重型吊机中压配电柜的优化配置

羌建兵

（南通润邦重机有限公司，江苏南通226013）

0 引 言

随着国内工业的发展，重型大吨位的吊机需求越来越多，从而引发应用大功率电动机的吊机也越来越多，若低压上电难免会使总动力电缆很粗，为了减小总动力电缆的截面积，中压上电的工厂也越来越多，随之吊机上的中压配电柜需求越来越大，高性价比的配电方案就越为重要。

一般工厂工业三相交流电是380 V，一般吊机也是使用380 V 动力电源，随着重型大吨位吊机的发展需求，吊机必然选用大功率电动机，若动力电源还选用380 V 的话，根据电缆载流量的特性，动力电缆截面积必然会较大，线缆会很粗，这样电缆成本会很高，所以中压电作为动力电源成为吊机的首选。

1 中压配电柜的作用

中压配电柜在电力系统进行发电、输电、配电和电能分配过程中起到隔离、控制和保护用电设备的作用。中压配电柜在吊机上起到配电、开合（隔离）、控制、保护等作用。

2 传统方案

2.1 传统配置方案

根据吊机的负载情况（吊机配一只高压变压器），配备一只进线柜和一只馈线柜，单线图如图1 所示，柜体图如图2、图3 所示。

2.2 此方案的缺点

1）进出线柜的真空断路器功能冗余；2）进出线柜的电流互感器功能冗余；3）进出线柜的综合保护继电器功能冗余；4）中置柜冗余，增加成本；5）中置柜冗余，安装多占电气房空间；6）两套控制设备，控制电源容量较大，一般需配直流屏提供控制电源。

图1 单线图

图2 柜体正面图

图3 柜体内视图

3 优化方案

图4 单线图

工厂吊机作为厂内设备，中压配电柜在吊机上起开合（隔离）、控制、保护作用。其中：真空断路器起开合作用；综合保护继电器、电压互感器（PT）、电流互感器(CT)起控制作用；避雷针(LA)、接地开关(ES)、验电指示器(VD)起保护作用。配电柜配置以上设备就完全能开合、控制、保护吊机的供电系统。为了解决以上两柜的短板，在不减功能的前提下合成一个柜子，进出线合成一个中压配电柜，单线图如图4，柜体正视图如图5(a)，柜体内视图如图5(b)。

图5 柜体结构图

3.1 重型吊机中压上电的原因

供电电缆的铜芯是有电阻的，当电流通过供电电缆时，就会有一部分电能被铜芯的电阻消耗掉（转变成热能），我国目前普遍采用的三相三线制交流输电线路的电功率P=UI。其中：U为输电线电压；I为输电线电流。由欧姆定律可知I=U/R,可得：P=U2/R；R=ρL/S。其中：ρ为输电线电阻率；L为输电线长度；S为输电线截面积。可得P=U2S/(ρL)。其中：ρ是常数，S和L一定时，输电线路的电功率P与输电线路电压平方成正比，假设损耗电能功率P一定时（一般不超过输送功率的10%），供电电压越高，输电线路电缆截面积就可以选择越小，电缆的长度不变，截面积越小，这就可以大大节约供电电缆的成本了。

从减少输电线路的电损耗和节省输电导线所用材料两个方面来说，我们应根据厂内中压配电室实际情况，在吊机安装位置一定、供电距离一定的情况下，首选中压电做为重型吊机输电压为最优化的方案。

3.2 优点分析

两柜并成一柜，大大减少了占地面积，降低了基建投资成本；两种方案占地面积及空间对比如表1 所示。

表1 占地面积及体积对比

真空断路器、电压互感器采用手车式，大大地提高了操作的简易性、安全性和供电的可靠性。手车式真空断路器采用3 工位设计：工作位置，试验位置，隔离位置。在不开门的情况下就可以用摇柄把断路器摇至3 种位置，大大提高了防触电的简易性。手车式真空断路器、接地刀闸、柜门之间都采用了“五防”联锁（详见6.1 节），大大提高了可靠性。

4 两方案对比

4.1 设备对比（如表2）

表2 设备对比

通过表2 可以明显看出：1）在满足开合、控制、保护的前提下，优化后方案的柜子、VCB、综保、CT、LA 数量都是传统方案的一半；2）把原2 套控制的设备优化组合，简化安装到一个柜子，柜子尺寸不变，节约了空间；3）PT 安装在VCB 一次侧，无论VCB 处在何种状态，都可提供控制电源来开合VCB；4）PT 安装方式为抽出式，进线电缆安装与维护方便。

