配電房高低壓配電柜優化設計研究

謝汝江，韓威

（國網江蘇省電力有限公司沭陽縣供電分公司，江蘇 宿遷 223600）

0 引言

隨著電力行業的快速發展，配電柜也得到了廣泛應用。配電柜作為電力供應的關鍵設備，主要用于電能的分配和保護。但是，由于不同地區的環境、氣候和用電負荷等因素的不同，導致配電柜在使用中存在很多問題，如漏電、電壓不穩定、過載和設備老化等。因此，針對配電柜設計的優化具有重要意義。

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重要的設備之一，它主要用于配電系統中對電流、電壓進行控制和保護。根據其使用的電壓等級不同，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在1kV 以下，廣泛應用于住宅、商業建筑等場所的電力系統中。低壓配電柜的主要功能是將電力系統中的電能分配到各個用電設備中，同時保證電力系統的安全穩定運行。低壓配電柜通常由熔斷器、斷路器、接觸器、繼電器、開關等組成，并且可以根據需要實現定時、計量、保護等各種功能。

1.2 中壓配電柜

中壓配電柜所使用的電壓等級在1～35kV，主要應用于工業企業、大型商業建筑等場所的電力系統中。中壓配電柜的主要作用是調節電壓、分配電能、保證電力系統的安全穩定運行，同時可以實現對電力系統的監控和控制。中壓配電柜通常具有智能化程度高、安裝方便、性能穩定等特點，可以有效地提高電力系統的管理效率和運行質量。

1.3 高壓配電柜

高壓配電柜使用的電壓等級在35kV 以上，主要應用于工業大廈、地下鐵道、高層建筑等場所的電力系統中。高壓配電柜的主要作用是對電力系統進行控制和保護，確保電力系統的穩定運行。高壓配電柜通常具有較高的安全等級和防護等級，可以有效地保護配電系統中的設備和人員安全。

2 配電房高低壓配電柜的設計原則

配電房是供電系統中很重要的一部分，它的作用是將電力從發電站輸送至用戶手中，供電房的設計也是非常重要的，因為設計好的配電房可以提高設備的可靠性、保障電力的安全性，提高供電的效率和穩定性。在配電房中，高低壓配電柜是其中的重要組成部分，它的設計原則包括以下4 個方面。

2.1 安全性原則

安全是設計高低壓配電柜時必須考慮的首要要素。高低壓配電柜在運行時會經常發生短路、過載、接地等故障，這些故障有可能會造成人員以及設備的傷害。因此，設計高低壓配電柜時必須要考慮到安全措施。首先，高低壓配電柜設計應當符合國家相關的安全標準，其次，應該使用高品質的金屬材料來承接配電柜的系統，從而保持其穩定性和安全性。對超負荷和短路等故障時，高低壓配電柜應當有自動斷電裝置，以及適當的警報系統來通知人工處理，從而確保人員和設備的安全[1]。

2.2 合理性原則

高低壓配電柜需要滿足用戶的需求，以及適應不同負載條件的要求，所以設計配電柜時必須采用合理的設計方案。比如在設計高低壓配電柜時，應該考慮柜內的尺寸合理，保證容納各種類型的設備，并且所有設備之間的布局應該合理，便于日常維護保養。同時，還應該保證電纜的布線路徑、接線端子、接線環境、線纜的長度、安裝方式等等方面均是合理的[2]。

2.3 經濟性原則

經濟性原則要求配電柜采用單位成本較低的材料，在滿足安全及技術要求的前提下，盡可能地降低成本。對高低壓配電柜的設計來說，應該盡可能選擇可經濟化的元件，這樣才能在一定的技術指標下實現最大化的經濟性。盡量使用標準件、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設計應當具有可行性，在可預期的時間內實現、培訓、管理等等方面均可操作。在高低配電柜的設計中，也必須具有可行性，設計方案應該具體化、詳細化，并能視情況適時調整。設計方案應充分考慮到工人的操作難度，保證工人能夠順利開展工作。此外，可行性原則還要求設計具備一定的可擴展性，能夠根據實際需要擴展或改變高低壓配電柜的內部結構，從而提高配電柜的應用價值，滿足現代股份制電力企業快速發展的需要。

