配電房高低壓配電柜優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

謝汝江，韓威

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司沭陽(yáng)縣供電分公司，江蘇 宿遷 223600）

0 引言

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，配電柜也得到了廣泛應(yīng)用。配電柜作為電力供應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于電能的分配和保護(hù)。但是，由于不同地區(qū)的環(huán)境、氣候和用電負(fù)荷等因素的不同，導(dǎo)致配電柜在使用中存在很多問(wèn)題，如漏電、電壓不穩(wěn)定、過(guò)載和設(shè)備老化等。因此，針對(duì)配電柜設(shè)計(jì)的優(yōu)化具有重要意義。

1 配電房高低壓配電柜的分類

高低壓配電柜是配電房中至關(guān)重要的設(shè)備之一，它主要用于配電系統(tǒng)中對(duì)電流、電壓進(jìn)行控制和保護(hù)。根據(jù)其使用的電壓等級(jí)不同，高低壓配電柜可以分為以下3 類。

1.1 低壓配電柜

低壓配電柜使用的電壓等級(jí)在1kV 以下，廣泛應(yīng)用于住宅、商業(yè)建筑等場(chǎng)所的電力系統(tǒng)中。低壓配電柜的主要功能是將電力系統(tǒng)中的電能分配到各個(gè)用電設(shè)備中，同時(shí)保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。低壓配電柜通常由熔斷器、斷路器、接觸器、繼電器、開(kāi)關(guān)等組成，并且可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)量、保護(hù)等各種功能。

1.2 中壓配電柜

中壓配電柜所使用的電壓等級(jí)在1～35kV，主要應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)、大型商業(yè)建筑等場(chǎng)所的電力系統(tǒng)中。中壓配電柜的主要作用是調(diào)節(jié)電壓、分配電能、保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)控和控制。中壓配電柜通常具有智能化程度高、安裝方便、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以有效地提高電力系統(tǒng)的管理效率和運(yùn)行質(zhì)量。

1.3 高壓配電柜

高壓配電柜使用的電壓等級(jí)在35kV 以上，主要應(yīng)用于工業(yè)大廈、地下鐵道、高層建筑等場(chǎng)所的電力系統(tǒng)中。高壓配電柜的主要作用是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行控制和保護(hù)，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。高壓配電柜通常具有較高的安全等級(jí)和防護(hù)等級(jí)，可以有效地保護(hù)配電系統(tǒng)中的設(shè)備和人員安全。

2 配電房高低壓配電柜的設(shè)計(jì)原則

配電房是供電系統(tǒng)中很重要的一部分，它的作用是將電力從發(fā)電站輸送至用戶手中，供電房的設(shè)計(jì)也是非常重要的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)好的配電房可以提高設(shè)備的可靠性、保障電力的安全性，提高供電的效率和穩(wěn)定性。在配電房中，高低壓配電柜是其中的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)原則包括以下4 個(gè)方面。

2.1 安全性原則

安全是設(shè)計(jì)高低壓配電柜時(shí)必須考慮的首要要素。高低壓配電柜在運(yùn)行時(shí)會(huì)經(jīng)常發(fā)生短路、過(guò)載、接地等故障，這些故障有可能會(huì)造成人員以及設(shè)備的傷害。因此，設(shè)計(jì)高低壓配電柜時(shí)必須要考慮到安全措施。首先，高低壓配電柜設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合國(guó)家相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，其次，應(yīng)該使用高品質(zhì)的金屬材料來(lái)承接配電柜的系統(tǒng)，從而保持其穩(wěn)定性和安全性。對(duì)超負(fù)荷和短路等故障時(shí)，高低壓配電柜應(yīng)當(dāng)有自動(dòng)斷電裝置，以及適當(dāng)?shù)木瘓?bào)系統(tǒng)來(lái)通知人工處理，從而確保人員和設(shè)備的安全[1]。

2.2 合理性原則

高低壓配電柜需要滿足用戶的需求，以及適應(yīng)不同負(fù)載條件的要求，所以設(shè)計(jì)配電柜時(shí)必須采用合理的設(shè)計(jì)方案。比如在設(shè)計(jì)高低壓配電柜時(shí)，應(yīng)該考慮柜內(nèi)的尺寸合理，保證容納各種類型的設(shè)備，并且所有設(shè)備之間的布局應(yīng)該合理，便于日常維護(hù)保養(yǎng)。同時(shí)，還應(yīng)該保證電纜的布線路徑、接線端子、接線環(huán)境、線纜的長(zhǎng)度、安裝方式等等方面均是合理的[2]。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性原則要求配電柜采用單位成本較低的材料，在滿足安全及技術(shù)要求的前提下，盡可能地降低成本。對(duì)高低壓配電柜的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該盡可能選擇可經(jīng)濟(jì)化的元件，這樣才能在一定的技術(shù)指標(biāo)下實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)性。盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件等等，充分利用電器元件的特性，減少成本。

