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摘要：我国的低压配电柜历经几十年发展，已经处在了一个技术很成熟、模型相对固定的阶段。但随着现阶段经济快速发展和科技进步，对低压配电柜的技术化、智能化和集成化要求愈来愈凸显；本文对低压配电柜的产品现状进行分析，同时就低压配电柜在智能化、模块化等方面的技术发展和创新进行探讨。
关键词：智能低压配电柜；模块化；集成化
引言
我国的低压配电柜产品自上世纪开始，已历经了六七十年的发展，由最初的引入国外技术，到后来成立了电器工业协会电控配电分会，并由其组织开发了GCK、GGD、GCS等低压配电柜的柜型，可以说，低压配电柜的技术有了长足进步，并处于了一个技术较成熟、模型相对固定、结构较为可靠的阶段；随着低压配电柜产品广泛的应用于商业、农业、工业及人们生活的方方面面用电场所，对低压配电柜的安全性、易维护性、故障及时响应和排除、智能操控性等方面的要求越来越高。
1 低压配电柜产品的设计、应用及生产加工现状
1.1 设计现状
现代的低压配电柜设计，必须依据产品所使用的具体环境条件、成套设备的负载情况等，考虑以下几点：1）配电柜设计的防护等级情况，是否有防尘和防水的需求，属于户内使用的配电柜还是户外使用产品；2）配电柜设计的负载回路需预留一定数量的备用回路，以备后期负载回路增加使用；3）配电柜设计时需考虑上级变压器的容量情况和后期供电负载情况，不能够超负荷运行；4）大多企业采用AUTOCAD软件，根据现场实际的情况和用电要求，进行三维立体设计，并结合安装现场的负荷情况、空间情况、场合情况进行综合分析，进一步确认设计方案的合理性，最大可能的避免现场安装和使用时出现安装难、操作难等问题。随着科技发展，进入工业4.0阶段，各大公司在实现配电集中监控的基础上，积极进行更加智能化的研究。
1.2 应用现状
随着国家经济和科技的稳步发展，大量的国家电网的网路、变电站等得到建设，在其下级的各个配电站建设中，低压配电柜在配电站中得到了大量的应用；在大部分的配电场所，应用的主要还是MNS、GCS、GCK、GGD等柜型，这类柜型性能比较可靠，通过通讯可以实现远程监控，但随着目前用电负荷的不断增加，线路跳闸故障数量也逐渐增多；一旦出现跳闸断电，一般都需要专业人员赶到现场进行检修操作，从而恢复供电。在依靠人力的情况下，故障的恢复一般都需要一定的时间，这势必会影响到正常的工作、生活用电。因此对于变电站和集中配电室，要求选用的低压配电柜具有较高的供电可靠性，对出现故障的电器元件需要能够及时保护并能快速更换，尽可能的降低故障造成的经济损失，减少停电时间。
1.3 生产加工现状
现在大部分企业的低压配电柜生产流程图如下：
图1
从上图中可以看出，传统的低压配电柜生产企业，只有在采购的关键元器件和材料到厂后，方能开始配电柜的生产加工工作；受关键元器件和材料供货周期影响，以及繁琐的二次配线等方面的制约，导致生产周期较长，需要进行设计工艺方面的提升，从而提高生产效率，减少周期，降低成本，对低压配电柜的创新发展有了迫切的需求。
随着国外技术的引进和国内新技术的研发，低压配电柜加工工艺也得到了大幅发展，例如：低压配电柜的一次母线设计和安装，不再只是原来的“远中近、左中右”等排列方式，在母排的排列上有了“母线产生的磁场对母排发热影响”的考虑，有了“品字形”的设计等；同样，在母排本身上，也由原来的标准规格铜排引申出了异型铜排，不仅增加了载流量，同时异型铜排还增强了母排承受机械应力的能力。
2 低压配电柜的创新发展要求
我国的低压配电柜技术经过60余年的发展，现在已经由最初的引进国外技术演变成现在较完善的生产制造体系。低压配电柜的产品特征也由最初的体积大、型号规格单一、性能和容量指标不足，发展到高性能、小型化、电子化等特性；在21世纪的今天，中国也加入到了工业4.0中，"工业4.0"是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统-信息物理系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。其包含三大主题：一是"智能工厂"；二是"智能生产"；三是"智能物流"。
这给我们低压配电柜产品提出了几个方面的创新发展要求：
