適用于城市智慧能源公建的直流配電箱研究

何恩超 奚鵬飛 李鵬程 楊宇全 齊 劍

（1、天津三源電氣設(shè)備制造有限公司，天津300409 2、國網(wǎng)天津市電力公司濱海供電分公司，天津300450）

近年來，隨著電力系統(tǒng)的全面發(fā)展以及人類的需求不斷增長，人們對城市在信息交換、安全性、舒適性、便利性和節(jié)能性等多方面提出了更高要求[1]。同時建設(shè)節(jié)能減排、綠色安全的智慧城鎮(zhèn)，也是國家能源發(fā)展轉(zhuǎn)型的重要舉措。在此背景下，天津市依托國網(wǎng)公司開展了智慧能源小鎮(zhèn)示范工程城市智慧能源公建項(xiàng)目，此項(xiàng)目中，研發(fā)了一種完美適配于自身設(shè)備的直流配電箱，它可對直流電能進(jìn)行分配、監(jiān)控以及保護(hù)。它主要安裝在在此項(xiàng)目中的光伏路面中，并與網(wǎng)線進(jìn)電柜、直流轉(zhuǎn)換柜以及綜合控制柜進(jìn)行聯(lián)動，在整體的控制系統(tǒng)中，完成對光伏路面的沖、放電的控制。配電箱可通過無線通信專網(wǎng)和配電自動化主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚潆娭髡?，此外還可以實(shí)現(xiàn)對配電智能化終端的自動化控制功能[2]，并具有無功補(bǔ)償、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等功能，保證配電系統(tǒng)始終運(yùn)行在安全、高效的狀態(tài)中[3]。并且在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，在箱體左側(cè)設(shè)置了儲水槽，箱體頂部中央凸起且四周伸出箱體型設(shè)計(jì)，箱體頂部在儲水槽進(jìn)水口上方設(shè)置有開口，這種設(shè)計(jì)可以極大地提高配電箱的散熱性能，從而保證配電柜的正常工作。如此設(shè)計(jì)的直流配電箱完全符合城市智慧能源公建項(xiàng)目所要求的高效、安全、可靠。直流配電箱為用戶的管理和維護(hù)提供直觀的電流、電壓指示, 也可根據(jù)用戶需要提供各支路通斷情況及聲光告警指示[4]。直流配電減少了電源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，相對于交流供電而言，直流供電具有線路成本低、輸電損耗小、便于新能源接入、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[5-8]。

1 直流配電柜整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

對于直流配電箱整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先一定要完美的契合城市智慧公建項(xiàng)目的要求，即高效、安全、可靠；然后還要考慮到目前已知配電箱的常見故障，如何能在設(shè)計(jì)中改善這一情況，避免這些故障的的發(fā)生，需要經(jīng)過充分的設(shè)計(jì)研究。

現(xiàn)如今比較常見的配電箱有兩大類，分別為金屬制配電箱和木制配電箱，但在實(shí)踐應(yīng)用中，由于金屬制配電箱的安全防護(hù)等級比木制的高，因此人們普遍青睞金屬制配電箱，并且常見的金屬制配電箱中，鐵質(zhì)配電箱占了大部分[9]。因此在選材上，此次設(shè)計(jì)的直流配電箱采用的是符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鐵制配電箱。

考慮到配電箱的常見故障，需要采取一些措施來解決。

1.1 對于原材料質(zhì)量的不過關(guān)，加強(qiáng)配電箱采購過程中的檢驗(yàn)工作。

在實(shí)際運(yùn)行中，能夠造成配電箱出現(xiàn)故障的因素有很多，其中有一個及其重要的原因是配電箱的材料存在問題，從而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。針對材料采購這一環(huán)節(jié)，需要相關(guān)的專業(yè)人員加強(qiáng)對材料質(zhì)量的篩選及性能的排查。采購人員也應(yīng)對配電箱的結(jié)構(gòu)和性能有一定的了解，并安排相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員對配電箱內(nèi)部的元件以及整體進(jìn)行全面檢查。同時對配電箱進(jìn)行組裝和安裝時，一定要嚴(yán)格執(zhí)行國家的有關(guān)規(guī)定，使設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠安全穩(wěn)定。在安裝設(shè)備之前，必須要考慮到配電箱的運(yùn)行環(huán)境，一定要保證配電箱能夠在合適的位置工作，從而降低設(shè)備故障的概率[6]。

