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智能開關(guān)電器設(shè)計方法探討

文檔作者：劉思京文檔來源：新東北電氣(沈陽)高壓開關(guān)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月30日
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Academic
學(xué)術(shù)
構(gòu)處于回饋狀態(tài)時，由于采用了共直流母
線技術(shù)，回饋的能量可能一部分被電動狀
態(tài)的電機有效利用，一部分被電池吸收。
6．效益分析
(一)社會效益。該系統(tǒng)將直流共
母線技術(shù)與再生能量的回收利用技術(shù)相
結(jié)合，既可以避免污染電網(wǎng)，又不需要
設(shè)置功率因數(shù)補償裝置。它填補了國內(nèi)
外門機以蓄電池為介質(zhì)進行能量回收的
空白，成為積極響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，
進行環(huán)保創(chuàng)新的典范。
(二)經(jīng)濟效益。以改造的12T門
機為例，初步測算每臺門機每年可以節(jié)
約電費28．5萬元，而電池的使用壽命預(yù)
計可達(dá)4年，去除電池成本50萬，期間
節(jié)約電費28．5*4—50=64萬元。加上省去
設(shè)置功率因數(shù)補償裝置的費用，經(jīng)濟效
益十分明顯。
7．總結(jié)
未來若干年，我國將致力于把中國
從目前的低效能源利用者變成高效利用
者。港口企業(yè)為耗能大戶，其節(jié)能任務(wù)
非常艱巨。由于門機在港口起重設(shè)備中
工作最頻繁、工況最差， 因此， 電池儲
能型節(jié)能技術(shù)在門機上的有效實施， 也
給岸橋、場橋等其它港機的節(jié)能創(chuàng)新帶
來了借鑒和示范，有利于降低港口的能
源消耗，為保護環(huán)境做貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]崔亞欣．能量回饋裝置在港口
起重機械中的應(yīng)用．物流工程及管理，
2011， (197)
[2]趙瑞林．共用直流母線變頻器方
案的設(shè)計．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013，
32 (1】)
智能開關(guān)電器設(shè)計方法探討
劉思京
(110023 新東北電氣(沈陽)高壓開關(guān)有限公司 遼寧 沈陽)
摘要：隨著世界上一些發(fā)達(dá)國家提出智能電網(wǎng)規(guī)劃項目，我國也開始進行智能電網(wǎng)的建設(shè)，鑒于開關(guān)電器在電網(wǎng)中起著重要的
控制和保護作用，智能開關(guān)電器的設(shè)計便是整個工作的重中之重，智能化開關(guān)電器的應(yīng)用是維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行，促進電力設(shè)施自
動化的必要前提。本文首先簡要介紹智能開關(guān)電器的發(fā)展現(xiàn)狀，其次論述開關(guān)電器的可靠性設(shè)計、環(huán)境友好設(shè)計以及電磁兼容設(shè)
計，最后簡單介紹開關(guān)智能電器的多功能控制模塊的設(shè)計，以促進智能開關(guān)電器的發(fā)展。
開關(guān)電器是電力系統(tǒng)中的重要組成
部分，它的正常工作與高效運行對于保
證電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定起著至關(guān)重要
的作用，智能開關(guān)電器指的是，開關(guān)電
器本身具有完備的感知和自診斷功能，
能根據(jù)電力系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的故障類型
和自身運行情況，實時地執(zhí)行有效的柔
性操作，而不依靠人們親自去實施操作，
來降低風(fēng)險的發(fā)生，及時的有效的處理
和預(yù)防事故的發(fā)生。
1．智能開關(guān)電器的發(fā)展現(xiàn)狀
智能開關(guān)電器雖然集眾多優(yōu)點，但
是對它的應(yīng)用研究也不可避免存在許多
問題和挑戰(zhàn)。首先智能開關(guān)電器的可靠
性始終是個大問題，因為它要受到強電
磁干擾的考驗，而復(fù)雜電子設(shè)備的使用
壽命長，但是一次設(shè)備的使用壽命短，
二者的不匹配影響著智能開關(guān)電器的工
作壽命，其次智能開關(guān)電器生產(chǎn)成本提
高，不利于推廣普及，再有智能開關(guān)電
器對新技術(shù)的應(yīng)用也還不完善，最后，
隨著人們越來越重視生態(tài)環(huán)保，推行可
持續(xù)的發(fā)展方式，人們也要求智能開關(guān)
電器更有利于環(huán)境保護。
2．智能開關(guān)電器的設(shè)計要求
(一)可靠性設(shè)計
現(xiàn)有的針對開關(guān)電器的設(shè)計， 大部
分還是先進行實驗設(shè)計，然后通過仿真
分析之后進行實驗驗證，并沒把智能單
元與開關(guān)電器結(jié)合起來，因此可靠性不
高，所以設(shè)計智能開關(guān)電器時便要特別
注意這一點，要把智能單元融入到開關(guān)
的設(shè)計中去，可先通過對安裝了智能單
元的各種開關(guān)的結(jié)構(gòu)的可靠性進行設(shè)計
評估，針對薄弱環(huán)節(jié)，研究提升智能開
162 中國機械Machine China
關(guān)電器的整體可靠性，并進一步挖掘?qū)?
