户外配变低压综合配电箱的改进探究

李科帅 余顺行

（平高集团智能电气有限公司）

0 引言

随着我国市场经济不断发展和进步，如今人们生产、生活对电能的依赖度越来越高，配电箱作为变配电系统的重要设施，如果在运行中存在安全隐患，不仅会影响供配电质量，甚至造成安全事故。传统配电箱整体结构缺乏标准化设计，结构设计随意性较强，并且布局混乱、容量小、性能差、功能少。同时，部分配电箱由于建设时间较为久远，没有预留出智能化改造的智能网关接口，实现整体改造升级难度较大。本文围绕传统配电箱的现存问题，以简单性、安全性、高效性、经济性、智能性为改造目标展开设计。

1 户外配电低压综合配电箱及其现存问题

1.1 概念

配变低压综合配电箱是10／0.4kV供电系统的重要组成部分，主要作用是接受、分配电力资源的低压配电设施，通常在户外配电变压器低压侧安装该设备。配电箱中主要包含的硬件设施有：开关装置（负载开关、隔离开关等）、断路器装置（配电断路器、进线断路器、内部保护断路器等）、避雷装置、计量装置（互感器、电能表等）、电容器［1］。在乡镇配电网系统和特殊生产企业内部配电网领域中，配电箱使用十分广泛，大多数配电箱安装在10／0.4kV变压器杆架上，主要实现的功能有低压负荷配电、低压负荷计量、无功补偿等。

1.2 现存问题

主流的户外变压器配电及无功补偿是由二个箱体或一个总箱构成的，主要有三种设置方法：

（2）将无功补偿、计量、断路器等均在一个简单的总箱中安装，只通过简单布局布设、无分隔室，导致不同元器件之间相互影响非常强，如果某个元器件产生故障问题，会直接影响其他元器件正常运行，特别是带有无功补偿功能的电容器，相比其他元器件故障概率更高。

（3）将无功补偿、计量、断路器均采用独立隔离设置，三种元器件呈水平布设，这样虽然不会产生故障联动、降低了元器件间相互影响，但布局缺乏合理性，占用空间大、材料耗费多。

除了上述提到的布局不合理外，很多配电箱没有预留智能网关接口，难以实现智能化改造，增加了配电箱的管控难度、影响检修实时性，因此智能化改造也是需要重点考虑的问题。

2 户外配电低压综合配电箱总体设计

2.1 总体设计原则

2.1.1 标准化及模块化设计

配电箱改造应以标准化、模块化设计为基础。其中，模块化设计不仅可以保证不同元器件的独立性，还能够节省内部空间、提高配电箱性能，实现更加灵活的安装方式。模块化改造设计不仅要求组装结构的模块化，同时也要求系统功能的模块化。改造成果如何离不开严格的设计标准以及作业流程，通过标准化把控实现最终的改造目标。在改造设计中，应结合防护差异化、环境适应性原则，减少自然环境对配电箱运行的负面影响，从而保障整个配电箱系统运行的可靠性［2］。

2.1.2 安全性与可靠性分析

配电箱运行安全是保障配电系统可靠性的基础条件。为了判定配电箱运行是否安全，应前期做好电气设备运行安全校验。在进行硬件优化、空间优化的同时，积极应用智能化技术，通过加强控制来提升配电箱运行安全。考虑到户外环境的随机性，应考虑各类极端天气情况，针对环境因素进行适配校验，从而满足不同场景下的安全运行。

例2.Maybe she is born with it,maybe its Maybelline.(Maybelline)

2.2 配电箱总体设计

配电箱总体设计目标有： （1）高安全性及稳定性；（2）拆卸方便，人工操作成本低；（3）高抗压、防爆、防撞性能，环境适应性强；（4）布局合理，融合性强。

本文所提出的改造方案以标准化、模块化为核心，包括多样化安装方式、模块化系统功能、标准化安装尺寸等。在配电箱防腐、密封改造方面，将配电箱框架更换为304无磁不锈钢，该材料具有承重性强、耐腐蚀性强等特点。配电箱顶棚外壳采用非金属SMC绝缘复合材料（碳硅组合材料），该材料具有抗水、抗油、抗汽、耐盐、耐酸等优势，在酸雨、酸碱土壤的腐蚀下依然保持良好的机械性能，可应用于高污染场所。防水槽使用具备闭锁功能的高强度密封橡胶防水槽，不仅能够保证内部散热功能，其防水、防尘、防沙性能也非常好。门锁采用三点式扣合门锁，可保证门板锁紧的紧密性［3］。

以上改造方案，可以满足配电箱在各种恶劣环境下安全运行、保证元器件使用性能，延长配电箱的整体使用寿命。通过对配电箱进出线部分进行重新改造设计，进出线通道改为备用组合方式，线路设计结构更加紧凑，一改传统单选进出线结构的弊端，让进出线方式选择更加灵活，提升进出线安装和后期改造的便捷性和通用性，节省后期运行成本。

