配电房高低压配电柜优化设计研究

谢汝江，韩威

（国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司，江苏 宿迁 223600）

0 引言

随着电力行业的快速发展，配电柜也得到了广泛应用。配电柜作为电力供应的关键设备，主要用于电能的分配和保护。但是，由于不同地区的环境、气候和用电负荷等因素的不同，导致配电柜在使用中存在很多问题，如漏电、电压不稳定、过载和设备老化等。因此，针对配电柜设计的优化具有重要意义。

1 配电房高低压配电柜的分类

高低压配电柜是配电房中至关重要的设备之一，它主要用于配电系统中对电流、电压进行控制和保护。根据其使用的电压等级不同，高低压配电柜可以分为以下3 类。

1.1 低压配电柜

低压配电柜使用的电压等级在1kV 以下，广泛应用于住宅、商业建筑等场所的电力系统中。低压配电柜的主要功能是将电力系统中的电能分配到各个用电设备中，同时保证电力系统的安全稳定运行。低压配电柜通常由熔断器、断路器、接触器、继电器、开关等组成，并且可以根据需要实现定时、计量、保护等各种功能。

1.2 中压配电柜

中压配电柜所使用的电压等级在1～35kV，主要应用于工业企业、大型商业建筑等场所的电力系统中。中压配电柜的主要作用是调节电压、分配电能、保证电力系统的安全稳定运行，同时可以实现对电力系统的监控和控制。中压配电柜通常具有智能化程度高、安装方便、性能稳定等特点，可以有效地提高电力系统的管理效率和运行质量。

1.3 高压配电柜

高压配电柜使用的电压等级在35kV 以上，主要应用于工业大厦、地下铁道、高层建筑等场所的电力系统中。高压配电柜的主要作用是对电力系统进行控制和保护，确保电力系统的稳定运行。高压配电柜通常具有较高的安全等级和防护等级，可以有效地保护配电系统中的设备和人员安全。

2 配电房高低压配电柜的设计原则

配电房是供电系统中很重要的一部分，它的作用是将电力从发电站输送至用户手中，供电房的设计也是非常重要的，因为设计好的配电房可以提高设备的可靠性、保障电力的安全性，提高供电的效率和稳定性。在配电房中，高低压配电柜是其中的重要组成部分，它的设计原则包括以下4 个方面。

2.1 安全性原则

安全是设计高低压配电柜时必须考虑的首要要素。高低压配电柜在运行时会经常发生短路、过载、接地等故障，这些故障有可能会造成人员以及设备的伤害。因此，设计高低压配电柜时必须要考虑到安全措施。首先，高低压配电柜设计应当符合国家相关的安全标准，其次，应该使用高品质的金属材料来承接配电柜的系统，从而保持其稳定性和安全性。对超负荷和短路等故障时，高低压配电柜应当有自动断电装置，以及适当的警报系统来通知人工处理，从而确保人员和设备的安全[1]。

2.2 合理性原则

高低压配电柜需要满足用户的需求，以及适应不同负载条件的要求，所以设计配电柜时必须采用合理的设计方案。比如在设计高低压配电柜时，应该考虑柜内的尺寸合理，保证容纳各种类型的设备，并且所有设备之间的布局应该合理，便于日常维护保养。同时，还应该保证电缆的布线路径、接线端子、接线环境、线缆的长度、安装方式等等方面均是合理的[2]。

2.3 经济性原则

经济性原则要求配电柜采用单位成本较低的材料，在满足安全及技术要求的前提下，尽可能地降低成本。对高低压配电柜的设计来说，应该尽可能选择可经济化的元件，这样才能在一定的技术指标下实现最大化的经济性。尽量使用标准件、通用件等等，充分利用电器元件的特性，减少成本。

2.4 可行性原则

可行性原则要求任何技术设计应当具有可行性，在可预期的时间内实现、培训、管理等等方面均可操作。在高低配电柜的设计中，也必须具有可行性，设计方案应该具体化、详细化，并能视情况适时调整。设计方案应充分考虑到工人的操作难度，保证工人能够顺利开展工作。此外，可行性原则还要求设计具备一定的可扩展性，能够根据实际需要扩展或改变高低压配电柜的内部结构，从而提高配电柜的应用价值，满足现代股份制电力企业快速发展的需要。