4.2 成本对比（如表3）

表3 成本对比

重型吊机年产量按30 台计算，每年可以节约成本12.58 万元×30 台=377.4 万元。

5 优化方案选型计算

5.1 VCB选型

5.2 PT选型

PT 的工作原理跟变压器相似，一次侧电压根据系统电压来选，二次侧电压根据控制所需要的电压来选，一般分为DC110 V、AC110 V、AC220 V 等，容量根据它带的负载容量来计算。

5.3 CT选型

如图5所示，如ICT就近 值 满 足：0.6ICT就 近值＜I满载＜0.8ICT就近值，扇区B这段范围的值都满足CT选值，则CT选ICT就近值/5A（以上负载为变压器，负载为电动机算IFL时再除以系数0.8），ICT就近值取值范围为扇区B阴影部分。

通过以上公式，可以精准地选出符合配电柜的三大主件，大大提高了性价比。

现以一台1000 t 重型龙门吊为例，详细分析选型过程。

客户要求为：10 kV 供电，电驱动，2 台250 kW 上小车起升电动机，1 台400 kW 下小车起升电动机，1 台110 kW下小车副起升，8 台15 kW 上小车行走电动机，6 台15 kW下小车行走电动机，38 台15 kW 大车行走电动机，根据使用工况要求两小车主起升和大车行走同时工作。

表4 LZZB9-10C(大一互)电流互感器选型参数

通过此公式可以精准地计算出重型吊机中压配电柜的电流互感器的电流比值，又能满足综合保护继电器的保护范围。

6 中压配电装置的操作及安全注意事项

6.1 五防联锁

通过方案的优化，在提高性价比的同时，不能忽略可靠、安全的原则，中压配电柜应具备五防联锁[1]：1)防止误分、误合断路器；2)防止带负荷拉、合隔离开关或手车触头；3)防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）；4)防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；5)防止误入带电间隔。

中压配电柜各种操作联锁的设置会满足倒闸操作“五防”的需要，保证不带负荷断开和闭合隔离触头等。

从图3 可以看出，馈线侧都配置接地开关和带电显示器，只有在真空断路器手车位于试验位置或检修位置时才能操作接地刀闸（接地开关），当接地刀闸（接地开关）在合闸位置时，真空断路器手车不可以推到工作位置。

中置开关柜是密封的，真空断路器和手车、手车与接地刀闸、接地刀闸与开关柜的后门逐级之间都设置有机械联锁装置，实现“五防”操作，确保人身和设备的安全。当接地刀闸没有在合闸状态时，中压柜是无法打开和关闭的，因此在合闸接地刀闸之前只能通过带电显示器的指示来代替验电，确认馈出端是否有电。

6.2 中压柜的操作及注意事项

1）手车式中压开关柜停电检修时的操作顺序：分闸断断路器并确认其位置→拉（摇）出手车至试验位置（或检修通道）→验明（或通过带电显示器确认）出线（负荷）端无电→合上接地闸刀并确认合闸到位→打开后门进行检修。

2）手车式中压开关柜检修完毕送电时的操作顺序：（清理柜内物品后）关好柜门→拉开接地刀闸并确认其位置→将手车推（或摇）至工作位置→合上断路器并确认位置。

3）操作注意事项：非特殊情况下禁止采用开关柜面板上的分闸及合闸按钮进行断路器的分合闸操作；非特殊情况下严禁进入柜内采用断路器手车上的分闸及合闸按钮进行断路器的分合闸操作；非特殊情况下并没得到主管同意下，严禁开启密封的母线室隔离板；断路器手车、电压互感器手车必须在“试验位置”时，才能插上和解除二次插头。严禁断路器手车、电压互感器手车在“合闸”或“工作位置”时，装上或解除二次插头。

7 结 语

总之，重型吊机作为工厂市电电气房的个体用电设备，电气房总配电室就是吊机的“市电”，在满足“隔离、可靠、安全”原则下，起到“开合、控制、保护”作用，单体进出线中压配电柜是性价比最高的首选方案。