適用于城市智慧能源公建的直流配電箱研究

何恩超 奚鵬飛 李鵬程 楊宇全 齊 劍

（1、天津三源電氣設備制造有限公司，天津300409 2、國網天津市電力公司濱海供電分公司，天津300450）

近年來，隨著電力系統的全面發展以及人類的需求不斷增長，人們對城市在信息交換、安全性、舒適性、便利性和節能性等多方面提出了更高要求[1]。同時建設節能減排、綠色安全的智慧城鎮，也是國家能源發展轉型的重要舉措。在此背景下，天津市依托國網公司開展了智慧能源小鎮示范工程城市智慧能源公建項目，此項目中，研發了一種完美適配于自身設備的直流配電箱，它可對直流電能進行分配、監控以及保護。它主要安裝在在此項目中的光伏路面中，并與網線進電柜、直流轉換柜以及綜合控制柜進行聯動，在整體的控制系統中，完成對光伏路面的沖、放電的控制。配電箱可通過無線通信專網和配電自動化主站系統進行數據通信，將采集到的數據傳輸到配電主站，此外還可以實現對配電智能化終端的自動化控制功能[2]，并具有無功補償、配電網運行狀態監測等功能，保證配電系統始終運行在安全、高效的狀態中[3]。并且在結構的設計上，在箱體左側設置了儲水槽，箱體頂部中央凸起且四周伸出箱體型設計，箱體頂部在儲水槽進水口上方設置有開口，這種設計可以極大地提高配電箱的散熱性能，從而保證配電柜的正常工作。如此設計的直流配電箱完全符合城市智慧能源公建項目所要求的高效、安全、可靠。直流配電箱為用戶的管理和維護提供直觀的電流、電壓指示, 也可根據用戶需要提供各支路通斷情況及聲光告警指示[4]。直流配電減少了電源轉換環節，相對于交流供電而言，直流供電具有線路成本低、輸電損耗小、便于新能源接入、供電可靠性高等優點[5-8]。

1 直流配電柜整體結構設計分析

對于直流配電箱整體的結構設計，首先一定要完美的契合城市智慧公建項目的要求，即高效、安全、可靠；然后還要考慮到目前已知配電箱的常見故障，如何能在設計中改善這一情況，避免這些故障的的發生，需要經過充分的設計研究。

現如今比較常見的配電箱有兩大類，分別為金屬制配電箱和木制配電箱，但在實踐應用中，由于金屬制配電箱的安全防護等級比木制的高，因此人們普遍青睞金屬制配電箱，并且常見的金屬制配電箱中，鐵質配電箱占了大部分[9]。因此在選材上，此次設計的直流配電箱采用的是符合行業標準的鐵制配電箱。

考慮到配電箱的常見故障，需要采取一些措施來解決。

1.1 對于原材料質量的不過關，加強配電箱采購過程中的檢驗工作。

在實際運行中，能夠造成配電箱出現故障的因素有很多，其中有一個及其重要的原因是配電箱的材料存在問題，從而導致了故障的發生。針對材料采購這一環節，需要相關的專業人員加強對材料質量的篩選及性能的排查。采購人員也應對配電箱的結構和性能有一定的了解，并安排相關專業的技術人員對配電箱內部的元件以及整體進行全面檢查。同時對配電箱進行組裝和安裝時，一定要嚴格執行國家的有關規定，使設備的運轉能夠安全穩定。在安裝設備之前，必須要考慮到配電箱的運行環境，一定要保證配電箱能夠在合適的位置工作，從而降低設備故障的概率[6]。

1.2 根據具體設備場景和施工方式，設計直流配電箱的接線方式。

設計的如圖1 為直流配電箱裝配圖。

圖1 直流配電箱裝配圖

本設計所要解決的技術問題是提供一種直流配電箱，其可以將總輸入直流分為多路，并且每路都有熔斷器及斷路器等保護裝置，以達到對直流電能進行分配、變壓，以及對后級用電設備保護的功能。設計的直流配電箱，其特征在于，包括：箱門、箱門手柄、標識牌、吊耳、箱體底部、箱體頂部、第一安裝板、一級斷路器、第二安裝板、直流變壓器、第三安裝板、熔斷器組、第四安裝板、二級斷路器組、線束、第一斷路器室、變壓器室、熔斷器室、第二斷路器室、底部綁線梁、儲水槽、開口、進水口、出水口。箱門手柄、標識牌位于柜門上；吊耳位于箱體頂部的上部；底部綁線梁位于箱體底部的上部；第一安裝板位于第一斷路器室的內部；第二安裝板位于變壓器室的內部；第三安裝板位于熔斷器室的內部；第三安裝板位于第二斷路器室的內部；儲水槽位于箱體頂部的左側；開口位于箱體頂部上；進水口位于儲水槽的上端；出水口位于儲水槽的下端。最重要的是，本設計直流配電箱分別在箱體左右側面設置了儲水槽，箱體頂部中央凸起且四周伸出箱體型設計，箱體頂部在儲水槽進水口上方設置有開口，這種設計可以極大地提高配電箱的散熱性能，從而保證配電箱的正常工作。

2 直流配電箱內部接線的設計

由于直流配電箱擁有較好的傳導性能，所以其廣泛的應用到了很多領域，對于直流配電箱內部接線的設計，要與現有項目的電力產品完美的結合起來。

此次設計的直流配電箱主要應用到了智慧能源公建項目中的光伏路面。光伏發電組件共組成7 個組串，各組串通過直流線纜并聯至直流匯流箱匯流后，經整流器接至綠色公建能源集控站直流400 伏母線。

如圖2 為直流配電箱的一次接線原理圖。

圖2 直流配電箱原理圖

需要注意以下問題：（1）直流配電箱的內部接線，對于負載匹配不僅要做到正確，還有做到科學合理，因此在實踐中大多選取類似CJ20SI 型的交流接觸器，并且在安裝時，要保證交流接觸器線圈電壓與電流動作保護器相對應的接線端子相連。除此之外，關于交流接觸器的選擇要嚴格，一般選絕緣等級在A級或A 級以上的產品，從而能夠保證主回路觸點的額定電流大于或等于被控制線路的負荷電流。

（2）還要對原配電箱的低壓電容器組進行改進，更改它的接線方式，并將它安裝在交流接觸器的樁頭上，這樣做可以防止因工作運行中電容器電路發生缺相故障或電容器損壞時，造成計量裝置計量不準確。

（3）配電箱進出線應選擇符合一定技術標準和安全等級的低壓電纜，如30kVA 或者50kVA 的變壓器配電箱一般要選擇使用VV22-35×4 電纜作為進線，而分路的出線則應該使用相同規格的VLV22-35×4 電纜，再如80kVA 或者100kVA 的變壓器配電箱一般要選擇使用VV22-50×4 或者VV22-70×4 電纜作為進線，而分路出線則使VLV22-50×4 或者VLV22-70×4電纜[10-11]。

3 結論

在中新天津生態城智慧能源小鎮示范工程城市智慧能源公建項目的支撐下，設計的直流配電箱能夠很好的應用到此項目中相關的電力產品，還能夠有效解決電能使用效率低下的問題，同時保證了設備在運行狀態下的安全、可靠。這樣的特性完全符合智慧能源節能減排、綠色安全的特點，并且對于直流配電箱中的門板或底板等零件的結構設計，不僅做到了美觀大方，還充分考慮到了實際應用中的便利需求。