首先，是低压配电柜组成部分的模块化、标准化结构设计加工。低压配电柜组成部分的模块化和标准化的结构设计是其发展的一个大方向；模块化、标准化的结构设计向着专业产业化的模式发展，将会使低压配电柜产品的装配变的简单、快捷、灵活且不易出现错误。模块设计就是安装尺寸模数化、功能模块化、方式多元化、组装积木化，根据图纸的要求可以迅速的使用生产好的标准模块装配起来，即组成了需求的低压配电柜成品；某一部分出现故障，可随时更换，简单方便，能够极大的缩短维修时间，而且能够降低成本。这种设计方便快捷，而且结构标准化程度、流程化程度都很高，还可满足各种结构设计的形式。例如某公司生产的低压配电柜（如图2所示），由智能开关组件拼装而成，这种组件不依赖于合同生产，适配多种规格和大部分厂家的断路器产品；且在使用过程中，一旦出现问题，电器元件的连接均使用绝缘材料螺钉，可随时热插拔，整个组件拿出后直接插入新的组件即可正常使用；令运行可靠性大大提高。
图2
其次，是低压配电柜的智能化。双向通讯是低压配电柜智能化必备的条件，随着以太网和无线网等技术的发展和应用，给低压配电柜产品的智能化提供了良好的机会，并且带来了革命性的变革，低压配电柜从各个元件到成套设备都能够实现了智能化、可通讯化以及网络化，在新技术的变革下，电器元件都采用了智能化的元件，将传统配电柜技术和微电子技术、网络技术、计算机技术和电力电子技术等新技术相结合，大大提高了设备的可靠性。智能型开关柜通过通讯网络组成了智能低压配电系统，具有遥控、遥测、遥讯和遥调的功能。技
术的发展，使低压配电柜的配电质量提高，能耗减少，实现了局域网的现场连接和配电保护的自动化，进一步提高了配电系统的可靠性，同时还开发了功能强大的监控系统。通信技术和网络技术为用户提供了一个安全、可靠、快捷、智能的人机界面系统，基本实现了自动化配电系统的智能化控制。
再次，就是低压配电柜的高可靠性。高可靠性是低压配电柜的一个重要的技术进步；要保证低压配电柜成品的高可靠性，各生产企业需要有严格的流程控制、工艺文件和检验要求；从购置元器件和材料开始，严格的按照进货检验要求进行检验，在生产过程中，严格的按照生产工艺文件要求进行操作，按照生产过程的检验要求进行质量控制，不合格就要返工/返修；生产过程合格的成品也必须要经过严格且可靠的出厂检验，合格后方能放行。以某公司的低压配电柜产品为例，通过在智能开关组件中集成了传感器和智能电路，使成套供、配、用电系统能够实现在本机、上位机、负载等对象中交换各种信息，同时通过网络来实现状态检测、信息回馈、综合判断、发出指令操作等，对整个配电系统的可靠性有效提高。
第四，低压配电柜的二次配线方法急需改进。目前低压配电柜产品的二次配线，基本全部是靠人工完成，由工人根据图纸要求在配电柜上一个个端子的接线，最终缠绕、捆扎后才能完成；而且一个经验相当丰富的配线工人，在配线过程中也难免会出现错误，这将导致前期的工作需要重新检查一遍，浪费大量的时间和工作量。低压配电柜在设计方案确定后，二次配线的图纸同样也确定了，如果能够把低压配电柜不同部位的二次线均电路化，根据图纸的要求统一加工出来，工人需要在二次线上做的工作仅是选用不同数量插孔的连接线把柜体各部位之间的二次线路连接起来，将大大的降低出错率，且对工作效率会有很大的提升。
第五，新材料的使用。在过去的几年中，铜铝复合排在低压配电柜中得到了很大的应用。其出现的意义主要是为了降低铜材的消耗。我国属于贫铜富铝的国家，国家863计划里大力倡导厂家研发新型铜铝复合材料，以此来降低我国对于铜材的消耗，达到"以铝节铜"的战略目的。此外，铜铝复合排的另一个显著作用就是为企业降低材料成本。电气性能相同的铜铝复合排，其价格只有传统纯铜排的50%左右；铜铝复合排的出现符合国家的战略需求，符合社会节能降耗的理念，也符合各企业降低成本的诉求。
3 低压配电柜发展前景展望
我们在工业4.0的路上已经迈出了坚实的步伐，但全面实现工业4.0，生产出真正智能化、网络化、自动化的低压配电柜，还需要我们不懈的努力；但我相信，伴随着科技的进步和发展，人工智能已经走上了世界舞台，未来的低压配电柜也可以考虑引入人工智能，无人值守的变电站、集中配电室将不再是空想。
4 结束语
随着全球经济一体化进程的不断加快，市场的竞争也越来越激烈，国外巨头纷纷抢入中国市场，企业应引进先进的技术，并借其进行创新，自主研发模块化、系统化、智能化的新产品，为企业在激烈的市场竞争中占据一席之地。
论文作者:王作鑫,周静,张雅楠,谢恩利,吕炎
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
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