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智能開(kāi)關(guān)電器設(shè)計(jì)方法探討

文檔作者：劉思京文檔來(lái)源：新東北電氣(沈陽(yáng))高壓開(kāi)關(guān)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shí)，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(dòng)狀
態(tài)的電機(jī)有效利用，一部分被電池吸收。
6．效益分析
(一)社會(huì)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(bǔ)償裝置。它填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)
外門(mén)機(jī)以蓄電池為介質(zhì)進(jìn)行能量回收的
空白，成為積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，
進(jìn)行環(huán)保創(chuàng)新的典范。
(二)經(jīng)濟(jì)效益。以改造的12T門(mén)
機(jī)為例，初步測(cè)算每臺(tái)門(mén)機(jī)每年可以節(jié)
約電費(fèi)28．5萬(wàn)元，而電池的使用壽命預(yù)
計(jì)可達(dá)4年，去除電池成本50萬(wàn)，期間
節(jié)約電費(fèi)28．5*4—50=64萬(wàn)元。加上省去
設(shè)置功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效
益十分明顯。
7．總結(jié)
未來(lái)若干年，我國(guó)將致力于把中國(guó)
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(mén)機(jī)在港口起重設(shè)備中
工作最頻繁、工況最差， 因此， 電池儲(chǔ)
能型節(jié)能技術(shù)在門(mén)機(jī)上的有效實(shí)施， 也
給岸橋、場(chǎng)橋等其它港機(jī)的節(jié)能創(chuàng)新帶
來(lái)了借鑒和示范，有利于降低港口的能
源消耗，為保護(hù)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(jī)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(jì)．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2013，
32 (1】)
智能開(kāi)關(guān)電器設(shè)計(jì)方法探討
劉思京
(110023 新東北電氣(沈陽(yáng))高壓開(kāi)關(guān)有限公司 遼寧 沈陽(yáng))
摘要：隨著世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家提出智能電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目，我國(guó)也開(kāi)始進(jìn)行智能電網(wǎng)的建設(shè)，鑒于開(kāi)關(guān)電器在電網(wǎng)中起著重要的
控制和保護(hù)作用，智能開(kāi)關(guān)電器的設(shè)計(jì)便是整個(gè)工作的重中之重，智能化開(kāi)關(guān)電器的應(yīng)用是維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)電力設(shè)施自
動(dòng)化的必要前提。本文首先簡(jiǎn)要介紹智能開(kāi)關(guān)電器的發(fā)展現(xiàn)狀，其次論述開(kāi)關(guān)電器的可靠性設(shè)計(jì)、環(huán)境友好設(shè)計(jì)以及電磁兼容設(shè)
計(jì)，最后簡(jiǎn)單介紹開(kāi)關(guān)智能電器的多功能控制模塊的設(shè)計(jì)，以促進(jìn)智能開(kāi)關(guān)電器的發(fā)展。
開(kāi)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(yùn)行對(duì)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(kāi)關(guān)電器指的是，開(kāi)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(yùn)行中產(chǎn)生的故障類型
和自身運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)地執(zhí)行有效的柔
性操作，而不依靠人們親自去實(shí)施操作，
來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，及時(shí)的有效的處理
和預(yù)防事故的發(fā)生。
1．智能開(kāi)關(guān)電器的發(fā)展現(xiàn)狀
智能開(kāi)關(guān)電器雖然集眾多優(yōu)點(diǎn)，但
是對(duì)它的應(yīng)用研究也不可避免存在許多
問(wèn)題和挑戰(zhàn)。首先智能開(kāi)關(guān)電器的可靠
性始終是個(gè)大問(wèn)題，因?yàn)樗艿綇?qiáng)電
磁干擾的考驗(yàn)，而復(fù)雜電子設(shè)備的使用
壽命長(zhǎng)，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(kāi)關(guān)電器的工
