低压成套开关设备的设计研究范文

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《电器与能效管理技术杂志》2016年第17期

摘要:

系统地介绍了低压成套开关设备传统设计方法及其存在的问题。集中阐述了参数化设计在低压配电系统中的实现方法和作用。参数化设计能提高设计人员的设计效率，减少出错，是企业实现智能制造的必要条件。

关键词:

低压成套开关设备;参数化设计;整合设计资源;智能制造

0引言

在电力供配电系统中，低压成套开关设备处在配电系统的终端，主要功能是实现电能的分配、控制、保护和测量，也是应用最为广泛的关键配电设备。因此，提高低压成套开关设备的设计水平和制造水平显得相当重要。这也是保证低压成套开关设备可靠运行的必要条件。参数化设计为开关设备的设计和制造提供了可靠的、高效的解决方案。低压成套开关设备是个性化很强的“订单驱动型”产品，每台产品总存在差异，不同的场合(客户)又有不同的技术方案，技术人员的设计过程实际就是把每一个技术方案对应的具体设计要求(如进线设备、负荷情况、现场设备和现场条件)转化为设计图纸和清单，其中，设计图纸包括一次系统图、二次原理图、平面布置图等，而清单主要是成套开关设备材料清单和零部件清单。

1传统的设计方法低

压成套开关设备的设计一般由变压器开始，根据变压器参数计算短时耐受电流和额定电流，从而选择母线系统的规格;根据负荷情况及现场控制要求或条件设计一次系统图和二次原理图、平面布置图，并结合用户要求选定低压成套开关设备的型号［1］;由二次原理图及元器件型号可进一步落实面板布置图;最后，编制成套开关设备材料清单和零部件清单。整个设计过程要求设计人员熟悉一定的理论知识，更需要设计经验，要熟悉各种设计规范，如行业标准、企业级产品设计规范、母线选用规范、地区标准等。在较短的时间内设计人员需要考虑的东西太多，容易出错，影响了低压成套开关设备的交付和质量。传统的设计方法存在不足，具体如下:

(1)设计模式主要还是靠经验，就算有了标准模板，开关柜的技术参数很多还是以图形储存，查询、引用困难。标准模板的应用也是“有经验”才能根据“印象”或“记忆”进行查找和复制，设计人员要查询以前类似或相同方案非常困难。

(2)重复设计:每个设计人员根据项目要求进行各种复杂繁琐的计算，而且设计过程一般细分为三个阶段:电气设计、结构设计和母线设计。这三个阶段主要是从流程纵向切分，而每个阶段再按模块横向切分，每个阶段都要对技术条件进行检索，相当多检索都是重复的、多余的。如电气设计要检索开关型号规格，结构设计和母线设计也都要检索开关型号规格。三个阶段重复检索同一条件，效率低、易错漏。

(3)周期较长:设计员在接到项目后，不但要落实项目的特殊要求，还要查阅各种设计规范。如低压行业标准、产品设计手册、抽屉附件选型、开关母线选型表、开关柜安装要求、电容柜安装要求、地区标准和二次原理图等。较短的时间内需要考虑的东西太多，设计时间较长、易错漏。

2参数化设计

参数化设计是一种新颖的智能设计方法。它可根据设计者设计时输入的技术驱动参数，由计算机自动计算和智能判断，并通过调用程序，自动调用各个设计阶段的子模块(子模块包括各种图纸、报表、文字或文档等)，最后快速准确地输出各种设计资料(图纸和报表)。参数化设计中的参数就好比控制机器人的指令，而调用方法程序就是机器人的大脑，各个子模块就是机器人的各个执行机构。参数化设计是动态的，也是智能的，可根据输入不同设计参数进行智能的快速设计;参数化设计就好像一张无形动态网络，链接并控制着所有的设计资源;参数化设计其实也是整合、梳理和共享设计资源的过程，建立设计各个阶段的子模块和设计调用方法程序是参数化设计两个关键条件。

2．1参数化设计的目的

提高低压成套开关设备设计人员的设计工作效率，减少出错率，缩短设计周期，降低设计成本。

2．2实现参数化设计的方法

首先建立设计各个阶段的子模块，然后设计调用方法程序。产品模块树如图1所示。从图1可看出，要实现参数化设计，须建立低压成套开关设备产品级别的数据库。设计人员输入技术参数就可快速从产品级别数据库中检索到所需数据，但直接建立产品级别数据库相当困难，因为低压成套开关设备是各种电器元件和部件的总装，一般每台设备总存在差异。从图1的产品模块树可看出，产品级别数据库其实是产品级模块库，模块级别越高，模块数量越大，模块数量以模块级别为函数快速增长，如式(1)所示:N=X11X12X13X21X22…Xnm(1)式中:N———产品级模块数量;n———模块级别;m———同级模块的类别数量;Xnm———n级模块中类别为m的模块数量。因此，必须采用间接的方法来建立产品级别数据库。这也是参数化设计的关键。首先，建立低级别的各种模块库，因为模块级别较低，模块库数量不大，易做到，相应地也容易维护;然后制定模块库的调用方法，并利用计算机技术固化成程序。VBA调用程序［2］如图2所示。对于设计人员，有庞大的产品级别数据库可使用;对建库者，只需要建立低级别模块库和调用方法程序，就可实现快速建立、快速设计和快速维护。

3参数化设计达到的效果

(1)减少重复。设计人员根据技术参数驱动快速生成设计图纸和报表。设计图纸包括一次系统图、二次原理图、平面布置图、设备面板布置图等，减少不同设计阶段的重复工作，也降低了错漏。抽屉柜驱动参数输入界面如图3所示。实际项目测试数据对比可知参数化设计可提高设计效率(设计一台柜子由原来的29min减少到4min)和设计准确率(提高到100%)。

(2)统一标准。设计人员通过参数化设计，设计数据得以整合和梳理，设计资源得以共享，统一由产品级数据库取得数据，设计规范和设计图纸完全统一。

(3)缩短周期。参数化设计使设计人员抛开厚重的设计规格或设计手册。现在设计员应对客户的要求已经是在跟时间赛跑，相对繁琐的事情交给计算机，以此提高设计效率，大大缩短了设计周期。在实际的项目应用中，使用参数化设计方法，一个约100台柜的项目设计时间由原来的几天缩短到一天。

4结语

低压成套开关设备的参数化设计使设计人员由原来繁琐且孤立的设计过程变得快速而简单，实现设计经验和设计资源的共享和协同。它是以新一代信息技术为手段，整合共享设计资源，最终实现智能制造的创新模式，在实际中也得到推广应用。

参考文献：

［1］低压成套开关设备和控制设备第1部分:总则:GB7251．1—2013［S］．

［2］韩小良，韩舒婷．ExcelVBA从入门到精通［M］．北京:中国铁道出版社．

作者:何锐鑫 杨国清 单位:广东省顺德开关厂有限公司