智能低压开关柜的设计

宾进宽，杨蒙宾，周 旭

（中国南方电网有限公司超高压输电公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

低压开关柜位于配网末端，是直接面向用户的电网接口，应用范围广，市场需求总量大。低压开关柜的安全可靠性直接决定了用户和电网的用电安全，是电力系统的重要环节之一。典型的开关柜内部主要包含接触器和断路器开关、电压电流传感器以及单相空气开关等设备。

从功能而言，低压开关柜就是通过接触器或断路器连接用户和配电网的开关设备，控制用户与电网的连接状态，同时在开关柜面板上显示状态数据，并根据运行状态变化触发接触器或断路器动作，实现配电保护[1]。

为满足智能化要求，需增加状态监测、保护以及就地显示等功能。基于以上功能拓展，设计了一套具备高集成度的低压开关柜二次侧在线监控系统方案，既简化了配电柜电路结构，实现了功能可扩展，又提升了配电柜运行的安全可靠性，提高了生产效率和经济效益[2]。

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[3]。开关柜控制结构如图1所示。

图1 开关柜控制结构图

2 开关柜主要硬件设计

窗口比较器原理如图2所示，能同时设定输出电流的上限电压和下限电压，超过设定值时启动保护功能。

电气设备的打开和关闭，采用继电器控制交流接触器的方式实现。比较电压电流传感器的检测值与设定值，超过设定值则启动保护功能。采用CD4075三输入或门出现过压、过流或缺相等异常现象时，接触器断开电路起到保护作用。保护控制电路如图3所示。

电压信号调理原理如图4所示，采用三相电压互感器采集电压信号，将经过精密整流的电流输入到控制器的AD。

图2 窗口比较器原理图

图3 保护控制电路图

图4 电流信号调理原理图

图5 电压信号调理原理图

电流信号调理原理如图5所示，采用三相电流互感器采集电流信号，将经过精密整流电流输入到控制器的AD。

图6 单片机主要程序流程图

3 开关柜程序流程设计

树莓派主要处理透明触控屏的人机交互、网络通信以及获取来自单片机的数据并显示。单片机初始化后采集电压电流信号，将采集的信息发送到树莓派。在中断服务程序内完成保护和故障的判别，发生故障时记录下故障前后的波形。单片机主要程序流程如图6所示。

4 现场试验与结论

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。