找新的絕緣材料，提高現(xiàn)有的絕緣材料
的性能極限，優(yōu)化現(xiàn)有的絕緣結(jié)構(gòu)，具
體可以通過模型試驗與仿真分析，研究
電、機械等對開關(guān)電器可靠性的影響，
再有對可能影響絕緣可靠性的環(huán)境因素
及特殊條件下的絕緣破壞機理進行研究，
還要進行關(guān)鍵材料及生產(chǎn)工藝條件對開
關(guān)電器可靠性影響的研究，分析關(guān)鍵因
素，設(shè)法改進， 運用智能控制技術(shù)， 切
實提高智能開關(guān)電器的制造水平和可靠
性。
(二)環(huán)境友好設(shè)計
智能開關(guān)電器的環(huán)境友好設(shè)計主要
包括兩方面的設(shè)計，一個是對電網(wǎng)的友
好，主要是指不對電網(wǎng)運行的其他設(shè)備
造成電磁干擾，第二個是對自然環(huán)境的
友好，不能排放污染自然環(huán)境的氣體。
傳統(tǒng)的開關(guān)電器容易產(chǎn)生操作過電壓及
電磁干擾， 影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，也
損害電器自身，設(shè)計智能開關(guān)電器要采
取新型操動機構(gòu)與開斷技術(shù)， 降低操作
過電壓，降低對其他設(shè)備的干擾，提高
操作的安全可靠性和開關(guān)電器的使用壽
命。設(shè)計智能開關(guān)電器還要注意研究出
可以替代目前開關(guān)電器中使用的滅弧介
質(zhì)的物質(zhì)，如研究使用氮氣、氫氣、二
氧化碳、惰性氣體或者相應(yīng)的混合氣體
的替代使用，以保持生態(tài)平衡。
(三)電磁兼容設(shè)計
智能開關(guān)電器的電磁兼容設(shè)計主要
從兩方面進行，一是設(shè)計出本身能承受
電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾的智能開關(guān)電器，
因為智能開關(guān)電器中大量使用了電器元
件，這些電子元件在工作中處于高電壓、
強電流的磁場中，極易受到電磁干擾，
威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。二是對
開關(guān)電器實行諸如隔離、屏蔽、接地等
措施，來降低智能開關(guān)電器對電網(wǎng)中其
他設(shè)備的電磁干擾，還要注意采用可靠
的硬件和軟件抗干擾技術(shù)，提高監(jiān)控單
元抗電磁干擾的能力。
3．智能開關(guān)電器中控制器的多功能
控制模塊的設(shè)計
(一)硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
硬件電路的設(shè)計應(yīng)當(dāng)滿足系統(tǒng)功能
的整體實現(xiàn)。因為系統(tǒng)出現(xiàn)故障時必須
及時判斷出故障點并能及時分?jǐn)喙收想?
