屋内配电装置设计知识点精讲

一、屋内配电装置特点

【引导问题】

◆屋内配电装置有哪些类型？

◆屋内配电装置有什么特点？应在什么情况下选用？

1.屋内配电装置的类型

屋内配电装置的结构除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器型式、出线回路数、出线方式、有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的应用，运行、检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形式也在不断地发展、更新。

屋内配电装置按其布置形式的不同，可分为单层、二层和三层。单层式是把所有的设备布置在一层，占地面积较大，通常采用成套开关柜。二层式是将线路出线电抗器、断路器等较重电气设备布置在底层，而母线及母线隔离开关等设备布置在上层，占地面积较小。但结构较复杂，造价较高。三层式我国很少采用。

按照安装形式分类：

（1）装配式：将各种电气设备在现场组装构成配电装置称为装配式配电装置。

（2）成套式：由制造厂预先将各种电气设备按照要求装配在封闭或半封闭的金属柜中，安装时按照主接线要求组合起来构成整个配电装置，这就称为成套式配电装置。

2.屋内配电装置特点

（1）由于允许安全净距小、可以分层布置，故占地面积较小。

（2）维修、操作、巡视在室内进行，比较方便，且不受气候影响。

（3）外界污秽空气不会影响电气设备，维护工作可以减轻。

（4）房屋建筑投资较大。

二、屋内成套配电装置

【引导问题】

◆成套配电装置的定义及特点？

◆手车式高压开关柜和固定式高压开关柜有何区别？

◆低压配电屏适用于什么电压等级？

成套配电装置是由制造厂预先按主接线的要求，将每一回电路的电气设备（如断路器、隔离开关、互感器等）装配在封闭或半封闭的金属柜中，构成单元电路分柜，安装时，按主接线方式，将各单元分柜（又称间隔）组合起来构成的配电装置。

成套配电装置的特点：

（1）有金属外壳（柜体）的保护，电气设备和载流导体不易积灰，便于维护，特别处在污秽地区更为突出。

（2）易于实现系列化、标准化，具有装配质量好、速度快，运行可靠性高的特点。其结构紧凑、布置合理、缩小了体积和占地面积，降低了造价。

（3）电器安装、线路敷设与变配电室的施工分开进行，缩短了基建时间。

（4）耗用钢材较多，造价较高。

设计配电装置时，可根据主接线要求选择制造厂提供的不同电路的开关柜或者标准元件，组成一套相应的配电装置。成套配电装置分为低压配电装置、高压开关柜和SF6全封闭组合电器。成套配电装置大多为屋内式。虽然投资大，但可靠性高，运行维护方便，安装工作量小，所以被广泛使用。

大、中型发电厂中，35k V及以下的配电装置普遍采用屋内成套配电装置，110k V及以上多为屋外配电装置。在严重污秽地区，110k V甚至个别220k V也有采用屋内配电装置的。3～35k V高压成套配电装置，广泛应用在大、中型发电厂和变电站中，各种电压等级的SF6全封闭组合电器（GIS）应用也逐渐增多。

（一）高压开关柜

1.高压开关柜的种类

高压成套配电装置：以断路器为主体，将检测仪表、保护设备和辅助设备按一定主接线要求都装在封闭或半封闭的柜中，也称为高压开关柜。

高压开关柜按结构形式可分为固定式和手车式两种。其中手车式又可分为铠装型和间隔型，而铠装型按手车的位置可分为落地式和中置式。

固定式高压开关柜：断路器安装位置固定，各功能区相通而且敞开，结构简单。断路器室体积小，断路器维修不便，采用母线和线路的隔离开关作为断路器检修的隔离措施。

手车式高压开关柜：高压断路器安装于可移动手车上，断路器两侧使用一次插头与固定的母线侧、线路侧静插头构成导电回路；检修时采用插头式的触头隔离，断路器手车可移出柜外检修。同类型断路器手车具有通用性，可使用备用断路器手车代替检修的断路器手车，以减少停电时间。手车式高压开关柜的各个功能区是采用金属封闭或者采用绝缘板的方式封闭，有一定的限制故障扩大的能力。

高压开关柜的“五防”功能：即防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关或带负荷推入、拉出金属封闭式开关柜的手车式隔离插头；防止带电挂接地线或合接地开关；防止带接地线或接地开关合闸；防止误入带电间隔，以保证可靠地运行和操作人员的安全。

