重型吊機中壓配電柜的優化配置

羌建兵

（南通潤邦重機有限公司，江蘇南通226013）

0 引 言

隨著國內工業的發展，重型大噸位的吊機需求越來越多，從而引發應用大功率電動機的吊機也越來越多，若低壓上電難免會使總動力電纜很粗，為了減小總動力電纜的截面積，中壓上電的工廠也越來越多，隨之吊機上的中壓配電柜需求越來越大，高性價比的配電方案就越為重要。

一般工廠工業三相交流電是380 V，一般吊機也是使用380 V 動力電源，隨著重型大噸位吊機的發展需求，吊機必然選用大功率電動機，若動力電源還選用380 V 的話，根據電纜載流量的特性，動力電纜截面積必然會較大，線纜會很粗，這樣電纜成本會很高，所以中壓電作為動力電源成為吊機的首選。

1 中壓配電柜的作用

中壓配電柜在電力系統進行發電、輸電、配電和電能分配過程中起到隔離、控制和保護用電設備的作用。中壓配電柜在吊機上起到配電、開合（隔離）、控制、保護等作用。

2 傳統方案

2.1 傳統配置方案

根據吊機的負載情況（吊機配一只高壓變壓器），配備一只進線柜和一只饋線柜，單線圖如圖1 所示，柜體圖如圖2、圖3 所示。

2.2 此方案的缺點

1）進出線柜的真空斷路器功能冗余；2）進出線柜的電流互感器功能冗余；3）進出線柜的綜合保護繼電器功能冗余；4）中置柜冗余，增加成本；5）中置柜冗余，安裝多占電氣房空間；6）兩套控制設備，控制電源容量較大，一般需配直流屏提供控制電源。

圖1 單線圖

圖2 柜體正面圖

圖3 柜體內視圖

3 優化方案

圖4 單線圖

工廠吊機作為廠內設備，中壓配電柜在吊機上起開合（隔離）、控制、保護作用。其中：真空斷路器起開合作用；綜合保護繼電器、電壓互感器（PT）、電流互感器(CT)起控制作用；避雷針(LA)、接地開關(ES)、驗電指示器(VD)起保護作用。配電柜配置以上設備就完全能開合、控制、保護吊機的供電系統。為了解決以上兩柜的短板，在不減功能的前提下合成一個柜子，進出線合成一個中壓配電柜，單線圖如圖4，柜體正視圖如圖5(a)，柜體內視圖如圖5(b)。

圖5 柜體結構圖

3.1 重型吊機中壓上電的原因

供電電纜的銅芯是有電阻的，當電流通過供電電纜時，就會有一部分電能被銅芯的電阻消耗掉（轉變成熱能），我國目前普遍采用的三相三線制交流輸電線路的電功率P=UI。其中：U為輸電線電壓；I為輸電線電流。由歐姆定律可知I=U/R,可得：P=U2/R；R=ρL/S。其中：ρ為輸電線電阻率；L為輸電線長度；S為輸電線截面積。可得P=U2S/(ρL)。其中：ρ是常數，S和L一定時，輸電線路的電功率P與輸電線路電壓平方成正比，假設損耗電能功率P一定時（一般不超過輸送功率的10%），供電電壓越高，輸電線路電纜截面積就可以選擇越小，電纜的長度不變，截面積越小，這就可以大大節約供電電纜的成本了。

從減少輸電線路的電損耗和節省輸電導線所用材料兩個方面來說，我們應根據廠內中壓配電室實際情況，在吊機安裝位置一定、供電距離一定的情況下，首選中壓電做為重型吊機輸電壓為最優化的方案。

3.2 優點分析

兩柜并成一柜，大大減少了占地面積，降低了基建投資成本；兩種方案占地面積及空間對比如表1 所示。

表1 占地面積及體積對比

真空斷路器、電壓互感器采用手車式，大大地提高了操作的簡易性、安全性和供電的可靠性。手車式真空斷路器采用3 工位設計：工作位置，試驗位置，隔離位置。在不開門的情況下就可以用搖柄把斷路器搖至3 種位置，大大提高了防觸電的簡易性。手車式真空斷路器、接地刀閘、柜門之間都采用了“五防”聯鎖（詳見6.1 節），大大提高了可靠性。

4 兩方案對比

4.1 設備對比（如表2）

表2 設備對比

通過表2 可以明顯看出：1）在滿足開合、控制、保護的前提下，優化后方案的柜子、VCB、綜保、CT、LA 數量都是傳統方案的一半；2）把原2 套控制的設備優化組合，簡化安裝到一個柜子，柜子尺寸不變，節約了空間；3）PT 安裝在VCB 一次側，無論VCB 處在何種狀態，都可提供控制電源來開合VCB；4）PT 安裝方式為抽出式，進線電纜安裝與維護方便。