流，所以控制器中的斷路器必須有能力
及時處理大量的實時的動態(tài)數(shù)據(jù)，硬件
設(shè)備的實時性、快速性、準(zhǔn)確性要求必
須采用功能強大、配置高的中央微處理
器。
(二)軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計
智能電器由一次開關(guān)電器元件和智
能監(jiān)控單元組成， 智能電器監(jiān)控單元軟
件的總體結(jié)構(gòu)由硬件驅(qū)動層、管理調(diào)度
層、基礎(chǔ)功能層和應(yīng)用層四部分組成。
硬件驅(qū)動層與硬件系統(tǒng)聯(lián)系最密切，是
整套軟件運行的基礎(chǔ)，設(shè)計這一層時要
注意保證與硬件聯(lián)系緊密的功能如開關(guān)
量信息的檢測、液晶的讀寫、繼電器輸
出等正常運行，硬件驅(qū)動層必須保證提
供給上層調(diào)度管理所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)
據(jù)類型的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，提高軟件的靈活性，
避免對不同的硬件或保護對象的修改。
設(shè)計管理調(diào)度層時要注意實現(xiàn)多級任務(wù)
完成的協(xié)調(diào)性，為保證系統(tǒng)響應(yīng)時間，
調(diào)度程序要保證優(yōu)先級別的任務(wù)盡快完
成，保證各種任務(wù)先后進入運行態(tài)，在
系統(tǒng)中復(fù)合工作，把各種任務(wù)按照一定
標(biāo)準(zhǔn)分配好完成的順序、時間和地點。
基礎(chǔ)功能層的設(shè)計包括模擬量加工處理，
如電壓、電流的數(shù)字濾波，還要保證對
實時采樣數(shù)據(jù)、狀態(tài)變化量的基本處理
做到高效準(zhǔn)確，為應(yīng)用層形成不同的任
務(wù)做準(zhǔn)備。設(shè)計應(yīng)用層則要面向管理中
心和用戶，根據(jù)不同的保護對象和用戶
的特殊要求，配置各種獨立的功能板塊，
如通信、顯示、鍵盤處理、功能投退、
定值改寫等。
4．結(jié)束語
智能化是開關(guān)電器的發(fā)展趨勢， 由
于電力系統(tǒng)本身要求越來越高的可靠性
及自動化程度，智能開關(guān)電器的研究與
開發(fā)需要不斷創(chuàng)新和綜合多種現(xiàn)代化技
術(shù)，智能開關(guān)電器在設(shè)計時要注意它的
可靠性設(shè)計、環(huán)境友好設(shè)計和電磁兼容
設(shè)計， 以及注意控制器中的多功能控制
模塊的設(shè)計。隨著智能開關(guān)電器的發(fā)展，
它的功能將越來越強大， 推廣普及智能
開關(guān)電器對于促進電力系統(tǒng)的升級，推
Academ ic
學(xué)術(shù)
進國家智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)揮著至關(guān)重要
的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]王建華，宋政湘，耿英三等：《智
能電器理論與關(guān)鍵技術(shù)研究》[J]．電力
設(shè)備，2008．
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概念與相關(guān)的理論問題》[J]．高壓電器，
2000，第43～ 46頁．
機械設(shè)計的若干問題探析
師淑蘭
(071000 保定市華沃電力設(shè)備廠 河北保定)
摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，我國工業(yè)化進程也隨之加快。而機械行業(yè)在工業(yè)的崛起與發(fā)展中發(fā)揮了極為重要的作用。
工業(yè)的發(fā)展必須以生產(chǎn)企業(yè)機械設(shè)備持續(xù)研發(fā)與更新為基礎(chǔ)，優(yōu)良而合理的機械設(shè)計有利于企業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展，所以機械的設(shè)計
與加工具有極為重要的現(xiàn)實意義。就目前來看，我國機械設(shè)計與加工存在不少問題，筆者據(jù)此對機械設(shè)計的若干問題展開探析，
希望有所指-,- ggl幫助。
在經(jīng)濟與技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機
械產(chǎn)品也有了很大的發(fā)展變化，其品種
日趨于多元化。我們在機械設(shè)計作業(yè)中
應(yīng)對各類影響因素予以綜合考慮，所選
設(shè)計材料應(yīng)具有較高的性價比， 以有效
保證產(chǎn)品質(zhì)量，控制生產(chǎn)成本，為企業(yè)
創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。
1．機械設(shè)計概述
所謂機械設(shè)計， 即設(shè)計機械整體以
及零部件的過程，其本質(zhì)上是在滿足設(shè)
計應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上，從整體上統(tǒng)一設(shè)
計分析機械設(shè)計相關(guān)領(lǐng)域(如受力分析、
機械原理、物理構(gòu)架以及工作原理等)
的理論知識， 同時著眼于機械潤滑、零
