智能综合配电箱的设计和应用

摘要：随着国家电网的发展，人们对于电网安全、可靠、高效的运行目标要求越来越高。良好的智能综合配电箱设计对于加强设备联系、降低区域占用空间、提高设备精准度、采集数据及时性、完成数据和电能的采集测量、故障判断、无功补偿等功能意义重大。为实现智能管理程度的最大化和人们对于电网的要求，必须加强智能综合配电箱的设计和应用。本文特此对智能综合配电箱设计中的一些要点问题进行分析。

关键词：智能综合配电箱；设计；功能扩展；电器元件；隔离开关

【分类号】：TM73

智能综合配电箱是具备远程在线监测、电能计量、电能分配、无功补偿、变压器保护、剩余电流检测和保护功能中的部分或全部功能的低压成套开关设备与控制设备，适用于城乡电网杆上公用配电变压器低压侧安装使用，简称“配电箱”。根据配置功能不同，配电箱主要由公变采集终端、开关设备、无功补偿装置、剩余电流保护器、温控排热设备、防雷装置及相应的电缆与接线等设备中的部分或全部设备组成。下面对智能综合配电箱设计中的一些要点问题进行分析。

一、功能扩展的箱体设计

对两种综合配电箱扩展无功功率补偿功能进行分析：一种为大箱体方案，即箱体先只安装配电和计量、监控部分，预留无功功率补偿部分的元件安装位置和相应的安装孔洞等，在需要的时候再在箱体内加装无功功率补偿部分的电器；另一种为拼装式方案，即将配电部分和计量监控部分安装在一个箱体内，当需要增加无功功率补偿部分功能时，将该部分做成独立的箱体，并和原来的配电和监控部分的箱体拼装成一个整体。整体感好要求配电部分进出线在一侧，侧进侧出或下进下出线；另一侧应预留与无功功率补偿部分箱体相连接的开孔位置，使两个箱体拼装达到一个整体外形。

各自独立、维修方便。造价略高。

二、电器元件的选用设计

电器元件的选用主要考虑以下几点：（1）由线路额定容量计算出线路电流来确定断路器额定电流；（2）断路器过流整定值应躲过线路的正常工作启动电流；（3）按线路最大短路电流来配置具有相应分断能力的低压断路器；（4）按线路最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性，即线路最小短路电流应不小于断路器短路整定电流的1.3倍；（5）按照线路上短路冲击电流（即短路全电流最大瞬时值）来校验断路器额定短路接通能力（最大电流预期峰值），即后者应大于前者；（6）当电器元件安装在不利于散热条件（外壳或环境）下，应注意制造厂提供的约定封闭发热电流或降低容量系数。

三、隔离开关

适用于隔离的电器在断开位置时应提供一种或几种方法显示主触头位置：（1）用操动器的位置；（2）独立机械式指示器；（3）动触头可视。而在杆上变中，如何在有限空间内，在保证可靠、安全的隔离效果时，提升隔离开关性能？OT隔离开关内部设计上可考虑最短的电流路径，这样可将触头结构做得更小。这种变革性的触头结构是一种独特的双向旋转触头结构，将原先一个断点变成两个。同时，机械机构设计也采用双向弹簧结构，加上一些简单组件，同样将机械机构设计到最小。可视的断点，体积小，性能高，以及水平、垂直甚至天花板安装，让隔离开关在杆上变电箱这样紧凑的安装环境中，仍然游刃有余。为杆上变的安全运行、检修，提供了第一道安全屏障。

在电容保护前端，熔断器是作为标准推荐的方案。熔断器因其短路分段能力高、额定工作电压高、耐冲击电流大等优势，在保护电容器的方案中，以绝对优势战胜了微型断路器。但熔断器带电更换问题、熔断时发热问题、以及如何在智能化电网中体现出远程监控问题，给杆上变方案的优化提供了难题。

熔断器式隔离开关采用V0级材料，材料分类不含卤素，所有重要部件均使用聚酰胺（PA），可将异常状况下带来的风险降到最低。并为电容器的检修、更换提供了明显断开点，将检修人员因带电检修带来的危险降到最低。众多附件中，熔断器检测器能够将熔断器的状态传输到远方进行检测。

四、绝缘型智能低压综合配电箱壳体选型设计

可以选择SMC绝缘型智能低压综合配电箱壳体，SMC绝缘型智能低压综合配电箱壳体具有以下优点：

（1）全绝缘，使用安全：绝缘型智能低压综合配电箱壳体材料采用优异的绝缘材料SMC复合材料，其具有高性能的绝缘电阻和击穿电压，可防止漏电事故，在高频下能保持良好的介电性能，不反射、阻断微波的传播，不生锈可长期使用，适合应用于人流密集或狭窄场所，避免触电现象；

（2）耐腐蚀，寿命长：绝缘型智能低压综合配电箱壳体材料SMC复合材料具有良好耐腐蚀性能，可有效抵抗水、汽油、酒精、电解盐、醋酸、盐酸、沥青、各种酸碱土壤及酸雨的腐蚀。产品本身具有良好的抗老化性能，制品表面具有一层耐紫外线能力极强的防护层，双重防护使制品具有更高抗老化性能；适合各种恶劣天气，在-50℃―+150℃环境中，仍可保持良好物理机械性能，保护等级IP54。SMC绝缘型智能低压综合配电箱壳体使用寿命长，免维护。

（3）安装搬运方便：采用板式结构组合，模块化安装，适于搬运，安装简单，可现场组装或拆卸。

（4）隔热，防凝露：绝缘型智能低压综合配电箱壳体材料SMC复合材料是一种热的不良导体，耐高温热变形率低，可降低环境温差对箱体内部的影响，同金属材料相比可有效减少内部凝露、凝霜；

（5）美观，防盗：SMC绝缘型智能低压综合配电箱壳体表面设计菱形的突起，有防止小广告粘贴，且造型独特美观。由于SMC复合材料属于热固性复合材料，回收价值低，有效防止绝缘型智能低压综合配电箱壳体被盗事件发生。

五、低功耗设计

智能配电箱还必须具有低功耗特性。所以智能配电箱的设计应从低功耗技术方案入手，尽量将功能细化，优化设计、降低功耗，同时采用模块化技术。各模块能根据实际需求来配置正常、省电或关断状态，最终达到低功耗运行的目的。如液晶屏亮度设计为可调，可配置为环保工作状态，由按键触发才点亮；存储器可配置为有数据读写时才上电，平时都处于掉电状态，不耗电；设计中的冗余模块可直接配置关闭电源等。其次，所设计方案中的元器件都应尽量采用低功耗器件，如继电器开关可选用磁保持继电器或静态无能耗继电器，只在开关切换动作瞬间消耗功率，平时无功率损耗，所采用的处理芯片也要使用低功耗芯片，以降低运行功耗。例如，芯片STM32F207高速运行时消耗电流仅49.5mA，低功耗运行时降至150μA，省电模式下可低至2.5μA，芯片CS5460A正常运行时功耗为11.6mW，省电模块下可降至10μW。通过全面贯穿低功耗设计意识后，对于8路配电输出的配电箱而言，整机每年耗电可控制在2kWh以内。

参考文献

[1]王庆，李韬滔，刘英健，戴辉，魏永鑫，周道娟.智能综合配电箱的设计和应用[J].低压电器，2012年23期.

[2]周敏跃，朱遵义，崔业兵.智能控制与保护开关在农网配电系统中的应用[J].低压电器，2012年3期.