2.4 可行性原則

可行性原則要求任何技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有可行性，在可預(yù)期的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)、培訓(xùn)、管理等等方面均可操作。在高低配電柜的設(shè)計(jì)中，也必須具有可行性，設(shè)計(jì)方案應(yīng)該具體化、詳細(xì)化，并能視情況適時(shí)調(diào)整。設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮到工人的操作難度，保證工人能夠順利開(kāi)展工作。此外，可行性原則還要求設(shè)計(jì)具備一定的可擴(kuò)展性，能夠根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展或改變高低壓配電柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而提高配電柜的應(yīng)用價(jià)值，滿足現(xiàn)代股份制電力企業(yè)快速發(fā)展的需要。

3 配電房高低壓配電柜可能存在的問(wèn)題

配電房是電力系統(tǒng)中非常重要的組成部分，它以高低壓配電柜為主要設(shè)備，用來(lái)分配和控制電能。然而，配電柜在使用過(guò)程中也會(huì)遇到一些問(wèn)題，需要采取相應(yīng)的措施來(lái)解決。下面將針對(duì)配電房高低壓配電柜可能存在的問(wèn)題進(jìn)行論述，并提出相應(yīng)的解決措施。

3.1 漏電問(wèn)題

配電柜內(nèi)部存在大量電器設(shè)備，如果這些設(shè)備出現(xiàn)漏電問(wèn)題，很容易造成電擊事故和設(shè)備損壞。因此，需要采取措施來(lái)預(yù)防和解決漏電問(wèn)題。首先，要加強(qiáng)維護(hù)。定期對(duì)高低壓配電柜進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備漏電問(wèn)題，保證配電柜的正常運(yùn)行。其次，要使用漏電保護(hù)器。增加漏電保護(hù)器的裝置，一旦出現(xiàn)漏電情況，保護(hù)器就會(huì)自動(dòng)切斷電源，保護(hù)電氣設(shè)備和人員的安全。最后，提高設(shè)備的絕緣水平。加強(qiáng)設(shè)備的絕緣水平，減少漏電的發(fā)生，提升整個(gè)配電環(huán)境的安全性[3]。

3.2 電壓不穩(wěn)定問(wèn)題

配電柜是一類電力設(shè)備，其功能是進(jìn)行電能的分配和控制，是確保供電的穩(wěn)定性的重要保障。在不斷增長(zhǎng)的用電量和不斷變化的電網(wǎng)環(huán)境下，配電柜不可避免地遇到電壓波動(dòng)等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞，因此需要采取相應(yīng)的措施來(lái)解決。為了緩解電網(wǎng)電壓波動(dòng)帶來(lái)的影響，可以在配電柜的輸入端增加電容器。這樣做的好處在于可以吸收電壓的瞬時(shí)波動(dòng)，抑制電壓的頻率變化，從而保證穩(wěn)定的供電質(zhì)量，提高設(shè)備的工作效率。

3.3 過(guò)載問(wèn)題

高低壓配電柜是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的設(shè)備，用于分配電源電能和控制電力負(fù)荷。在實(shí)際應(yīng)用中，配電柜不可避免地會(huì)面臨過(guò)載問(wèn)題，從而產(chǎn)生電器故障、維修費(fèi)用增加等危害。避免過(guò)載問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備壽命的延長(zhǎng)至關(guān)重要。

加強(qiáng)設(shè)備選型是避免過(guò)載問(wèn)題的一種有效方法。在選擇高低壓配電柜時(shí)，應(yīng)該考慮到負(fù)荷和設(shè)備的匹配度，根據(jù)具體場(chǎng)景選擇合適的配電柜。例如，對(duì)需要承載大容量負(fù)載的場(chǎng)景，應(yīng)該選擇功率更大的設(shè)備，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

增加配電柜的容量也是防止過(guò)載問(wèn)題的一個(gè)重要手段。在設(shè)計(jì)和安裝配電柜時(shí)，應(yīng)該考慮到負(fù)荷增加的潛在風(fēng)險(xiǎn)，給配電柜留出一定的冗余容量，以備突發(fā)情況。這樣一來(lái)，即便負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了劇烈波動(dòng)，配電柜也有一定的緩沖能力。