作壽命，其次智能開(kāi)關(guān)電器生產(chǎn)成本提
高，不利于推廣普及，再有智能開(kāi)關(guān)電
器對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用也還不完善，最后，
隨著人們?cè)絹?lái)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(kāi)關(guān)
電器更有利于環(huán)境保護(hù)。
2．智能開(kāi)關(guān)電器的設(shè)計(jì)要求
(一)可靠性設(shè)計(jì)
現(xiàn)有的針對(duì)開(kāi)關(guān)電器的設(shè)計(jì)， 大部
分還是先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后通過(guò)仿真
分析之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并沒(méi)把智能單
元與開(kāi)關(guān)電器結(jié)合起來(lái)，因此可靠性不
高，所以設(shè)計(jì)智能開(kāi)關(guān)電器時(shí)便要特別
注意這一點(diǎn)，要把智能單元融入到開(kāi)關(guān)
的設(shè)計(jì)中去，可先通過(guò)對(duì)安裝了智能單
元的各種開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)
評(píng)估，針對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，研究提升智能開(kāi)
162 中國(guó)機(jī)械Machine China
關(guān)電器的整體可靠性，并進(jìn)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(guò)模型試驗(yàn)與仿真分析，研究
電、機(jī)械等對(duì)開(kāi)關(guān)電器可靠性的影響，
再有對(duì)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(jī)理進(jìn)行研究，
還要進(jìn)行關(guān)鍵材料及生產(chǎn)工藝條件對(duì)開(kāi)
關(guān)電器可靠性影響的研究，分析關(guān)鍵因
素，設(shè)法改進(jìn)， 運(yùn)用智能控制技術(shù)， 切
實(shí)提高智能開(kāi)關(guān)電器的制造水平和可靠
性。
(二)環(huán)境友好設(shè)計(jì)
智能開(kāi)關(guān)電器的環(huán)境友好設(shè)計(jì)主要
包括兩方面的設(shè)計(jì)，一個(gè)是對(duì)電網(wǎng)的友
好，主要是指不對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的其他設(shè)備
造成電磁干擾，第二個(gè)是對(duì)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(kāi)關(guān)電器容易產(chǎn)生操作過(guò)電壓及
電磁干擾， 影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，也
損害電器自身，設(shè)計(jì)智能開(kāi)關(guān)電器要采
取新型操動(dòng)機(jī)構(gòu)與開(kāi)斷技術(shù)， 降低操作
過(guò)電壓，降低對(duì)其他設(shè)備的干擾，提高
操作的安全可靠性和開(kāi)關(guān)電器的使用壽
命。設(shè)計(jì)智能開(kāi)關(guān)電器還要注意研究出
可以替代目前開(kāi)關(guān)電器中使用的滅弧介
質(zhì)的物質(zhì)，如研究使用氮?dú)?、氫氣、?
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(jì)
智能開(kāi)關(guān)電器的電磁兼容設(shè)計(jì)主要
從兩方面進(jìn)行，一是設(shè)計(jì)出本身能承受
電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾的智能開(kāi)關(guān)電器，
因?yàn)橹悄荛_(kāi)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(qiáng)電流的磁場(chǎng)中，極易受到電磁干擾，
威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。二是對(duì)
開(kāi)關(guān)電器實(shí)行諸如隔離、屏蔽、接地等
措施，來(lái)降低智能開(kāi)關(guān)電器對(duì)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(kāi)關(guān)電器中控制器的多功能
控制模塊的設(shè)計(jì)
(一)硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
硬件電路的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足系統(tǒng)功能
的整體實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄到y(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)必須
及時(shí)判斷出故障點(diǎn)并能及時(shí)分?jǐn)喙收想?