部件所使用的材料性能、不同零部件配
合以及公差等各類因素，綜合考慮并精
確計算機械整體數(shù)據(jù)，然后確定最優(yōu)設(shè)
計方案。
從機械設(shè)計目的、用途兩個方面來
看，機械設(shè)計包括三種類型：繼承設(shè)計、
創(chuàng)新設(shè)計以及改進式設(shè)計。其中繼承設(shè)
計是通過創(chuàng)新或者改進原有機械品質(zhì)，
以有效提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)成本，
加強企業(yè)競爭力；而創(chuàng)新設(shè)計則是研究
行業(yè)前沿技術(shù)，深入分析其可行性，并
基于此類技術(shù)開展設(shè)計加工；而改進型
設(shè)計則基于已有機械設(shè)計方案，結(jié)合不
同客戶需求從局部上變更機械設(shè)計，但
并未改變其基本原理。
2．機械設(shè)計與／]n-r中存在的問題
(1)機械產(chǎn)品性價比較低。對于機
械產(chǎn)品質(zhì)量而言，其影響因素涉及多個
不同因素，此類因素復(fù)雜多樣且互相影
響，在實際作業(yè)過程中有可能出現(xiàn)遺漏，
因此對機械產(chǎn)品設(shè)計造成不良影響。例
如設(shè)計過程中對選材因素做了充分考慮，
而在后續(xù)原材料加工操作時卻未予以重
視，機械整體的生產(chǎn)效率受到影響，其
中存在的誤差極易引發(fā)機械故障。而企
業(yè)在頻頻出現(xiàn)的機械故障下，其維修成
本進一步升高，整體生產(chǎn)成本支出加大，
因此機械產(chǎn)品性價比就相對較低，這樣
的產(chǎn)品缺乏強勢的市場競爭力，也難以
為企業(yè)創(chuàng)造滿意的經(jīng)濟效益。
(2)機械零部件表面質(zhì)量問題。對
于機械零件而言，其表面質(zhì)量直接影響
其使用壽命。倘若其表面質(zhì)量不高，則
會導(dǎo)致零件使用壽命大幅縮短，同時還
會影響其使用性能，對生產(chǎn)造成不良影
響。通常來說，材料性質(zhì)以及切削用量
是零件表面質(zhì)量的兩個主要影響因素，
當(dāng)零部件材料具有較高的韌性時，其塑
性變形則會相應(yīng)增強，表面經(jīng)過加工處
理后就顯得較為粗糙； 同時刀具切削與
零件分裂等因素也同樣會造成表面粗糙
問題。所以設(shè)計人員應(yīng)針對機械零部件
表面質(zhì)量相關(guān)因素展開深入分析，嚴(yán)把
產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量關(guān)，采取有效措施提高產(chǎn)
品設(shè)計與加工質(zhì)量，推動企業(yè)實現(xiàn)精細(xì)
化發(fā)展。
3．機械設(shè)計與／ln"r問題的改進措施
(1)合理選材。①從產(chǎn)品使用壽命
和周期成本出發(fā)來選擇原材料。原料花
銷對于產(chǎn)品使用時間具有很大的影響，
同時又與產(chǎn)品零部件之間存在密切聯(lián)系。
在設(shè)計過程中，設(shè)計人員在保證產(chǎn)品設(shè)
計與生產(chǎn)質(zhì)量的前提下選取相對廉價的
生產(chǎn)原料，那么產(chǎn)品使用壽命則會受到
直接影響；而所選原材料性能優(yōu)越而且
成本較高，那么在合理設(shè)計的基礎(chǔ)上該
產(chǎn)品則會受到材質(zhì)影響而延長使用壽命。
② 從產(chǎn)品使用性能出發(fā)來選擇原材料。
在機械選材工作中，材料使用性能是首
要考慮因素。材料使用性能因零部件的
不同而表現(xiàn)出較大差異，一部分零件對
材料耐磨性能有較高要求；一部分則對
材料抗壓性能有嚴(yán)格要求；而還有一部
分則要求所選材料具有高強度，此外還
有零部件單純要求具備美觀性能即可。
③ 從生產(chǎn)工藝性能出發(fā)來選擇原材料。
材料工藝性能體現(xiàn)了材料對于各類加工
工藝是否適宜， 這意味著所選材料既要
滿足質(zhì)量要求，同時又要滿足制造要求。
例如切削加工性能以及熱加工性能等等，
零部件類型不同， 則具有不同的工藝性
能要求。④ 從生產(chǎn)成本與經(jīng)濟效益出發(fā)
來選擇原材料。生產(chǎn)經(jīng)濟性能也同樣是
衡量機械產(chǎn)品設(shè)計的一項重要指標(biāo)，企
業(yè)應(yīng)合理控制材料價格、生產(chǎn)加工支出
以及維護費用，并善于通過組合結(jié)構(gòu)來
加大材料利用率。若某一零部件生產(chǎn)批
量相對較大，則可統(tǒng)一購入經(jīng)濟實惠型
材料， 以有效控制生產(chǎn)成本。
(2)合理選取加工工具、科學(xué)設(shè)定
切削參數(shù)。若材料表面具有較強韌性，
那么在切割作業(yè)時則會導(dǎo)致材料塑性變
形；而切割干脆性材料時若未合理選取
刀具，則容易出現(xiàn)材料碎屑，造成材料
表面粗糙，在整體上對產(chǎn)品效果造成不
良影響。所以應(yīng)根據(jù)原材料材質(zhì)，合理
選取加工刀具。同時還應(yīng)重視切削用量
對零件質(zhì)量的影響，合理設(shè)定切削深度
與速度，充分考慮材料性質(zhì)，并視具體
情況采用切削液， 以有效保證切削質(zhì)量
以及切削溫度。
在機械加工中，切削用量是其中一
項重要參數(shù)，其對于零件質(zhì)量有直接影
響。而合理的切削深度以及切削速度則
中國機械Machine China 163

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