3 配電房高低壓配電柜可能存在的問題

配電房是電力系統中非常重要的組成部分，它以高低壓配電柜為主要設備，用來分配和控制電能。然而，配電柜在使用過程中也會遇到一些問題，需要采取相應的措施來解決。下面將針對配電房高低壓配電柜可能存在的問題進行論述，并提出相應的解決措施。

3.1 漏電問題

配電柜內部存在大量電器設備，如果這些設備出現漏電問題，很容易造成電擊事故和設備損壞。因此，需要采取措施來預防和解決漏電問題。首先，要加強維護。定期對高低壓配電柜進行檢查和維護，及時發現和解決設備漏電問題，保證配電柜的正常運行。其次，要使用漏電保護器。增加漏電保護器的裝置，一旦出現漏電情況，保護器就會自動切斷電源，保護電氣設備和人員的安全。最后，提高設備的絕緣水平。加強設備的絕緣水平，減少漏電的發生，提升整個配電環境的安全性[3]。

3.2 電壓不穩定問題

配電柜是一類電力設備，其功能是進行電能的分配和控制，是確保供電的穩定性的重要保障。在不斷增長的用電量和不斷變化的電網環境下，配電柜不可避免地遇到電壓波動等問題，這些問題會導致設備損壞，因此需要采取相應的措施來解決。為了緩解電網電壓波動帶來的影響，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波動，抑制電壓的頻率變化，從而保證穩定的供電質量，提高設備的工作效率。

3.3 過載問題

高低壓配電柜是電力系統中常見的設備，用于分配電源電能和控制電力負荷。在實際應用中，配電柜不可避免地會面臨過載問題，從而產生電器故障、維修費用增加等危害。避免過載問題的發生，對電力系統的穩定運行和設備壽命的延長至關重要。

加強設備選型是避免過載問題的一種有效方法。在選擇高低壓配電柜時，應該考慮到負荷和設備的匹配度，根據具體場景選擇合適的配電柜。例如，對需要承載大容量負載的場景，應該選擇功率更大的設備，以保證設備的正常運行。

增加配電柜的容量也是防止過載問題的一個重要手段。在設計和安裝配電柜時，應該考慮到負荷增加的潛在風險，給配電柜留出一定的冗余容量，以備突發情況。這樣一來，即便負荷在短時間內出現了劇烈波動，配電柜也有一定的緩沖能力。

加強監控也是避免過載問題的關鍵方法。在配電柜中安裝功率監測器和電流監測器等，可以實時監測設備的負載情況，并及時調整和處理過載問題。例如，在負荷過大時，可以通過降低電壓或增加電流限制器的方法有效地減輕負荷壓力。

除了以上方法之外，還需要在配電柜的維護和管理方面加強措施。在配電柜的平時維護過程中，要及時清理積塵和維護保護設備，檢查保險絲的導電和斷路器的觸頭情況，及時維修或更換老化或故障設備[4]。

3.4 設備老化問題

高低壓配電柜系統是電力系統的重要部分，也是電能在建筑物中分配的主要方式。然而，長時間的運行不可避免地會導致各種各樣的問題。這些問題包括設備老化、連接處松動、絕緣損壞等，可能會引起電擊、火災等嚴重事故，因此定期維護和更換老化設備至關重要。定期維護是確保配電柜設備運行不斷的關鍵。定期檢查和維護可以及時發現隱患并對設備進行維護或更換，以避免設備老化引起故障。對配電柜內的各種設備，應制訂相應的維護計劃，并定期進行檢查和維護。

更換老化設備也是確保配電柜系統長期穩定運行的重要措施。一旦發現內部設備出現老化情況，要及時更換新設備，建議定期更換配電柜內部設備的年限為10 年以上。同時，應選擇具有高品質、高可靠性和先進技術的設備，以確保系統的運行效率和安全穩定。做好設備保養記錄也是確保配電柜系統運行穩定的重要環節。及時記錄配電柜內部設備的更新和保養情況，可以及時發現問題并進行維護和修理。此外，還可以對維護保養工作進行評估和改進，以不斷提高配電柜系統的運行效率和可靠性。

4 配電房高低壓配電柜的優化方案

電力配電房高低壓配電柜是電力系統的一個必不可少的環節，它的設計和優化對電力系統的性能和安全都有著至關重要的作用。本文將從4 個方面討論電力配電房高低壓配電柜的優化方案。

