适用于城市智慧能源公建的直流配电箱研究

何恩超 奚鹏飞 李鹏程 杨宇全 齐 剑

（1、天津三源电气设备制造有限公司，天津300409 2、国网天津市电力公司滨海供电分公司，天津300450）

近年来，随着电力系统的全面发展以及人类的需求不断增长，人们对城市在信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性等多方面提出了更高要求[1]。同时建设节能减排、绿色安全的智慧城镇，也是国家能源发展转型的重要举措。在此背景下，天津市依托国网公司开展了智慧能源小镇示范工程城市智慧能源公建项目，此项目中，研发了一种完美适配于自身设备的直流配电箱，它可对直流电能进行分配、监控以及保护。它主要安装在在此项目中的光伏路面中，并与网线进电柜、直流转换柜以及综合控制柜进行联动，在整体的控制系统中，完成对光伏路面的冲、放电的控制。配电箱可通过无线通信专网和配电自动化主站系统进行数据通信，将采集到的数据传输到配电主站，此外还可以实现对配电智能化终端的自动化控制功能[2]，并具有无功补偿、配电网运行状态监测等功能，保证配电系统始终运行在安全、高效的状态中[3]。并且在结构的设计上，在箱体左侧设置了储水槽，箱体顶部中央凸起且四周伸出箱体型设计，箱体顶部在储水槽进水口上方设置有开口，这种设计可以极大地提高配电箱的散热性能，从而保证配电柜的正常工作。如此设计的直流配电箱完全符合城市智慧能源公建项目所要求的高效、安全、可靠。直流配电箱为用户的管理和维护提供直观的电流、电压指示, 也可根据用户需要提供各支路通断情况及声光告警指示[4]。直流配电减少了电源转换环节，相对于交流供电而言，直流供电具有线路成本低、输电损耗小、便于新能源接入、供电可靠性高等优点[5-8]。

1 直流配电柜整体结构设计分析

对于直流配电箱整体的结构设计，首先一定要完美的契合城市智慧公建项目的要求，即高效、安全、可靠；然后还要考虑到目前已知配电箱的常见故障，如何能在设计中改善这一情况，避免这些故障的的发生，需要经过充分的设计研究。

现如今比较常见的配电箱有两大类，分别为金属制配电箱和木制配电箱，但在实践应用中，由于金属制配电箱的安全防护等级比木制的高，因此人们普遍青睐金属制配电箱，并且常见的金属制配电箱中，铁质配电箱占了大部分[9]。因此在选材上，此次设计的直流配电箱采用的是符合行业标准的铁制配电箱。

考虑到配电箱的常见故障，需要采取一些措施来解决。

1.1 对于原材料质量的不过关，加强配电箱采购过程中的检验工作。

在实际运行中，能够造成配电箱出现故障的因素有很多，其中有一个及其重要的原因是配电箱的材料存在问题，从而导致了故障的发生。针对材料采购这一环节，需要相关的专业人员加强对材料质量的筛选及性能的排查。采购人员也应对配电箱的结构和性能有一定的了解，并安排相关专业的技术人员对配电箱内部的元件以及整体进行全面检查。同时对配电箱进行组装和安装时，一定要严格执行国家的有关规定，使设备的运转能够安全稳定。在安装设备之前，必须要考虑到配电箱的运行环境，一定要保证配电箱能够在合适的位置工作，从而降低设备故障的概率[6]。

1.2 根据具体设备场景和施工方式，设计直流配电箱的接线方式。

设计的如图1 为直流配电箱装配图。

图1 直流配电箱装配图

本设计所要解决的技术问题是提供一种直流配电箱，其可以将总输入直流分为多路，并且每路都有熔断器及断路器等保护装置，以达到对直流电能进行分配、变压，以及对后级用电设备保护的功能。设计的直流配电箱，其特征在于，包括：箱门、箱门手柄、标识牌、吊耳、箱体底部、箱体顶部、第一安装板、一级断路器、第二安装板、直流变压器、第三安装板、熔断器组、第四安装板、二级断路器组、线束、第一断路器室、变压器室、熔断器室、第二断路器室、底部绑线梁、储水槽、开口、进水口、出水口。箱门手柄、标识牌位于柜门上；吊耳位于箱体顶部的上部；底部绑线梁位于箱体底部的上部；第一安装板位于第一断路器室的内部；第二安装板位于变压器室的内部；第三安装板位于熔断器室的内部；第三安装板位于第二断路器室的内部；储水槽位于箱体顶部的左侧；开口位于箱体顶部上；进水口位于储水槽的上端；出水口位于储水槽的下端。最重要的是，本设计直流配电箱分别在箱体左右侧面设置了储水槽，箱体顶部中央凸起且四周伸出箱体型设计，箱体顶部在储水槽进水口上方设置有开口，这种设计可以极大地提高配电箱的散热性能，从而保证配电箱的正常工作。

2 直流配电箱内部接线的设计

由于直流配电箱拥有较好的传导性能，所以其广泛的应用到了很多领域，对于直流配电箱内部接线的设计，要与现有项目的电力产品完美的结合起来。

此次设计的直流配电箱主要应用到了智慧能源公建项目中的光伏路面。光伏发电组件共组成7 个组串，各组串通过直流线缆并联至直流汇流箱汇流后，经整流器接至绿色公建能源集控站直流400 伏母线。

如图2 为直流配电箱的一次接线原理图。

图2 直流配电箱原理图

需要注意以下问题：（1）直流配电箱的内部接线，对于负载匹配不仅要做到正确，还有做到科学合理，因此在实践中大多选取类似CJ20SI 型的交流接触器，并且在安装时，要保证交流接触器线圈电压与电流动作保护器相对应的接线端子相连。除此之外，关于交流接触器的选择要严格，一般选绝缘等级在A级或A 级以上的产品，从而能够保证主回路触点的额定电流大于或等于被控制线路的负荷电流。

（2）还要对原配电箱的低压电容器组进行改进，更改它的接线方式，并将它安装在交流接触器的桩头上，这样做可以防止因工作运行中电容器电路发生缺相故障或电容器损坏时，造成计量装置计量不准确。

（3）配电箱进出线应选择符合一定技术标准和安全等级的低压电缆，如30kVA 或者50kVA 的变压器配电箱一般要选择使用VV22-35×4 电缆作为进线，而分路的出线则应该使用相同规格的VLV22-35×4 电缆，再如80kVA 或者100kVA 的变压器配电箱一般要选择使用VV22-50×4 或者VV22-70×4 电缆作为进线，而分路出线则使VLV22-50×4 或者VLV22-70×4电缆[10-11]。

3 结论

在中新天津生态城智慧能源小镇示范工程城市智慧能源公建项目的支撑下，设计的直流配电箱能够很好的应用到此项目中相关的电力产品，还能够有效解决电能使用效率低下的问题，同时保证了设备在运行状态下的安全、可靠。这样的特性完全符合智慧能源节能减排、绿色安全的特点，并且对于直流配电箱中的门板或底板等零件的结构设计，不仅做到了美观大方，还充分考虑到了实际应用中的便利需求。