流，所以控制器中的斷路器必須有能力
及時(shí)處理大量的實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，硬件
設(shè)備的實(shí)時(shí)性、快速性、準(zhǔn)確性要求必
須采用功能強(qiáng)大、配置高的中央微處理
器。
(二)軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)
智能電器由一次開(kāi)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(dòng)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(dòng)層與硬件系統(tǒng)聯(lián)系最密切，是
整套軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)這一層時(shí)要
注意保證與硬件聯(lián)系緊密的功能如開(kāi)關(guān)
量信息的檢測(cè)、液晶的讀寫(xiě)、繼電器輸
出等正常運(yùn)行，硬件驅(qū)動(dòng)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(duì)不同的硬件或保護(hù)對(duì)象的修改。
設(shè)計(jì)管理調(diào)度層時(shí)要注意實(shí)現(xiàn)多級(jí)任務(wù)
完成的協(xié)調(diào)性，為保證系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，
調(diào)度程序要保證優(yōu)先級(jí)別的任務(wù)盡快完
成，保證各種任務(wù)先后進(jìn)入運(yùn)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(shí)間和地點(diǎn)。
基礎(chǔ)功能層的設(shè)計(jì)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(duì)
實(shí)時(shí)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(jì)應(yīng)用層則要面向管理中
心和用戶，根據(jù)不同的保護(hù)對(duì)象和用戶
的特殊要求，配置各種獨(dú)立的功能板塊，
如通信、顯示、鍵盤(pán)處理、功能投退、
定值改寫(xiě)等。
4．結(jié)束語(yǔ)
智能化是開(kāi)關(guān)電器的發(fā)展趨勢(shì)， 由
于電力系統(tǒng)本身要求越來(lái)越高的可靠性
及自動(dòng)化程度，智能開(kāi)關(guān)電器的研究與
開(kāi)發(fā)需要不斷創(chuàng)新和綜合多種現(xiàn)代化技
術(shù)，智能開(kāi)關(guān)電器在設(shè)計(jì)時(shí)要注意它的
可靠性設(shè)計(jì)、環(huán)境友好設(shè)計(jì)和電磁兼容
設(shè)計(jì)， 以及注意控制器中的多功能控制
模塊的設(shè)計(jì)。隨著智能開(kāi)關(guān)電器的發(fā)展，
它的功能將越來(lái)越強(qiáng)大， 推廣普及智能
開(kāi)關(guān)電器對(duì)于促進(jìn)電力系統(tǒng)的升級(jí)，推
Academ ic
學(xué)術(shù)
進(jìn)國(guó)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
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[2]鄒積巖，王毅： 《開(kāi)關(guān)智能化的
概念與相關(guān)的理論問(wèn)題》[J]．高壓電器，
2000，第43～ 46頁(yè)．
機(jī)械設(shè)計(jì)的若干問(wèn)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(jìn)步，我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程也隨之加快。而機(jī)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(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，所以機(jī)械的設(shè)計(jì)
與加工具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。就目前來(lái)看，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工存在不少問(wèn)題，筆者據(jù)此對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題展開(kāi)探析，
希望有所指-,- ggl幫助。
在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)不斷發(fā)展的今天，機(jī)
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?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)中
應(yīng)對(duì)各類影響因素予以綜合考慮，所選
設(shè)計(jì)材料應(yīng)具有較高的性價(jià)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(jì)效益。
1．機(jī)械設(shè)計(jì)概述
所謂機(jī)械設(shè)計(jì)， 即設(shè)計(jì)機(jī)械整體以
及零部件的過(guò)程，其本質(zhì)上是在滿足設(shè)
計(jì)應(yīng)用要求的基礎(chǔ)上，從整體上統(tǒng)一設(shè)
計(jì)分析機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域(如受力分析、
機(jī)械原理、物理構(gòu)架以及工作原理等)
的理論知識(shí)， 同時(shí)著眼于機(jī)械潤(rùn)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(jì)算機(jī)械整體數(shù)據(jù)，然后確定最優(yōu)設(shè)
計(jì)方案。
從機(jī)械設(shè)計(jì)目的、用途兩個(gè)方面來(lái)
看，機(jī)械設(shè)計(jì)包括三種類型：繼承設(shè)計(jì)、
創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及改進(jìn)式設(shè)計(jì)。其中繼承設(shè)
計(jì)是通過(guò)創(chuàng)新或者改進(jìn)原有機(jī)械品質(zhì)，
以有效提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)成本，
