數(shù)字化時代的全面到來，對繼電保護提出了新的要求，甚至對傳統(tǒng)的使用方法進行了全新的改革和推進。例如，對繼電保護裝置的電磁兼容（ EMC）和防護等級（IP）提出了更高的要求。繼電保護的功能和應用也從單一的分散式保護向綜合自動化方向發(fā)展，有些地方還需要建立無人值守的綜合自動化變電站，繼電保護直接進入就地的高、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)計提出新課題和高要求。另一方面，工業(yè)技術(shù)的進步也為保護結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提供了大量的新材料、新工藝、新手段，使結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在自身的領(lǐng)域里能夠發(fā)揮更多的主動性和創(chuàng)造性。以下就本人這些年來從事的繼電保護結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐，作初淺的探討。 一、數(shù)字化時代繼電保護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和特點 （一）功能的要求 隨著科學技術(shù)的進步，繼電保護產(chǎn)品也從整流型經(jīng)過幾代的發(fā)展進入了全新的數(shù)字型產(chǎn)品。單一保護的綜合功能越來越強，可靠性和精度越來越高，人機界面要求簡單明了，通信、測試的功能要求方便、簡便、可靠。 結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足和保證產(chǎn)品的功能要求，這是第一位。同時結(jié)構(gòu)的外型設(shè)計要充分體現(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，顯示出精湛的設(shè)計藝術(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 保護產(chǎn)品的應用逐漸向綜合自動化方面發(fā)展，低壓保護甚至可能要適應無人值守變電站的要求，有些低壓保護要直接就地安裝于開關(guān)柜上。這些要求保護裝置向高可靠性以及智能化方向發(fā)展，而且要適應各種不同使用環(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40～50℃，而冬天溫度又較低，我國北方地區(qū)可能會降至－40～－50℃；其次濕度也千差萬別，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)柜本身的運行對繼電保護裝置影響也較大，開關(guān)柜中各種開關(guān)的開、合，各種繼電器的動作，會產(chǎn)生許多電磁干擾和較強的靜電場，同時還會產(chǎn)生一定的振動和沖擊。這樣的環(huán)境就要求保護裝置具有耐高低溫的能力，外殼設(shè)計防護等級要高，密封性要好，整個外殼要有三防要求，裝置的抗振動和抗沖擊能力要強，具有較好電磁兼容和抗靜電能力的設(shè)計等。 （三）電磁兼容（EMC）的要求 電磁兼容（EMC）簡單的說是一個產(chǎn)品在電磁環(huán)境中既不受外來干擾，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）兩個方面。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電磁干擾源越來越多，使得EMC成為制約產(chǎn)品和系統(tǒng)性能的重要因素，也普遍引起各個方面的高度重視。繼電保護產(chǎn)品國際電工委員會已經(jīng)發(fā)布了與EMC有關(guān)的四項標準： IEC 255-22-1 1 MHz脈沖干擾試驗 IEC 255-22-2 靜電放電干擾試驗 IEC 255-22-3 幅射電磁場干擾試驗 IEC 255-22-4 快速瞬變干擾試驗 要達到這些標準，產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計是不可缺少的，產(chǎn)品的電磁兼容（EMC）設(shè)計就是抵御干擾和控制發(fā)射。就結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，實際上就是電磁屏蔽設(shè)計。結(jié)構(gòu)屏蔽設(shè)計一般包括選擇屏蔽材料，結(jié)構(gòu)形式和接地三個方面。 1．電磁屏蔽主要利用金屬表面的反射和金屬層內(nèi)的吸收來抑制電磁輻射干擾。屏蔽體通常采用良導體制作，如鋼、銅和鋁等。 2．金屬體應盡量封閉，連接縫隙處采用包繞迷宮式，必要時加專用的屏蔽襯墊及屏蔽接觸簧片。散熱孔應采用小園孔和小方孔，窄長孔和長縫隙泄漏嚴重。 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，同時能起到靜電屏蔽的作用。 （四）科學技術(shù)的發(fā)展帶來了機會 科技的發(fā)展，尤其電子技術(shù)日新月異的進步，給保護裝置及其結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了新的機遇。如電子線路的微型化、電源功率的高效率化，實現(xiàn)功能的低功耗化，這些技術(shù)的應用，都為裝置功能的強大、結(jié)構(gòu)緊湊和美觀開辟了新的途徑。 另外機械加工技術(shù)的進步，新工藝、新材料的應用也給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了廣闊的可操作空間。