度也比较高，同时具有非常紧凑的结构设计，不占用过多空间。热敏电阻将温度变化转化为阻值的变化，最后通过电流变换到电压信号，再由高精度A/D转换器进行数字化，完成温度的采集。单片机与传感器之间采用RS232串行通讯，单片机根据传感器地址来识别传感器，并对温度信号进行实时处理，当温度超过阈值时，启动风扇进行散热；当温度低于阈值时，启动加热器进行升温，使低压开关柜始终工作在最佳条件下。在发生故障或定期停电维修期间，需要对远程开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。本系统采用TLP521型继电器，该器件是一种光电耦合器，具有光电隔离的好处。将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制。
3.2综合监控模块设计
本文的智能型开关柜可以实现对电压、电流和设备在线状态的实时测量和传输。由于开关柜中电气设备的工作电压是220V交流电，单片机无法对其进行直接的测量，因此采用电压变换的思路，通过ZMPT101B电压互感器将220V交流电进行降压。电压互感器经过大电阻与一次侧相连，实现毫安级的电流输出，再通过电阻器转换为电压信号。由于输出电流极小，电压互感器几乎运行在空载状态，具有很好的线性关系，达到了很高的测量精度。
传统电流互感器在小电流范围内具有较高的精度，但是不能很好地适应大电流的测量任务。因此本文采用分流器的方案完成电流的采集。分流器具有无磁饱和、价格低、精度高等特点，可以满足大交流电流的测量，非常适用于低压开关柜的电流监测。
为了实现对设备状态的监测，本系统采用了光电耦合器、发光二极管和发光三极管的组合电路对设备工作状态进行识别，可以准确反映设备触点的开合状态，实现了对断路器、接触器等关键设备的分合闸状态监测。
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。
主母线系统建议按三相五线制，电流规格根据系统额定电流确定，按常见系统电流规格，可以确定800A、1250A、1600A、2000A、2500A及3200A等常见的系统电流铜排规格。根据调研数据，大部分厂家采用镀锌圆角铜排，便于加工与连接。考虑到系统的安全稳定性能，应根据额定电流的不同确定母排系统短时耐受电流值。
3.4二次接口标准化
二次接口应确定断路器及智能仪表的通信接口方式，目前常用的是RS485通信，通信口与二次端子之间采用屏蔽线连接。进线柜仪表需满足电流、电压、频率、功率、功率因数以及无功电度等参数的测量，同时配置断路器状态量输入。母联柜及馈线柜仪表需满足回路电流、电压等参数的测量要求。进线柜柜前上方应设置仪表室，预留电度表、接线盒、采集器的安装位置。对计量要求较高时应设置独立的计量室，并配铅封锁。
仪表、分/合闸按钮及指示灯应按标准排列，仪表元件数量应做统一要求。二次回路导线线径要求是，控制回路采用1.5mm2导线，测量回路电流、电压分别采用2.5mm2、1.5mm2导线，计量回路电流、电压分别采用4mm2、2.5mm2导线，通信回路采用1mm2屏蔽线。计量回路应按相序分色，其余回路无需按相序分色。
3.5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：（1）MNS、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；（2）MNS、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。
结论
低压开关柜是电力系统中重要的成套设备，能更加直观快速地获取接入设备的用电信息和运行状况。出现故障时能复现故障波形，通过远程操控节省人力物力，提高了开关柜的运行效率和经济效益。
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