4.1 電源運行的可靠性方面

電力供應的可靠性是電力系統中最核心的問題之一，因此在設計電力配電房高低壓配電柜的時候，需要充分考慮電源運行的可靠性。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行設備提供電力保障，可以采用以下優化措施。

首先，在高低壓配電柜中增設雙重電源備份系統。當一組電源故障時，備用電源可以自動啟動，并且切換時間很短，確保其他設備的正常運行。這些備用電源既可以是單獨的系統，也可以是通過多線徑的方式進行備份。這樣可以有效地解決一些單點故障問題，提高電源的可靠性。

其次，在高低壓配電柜的設計中，可以設置變電所的環路供電，并且使用環路電源和非環路電源的結構。這樣當環路電纜、開關柜等設備發生故障時，可以通過非環路的電源自動切換，將配電房環路中斷電，確保整個配電系統的正常運行。這種方式不僅可以提高系統的可靠性，還可以避免一些突發事故對整個電力系統的影響。

除此之外，對電力系統的配電設備，還需要進行定期的維護和檢查。在運行過程中，及時發現和排除一些潛在的故障和隱患，可以減少電力系統的損壞和短路事故，提高整個系統的可靠性。

4.2 設備機房的布局方面

在設計高低壓配電柜時，必須考慮到機房的布局和設計，優化機房的空氣流通和通風以及環保措施，如選擇低噪音發電機組、在設備機房內安裝大氣流量控制設備等。具體來看，在構建設備機房的過程中，有以下幾個方面需要注意。

首先是機房噪聲問題。很多設備機房中存在著非常嚴重的噪聲污染問題，這會極大地影響到機房周圍的環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，防止過度污染大氣。

其次是機房通風問題。設備機房持續穩定地運行需要充足的氧氣和相對穩定的溫度，而這都需要通過機房的通風來保障。因此，必須要將通風效果做到良好，確保機房持續穩定地運行。

最后是環保問題。設備機房中需要選擇合適的制冷、制熱等設備，確保機房滿足相關的物理條件和環保要求。只有這樣，才能夠達到機房穩定運行的目的[5]。

4.3 系統維護的方便性方面

對配電房的高低壓配電柜來說，其維護和故障排除的任務至關重要。只有保證配電柜的安全和可靠性，才能確保電力系統的正常運行。因此，維護方便成為保證電力系統長期穩定運行的重要保障措施。針對不同的設備分類，安裝統一的標簽和認證，是提高配電柜維護工作效率的一種重要方案。通過對不同設備的標簽分類，能夠讓電力工程師們更加快速、高效地找到相關設備，開展維護和識別的工作。

此外，認證設備也是很有必要的。認證的設備都經過標準化的設計和測試，具有穩定可靠的品質，能夠避免因設備品質問題帶來的不必要的故障和安全隱患。配置運行維護監控平臺，實現進程的自動化操作可視化，是提高配電柜維護工作效率和保證其安全性的一種高科技手段。通過使用監控平臺，能夠遠程檢測設備的運行情況和故障信息。在出現問題時，系統會自動發出報警信息，也可以自動化地對電力系統進行診斷和修復。同時，可視化設計也能夠方便維護工程師們快速獲取資料信息，提高工作效率。

4.4 設計的緊湊性和合理性方面

為了減少空間占用，提高產能和系統穩定性，在設計電力配電房高低壓配電柜時，必須注意緊湊和合理的設置。首先，由于電力配電房往往是一個狹小的區域，空間非常有限。在這樣的情況下，設計高低壓配電柜時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，比如將配電箱分開進行合理排列，對高低壓配電柜的不同的區域布局和優化研究等等，以提高其緊湊性和可靠性。其次，在高低壓配電柜之間設置空間隔板也很重要，以確保不同機房之間的距離。這樣可以有效地避免不同機房之間的干擾和交叉感染，同時也可以保證整個系統的穩定性。此外，還可以將高低壓配電柜分別安置在不同的區域，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能和系統的穩定性，減少空間的占用，達到高效管理的目的。在日常維護中，還需要定期檢查和維護高低壓配電柜，及時發現電力設備的問題，才能有效避免設備故障對系統穩定性的影響。

5 結語

本文從配電房高低壓配電柜的分類、設計原則、可能存在的問題以及優化方案等方面進行了研究。在配電房的規劃與設計中，應綜合考慮各項因素，建立起相應的優化措施和方案，提高電氣設備的穩定性和可靠性，從而滿足電力系統的要求。