合理的選用新器件和新材料積極應用新工藝，不僅是豐富造型與色彩表現(xiàn)，體現(xiàn)產(chǎn)品時代感的有力手段，更是提高整機可靠性和宜人性的重要手段。 （五）工業(yè)設(shè)計的指導和應用 工業(yè)設(shè)計從人機工程、造型原理、色彩配制等方面對繼電保護產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計起指導作用。如保護裝置的面板設(shè)計就要考慮人機界面的宜人性，要符合人的生理特征，且在長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。在繼電保護產(chǎn)品的形、色與質(zhì)的處理上要充分體現(xiàn)數(shù)字化時代高科技產(chǎn)品的時代感和高可靠性。 （六）密封和散熱 密封和散熱是一對矛盾，但隨著科學技術(shù)的發(fā)展，元器件的功耗越來越小，電源效率不斷提高，繼電保護中散熱的矛盾已不是很突出，而密封（防護等級）的要求卻越來越高，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要引起足夠的重視。 散熱一般可以有幾種設(shè)計解決方案： 1．冷板熱管設(shè)計； 2．機柜內(nèi)置空調(diào)； 3．通風風道設(shè)計。 密封的技術(shù)要求，國際電工委員會和我國國標都制定了相應標準——防護等級（IP）。發(fā)達國家的繼電保護裝置防護等級能做到IP54，甚至IP65，也就是能夠做到防塵、防濺水，甚至達到塵密和防噴水。數(shù)字式繼電保護裝置也要做到高防護等級，以滿足繼電保護高可靠性的要求。 二、繼電保護結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐 根據(jù)繼電保護功能要求，以及不同的使用方法及環(huán)境要求，繼電保護裝置結(jié)構(gòu)大抵可以分成兩種不同類型：一種為高壓線路保護、發(fā)變組保護、大型變壓器保護等大功率的主設(shè)備保護等，這類保護的綜合性能要求較高，使用的保護對象非常重要，可靠性要求較高，我們且把它稱為高等級保護結(jié)構(gòu)；另一種是低壓線路保護、電動機保護、電容器保護等以及一些直接進入就地開關(guān)柜的繼電保護，我們且把它們稱為低等級保護結(jié)構(gòu)。因為這兩類保護性能要求、使用場合、使用方法都不盡相同，所以結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計思路都不一樣。 （一）高等級保護結(jié)構(gòu)設(shè)計 保護裝置結(jié)構(gòu)一般選用符合IEC 297以及GB 3047標準的482．6 mm（19″）標準插箱。 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)部是各獨立的插件籠型式。在人機界面的設(shè)計，裝置EMC設(shè)計，整面板型式已顯示出越來越大的優(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，強弱電容易分開，AC，DC引線可以通過濾波器接入裝置，EMC要求也得到很好的保證。出線端子使用進口的接插型端子，走線整齊，測試方便。整面板上液晶顯示的菜單式人機對話界面，簡潔明了，人機關(guān)系友好，再配以手感較好的橡膠鍵盤，操作起來簡單明了，不易出錯。面板表面選用鋁合金拉絲表面精飾工藝，顯得表面精細，工藝精湛，給人以內(nèi)在性能理應卓越的聯(lián)想。 整個裝置的整體EMC設(shè)計也比較合理，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了EMC的有關(guān)試驗。 （二）低等級保護結(jié)構(gòu)設(shè)計 低等級保護結(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，也可以單獨進入就地開關(guān)柜的開關(guān)室，因為開關(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——筒體是一個鈑金包繞過來的筒子，自成一體沒有縫隙，再加一個前面罩和筒體密封罩合，結(jié)構(gòu)非常緊湊簡單，能滿足EMC要求，防護等級可以達到很高的標準（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 我國的繼電保護行業(yè)，在原理和設(shè)計上并不落后于任何發(fā)達國家，甚至有些方面走在國際先進技術(shù)的前列。但我們生產(chǎn)出來的裝置和發(fā)達國家的大公司的繼電保護裝置比較，卻有明顯的差距，也就是我們的保護原理和技術(shù)較先進，生產(chǎn)出來的保護裝配并不是一流的，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)、洗衣機的外型結(jié)構(gòu)，這幾年有了突飛猛進的進步，已完全可以與發(fā)達國家的同類產(chǎn)品相媲美。我們的繼電保護結(jié)構(gòu)設(shè)計及其制造技術(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結(jié)構(gòu)工作的人們不斷努力，不斷學習，還希望整個行業(yè)都來重視和支持結(jié)構(gòu)和工藝這個薄弱環(huán)節(jié)，為提高繼電保護產(chǎn)品的整體質(zhì)量而奮斗。