2021-03-05
0引言
随着国家改革开放，经济的飞速发展，城市里酒店、高端楼宇，规模宏大的商场拔地而起，国家出台的优惠政策，涌现出一批批大型现代化企业，这些企业引进了很多国内外先进的设备。互联网的飞速发展，促使国内数据中心逐渐新增，这些设备自动化程度高、效率高、连续作业时间长，相应对供电要求也非常高，低压配电变压器的容量也在不断增加，这就要求低压配电成套设备的技术要向前发展，来满足对大容量、高质量的要求。
我国低压电器行业历经50 年的长足发展，从20 世纪六七十年代开发的第一代产品，到20 世纪七八十年代开发的第二代产品，在到20 世纪90 年代开发的第三代产品，21 世纪初又开发了第四代产品，目前低压配电柜已经从最早体积大、容量小、功能少、性能低、规格样式少，发展为具有体积小、容量大、模块化、智能化、高性能、多功能等产品。到80 年代开始，我国随着改革开放开始引进低压开关柜，通过国外公司的授权，开始生产功能先进的低压成套设备，很多家企业吸收了国外知名品牌成套设备的生产制造技术后，开发出符合中国的低压成套设备，其技术越来越接近国际水平。
1国内外低压成套开关柜的总体发展现状
1.1国外低压成套开关柜的发展现状
国外很多专门从事低压成套开关设备研究的公司已经在相关技术上达到了一定的成熟度，能够在性能、参数、安装、结构等一系列因素上，满足不同地区、产业、规格的电力系统需要，在电能的分配、转换、测量和控制上达到智能化的效果，并且这些相当成熟的技术已经被运用于市场，在各方面都有涉及，提供了巨大的便利性。而低压成套开关设备的智能化运行中展示了自身不可模拟的优越性。
目前，国外很多有实力的低压开关柜生产厂家都开发出自己的竞争产品，提高了开关柜的绝缘性，改变了开关柜的结构，从而促使高低压开关柜的生产水平逐年提高，产品的性能也越来越好，厂家之间的竞争也越来越激烈。
1.2 国内高低压成套开关柜的发展现状
我国低压成套开关设备起步较晚，在发展初期由于受到加工工艺较低以及作图设计精度限制，使得低压配电柜柜体设计存在缺陷，整体设计较为紊乱，这给实际操作带来了不利的影响。虽然国内对于低压成套开关的设计已经趋向智能化，但质量高、性能好的产品少之又少。本身电力系统在运行中就有各种变数和自身的不确定性，这也决定了相关成套低压开关设备在性能上要满足多层次、多场合、多参数的适用，不能以统一的要求来生产普遍的产品，实际应用中出现过多的难题，无法在相关电力系统的运行中达到最好的效果，产品的应用效率确实有待提高。
由于设备设计的不成熟导致了设备运行风险性提升且不利于设备维护。而在我国工业发展及市场开放程度扩增的带动下使得企业对低压成套开关设备需求量增多，这也推动了整个产业链及行业的发展。在这个阶段中工业设计开始引进CAD用于设计实践从而让作图精密性与精确度得到了提升。通过数控钣金来对设备进行加工从而让柜体加工精度大幅度提升，对插接和执行机构设计进行了完善使得设备安全性以及操作流畅性进一步完善。另外工业自动化技术的革新使得系统可结合远程操控对相关数据进行采集并可实施整合化集中控制，提高了人机交互及人机合作的亲和度，利用计算机编程能够对联锁启停进行控制使得工作效率提升并降低了人为操作失误概率，在国外母线加工技术的支持下进一步对母线系统进行优化从而具备了制造大电流母线的能力，这也促使低压柜体积与容量有所改进。近年来我国低压成套开关设备已逐渐与国际接轨，特别是部分国际产品及技术进入我国市场后为产业链带来了推动力，这使得产品无论是在质量、种类以及功能性水平方面都得到了提升，甚至部分产品已经具备了赶超国际优秀产品的潜质。[1]
目前低压配电柜所使用的单元，已经大量采用模块化、标准化。随着框架断路器、塑壳断路器、微型断路器、热继电器、交流接触器、软启动等元件的飞速发展，在原件的体积比以前小了很多、技术参数也有了很大的提高，安装方式十分灵活、这都给模块提供了很好的条件，模块化很大程度降低了产品的生产成本，同时设备维护时间大大缩短，也降低了产品后期维护的费用。因此模块化是未来低压配电行业发展的主要方向。
