Оптимальный выбор высоковольтных и низковольтных распределительных шкафов в распределительных помещениях

Аннотация: На основе анализа основных типов и характеристик высоковольтных и низковольтных распределительных шкафов в распределительных помещениях, в данной статье обсуждаются базовые принципы их выбора. С точки зрения технической надежности, удобства установки и экономичности, анализируются оптимизационные меры для выбора высоковольтных и низковольтных распределительных шкафов, что играет определенную роль в улучшении их технико-экономических показателей.

Ключевые слова: Распределительное помещение; Высоковольтные и низковольтные распределительные шкафы; Оптимизация; Конфигурация

0 Введение

С постоянным ростом уровня экономического развития электроэнергия стала одним из основных источников энергии для текущего производства и повседневной жизни. Для обеспечения нормального производства и повседневной деятельности необходимо разумно контролировать все аспекты электроснабжения, чтобы повысить стабильность и надежность сетевого электроснабжения. Распределительные шкафы в распределительном помещении представляют собой последнее звено, доставляющее электроэнергию конечным потребителям. Обеспечение стабильности и экономичности этих высоковольтных и низковольтных распределительных шкафов, а также достижение их оптимального выбора, являются ключевыми мерами для гарантии безопасности и стабильности электросети.

1 Основные типы и характеристики высоковольтных и низковольтных распределительных шкафов в распределительных помещениях

Перед оптимизацией выбора распределительных шкафов необходимо понять их основные типы, чтобы предоставить конкретную основу для выбора.

1.1 Высоковольтные распределительные шкафы

Высоковольтные распределительные шкафы не существуют как отдельные единицы в системе электропитания. Они в основном состоят из нескольких взаимосвязанных компонентов, включая оборудование управления, высоковольтные выключатели, оборудование мониторинга, устройства передачи сигналов и защитное оборудование, образуя многофункциональную комплексную систему.

С 1980-х годов в Китае проводились технические реформы высоковольтных распределительных шкафов. С накоплением технологий исследований и разработок и опыта применения, множество новых технологий было применено в их развитии, что привело к созданию нескольких технологически продвинутых продуктов, таких как шкаф KYN28 и шкаф XGN15-12.

(1) Эксплуатационные характеристики шкафа KYN28

Этот тип высоковольтного шкафа состоит из двух основных частей: тележки (выдвижной части) и корпуса шкафа. Корпус шкафа в основном собирается из штампованных металлических перегородок, разделенных на четыре независимых отсека: отсек кабелей, отсек тележки, отсек шин и отсек приборов. Тележки делятся на типы, такие как тележки с выключателями, тележки для измерений и тележки PT. Основные электрические компоненты включают вакуумные выключатели, высоковольтные предохранители, медные шины, изоляционные компоненты и высоковольтные реакторы. Вторичные электрические компоненты в основном включают автоматические выключатели, кнопки, приборы, устройства комплексной защиты и сигнальные лампы. Использование среднемонтажной выдвижной тележки позволяет ей выдвигаться и задвигаться, создавая безопасную точку разъединения между основной системой и другими системами высоковольтного шкафа.

(2) Эксплуатационные характеристики шкафа XGN15-12

XGN15-12 — это новый тип полного высоковольтного коммутационного оборудования, разработанного на основе государственных стандартов для 35-киловольтного переменного тока металлического закрытого коммутационного оборудования. Он отличается не только малым размером (только 60% объема обычного коммутационного оборудования), но и высокой надежностью выключателей, отличными характеристиками и функцией принудительного взаимного блокирования. Он может использоваться в приложениях с номинальным напряжением от 3,5 кВ до 12 кВ и номинальным током от 630 А до 3150 А, достигая класса защиты IP2X. Пользователи могут выбирать между пружинным или электромагнитным механизмом управления.