3 配电房高低压配电柜可能存在的问题

配电房是电力系统中非常重要的组成部分，它以高低压配电柜为主要设备，用来分配和控制电能。然而，配电柜在使用过程中也会遇到一些问题，需要采取相应的措施来解决。下面将针对配电房高低压配电柜可能存在的问题进行论述，并提出相应的解决措施。

3.1 漏电问题

配电柜内部存在大量电器设备，如果这些设备出现漏电问题，很容易造成电击事故和设备损坏。因此，需要采取措施来预防和解决漏电问题。首先，要加强维护。定期对高低压配电柜进行检查和维护，及时发现和解决设备漏电问题，保证配电柜的正常运行。其次，要使用漏电保护器。增加漏电保护器的装置，一旦出现漏电情况，保护器就会自动切断电源，保护电气设备和人员的安全。最后，提高设备的绝缘水平。加强设备的绝缘水平，减少漏电的发生，提升整个配电环境的安全性[3]。

3.2 电压不稳定问题

配电柜是一类电力设备，其功能是进行电能的分配和控制，是确保供电的稳定性的重要保障。在不断增长的用电量和不断变化的电网环境下，配电柜不可避免地遇到电压波动等问题，这些问题会导致设备损坏，因此需要采取相应的措施来解决。为了缓解电网电压波动带来的影响，可以在配电柜的输入端增加电容器。这样做的好处在于可以吸收电压的瞬时波动，抑制电压的频率变化，从而保证稳定的供电质量，提高设备的工作效率。

3.3 过载问题

高低压配电柜是电力系统中常见的设备，用于分配电源电能和控制电力负荷。在实际应用中，配电柜不可避免地会面临过载问题，从而产生电器故障、维修费用增加等危害。避免过载问题的发生，对电力系统的稳定运行和设备寿命的延长至关重要。

加强设备选型是避免过载问题的一种有效方法。在选择高低压配电柜时，应该考虑到负荷和设备的匹配度，根据具体场景选择合适的配电柜。例如，对需要承载大容量负载的场景，应该选择功率更大的设备，以保证设备的正常运行。

增加配电柜的容量也是防止过载问题的一个重要手段。在设计和安装配电柜时，应该考虑到负荷增加的潜在风险，给配电柜留出一定的冗余容量，以备突发情况。这样一来，即便负荷在短时间内出现了剧烈波动，配电柜也有一定的缓冲能力。

加强监控也是避免过载问题的关键方法。在配电柜中安装功率监测器和电流监测器等，可以实时监测设备的负载情况，并及时调整和处理过载问题。例如，在负荷过大时，可以通过降低电压或增加电流限制器的方法有效地减轻负荷压力。

除了以上方法之外，还需要在配电柜的维护和管理方面加强措施。在配电柜的平时维护过程中，要及时清理积尘和维护保护设备，检查保险丝的导电和断路器的触头情况，及时维修或更换老化或故障设备[4]。

3.4 设备老化问题

高低压配电柜系统是电力系统的重要部分，也是电能在建筑物中分配的主要方式。然而，长时间的运行不可避免地会导致各种各样的问题。这些问题包括设备老化、连接处松动、绝缘损坏等，可能会引起电击、火灾等严重事故，因此定期维护和更换老化设备至关重要。定期维护是确保配电柜设备运行不断的关键。定期检查和维护可以及时发现隐患并对设备进行维护或更换，以避免设备老化引起故障。对配电柜内的各种设备，应制订相应的维护计划，并定期进行检查和维护。

更换老化设备也是确保配电柜系统长期稳定运行的重要措施。一旦发现内部设备出现老化情况，要及时更换新设备，建议定期更换配电柜内部设备的年限为10 年以上。同时，应选择具有高品质、高可靠性和先进技术的设备，以确保系统的运行效率和安全稳定。做好设备保养记录也是确保配电柜系统运行稳定的重要环节。及时记录配电柜内部设备的更新和保养情况，可以及时发现问题并进行维护和修理。此外，还可以对维护保养工作进行评估和改进，以不断提高配电柜系统的运行效率和可靠性。

4 配电房高低压配电柜的优化方案

电力配电房高低压配电柜是电力系统的一个必不可少的环节，它的设计和优化对电力系统的性能和安全都有着至关重要的作用。本文将从4 个方面讨论电力配电房高低压配电柜的优化方案。

4.1 电源运行的可靠性方面

电力供应的可靠性是电力系统中最核心的问题之一，因此在设计电力配电房高低压配电柜的时候，需要充分考虑电源运行的可靠性。为了确保电源在停电、瞬间断电、电压低于额定值等情况下仍能为运行设备提供电力保障，可以采用以下优化措施。