2.高压开关柜的型号

高压开关柜型号的两个系列的表示方法：

1 2 3 4 5

1：G表示高压开关柜；

2：F表示封闭型；

3：代表型式，C—手车式，G—固定式；

4：代表额定电压（k V）或设计序号；

5：F表示防误型。

1 2 3 4

1：表示高压开关柜，J—间隔型，K—铠装型；

2：代表类别，Y—移开式，G—固定式；

3：N表示户内式；

4：代表额定电压，k V。

例如，KGN-10型号含义为：金属封闭铠装户内10k V的固定式开关柜。GFC-10型号含义为：手车式封闭型的10k V高压开关柜。

3.高压开关柜的结构类型

（1）KGN-10型固定式开关柜。

柜体骨架由角钢或钢板弯制焊接而成，柜内用接地的金属隔板分成母线室、断路器室、电缆室、操动机构室、继电器室及压力释放通道。

母线室在柜体后上部，母线呈三角形排列，带接地开关的隔离开关也装在本室。

断路器室在柜体后下部，断路器传动部分通过上下拉杆和水平轴在电缆室与操动机构连接。

电缆室在柜体的下部中间，除作电缆连接外，还装有带接地开关的隔离开关。

操动机构室在柜体前下部，内装操动机构、合闸接触器、熔断器及联锁板等，机构不外露，其门上装有主母线带电指示氖灯显示器。

继电器室在柜体前部上方，室内的安装板和端子排支架，可装各种继电器。门上可安装指示仪表、信号元件、操动开关等。

KGN-10型固定式开关柜为双面维护，前面维护检修二次部分、操动机构及其传动部分、程序锁及机械联锁、电缆和下隔离开关等；后面维护检修主母线、上隔离开关及断路器。后门上有观察窗，后壁装有照明灯，以便观察断路器的油面及运行情况，见图6- 3。

（2）XGN2-10型固定式开关柜。

屏体由钢板和角铁焊成。由断路器室、母线室、电缆室和仪表室等部分构成。

断路器室在柜体的下部。断路器由拉杆与操作机构连接。断路器下引接与电流互感器相连，电流互感器和隔离开关连接。

母线室在柜体后上部，母线呈“品”字形排列。

电缆室在柜体下部的后方，电缆固定在支架上。

仪表室在柜体前上部，便于运行人员观察。

断路器操动机构装在面板左边位置，其上方为隔离开关的操作及联锁机构，见图6- 4。

（3）KYN1-12型铠装开关柜。

KYN1-12型铠装开关柜为全封闭型结构，由继电器室、手车室、母线室和电缆室4个部分组成。各部分用钢板分隔，螺栓连接，具有架空进出线、电缆进出线及左右联络的功能。

图6-3　KGN-10型固定式开关柜结构图（单位：mm）

1—断路器室；2—母线室；3—继电器室

手车是由角钢和钢板焊接而成，分为断路器手车、电压互感器避雷器手车、电容器避雷器手车、所用变压器手车、隔离手车及接地手车等。断路器根据需要可配真空断路器。手车上的面板就是柜门，门上部有观察窗及照明灯，能清楚地查看断路器的油位指示。门正中的模拟接线旁有手车位置指示旋钮，同时具有把手车锁定在工作位置、试验位置及断开位置的功能。旁边有按钮及分合开关位置指示孔，能清楚反映断路器的工作状态。手车底部装有接地触头及5个轮子，其中4个滚轮能沿手车柜内的导轨进出，当抽出柜后，另一附加转向小轮能使手车灵活转动。手车在试验位置可使用推进装置使手车均匀插入或抽出。该产品还具有手车可互换及防止不同类型“手车”误入其他柜内的措施。

图6-4　XGN2-10型固定式高压开关柜（单位：mm）

（a）外形图；（b）结构示意图
1—母线室；2—压力释放通道；3—仪表室；4—组合开关；5—手动操作及联锁机构；6—主开关室；7—电磁弹簧结构；8—电缆室；9—接地母线

继电仪表室底部用4组减震器与柜体连成一体，前门可装设仪表、信号灯、信号继电器、操作开关等。小门装电度表或继电器，室内活动板上装有继电器，布置合理、维修方便，二次电缆沿手车室左侧壁自底部引至仪表继电器室。KYN1-12型铠装开关柜外观图见图6- 5。