1.2 Низковольтные распределительные шкафы

В серии продуктов низковольтных распределительных шкафов主要有两个类别：基于相关国际技术开发并通过国际质量认证的产品，以及外国产品。其中，基于国际技术开发的系列产品主要包括GCK低压开关柜、GCS低压开关柜和GGD低压交流配电屏。外国产品主要以瑞士ABB生产的MNS系列配电柜为代表。 (1) GCS柜的操作特性 GCS柜是抽屉式开关柜中最常见的产品系列之一。它采用8MF开口型钢作为柜体主框架，侧板具有模数为20mm/100mm、内径为9.2mm的螺纹孔[3]。各种功能隔室独立且分离，主要包括抽屉单元隔室、电缆隔室和母线隔室。电缆隔室独立布置，便于电缆从顶部或底部进出。每个GCS馈电柜可以容纳11个全单元抽屉或22个半单元抽屉，增强了抽屉组合的灵活性。此外，抽屉单元内装有机械联锁装置，便于输出抽屉的断开与闭合。 (2) MNS柜的操作特性 这种开关柜也是一种低压抽出式成套开关柜。它采用弯曲钢板制成的外壳，将内部空间分为三个基本隔室：母线隔室、电缆隔室和单元隔室（用于抽屉）。由于母线隔室位于后部，也可以配置为双面柜。母线样式类似于GCS类型。单元抽屉高度为200mm，并配备机械联锁装置。 2 高低压配电柜选择的基本原则 在配电柜的选择过程中，首要要求是确保所选的高低压配电柜能够满足项目的使用需求，并保证设备运行的可靠性和稳定性。同时，还需要分析产品的其他相关性能，如操作简便性，选择相对容易操作的设备，从而提高操作准确性。此外，还需要分析项目的成本要求，确定准确的项目预算，在实施过程中合理控制建设成本，充分利用原材料和资源，实现有效的成本控制。 2.1 可靠性原则 在选择高压配电柜类型时，应根据配电室的实际运行情况，以确保产品安全可靠为根本目标。应综合考虑高压配电柜的实际运行条件，选择可靠性较高的产品。 2.2 简便性原则 目前，大多数高压配电柜仍采用传统的保护装置。由于这类设备的复杂性较高，故障概率也相对较高，给后续的运行维护带来了较大的挑战。因此，在选择过程中，应根据确定的项目投资情况和设备的具体配置要求，并遵循供电可靠性的基本要求，选择能够确保手车柜中的可抽出组件可以直接安装在手车上并满足方便维护和易于更换的原则的产品。 3 配电室中高低压配电柜的优化选择 3.1 高压配电柜的优化选择 (1) 确保高压柜的操作可靠性 在选择高压配电柜时，必须调查供电设备的具体情况和建设项目投资情况。在进行综合选择之前，应分析供电可靠性的要求。为了确保供电可靠性，手车内的可抽出组装组件必须完全可拆卸到手车上，并允许简单操作和更换，以便于高压柜的便捷快速维护。然而，在使用手车柜时，对土建质量的要求较高，尤其是地面平整度。为了便于手车进出开关柜，柜内轨道的顶面应与柜外地面齐平。调整时可以铺设橡胶垫以减少柜体振动频率，提高开关柜的操作稳定性。 (2) 设备操作的实用性 在中国高压配电柜市场中，进口柜约占市场份额的50%，与国产产品相当。从操作稳定性和其他相关条件来看，这两种类型的柜子各有优缺点。在实际应用中，必须根据实际情况合理选择。 尽管国产高压柜具有价格适中、可靠性高、售后服务全面等优点，但其体积大多较大，需要较大的安装空间。当配电室的安装空间有限时，必须选择进口高压柜。相对来说，进口高压柜不仅元件布局合理、体积小、可靠性高，而且应用范围较广。然而，其价格明显高于国产设备，售后支持可能不如国产设备及时。在优化选择过程中，必须根据这些优缺点进行全面权衡。 (3) 操作和维护简便 低维护要求和简化维护是配电柜未来的重要发展方向。目前，中国大多数高压配电柜仍采用传统的电气控制和继电保护技术。这种技术不仅增加了故障概率，还增加了设备的复杂性，导致后续使用中的维护工作量增加。基于此，应选择配备先进智能保护装置的配电柜，以减少维护工作量并节省人力成本。从经济角度来看，在选择过程中，智能高压配电柜是一个很好的选择。 3.2 低压配电柜的优化选择 (1) 合理确定低压柜的技术参数 在选择低压配电柜型号之前，必须确定其技术参数，并根据这些预定参数进行选择。在此基础上，必须明确低压柜的额定电压、额定电流、额定频率、安装空间等参数。还需分析柜体在供电高峰期间必须承受的耐受电流和主母线的峰值电流。此外，还需要确认配电柜的功能单元类型、最大额定电流和外壳防护等级（IP代码）。 (2) 优化低压柜中组件的功能要求 在低压配电柜的优化选择过程中，应对组件要求进行分析，主要包括安装方式、柜体的功能模块、安装简便性、操作环境温度和柜体尺寸。同时，还应注意断路器的选择，确保主断路器具有记忆、接地故障保护、报警、故障指示和三级保护（LSI）等功能。还应支持不同级别的连锁操作，如区域选择性连锁，努力实现各种功能附件的模块化。 3.3 配电柜中保护组件的优化选择 一个合适的配电柜必须能够适应不同的使用环境，并具备相应的功能保护能力。通常，高低压配电柜使用熔断器或断路器作为保护组件。当电流超过设定值时，熔断器因加热而熔断，或者断路器跳闸，从而断开电路并保护配电系统。可以从不同角度优化选择保护组件。 (1) 成本角度 从组件成本的角度来看，熔断器的市场价格较低，而塑壳断路器（MCCB）或微型断路器（MCB）的市场价格可能是熔断器的几倍到几十倍。如果整体项目预算较低，可以选择熔断器作为保护组件。 (2) 维护便利性角度 当发生短路故障导致跳闸时，MCB/MCCB的触点可能会损坏。随着时间的推移，这可能导致断路器无法正确操作。因此，在熔断器发生短路故障跳闸后，必须及时更换熔丝以确保保护功能恢复。MCB/MCCB发生短路跳闸后，建议进行检查，如有损坏则需更换。 (3) 电路保护要求角度 由于熔断器对线路过载的灵敏度相对较低，通常仅用于短路保护，除非在普通照明电路中。相比之下，MCB/MCCB对过载和过电流具有高灵敏度。在保护加热回路、插座和控制电路时，必须使用MCB/MCCB作为保护组件。 4 结论 随着居民生产和日常生活中对电力需求的不断增加，供电的经济性和稳定性已成为配电系统优化的重要目标。配电室中的配电柜是向最终用户输送电力的最后一环，且使用数量庞大。为了确保生产和日常生活用电需求的同时，在配电室柜体建设中实现经济效益，必须从技术和经济角度优化配电柜的选择方案，确保同时满足技术可靠性和经济性。