随着低压配电行业发展，产品应用的更广泛，防护等级的要求也越来越高，对防潮、防腐、防尘都有明显的提高。抽屉柜、组合分隔单元柜在此方面优点很突出，使用环境可以达到温度：－5℃~＋40℃、湿度：≤90%、海拔：≤2000 米、外壳防护等级很多能达到IP40~IP54。
国内厂家主流产品有CNS、GCS、GCK，下面介绍一下目前低压配电柜最广泛使用的柜体型号，如图1：
图1 低压配电柜柜型
主要型号归纳如下：
(1)抽出式BFC、GCK、GCL、GDL、GCS、DOMINO、MNS、MHS、MGD、MNSF、MNSG、SV18、SK。
(2)固定面板式PGL、GGL、GGD、JK。
(3)混合安装式（抽出式单元和固定分隔式单元混合组装）GHL、GHK、GCK、GCD、GCL。
2 国内开关柜与国外开关柜之间存在的差距
我国企业在引进国外先进的生产技术之后，虽然有了比较大的发展，但是还是没有能够掌握住核心技术，同发达国家的生产技术水平相比还是有一定的差距。主要体现在以下几个方面：
2.1 智能化方面的差距
智能化的含义是旨在将数字技术、在线检测技术、网络应用技术和通讯通信技术整合到一起，同时应用到高低压开关柜中。在这里举一个简单的例子，REF542plusz 智能型控制保护单元，是 ABB 公司的一款研究产品，它的诞生能让低压开关柜控制智能化，同时可以进行的操作，如下图2。
2.2 小型化的差距
绝缘间距和工频耐压是高低压开关柜的关键，国外在这方面的要求比国内的要低。国外企业 ABB 公司在高低压开关柜小型化方面做了相当多的研究，最后 ABB 公司采用了复合绝缘技术，运用小型化真空灭弧室，使得开关柜的体积大大减小。
2.3 加工技术方面的差距
尽管国外的先进企业拥有先进生产设备，但是我国生产企业引进的数控加工设备与国外企业的并没有大的差距，短板就在于生产用的模具，模具之间的差异很大程度上影响了加工水平，还有的就是企业在员工培训方面的差异，总的加起来使得国内企业生产的高低压开关柜的整体精度大大降低。
国内外差异如此之大，根本原因还是国内企业创造能力的不足，创新体制的落后不完善，再加上科研经费不足，让差距越来越大。针对现状，国家需要采取一些政策，鼓励国内生产厂家加大对科研的力度；同时生产者自己增强企业自身的综合科技实力，加强对科技人员的培养，鼓励科技人员努力学习国外先进的生产技术，形成良好的学习氛围，以摆脱在核心上对外国生产厂家的依赖。
3 低压成套开关柜智能化发展现状及发展方向
3.1智能化
智能化是电气成套设备的发展方向，从节约电能来看，需要从配电柜上得到更多的信息，才能合理调度电能，从用电安全来看，也需要更好的控制开关。随着计算机技术和电子技术的快速发展，质量要求的标准不断提升，电气成套设备的信息化和智能化的标准有了新的提高。可以通信的电气使电气系统转向为了以计算机监控为主的复杂系统，新系统中的现场总线代替了以前继电器--接触控制类原理系统，实现了控制电气成套设备的计算机智能监控操作，同时也提高了系统的寿命。日本三菱公司推出的新型先进断路器，研发出了测量显示的单元—MDU，这个功能具有很多优点，如计量精度高，范围大，能随时对电气设备进行监控等。这种 MDU 单元可以独立安装在开关柜的面板上，也可以与断路器等配套使用。它可以测量负载电压、电流和功率等因数，并能同时检测多次谐波，从而让电力质量控制更好的进行。它还能对计量参数进行实时记忆，在断路器因各种原因跳闸后，故障时的各种参数已经记录，可供事后的原因调查分析，国内的厂家也已经能够生产组装这种更为安全智能的成套设备，下图3为国内某厂家生产的MNS外观示意图。
图3 MNS外观示意
