數(shù)字化時(shí)代的全面到來(lái)，對(duì)繼電保護(hù)提出了新的要求，甚至對(duì)傳統(tǒng)的使用方法進(jìn)行了全新的改革和推進(jìn)。例如，對(duì)繼電保護(hù)裝置的電磁兼容（ EMC）和防護(hù)等級(jí)（IP）提出了更高的要求。繼電保護(hù)的功能和應(yīng)用也從單一的分散式保護(hù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展，有些地方還需要建立無(wú)人值守的綜合自動(dòng)化變電站，繼電保護(hù)直接進(jìn)入就地的高、低開關(guān)柜中也成為目前較普遍采用的一種使用方法。這些都給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出新課題和高要求。另一方面，工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步也為保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供了大量的新材料、新工藝、新手段，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在自身的領(lǐng)域里能夠發(fā)揮更多的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。以下就本人這些年來(lái)從事的繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐，作初淺的探討。 一、數(shù)字化時(shí)代繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn) （一）功能的要求 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，繼電保護(hù)產(chǎn)品也從整流型經(jīng)過(guò)幾代的發(fā)展進(jìn)入了全新的數(shù)字型產(chǎn)品。單一保護(hù)的綜合功能越來(lái)越強(qiáng)，可靠性和精度越來(lái)越高，人機(jī)界面要求簡(jiǎn)單明了，通信、測(cè)試的功能要求方便、簡(jiǎn)便、可靠。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足和保證產(chǎn)品的功能要求，這是第一位。同時(shí)結(jié)構(gòu)的外型設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)產(chǎn)品的高科技、高可靠性和高精度，要求結(jié)構(gòu)外型挺拔、線條流暢、表面精細(xì)，顯示出精湛的設(shè)計(jì)藝術(shù)和工藝技術(shù)，使人們直觀上感覺產(chǎn)品的高檔和精密。 （二）使用方法和使用環(huán)境的要求 保護(hù)產(chǎn)品的應(yīng)用逐漸向綜合自動(dòng)化方面發(fā)展，低壓保護(hù)甚至可能要適應(yīng)無(wú)人值守變電站的要求，有些低壓保護(hù)要直接就地安裝于開關(guān)柜上。這些要求保護(hù)裝置向高可靠性以及智能化方向發(fā)展，而且要適應(yīng)各種不同使用環(huán)境的要求。眾所周知，開關(guān)柜的使用環(huán)境比保護(hù)控制室的環(huán)境要惡劣得多。首先溫度變化較大，夏天的溫度可高達(dá)40～50℃，而冬天溫度又較低，我國(guó)北方地區(qū)可能會(huì)降至－40～－50℃；其次濕度也千差萬(wàn)別，沿海和南方地區(qū)濕度較高，沿海還有鹽霧的浸蝕。目前國(guó)內(nèi)開關(guān)柜密封性能都不好，灰塵也較大，開關(guān)柜本身的運(yùn)行對(duì)繼電保護(hù)裝置影響也較大，開關(guān)柜中各種開關(guān)的開、合，各種繼電器的動(dòng)作，會(huì)產(chǎn)生許多電磁干擾和較強(qiáng)的靜電場(chǎng)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和沖擊。這樣的環(huán)境就要求保護(hù)裝置具有耐高低溫的能力，外殼設(shè)計(jì)防護(hù)等級(jí)要高，密封性要好，整個(gè)外殼要有三防要求，裝置的抗振動(dòng)和抗沖擊能力要強(qiáng)，具有較好電磁兼容和抗靜電能力的設(shè)計(jì)等。 （三）電磁兼容（EMC）的要求 電磁兼容（EMC）簡(jiǎn)單的說(shuō)是一個(gè)產(chǎn)品在電磁環(huán)境中既不受外來(lái)干擾，也不向外發(fā)射干擾電磁波的能力。它包括抗干擾（設(shè)備抗電磁干擾的能力）和電磁發(fā)射控制（設(shè)備本身發(fā)射電磁能量的控制）兩個(gè)方面。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電磁干擾源越來(lái)越多，使得EMC成為制約產(chǎn)品和系統(tǒng)性能的重要因素，也普遍引起各個(gè)方面的高度重視。繼電保護(hù)產(chǎn)品國(guó)際電工委員會(huì)已經(jīng)發(fā)布了與EMC有關(guān)的四項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)： IEC 255-22-1 1 MHz脈沖干擾試驗(yàn) IEC 255-22-2 靜電放電干擾試驗(yàn) IEC 255-22-3 幅射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn) IEC 255-22-4 快速瞬變干擾試驗(yàn) 要達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)是不可缺少的，產(chǎn)品的電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)就是抵御干擾和控制發(fā)射。