图6-5　KYN1-12型铠装开关柜结构及外形（单位：mm）

1—仪表室；2—次套管；3—观察窗；4—推进机构；5—手车位置指示及锁定旋钮；6—紧急分开关旋钮；7—模拟母线牌；8—标识牌；9—接地开关；10—电流互感器；11—母线室；12—排气窗；13—绝缘隔板；14—断路器；15—接地开关手柄；16—电磁式弹簧机构；17—手车；18—电缆头；19—厂标牌

（4）KYN28A-12型中置式开关柜。

KYN28A-12型手车式开关柜整体是由柜体和中置式可抽出部分（即手车）两大部分组成。开关柜由母线室、断路器手车室、电缆室和继电器仪表室组成。可实现单面维护。

手车室及手车是开关柜的主体部分，采用中置式形式，小车体积小，检修维护方便。手车在柜体内有断开位置、试验位置和工作位置三个状态。开关设备内装有安全可靠的联锁装置，满足五防的要求。

母线室封闭在开关柜后上部，不易落入灰尘和引起短路，出现电弧时，能有效将事故限制在隔室内而不向其他柜蔓延。由于开关设备采用中置式，电缆室空间较大。电流互感器、接地开关装在隔室后壁上。避雷器装设在隔室后下部。继电器仪表室内装设继电保护元件、仪表、带电检查指示器，以及特殊要求的二次设备。外观图见图6- 6。

（5）HXGN-12ZF（R）型环网柜。

HXGN-12ZF（R）型箱式（固定式）金属封闭环网开关柜。采用空气绝缘，外壳采用钢板或镀铝锌板经双折边组合而成，结构紧凑。柜内由钢板分隔成负荷开关室、母线室和仪表室。

环网柜上部为母线室、中下部为负荷开关室，仪表室位于母线室前面，室内可装设电压表、电流表、切换开关等元件及二次回路端子。柜后有两处压力释放孔，能够最大限度地保障人身安全和运行设备的可靠。

主开关采用真空负荷开关及负荷开关—熔断器组合，可正装亦可侧装，并有接地开关和隔离开关，弹簧操作机构既可电动也可手动，熔断器组合电器方案可代替造价昂贵，体积庞大的断路器柜。一次与二次可以完全隔离，其安全性好；主母线室与负荷开关室用接地金属板隔开；在负荷开关动静触头断口间设有接地的金属活门；柜体、负荷开关、金属活门之间设有可靠的机构联锁。外观见图6- 7。

图6-6　KYN28A-12型中置式开关柜

A—母线室；B—手车式断路器；C—电缆室；D—继电器仪表室
1—外壳；2—分支小母线；3—母线套管；4—主母线；5—静触头装置；6—静触头盒；7—电流互感器；8—接地开关；9—电缆；10—避雷器；11—接地主母线；12—装卸式隔板；13—隔板；14—次插头；15—断路器手车；16—加热装置；17—可抽出式水平隔板；18—接地开关操作机构；19—板底；20—泄压装置；21—控制小线槽(www.xing528.com)

（二）低压成套配电装置

低压成套配电装置：在电压为1000V及以下电网中用来接受和分配电能的成套配电设备。按结构可分为配电屏（盘、柜）和配电箱；按控制层次可分为配电总盘、分盘和动力、照明配电箱。

低压配电屏：又称配电柜或开关柜，是将低压电路中的开关电器、测量仪表、保护装置和辅助设备等，按照一定的接线方案安装在金属柜内，用来接受和分配电能的成套配电设备。

1.PGL型交流低压配电屏

型号的含义：P—低压开启式；G—元件固定安装、固定接线；L—动力用。

配电屏的柜架采用薄钢板和角钢焊制而成，可前后开启，双面进行维护；屏前有门，屏面上方有仪表板，为可开启的小门，仪表板上装设有测量指示仪表；中部面板上设有刀开关的操作手柄和控制按钮等；下部屏门内有继电器、二次端子和电能表；屏后柜体构架上方放置低压母线，并设有母线防护罩，防止上方坠落的金属物造成母线短路事故；屏内装有低压开关、刀开关、熔断器及有关仪表；中性母线装置于屏的下方绝缘子上；保护接地点焊接在下方的柜架上，仪表门有接地点与壳体相连，构成完整、良好的接地保护电路；组合屏的屏间装有钢制隔板，可限制故障范围；屏内外均涂有防护漆，始端屏和终端屏的左右两侧装有防护侧板，见图6- 8。