4.2 成本對比（如表3）

表3 成本對比

重型吊機年產量按30 臺計算，每年可以節約成本12.58 萬元×30 臺=377.4 萬元。

5 優化方案選型計算

5.1 VCB選型

5.2 PT選型

PT 的工作原理跟變壓器相似，一次側電壓根據系統電壓來選，二次側電壓根據控制所需要的電壓來選，一般分為DC110 V、AC110 V、AC220 V 等，容量根據它帶的負載容量來計算。

5.3 CT選型

如圖5所示，如ICT就近 值 滿 足：0.6ICT就 近值＜I滿載＜0.8ICT就近值，扇區B這段范圍的值都滿足CT選值，則CT選ICT就近值/5A（以上負載為變壓器，負載為電動機算IFL時再除以系數0.8），ICT就近值取值范圍為扇區B陰影部分。

通過以上公式，可以精準地選出符合配電柜的三大主件，大大提高了性價比。

現以一臺1000 t 重型龍門吊為例，詳細分析選型過程。

客戶要求為：10 kV 供電，電驅動，2 臺250 kW 上小車起升電動機，1 臺400 kW 下小車起升電動機，1 臺110 kW下小車副起升，8 臺15 kW 上小車行走電動機，6 臺15 kW下小車行走電動機，38 臺15 kW 大車行走電動機，根據使用工況要求兩小車主起升和大車行走同時工作。

表4 LZZB9-10C(大一互)電流互感器選型參數

通過此公式可以精準地計算出重型吊機中壓配電柜的電流互感器的電流比值，又能滿足綜合保護繼電器的保護范圍。

6 中壓配電裝置的操作及安全注意事項

6.1 五防聯鎖

通過方案的優化，在提高性價比的同時，不能忽略可靠、安全的原則，中壓配電柜應具備五防聯鎖[1]：1)防止誤分、誤合斷路器；2)防止帶負荷拉、合隔離開關或手車觸頭；3)防止帶電掛（合）接地線（接地刀閘）；4)防止帶接地線（接地刀閘）合斷路器（隔離開關）；5)防止誤入帶電間隔。

中壓配電柜各種操作聯鎖的設置會滿足倒閘操作“五防”的需要，保證不帶負荷斷開和閉合隔離觸頭等。

從圖3 可以看出，饋線側都配置接地開關和帶電顯示器，只有在真空斷路器手車位于試驗位置或檢修位置時才能操作接地刀閘（接地開關），當接地刀閘（接地開關）在合閘位置時，真空斷路器手車不可以推到工作位置。

中置開關柜是密封的，真空斷路器和手車、手車與接地刀閘、接地刀閘與開關柜的后門逐級之間都設置有機械聯鎖裝置，實現“五防”操作，確保人身和設備的安全。當接地刀閘沒有在合閘狀態時，中壓柜是無法打開和關閉的，因此在合閘接地刀閘之前只能通過帶電顯示器的指示來代替驗電，確認饋出端是否有電。

6.2 中壓柜的操作及注意事項

1）手車式中壓開關柜停電檢修時的操作順序：分閘斷斷路器并確認其位置→拉（搖）出手車至試驗位置（或檢修通道）→驗明（或通過帶電顯示器確認）出線（負荷）端無電→合上接地閘刀并確認合閘到位→打開后門進行檢修。

2）手車式中壓開關柜檢修完畢送電時的操作順序：（清理柜內物品后）關好柜門→拉開接地刀閘并確認其位置→將手車推（或搖）至工作位置→合上斷路器并確認位置。

3）操作注意事項：非特殊情況下禁止采用開關柜面板上的分閘及合閘按鈕進行斷路器的分合閘操作；非特殊情況下嚴禁進入柜內采用斷路器手車上的分閘及合閘按鈕進行斷路器的分合閘操作；非特殊情況下并沒得到主管同意下，嚴禁開啟密封的母線室隔離板；斷路器手車、電壓互感器手車必須在“試驗位置”時，才能插上和解除二次插頭。嚴禁斷路器手車、電壓互感器手車在“合閘”或“工作位置”時，裝上或解除二次插頭。

7 結 語

總之，重型吊機作為工廠市電電氣房的個體用電設備，電氣房總配電室就是吊機的“市電”，在滿足“隔離、可靠、安全”原則下，起到“開合、控制、保護”作用，單體進出線中壓配電柜是性價比最高的首選方案。