(Profibus—DP 和 AS—Interface) 现场总线技术的崛起和可通信电器的上市，给低压开关设备带来了革命性的变化。从低压电器元件到成套开关设备，都实现了智能化、可通讯及网络化。由于数字仪表、火灾探测器、变频、软启、框架断路器的控制器及部分塑壳断路器都可以有通讯、控制的功能，将这些功能接口与现场总线连接或通过适配器与 DCS 以太网相连，操作员在监控室就能对现场的配电设备进行控制，直观的了解现场状况和设备运行的实时参数；如果开关元件使用的是低端产品，不具备通讯的功能，我们可以通过数字采集器、传感器，如 PLC 等对设备的参数和状态进行采集和上传，并且下达一些控制指令。这些技术的应用使得配电柜的智能化、集中控制得以实现，达到了遥控、遥测、遥讯和遥调的“四遥”功能。配电柜智能化、集中控制的发展解放了大量的劳动力，节约了大量的材料，更使得我们对一些具有危险性的特殊场合的配电设备的控制更可靠。[2]
低压成套开关设备的智能化走势主要如下图4所示:
图4 智能化趋势
要实现低压成套开关设备智能化需要从以下几个方面进行完善：（1）加强设备监控。在设备运行过程中若要保持其稳定态，监控是一个十分重要的环节。设备监控智能化将对整个系统的稳定运行带来支撑作用，同时还能降低电线、变压器故障出现几率。通过智能监控可更为准确地对设备问题及故障进行有效监测，完全可以掌握成套设备的运行情况，可以提前预知设备状态，即使设备发生故障，也可以快速定位，迅速生成故障处理方案从而阻断故障发展蔓延，显然智能化监控较人工监控而言效率几乎呈几何倍数提升，保证了体系的稳定性。（2）将电磁技术与设备有效结合。智能化设计需要依托于电磁技术与设备机器，在三者相互融合的情况下将能让设备水平达到新的高度。在电、磁与机器共同结合的情况下可使电路效率大幅度提升并降低了故障出现率。[2]
3.2信息化
瑞士公司 ABB 引入的嵌入式技术 Web，管理工作人员可以用随时随地用笔记本电脑通过网络对电气系统进行监督和控制。近些年以来，无线网络发展迅速。法国公司施耐德引进了新型框架断路器，其中的智能脱扣器采用了红外技术，使需要连接的线路减少了，从而脱扣器的可靠性也得到了很好的提升。相信不久以后电气成套设备系统中断路器及其它元件上更先进的蓝牙技术也会得到应用。
3.3电气成套设备的检测在线化
开关电气在使用过程中经常会受到电气或机械的不同程度损伤，导致在其发生各种各样的故障，这就要我们经常性的检修和维护。如果我们能采用新技术对这些电气设备进行在线检测，实时掌握电气设备的工作状态，则可以减少甚至免除日常的电气检修和维护。因此国际上的一些大公司都比较重视电气成套设备的在线检测，比如德国公司西门子在电气成套设备的在线检测方面就下了很多心思。在线检测运用好能够有效提高电气设备的运行持续时间和可靠性。一种直接的方法是检测的信号直接来源于电气的工作状态。如短路电流的存在可以用磁敏元件来检测。用机械零件的位置能测定机械开关的开闭状态等。在线检测的重要部分之一是接触器或断路器触头工作状态的检测，用一跟绝缘导线穿过触头支架上的一个孔洞与触头连接。触头如果侵蚀会将导线的绝缘性破坏，从而使该导线带电，输出该点的电位信号。另一个比较精确而简单的方法，是对触头的超程的测量，根据触头位置磨损后可以看做是其超程减小了。有一种计算触头超程的测量方法是：测量从打开电磁铁时到触头分离时的时间间隔。因为这个间隔时间反映了超程的大小。[3]
实时检测监测程序流程如下图4：
图4 实时监测程序流程
4结语
随着低压电器元件的不断发展，已经实现了网络通讯，因此低压配电柜通过配置多回路采集装置，交流集中监控系统，能够直观的反映出本柜的全部运行状况和参数，可实现四遥功能。国际知名企业的成套产品技术参数和柜体样式各个方面都在行业是领先的，
低压成套开关设备的智能化是未来低压开关的方向，不论是从结构、效率、安全性还是可靠性来讲，都有很大的进步，解决了以往低压开关相关设备在工作中会出现的各类问题，打破了传统开关在电能分配和控制中遇到的瓶颈，对于电路中电流、电压、电容量等一系列参数的监测和控制也是智能化的体现，总之，智能化是未来电力运行的方向，只有更全新的投入和设计，不断完善，才能使整个低压成套开关设备的系统更完美地为电力系统的运行提供好的帮助。