就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上就是電磁屏蔽設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計(jì)一般包括選擇屏蔽材料，結(jié)構(gòu)形式和接地三個(gè)方面。 1．電磁屏蔽主要利用金屬表面的反射和金屬層內(nèi)的吸收來(lái)抑制電磁輻射干擾。屏蔽體通常采用良導(dǎo)體制作，如鋼、銅和鋁等。 2．金屬體應(yīng)盡量封閉，連接縫隙處采用包繞迷宮式，必要時(shí)加專用的屏蔽襯墊及屏蔽接觸簧片。散熱孔應(yīng)采用小園孔和小方孔，窄長(zhǎng)孔和長(zhǎng)縫隙泄漏嚴(yán)重。 3．在電子設(shè)備中，接地是電磁屏蔽的重要方法，正確合理的接地能大大提高屏蔽效能，而且能消除靜電感應(yīng)，同時(shí)能起到靜電屏蔽的作用。 （四）科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)會(huì) 科技的發(fā)展，尤其電子技術(shù)日新月異的進(jìn)步，給保護(hù)裝置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的機(jī)遇。如電子線路的微型化、電源功率的高效率化，實(shí)現(xiàn)功能的低功耗化，這些技術(shù)的應(yīng)用，都為裝置功能的強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊和美觀開辟了新的途徑。 另外機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步，新工藝、新材料的應(yīng)用也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了廣闊的可操作空間。合理的選用新器件和新材料積極應(yīng)用新工藝，不僅是豐富造型與色彩表現(xiàn)，體現(xiàn)產(chǎn)品時(shí)代感的有力手段，更是提高整機(jī)可靠性和宜人性的重要手段。 （五）工業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和應(yīng)用 工業(yè)設(shè)計(jì)從人機(jī)工程、造型原理、色彩配制等方面對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用。如保護(hù)裝置的面板設(shè)計(jì)就要考慮人機(jī)界面的宜人性，要符合人的生理特征，且在長(zhǎng)期觀察與操作中不致于使操作者容易疲勞和產(chǎn)生誤操作等。另一方面，產(chǎn)品造型給予觀賞者的感情影響是形、色、質(zhì)三大要素的綜合。在繼電保護(hù)產(chǎn)品的形、色與質(zhì)的處理上要充分體現(xiàn)數(shù)字化時(shí)代高科技產(chǎn)品的時(shí)代感和高可靠性。 （六）密封和散熱 密封和散熱是一對(duì)矛盾，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，元器件的功耗越來(lái)越小，電源效率不斷提高，繼電保護(hù)中散熱的矛盾已不是很突出，而密封（防護(hù)等級(jí)）的要求卻越來(lái)越高，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要引起足夠的重視。 散熱一般可以有幾種設(shè)計(jì)解決方案： 1．冷板熱管設(shè)計(jì)； 2．機(jī)柜內(nèi)置空調(diào)； 3．通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)。 密封的技術(shù)要求，國(guó)際電工委員會(huì)和我國(guó)國(guó)標(biāo)都制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)——防護(hù)等級(jí)（IP）。發(fā)達(dá)國(guó)家的繼電保護(hù)裝置防護(hù)等級(jí)能做到IP54，甚至IP65，也就是能夠做到防塵、防濺水，甚至達(dá)到塵密和防噴水。數(shù)字式繼電保護(hù)裝置也要做到高防護(hù)等級(jí)，以滿足繼電保護(hù)高可靠性的要求。 二、繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐 根據(jù)繼電保護(hù)功能要求，以及不同的使用方法及環(huán)境要求，繼電保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)大抵可以分成兩種不同類型：一種為高壓線路保護(hù)、發(fā)變組保護(hù)、大型變壓器保護(hù)等大功率的主設(shè)備保護(hù)等，這類保護(hù)的綜合性能要求較高，使用的保護(hù)對(duì)象非常重要，可靠性要求較高，我們且把它稱為高等級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)；另一種是低壓線路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、電容器保護(hù)等以及一些直接進(jìn)入就地開關(guān)柜的繼電保護(hù)，我們且把它們稱為低等級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@兩類保護(hù)性能要求、使用場(chǎng)合、使用方法都不盡相同，所以結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)思路都不一樣。 （一）高等級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)一般選用符合IEC 297以及GB 3047標(biāo)準(zhǔn)的482．6 mm（19″）標(biāo)準(zhǔn)插箱。 插箱型式大致有4種：鈑金結(jié)構(gòu)插箱；鋁型材結(jié)構(gòu)插箱；塑木結(jié)構(gòu)插箱；全塑結(jié)構(gòu)插箱。適于做保護(hù)結(jié)構(gòu)的一般是前2種。裝置面板是分面板、分插件型式；也可以是整面板，插箱內(nèi)部是各獨(dú)立的插件籠型式。在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，裝置EMC設(shè)計(jì)，整面板型式已顯示出越來(lái)越大的優(yōu)越性。還有一種結(jié)構(gòu)型式：裝置前面是整面板，分插件是從插箱背后插入的，也即是后插式。此種結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)緊湊，走線方便，強(qiáng)弱電容易分開，AC，DC引線可以通過(guò)濾波器接入裝置，EMC要求也得到很好的保證。出線端子使用進(jìn)口的接插型端子，走線整齊，測(cè)試方便。整面板上液晶顯示的菜單式人機(jī)對(duì)話界面，簡(jiǎn)潔明了，人機(jī)關(guān)系友好，再配以手感較好的橡膠鍵盤，操作起來(lái)簡(jiǎn)單明了，不易出錯(cuò)。面板表面選用鋁合金拉絲表面精飾工藝，顯得表面精細(xì)，工藝精湛，給人以內(nèi)在性能理應(yīng)卓越的聯(lián)想。 整個(gè)裝置的整體EMC設(shè)計(jì)也比較合理，插箱的側(cè)板和上下蓋板，鋁型材和上下蓋板的聯(lián)接處，以及面板和插箱連接縫隙處都加了專用EMC簧片，液晶在面板上的空隙處也加了EMC薄膜，上下蓋板和前后型材的聯(lián)接采用迷宮式結(jié)構(gòu)型式（如圖1）， 從而使整個(gè)裝置幾乎沒有電磁縫隙。采用這種結(jié)構(gòu)的裝置很順利的通過(guò)了EMC的有關(guān)試驗(yàn)。 （二）低等級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 低等級(jí)保護(hù)結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)較小，可以采用482.6 mm（19″）的1/2寬度，1/3寬度，甚至1/4寬度的插箱，組屏上柜可以如圖2、圖3布置，也可以單獨(dú)進(jìn)入就地開關(guān)柜的開關(guān)室，因?yàn)殚_關(guān)室的大小有限制，一般安裝深度＜250。 這種結(jié)構(gòu)如果用482．6 mm（19″）寬度插箱同樣結(jié)構(gòu)型式，將顯得很不合理，也難以滿足它的使用要求，一般采用如下兩種型式。 （一）鈑金包繞式 這種結(jié)構(gòu)箱體主體——筒體是一個(gè)鈑金包繞過(guò)來(lái)的筒子，自成一體沒有縫隙，再加一個(gè)前面罩和筒體密封罩合，結(jié)構(gòu)非常緊湊簡(jiǎn)單，能滿足EMC要求，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)（如圖4）。 （二）鋁型材箱體式 結(jié)構(gòu)型式與上面相似，只是筒體直接拉制成鋁型材，同樣也能滿足各種要求（如圖5）。 三、結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)的繼電保護(hù)行業(yè)，在原理和設(shè)計(jì)上并不落后于任何發(fā)達(dá)國(guó)家，甚至有些方面走在國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的前列。但我們生產(chǎn)出來(lái)的裝置和發(fā)達(dá)國(guó)家的大公司的繼電保護(hù)裝置比較，卻有明顯的差距，也就是我們的保護(hù)原理和技術(shù)較先進(jìn)，生產(chǎn)出來(lái)的保護(hù)裝配并不是一流的，這其中比較重要原因之一就是結(jié)構(gòu)和工藝相對(duì)落后。眾所周知，我們的民用產(chǎn)品如彩電、冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)的外型結(jié)構(gòu)，這幾年有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，已完全可以與發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品相媲美。我們的繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制造技術(shù)差距還較大，要迎頭趕上，就需要我們廣大的從事繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)工作的人們不斷努力，不斷學(xué)習(xí)，還希望整個(gè)行業(yè)都來(lái)重視和支持結(jié)構(gòu)和工藝這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，為提高繼電保護(hù)產(chǎn)品的整體質(zhì)量而奮斗。