3 户外配电低压综合配电箱改造方案

某区域10／0.4kV供电系统的配电箱在投入运营中，电容器等元器件故障频率高，检修人员频繁往返各个配电箱展开维护。通过现场调查发现，该配电箱采用了整体设计，各个元器件均安装在一个简单结构的总箱体中，并且箱外锈蚀严重，线路存在绝缘老化，甚至是虚连现象，局部板材有破损，无法保证防雨、防水、防尘性能。对此，当地电力企业决定对该区域配电箱进行改造升级。其改造方案如下：

3.1 整体结构设计

本次设计采用标准统一、功能独立、分布式结构理念。采用304不锈钢、SMC材料通过模块化组装箱体，包括SMC顶盖、SMC侧板以及不锈钢焊接骨架，在箱体两侧设置具有通风功能的百叶孔，箱体通过隔板的方式划分元器件功能区，如图所示，包括无功补偿区、出线区、网管区、总进线区、计量区等。该设计方案简化了配电箱内部结构，各个板块使用不锈钢螺钉安装，后续装卸十分便捷。

图 配电箱视图

配电箱主体共有前、后、左、右、顶部5个面板，前面板包含了上面板、下面板，并且两个面板之间设有横梁，横梁两侧分别连接左、右侧面板，左、右侧面板在箱体两侧均安装固定条用合页连接。SMC材质顶盖通过模块化拼接而成，不锈钢架、SMC模块拼接成侧板，顶盖为一体式设计，增加箱体的整体防护等级［4］。

3.2 结构密封性设计

针对某区域配电箱密封性较差问题，对此进行了以下改造设计：

（1）门板、侧板均使用304无磁不锈钢材料，搭建配电箱骨架，以提高配电箱的承载性、耐腐性。

（2）顶棚、外壳使用SMC绝缘复合材料，抵抗环境中的酸、碱、汽、水等侵蚀，确保在长期使用中保持良好的机械性能。

（3）使用高密封性泡发胶条，安装在门板处，保持门板衔接位置的防水性能。

（4）使用三点式扣合门锁，保持门板锁紧的紧密性，同时保持锁杆操作轻便性，避免出现卡阻等情况。

本次改造设计将配电箱等级提升到了IP55防尘防水标准。即使在恶劣的环境条件下依然可以保持安全、正常运行。

3.3 进出线方式设计

针对某区域配电箱进出线布设问题，决定采用复式互为备用的组合式进出线设计方案，可实现侧进侧出、下进下出，增加了进出线方式，提高了进出线设计的通用性。本次设计的进出线方式主要优势见下表。

表 配电箱改造进出线方式优势对比

3.4 配电与控制装置改造设计

配电箱作为给电气设备提供电能的配电、控制装置，其主要功能包括配电、电源切换、过载保护、开关控制、设备控制等。某区域配电箱体积庞大、笨重，控制器、电容器等元器件为多个供应商提供，增加了后期整改、维护难度。大部分配电箱无对外通信功能，智能化改造难度大。主要采用了3－10级有级补偿，电力能源浪费严重，且补偿精度不高，三相治理平衡不理想［5］。本次改造最大的突破就是配电和控制装置重新设计，投入使用智能化技术，包括智能网关、智能设备，实现配电箱的远程监测和控制。其主要内容如下。

3.4.1 主开关

主开关部分的功能元器件包括断路器、电流保护开关、继电器。断路器为箱体的总开关，电流保护器负责保护配电箱运行安全，防止火灾隐患和漏电隐患，继电器负责放大电路信号与负载，带有电磁保护功能。增设负荷管理模块，与所有功能元器件联动，从而实现远程监控和远程开合的作用。

3.4.2 计量与负载管理

采用模块化设计方案，新增内嵌式智能开关，可以根据用户用电设备进行用电区域划分，每个模块对应一个区域，保持分工明确。所有模块均配置独立开关，这样不仅可以保证各个模块间相互不影响，提高用电安全性，并且更便于后续检修工作。各个回路中均配置独立的检测模块，负责检测各个模块的用电量，如日用电量、周用电量、月用电量、年用电量，也可以检测每日最大、最小用电量区间。在模块设定中可根据需求自行设置，调整灵活度更高。

3.4.3 无功补偿

将传统的有级补偿改造成智能无功补偿，增信智能电容器和SVG，通过结合补偿方案提高补偿性能。在电容器和SVG之间设置RS485通讯模块，通过该通讯模块实现SVG对电容器的智能投切功能。如果系统检测到无功缺额，此时SVG会自动启动输出容性无功，待到容性缺额稳定或＞1s时，自动投入电容器［6］；检测到补容超出情况则系统控制自动切除SVG，再切除电容器，SVG输出感性无功。设置换向开关和控制器改善三相不平衡问题，可通过无功调节功能实现不断电情况下平衡配电网负载，配电网计算机网关与智能换相开关联动，按照计算机网关控制标准执行相应动作。

4 结束语

综上所述，本文针对某区域配电箱布局不合理、功能单一、运行风险高、环境适应差等问题，针对性提出了10／0.4kV供电系统优化改造策略，采用标准化、模块化设计理念，将性能较差的材料更换为综合性能更强的材料，包括304不锈钢的箱体框架、SMC的顶棚与外壳等，同时优化了配电箱的进出线模式，改造了配电与控制装置，丰富了配电箱的整体智能化功能，为保障配电箱安全运行、便于后期检修工作奠定了坚实基础。