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1、数字化时代的继电保护构造设计fenghy导语：数字化时代的全面到来，对继电保护提出了新的要求，甚至对传统的使用方法进展了全新的改革和推进数字化时代的全面到来，对继电保护提出了新的要求，甚至对传统的使用方法进展了全新的改革和推进。例如，对继电保护装置的电磁兼容EMC和防护等级IP提出了更高的要求。继电保护的功能和应用也从单一的分散式保护向综合自动化方向开展，有些地方还需要建立无人值守的综合自动化变电站，继电保护直接进入就地的高、低开关柜中也成为目前较普遍采用的一种使用方法。这些都给构造设计提出新课题和高要求。另一方面，工业技术的进步也为保护构造设计人员提供了大量的新材料、新工艺、新手段，使构造设
2、计人员在自身的领域里可以发挥更多的主动性和创造性。以下就本人这些年来从事的继电保护构造设计理论，作初浅的讨论。一、数字化时代继电保护构造设计要求和特点一功能的要求随着科学技术的进步，继电保护产品也从整流型经过几代的开展进入了全新的数字型产品。单一保护的综合功能越来越强，可靠性和精度越来越高，人机界面要求简单明了，通讯、测试的功能要求方便、简便、可靠。构造设计知足和保证产品的功能要求，这是第一位。同时构造的外型设计要充分表达产品的高科技、高可靠性和高精度，要求构造外型挺拔、线条流畅、外表精细，显示出精湛的设计艺术和工艺技术，使人们直观上感觉产品的高档和精细。二使用方法和使用环境的要求保护产品的应
3、用逐渐向综合自动化方面开展，低压保护甚至可能要适应无人值守变电站的要求，有些低压保护要直接就地安装于开关柜上。这些要求保护装置向高可靠性以及智能化方向开展，而且要适应各种不同使用环境的要求。众所周知，开关柜的使用环境比保护控制室的环境要恶劣得多。首先温度变化较大，夏天的温度可高达4050，而冬天温度又较低，我国北方地区可能会降至4050；其次湿度也千差万别，沿海和南方地区湿度较高，沿海还有盐雾的浸蚀。目前国内开关柜密封性能都不好，灰尘也较大，开关柜本身的运行对继电保护装置影响也较大，开关柜中各种开关的开、合，各种继电器的动作，会产生很多电磁干扰和较强的静电场，同时还会产生一定的振动和冲击。这样
4、的环境就要求保护装置具有耐上下温的才能，外壳设计防护等级要高，密封性要好，整个外壳要有三防要求，装置的抗振动和抗冲击才能要强，具有较好电磁兼容和抗静电才能的设计等。三电磁兼容EMC的要求电磁兼容EMC简单的讲是一个产品在电磁环境中既不受外来干扰，也不向外发射干扰电磁波的才能。它包括抗干扰设备抗电磁干扰的才能和电磁发射控制设备本身发射电磁能量的控制两个方面。随着电子技术的快速开展，电磁干扰源越来越多，使得EMC成为制约产品和系统性能的重要因素，也普遍引起各个方面的高度重视。继电保护产品国际电工委员会已经发布了与EMC有关的四项标准：IEC255-22-11MHz脉冲干扰试验IEC255-22-2
5、静电放电干扰试验IEC255-22-3幅射电磁场干扰试验IEC255-22-4快速瞬变干扰试验要到达这些标准，产品的电磁兼容设计是不可缺少的，产品的电磁兼容EMC设计就是抵御干扰和控制发射。就构造设计来讲，实际上就是电磁屏蔽设计。构造屏蔽设计一般包括选择屏蔽材料，构造形式和接地三个方面。1电磁屏蔽主要利用金属外表的反射和金属层内的吸收来抑制电磁辐射干扰。屏蔽体通常采用良导体制作，如钢、铜和铝等。2金属体应尽量封闭，连接缝隙处采用包绕迷宫式，必要时加专用的屏蔽衬垫及屏蔽接触簧片。散热孔应采用小园孔和小方孔，窄长孔和长缝隙泄漏严重。3在电子设备中，接地是电磁屏蔽的重要方法，正确公道的接地能大大进步
6、屏蔽效能，而且能消除静电感应，同时能起到静电屏蔽的作用。四科学技术的开展带来了时机科技的开展，尤其电子技术日新月异的进步，给保护装置及其构造设计带来了新的机遇。如电子线路的微型化、电源功率的高效率化，实现功能的低功耗化，这些技术的应用，都为装置功能的强大、构造紧凑和美观开拓了新的途径。另外机械加工技术的进步，新工艺、新材料的应用也给构造设计带来了广阔的可操纵空间。公道的选用新器件和新材料积极应用新工艺，不仅是丰富造型与色彩表现，表达产品时代感的有力手段，更是进步整机可靠性和宜人性的重要手段。五工业设计的指导和应用工业设计从人机工程、造型原理、色彩配制等方面对继电保护产品构造设计起指导作用。如保