加強(qiáng)監(jiān)控也是避免過(guò)載問(wèn)題的關(guān)鍵方法。在配電柜中安裝功率監(jiān)測(cè)器和電流監(jiān)測(cè)器等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的負(fù)載情況，并及時(shí)調(diào)整和處理過(guò)載問(wèn)題。例如，在負(fù)荷過(guò)大時(shí)，可以通過(guò)降低電壓或增加電流限制器的方法有效地減輕負(fù)荷壓力。

除了以上方法之外，還需要在配電柜的維護(hù)和管理方面加強(qiáng)措施。在配電柜的平時(shí)維護(hù)過(guò)程中，要及時(shí)清理積塵和維護(hù)保護(hù)設(shè)備，檢查保險(xiǎn)絲的導(dǎo)電和斷路器的觸頭情況，及時(shí)維修或更換老化或故障設(shè)備[4]。

3.4 設(shè)備老化問(wèn)題

高低壓配電柜系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要部分，也是電能在建筑物中分配的主要方式。然而，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行不可避免地會(huì)導(dǎo)致各種各樣的問(wèn)題。這些問(wèn)題包括設(shè)備老化、連接處松動(dòng)、絕緣損壞等，可能會(huì)引起電擊、火災(zāi)等嚴(yán)重事故，因此定期維護(hù)和更換老化設(shè)備至關(guān)重要。定期維護(hù)是確保配電柜設(shè)備運(yùn)行不斷的關(guān)鍵。定期檢查和維護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或更換，以避免設(shè)備老化引起故障。對(duì)配電柜內(nèi)的各種設(shè)備，應(yīng)制訂相應(yīng)的維護(hù)計(jì)劃，并定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。

更換老化設(shè)備也是確保配電柜系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)老化情況，要及時(shí)更換新設(shè)備，建議定期更換配電柜內(nèi)部設(shè)備的年限為10 年以上。同時(shí)，應(yīng)選擇具有高品質(zhì)、高可靠性和先進(jìn)技術(shù)的設(shè)備，以確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全穩(wěn)定。做好設(shè)備保養(yǎng)記錄也是確保配電柜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。及時(shí)記錄配電柜內(nèi)部設(shè)備的更新和保養(yǎng)情況，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行維護(hù)和修理。此外，還可以對(duì)維護(hù)保養(yǎng)工作進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)，以不斷提高配電柜系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。

4 配電房高低壓配電柜的優(yōu)化方案

電力配電房高低壓配電柜是電力系統(tǒng)的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，它的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)電力系統(tǒng)的性能和安全都有著至關(guān)重要的作用。本文將從4 個(gè)方面討論電力配電房高低壓配電柜的優(yōu)化方案。

4.1 電源運(yùn)行的可靠性方面

電力供應(yīng)的可靠性是電力系統(tǒng)中最核心的問(wèn)題之一，因此在設(shè)計(jì)電力配電房高低壓配電柜的時(shí)候，需要充分考慮電源運(yùn)行的可靠性。為了確保電源在停電、瞬間斷電、電壓低于額定值等情況下仍能為運(yùn)行設(shè)備提供電力保障，可以采用以下優(yōu)化措施。

首先，在高低壓配電柜中增設(shè)雙重電源備份系統(tǒng)。當(dāng)一組電源故障時(shí)，備用電源可以自動(dòng)啟動(dòng)，并且切換時(shí)間很短，確保其他設(shè)備的正常運(yùn)行。這些備用電源既可以是單獨(dú)的系統(tǒng)，也可以是通過(guò)多線徑的方式進(jìn)行備份。這樣可以有效地解決一些單點(diǎn)故障問(wèn)題，提高電源的可靠性。

其次，在高低壓配電柜的設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置變電所的環(huán)路供電，并且使用環(huán)路電源和非環(huán)路電源的結(jié)構(gòu)。這樣當(dāng)環(huán)路電纜、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)非環(huán)路的電源自動(dòng)切換，將配電房環(huán)路中斷電，確保整個(gè)配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這種方式不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，還可以避免一些突發(fā)事故對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響。

除此之外，對(duì)電力系統(tǒng)的配電設(shè)備，還需要進(jìn)行定期的維護(hù)和檢查。在運(yùn)行過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除一些潛在的故障和隱患，可以減少電力系統(tǒng)的損壞和短路事故，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