1.2 根據(jù)具體設(shè)備場景和施工方式，設(shè)計(jì)直流配電箱的接線方式。

設(shè)計(jì)的如圖1 為直流配電箱裝配圖。

圖1 直流配電箱裝配圖

本設(shè)計(jì)所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流配電箱，其可以將總輸入直流分為多路，并且每路都有熔斷器及斷路器等保護(hù)裝置，以達(dá)到對直流電能進(jìn)行分配、變壓，以及對后級用電設(shè)備保護(hù)的功能。設(shè)計(jì)的直流配電箱，其特征在于，包括：箱門、箱門手柄、標(biāo)識牌、吊耳、箱體底部、箱體頂部、第一安裝板、一級斷路器、第二安裝板、直流變壓器、第三安裝板、熔斷器組、第四安裝板、二級斷路器組、線束、第一斷路器室、變壓器室、熔斷器室、第二斷路器室、底部綁線梁、儲水槽、開口、進(jìn)水口、出水口。箱門手柄、標(biāo)識牌位于柜門上；吊耳位于箱體頂部的上部；底部綁線梁位于箱體底部的上部；第一安裝板位于第一斷路器室的內(nèi)部；第二安裝板位于變壓器室的內(nèi)部；第三安裝板位于熔斷器室的內(nèi)部；第三安裝板位于第二斷路器室的內(nèi)部；儲水槽位于箱體頂部的左側(cè)；開口位于箱體頂部上；進(jìn)水口位于儲水槽的上端；出水口位于儲水槽的下端。最重要的是，本設(shè)計(jì)直流配電箱分別在箱體左右側(cè)面設(shè)置了儲水槽，箱體頂部中央凸起且四周伸出箱體型設(shè)計(jì)，箱體頂部在儲水槽進(jìn)水口上方設(shè)置有開口，這種設(shè)計(jì)可以極大地提高配電箱的散熱性能，從而保證配電箱的正常工作。

2 直流配電箱內(nèi)部接線的設(shè)計(jì)

由于直流配電箱擁有較好的傳導(dǎo)性能，所以其廣泛的應(yīng)用到了很多領(lǐng)域，對于直流配電箱內(nèi)部接線的設(shè)計(jì)，要與現(xiàn)有項(xiàng)目的電力產(chǎn)品完美的結(jié)合起來。

此次設(shè)計(jì)的直流配電箱主要應(yīng)用到了智慧能源公建項(xiàng)目中的光伏路面。光伏發(fā)電組件共組成7 個組串，各組串通過直流線纜并聯(lián)至直流匯流箱匯流后，經(jīng)整流器接至綠色公建能源集控站直流400 伏母線。

如圖2 為直流配電箱的一次接線原理圖。

圖2 直流配電箱原理圖

需要注意以下問題：（1）直流配電箱的內(nèi)部接線，對于負(fù)載匹配不僅要做到正確，還有做到科學(xué)合理，因此在實(shí)踐中大多選取類似CJ20SI 型的交流接觸器，并且在安裝時，要保證交流接觸器線圈電壓與電流動作保護(hù)器相對應(yīng)的接線端子相連。除此之外，關(guān)于交流接觸器的選擇要嚴(yán)格，一般選絕緣等級在A級或A 級以上的產(chǎn)品，從而能夠保證主回路觸點(diǎn)的額定電流大于或等于被控制線路的負(fù)荷電流。

（2）還要對原配電箱的低壓電容器組進(jìn)行改進(jìn)，更改它的接線方式，并將它安裝在交流接觸器的樁頭上，這樣做可以防止因工作運(yùn)行中電容器電路發(fā)生缺相故障或電容器損壞時，造成計(jì)量裝置計(jì)量不準(zhǔn)確。

（3）配電箱進(jìn)出線應(yīng)選擇符合一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和安全等級的低壓電纜，如30kVA 或者50kVA 的變壓器配電箱一般要選擇使用VV22-35×4 電纜作為進(jìn)線，而分路的出線則應(yīng)該使用相同規(guī)格的VLV22-35×4 電纜，再如80kVA 或者100kVA 的變壓器配電箱一般要選擇使用VV22-50×4 或者VV22-70×4 電纜作為進(jìn)線，而分路出線則使VLV22-50×4 或者VLV22-70×4電纜[10-11]。

3 結(jié)論

在中新天津生態(tài)城智慧能源小鎮(zhèn)示范工程城市智慧能源公建項(xiàng)目的支撐下，設(shè)計(jì)的直流配電箱能夠很好的應(yīng)用到此項(xiàng)目中相關(guān)的電力產(chǎn)品，還能夠有效解決電能使用效率低下的問題，同時保證了設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下的安全、可靠。這樣的特性完全符合智慧能源節(jié)能減排、綠色安全的特點(diǎn)，并且對于直流配電箱中的門板或底板等零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅做到了美觀大方，還充分考慮到了實(shí)際應(yīng)用中的便利需求。