首先，在高低压配电柜中增设双重电源备份系统。当一组电源故障时，备用电源可以自动启动，并且切换时间很短，确保其他设备的正常运行。这些备用电源既可以是单独的系统，也可以是通过多线径的方式进行备份。这样可以有效地解决一些单点故障问题，提高电源的可靠性。

其次，在高低压配电柜的设计中，可以设置变电所的环路供电，并且使用环路电源和非环路电源的结构。这样当环路电缆、开关柜等设备发生故障时，可以通过非环路的电源自动切换，将配电房环路中断电，确保整个配电系统的正常运行。这种方式不仅可以提高系统的可靠性，还可以避免一些突发事故对整个电力系统的影响。

除此之外，对电力系统的配电设备，还需要进行定期的维护和检查。在运行过程中，及时发现和排除一些潜在的故障和隐患，可以减少电力系统的损坏和短路事故，提高整个系统的可靠性。

4.2 设备机房的布局方面

在设计高低压配电柜时，必须考虑到机房的布局和设计，优化机房的空气流通和通风以及环保措施，如选择低噪音发电机组、在设备机房内安装大气流量控制设备等。具体来看，在构建设备机房的过程中，有以下几个方面需要注意。

首先是机房噪声问题。很多设备机房中存在着非常严重的噪声污染问题，这会极大地影响到机房周围的环境和人员的生活和工作。因此，必须采取一定的安装降噪措施，防止过度污染大气。

其次是机房通风问题。设备机房持续稳定地运行需要充足的氧气和相对稳定的温度，而这都需要通过机房的通风来保障。因此，必须要将通风效果做到良好，确保机房持续稳定地运行。

最后是环保问题。设备机房中需要选择合适的制冷、制热等设备，确保机房满足相关的物理条件和环保要求。只有这样，才能够达到机房稳定运行的目的[5]。

4.3 系统维护的方便性方面

对配电房的高低压配电柜来说，其维护和故障排除的任务至关重要。只有保证配电柜的安全和可靠性，才能确保电力系统的正常运行。因此，维护方便成为保证电力系统长期稳定运行的重要保障措施。针对不同的设备分类，安装统一的标签和认证，是提高配电柜维护工作效率的一种重要方案。通过对不同设备的标签分类，能够让电力工程师们更加快速、高效地找到相关设备，开展维护和识别的工作。

此外，认证设备也是很有必要的。认证的设备都经过标准化的设计和测试，具有稳定可靠的品质，能够避免因设备品质问题带来的不必要的故障和安全隐患。配置运行维护监控平台，实现进程的自动化操作可视化，是提高配电柜维护工作效率和保证其安全性的一种高科技手段。通过使用监控平台，能够远程检测设备的运行情况和故障信息。在出现问题时，系统会自动发出报警信息，也可以自动化地对电力系统进行诊断和修复。同时，可视化设计也能够方便维护工程师们快速获取资料信息，提高工作效率。

4.4 设计的紧凑性和合理性方面

为了减少空间占用，提高产能和系统稳定性，在设计电力配电房高低压配电柜时，必须注意紧凑和合理的设置。首先，由于电力配电房往往是一个狭小的区域，空间非常有限。在这样的情况下，设计高低压配电柜时需要考虑到空间的紧凑和合理性。在这方面，可以采取许多措施，比如将配电箱分开进行合理排列，对高低压配电柜的不同的区域布局和优化研究等等，以提高其紧凑性和可靠性。其次，在高低压配电柜之间设置空间隔板也很重要，以确保不同机房之间的距离。这样可以有效地避免不同机房之间的干扰和交叉感染，同时也可以保证整个系统的稳定性。此外，还可以将高低压配电柜分别安置在不同的区域，以确保最大程度的隔离和安全。这些措施有助于提高电力配电房的产能和系统的稳定性，减少空间的占用，达到高效管理的目的。在日常维护中，还需要定期检查和维护高低压配电柜，及时发现电力设备的问题，才能有效避免设备故障对系统稳定性的影响。

5 结语

本文从配电房高低压配电柜的分类、设计原则、可能存在的问题以及优化方案等方面进行了研究。在配电房的规划与设计中，应综合考虑各项因素，建立起相应的优化措施和方案，提高电气设备的稳定性和可靠性，从而满足电力系统的要求。