7、护装置的面板设计就要考虑人机界面的宜人性，要符合人的生理特征，且在长期观察与操纵中不致于使操纵者轻易疲惫和产生误操纵等。另一方面，产品造型给予欣赏者的感情影响是形、色、质三大要素的综合。在继电保护产品的形、色与质的处理上要充分表达数字化时代高科技产品的时代感和高可靠性。六密封和散热密封和散热是一对矛盾，但随着科学技术的开展，元器件的功耗越来越小，电源效率不断进步，继电保护中散热的矛盾已不是很突出，而密封防护等级的要求却越来越高，这在构造设计中要引起足够的重视。散热一般可以有几种设计解决方案：1冷板热管设计；2机柜内置空调；3透风风道设计。密封的技术要求，国际电工委员会和我国国标都制定了相应标准
8、防护等级IP。兴旺国家的继电保护装置防护等级能做到IP54，甚至IP65，也就是可以做到防尘、防溅水，甚至到达尘密和防喷水。数字式继电保护装置也要做到高防护等级，以知足继电保护高可靠性的要求。二、继电保护构造设计理论根据继电保护功能要求，以及不同的使用方法及环境要求，继电保护装置构造大抵可以分成两种不同类型：一种为高压线路保护、发变组保护、大型变压器保护等大功率的主设备保护等，这类保护的综合性能要求较高，使用的保护对象非常重要，可靠性要求较高，我们且把它称为高等级保护构造；另一种是低压线路保护、电动机保护、电容器保护等以及一些直接进入就地开关柜的继电保护，我们且把它们称为低等级保护构造。由于这
9、两类保护性能要求、使用场合、使用方法都不尽一样，所以构造型式，设计思路都不一样。一高等级保护构造设计保护装置构造一般选用符合IEC297以及GB3047标准的4826mm19标准插箱。插箱型式大致有4种：钣金构造插箱；铝型材构造插箱；塑木构造插箱；全塑构造插箱。适于做保护构造的一般是前2种。装置面板是分面板、分插件型式；也可以是整面板，插箱内部是各独立的插件笼型式。在人机界面的设计，装置EMC设计，整面板型式已显示出越来越大的优越性。还有一种构造型式：装置前面是整面板，分插件是从插箱背后插入的，也即是后插式。此种构造型式构造紧凑，走线方便，强弱电轻易分开，AC，DC引线可以通过滤波器接入装置，
10、EMC要求也得到很好的保证。出线端子使用进口的接插型端子，走线整洁，测试方便。整面板上液晶显示的菜单式人机对话界面，简洁明了，人机关系友好，再配以手感较好的橡胶键盘，操纵起来简单明了，不易出错。面板外表选用铝合金拉丝外表精饰工艺，显得外表精细，工艺精湛，给人以内在性能理应卓越的联想。整个装置的整体EMC设计也比拟公道，插箱的侧板和上下盖板，铝型材和上下盖板的联接处，以及面板和插箱连接缝隙处都加了专用EMC簧片，液晶在面板上的空隙处也加了EMC薄膜，上下盖板和前后型材的联接采用迷宫式构造型式如图1，进而使整个装置几乎没有电磁缝隙。采用这种构造的装置很顺利的通过了EMC的有关试验。图1迷宫式构造二
11、低等级保护构造设计低等级保护构造一般构造较小，可以采用482.6mm19的1/2宽度，1/3宽度，甚至1/4宽度的插箱，组屏上柜可以如图2、图3布置，也可以单独进入就地开关柜的开关室，由于开关室的大小有限制，一般安装深度250。这种构造假如用4826mm19宽度插箱同样构造型式，将显得很不公道，也难以知足它的使用要求，一般采用如下两种型式。图21/2宽度插箱组屏布置图图31/3宽度插箱组屏布置图一钣金包绕式这种构造箱体主体筒体是一个钣金包绕过来的筒子，自成一体没有缝隙，再加一个前面罩和筒体密封罩合，构造非常紧凑简单，能知足EMC要求，防护等级可以到达很高的标准如图4。图4钣金构造二铝型材箱体式
12、构造型式与上面相似，只是筒体直接拉制成铝型材，同样也能知足各种要求如图5。图5铝型材构造三、完毕语我国的继电保护行业，在原理和设计上并不落后于任何兴旺国家，甚至有些方面走在国际先进技术的前列。但我们消费出来的装置和兴旺国家的大公司的继电保护装置比拟，却有明显的差距，也就是我们的保护原理和技术较先进，消费出来的保护装配并不是一流的，这其中比拟重要原因之一就是构造和工艺相对落后。众所周知，我们的民用产品如彩电、冰箱、空调、洗衣机的外型构造，这几年有了突飞猛进的进步，已完全可以与兴旺国家的同类产品相媲美。我们的继电保护构造设计及其制造技术差距还较大，要迎头赶上，就需要我们广阔的从事继电保护构造工作的人们不断努力，不断学习，还希望整个行业都来重视和支持构造和工艺这个薄弱环节，为进步继电保护产品的整体质量而奋斗。