加強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；而創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(kāi)展設(shè)計(jì)加工；而改進(jìn)型
設(shè)計(jì)則基于已有機(jī)械設(shè)計(jì)方案，結(jié)合不
同客戶需求從局部上變更機(jī)械設(shè)計(jì)，但
并未改變其基本原理。
2．機(jī)械設(shè)計(jì)與／]n-r中存在的問(wèn)題
(1)機(jī)械產(chǎn)品性價(jià)比較低。對(duì)于機(jī)
械產(chǎn)品質(zhì)量而言，其影響因素涉及多個(gè)
不同因素，此類因素復(fù)雜多樣且互相影
響，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中有可能出現(xiàn)遺漏，
因此對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)造成不良影響。例
如設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)選材因素做了充分考慮，
而在后續(xù)原材料加工操作時(shí)卻未予以重
視，機(jī)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(jī)械故障。而企
業(yè)在頻頻出現(xiàn)的機(jī)械故障下，其維修成
本進(jìn)一步升高，整體生產(chǎn)成本支出加大，
因此機(jī)械產(chǎn)品性價(jià)比就相對(duì)較低，這樣
的產(chǎn)品缺乏強(qiáng)勢(shì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也難以
為企業(yè)創(chuàng)造滿意的經(jīng)濟(jì)效益。
(2)機(jī)械零部件表面質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)
于機(jī)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(huì)導(dǎo)致零件使用壽命大幅縮短，同時(shí)還
會(huì)影響其使用性能，對(duì)生產(chǎn)造成不良影
響。通常來(lái)說(shuō)，材料性質(zhì)以及切削用量
是零件表面質(zhì)量的兩個(gè)主要影響因素，
當(dāng)零部件材料具有較高的韌性時(shí)，其塑
性變形則會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)，表面經(jīng)過(guò)加工處
理后就顯得較為粗糙； 同時(shí)刀具切削與
零件分裂等因素也同樣會(huì)造成表面粗糙
問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)針對(duì)機(jī)械零部件
表面質(zhì)量相關(guān)因素展開(kāi)深入分析，嚴(yán)把
產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)，采取有效措施提高產(chǎn)
品設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量，推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)
化發(fā)展。
3．機(jī)械設(shè)計(jì)與／ln"r問(wèn)題的改進(jìn)措施
(1)合理選材。①?gòu)漠a(chǎn)品使用壽命
和周期成本出發(fā)來(lái)選擇原材料。原料花
銷對(duì)于產(chǎn)品使用時(shí)間具有很大的影響，
同時(shí)又與產(chǎn)品零部件之間存在密切聯(lián)系。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員在保證產(chǎn)品設(shè)
計(jì)與生產(chǎn)質(zhì)量的前提下選取相對(duì)廉價(jià)的
生產(chǎn)原料，那么產(chǎn)品使用壽命則會(huì)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(jì)的基礎(chǔ)上該
產(chǎn)品則會(huì)受到材質(zhì)影響而延長(zhǎng)使用壽命。
② 從產(chǎn)品使用性能出發(fā)來(lái)選擇原材料。
在機(jī)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(duì)
材料耐磨性能有較高要求；一部分則對(duì)
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(qiáng)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(lái)選擇原材料。
材料工藝性能體現(xiàn)了材料對(duì)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(shí)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(jì)效益出發(fā)
來(lái)選擇原材料。生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性能也同樣是
衡量機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，企
業(yè)應(yīng)合理控制材料價(jià)格、生產(chǎn)加工支出
以及維護(hù)費(fèi)用，并善于通過(guò)組合結(jié)構(gòu)來(lái)
加大材料利用率。若某一零部件生產(chǎn)批
量相對(duì)較大，則可統(tǒng)一購(gòu)入經(jīng)濟(jì)實(shí)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(qiáng)韌性，
那么在切割作業(yè)時(shí)則會(huì)導(dǎo)致材料塑性變
形；而切割干脆性材料時(shí)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(duì)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(shí)還應(yīng)重視切削用量
對(duì)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(jī)械加工中，切削用量是其中一
項(xiàng)重要參數(shù)，其對(duì)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
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