4.2 設(shè)備機(jī)房的布局方面

在設(shè)計(jì)高低壓配電柜時(shí)，必須考慮到機(jī)房的布局和設(shè)計(jì)，優(yōu)化機(jī)房的空氣流通和通風(fēng)以及環(huán)保措施，如選擇低噪音發(fā)電機(jī)組、在設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)安裝大氣流量控制設(shè)備等。具體來(lái)看，在構(gòu)建設(shè)備機(jī)房的過(guò)程中，有以下幾個(gè)方面需要注意。

首先是機(jī)房噪聲問(wèn)題。很多設(shè)備機(jī)房中存在著非常嚴(yán)重的噪聲污染問(wèn)題，這會(huì)極大地影響到機(jī)房周?chē)沫h(huán)境和人員的生活和工作。因此，必須采取一定的安裝降噪措施，防止過(guò)度污染大氣。

其次是機(jī)房通風(fēng)問(wèn)題。設(shè)備機(jī)房持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行需要充足的氧氣和相對(duì)穩(wěn)定的溫度，而這都需要通過(guò)機(jī)房的通風(fēng)來(lái)保障。因此，必須要將通風(fēng)效果做到良好，確保機(jī)房持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。

最后是環(huán)保問(wèn)題。設(shè)備機(jī)房中需要選擇合適的制冷、制熱等設(shè)備，確保機(jī)房滿足相關(guān)的物理?xiàng)l件和環(huán)保要求。只有這樣，才能夠達(dá)到機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行的目的[5]。

4.3 系統(tǒng)維護(hù)的方便性方面

對(duì)配電房的高低壓配電柜來(lái)說(shuō)，其維護(hù)和故障排除的任務(wù)至關(guān)重要。只有保證配電柜的安全和可靠性，才能確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，維護(hù)方便成為保證電力系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障措施。針對(duì)不同的設(shè)備分類，安裝統(tǒng)一的標(biāo)簽和認(rèn)證，是提高配電柜維護(hù)工作效率的一種重要方案。通過(guò)對(duì)不同設(shè)備的標(biāo)簽分類，能夠讓電力工程師們更加快速、高效地找到相關(guān)設(shè)備，開(kāi)展維護(hù)和識(shí)別的工作。

此外，認(rèn)證設(shè)備也是很有必要的。認(rèn)證的設(shè)備都經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)和測(cè)試，具有穩(wěn)定可靠的品質(zhì)，能夠避免因設(shè)備品質(zhì)問(wèn)題帶來(lái)的不必要的故障和安全隱患。配置運(yùn)行維護(hù)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的自動(dòng)化操作可視化，是提高配電柜維護(hù)工作效率和保證其安全性的一種高科技手段。通過(guò)使用監(jiān)控平臺(tái)，能夠遠(yuǎn)程檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況和故障信息。在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，也可以自動(dòng)化地對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行診斷和修復(fù)。同時(shí)，可視化設(shè)計(jì)也能夠方便維護(hù)工程師們快速獲取資料信息，提高工作效率。

4.4 設(shè)計(jì)的緊湊性和合理性方面

為了減少空間占用，提高產(chǎn)能和系統(tǒng)穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)電力配電房高低壓配電柜時(shí)，必須注意緊湊和合理的設(shè)置。首先，由于電力配電房往往是一個(gè)狹小的區(qū)域，空間非常有限。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)高低壓配電柜時(shí)需要考慮到空間的緊湊和合理性。在這方面，可以采取許多措施，比如將配電箱分開(kāi)進(jìn)行合理排列，對(duì)高低壓配電柜的不同的區(qū)域布局和優(yōu)化研究等等，以提高其緊湊性和可靠性。其次，在高低壓配電柜之間設(shè)置空間隔板也很重要，以確保不同機(jī)房之間的距離。這樣可以有效地避免不同機(jī)房之間的干擾和交叉感染，同時(shí)也可以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，還可以將高低壓配電柜分別安置在不同的區(qū)域，以確保最大程度的隔離和安全。這些措施有助于提高電力配電房的產(chǎn)能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少空間的占用，達(dá)到高效管理的目的。在日常維護(hù)中，還需要定期檢查和維護(hù)高低壓配電柜，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的問(wèn)題，才能有效避免設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從配電房高低壓配電柜的分類、設(shè)計(jì)原則、可能存在的問(wèn)題以及優(yōu)化方案等方面進(jìn)行了研究。在配電房的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)因素，建立起相應(yīng)的優(yōu)化措施和方案，提高電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，從而滿足電力系統(tǒng)的要求。