图6-7　HXGN型环网柜结构图（单位：mm）

1—盖板；2—前门；3—仪表门；4—操作面板；5—母线套管；6—主母线；7—真空负荷开关；8—熔断器；9—传感器；10—电缆；11—插板

PGL系列低压配电屏的结构设计比较合理、电路配置安全、防护性能好、分断能力为30k A。主电路和辅助电路均采用标准化方案，主电路方案有41种。按用途可分为：电源进线、受电、备用电源架空受电或电缆受电、联络馈电、刀熔开关馈电、熔断器馈电、断路器馈电和照明等8种。

2.GGD型固定式低压配电屏

型号的含义：G—交流低压配电柜；G—电器元件固定安装、固定接线；D—电力用柜。

图6-8　PGL型交流低压配电屏结构示意图（单位：mm）

1—母线及绝缘框；2—刀开关；3—低压断路器；4—电流互感器；5—电缆头；6—继电器

柜架采用冷弯型钢局部焊接组装而成，构架上有安装孔，可适应各种元器件装配；柜门采用整体单门或不对称双门结构，柜体后面采用对称式双门结构。柜门周边均加有橡胶密封条，可防止与柜体直接碰撞，柜门采用镀锌转轴式铰链与构架相连，安装、拆卸方便；柜体上部有一个小门，用于安装各类仪表、指示灯、控制开关等；柜体的下部、后上部和顶部均有不同数量的散热槽孔，当柜内电器元件发热后，热量上升，通过上端槽孔排出，而冷风不断地由下端槽孔补充进柜，使密封的柜体自下而上形成一个自然的通风道，达到散热的目的；主母线列在柜的上部后方，采用的母线夹是用高阻热合金材料热塑成型，机械强度高，绝缘性能好，长期允许温度可达120℃，并设计成积木组合式，安装使用十分方便；刀开关的操作机构为万向节式的旋转机构，手柄可以拆卸，操作方向为左右旋转式，操作方便，增强了安全性；配电柜的零部件按模块原理设计，柜内安装件均镀锌防锈钝化处理；柜内的安装件与柜体构架间用接地滚花螺钉连接，构成完整的接地保护电路，见图6- 9。

图6-9　GGD型交流低压配电屏外形示意图（单位：mm）

GGD型交流低压配电柜具有分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活、组合方便、防护等级高等特点，GGD型配电柜按其分断能力的大小可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。最大分断能力分别为15k A、30k A、50k A。主电路设计方案有126种，可以满足各方面的需要。

3.GCS低压抽屉式开关柜

型号含义：G—封闭式开关柜；C—抽出式；S—森源电气系统。

装置的构架采用型钢拼装和部分焊接两种结构形式，构架上有安装孔；开关柜前面的门上装有仪表、控制按钮和空气自动开关操作手柄。开关柜的功能室严格分开，功能相对独立，分为功能单元室、母线室和电缆室，电缆室内为二次线和端子排；功能室由抽屉组成，主要低压设备均安装在抽屉内；一个抽屉为一个独立功能单元，装置的每个柜内可以配置11个一单元抽屉或22个二分之一单元的抽屉，抽屉有抽出式和固定式，可以任意组合、选用；功能单元的抽屉可以方便地实现互换，若回路发生故障时，可立即换上备用的抽屉，迅速恢复供电；抽屉进出线采用片式接插件，抽屉与电缆室的转接采用背板式结构的转接件或棒式结构的转接件；抽屉面板有合、断、试验、抽出等位置的明显标志。抽屉设有机械联锁装置，可防误操作，如图6-10所示。

GCS开关柜密封性能好，可靠性高，占地面积小，但钢材消耗较多，价格较高。它具有分断、接通能力高，动热稳定性好，电气方案灵活，组合方便，系列性、实用性强，结构新颖，防护等级高等特点，它将逐步取代固定式低压配电屏。

图6-10　GCS型低压抽屉式开关柜示意图（单位：mm）

（a）受电、联络柜；（b）PC柜；（c）MCC柜

4.MNS低压抽出式开关柜

型号含义：M—标准模件；N—低压；S—开关配电设备。

MNS型开关柜可分为动力配电中心柜（PC）和电动机控制中心柜（MCC）两种类型。动力配电中心柜（PC）采用ME、F、M、AH等系列断路器，柜内划分成四个隔室。水平母线隔室在柜的后部；功能单元隔室在柜前上部或柜前左边；电缆隔室在柜前下部或柜前右边；控制回路隔室在柜前上部。

电动机控制中心柜（MCC）由大小抽屉组装而成，各回路主开关采用高分断塑壳断路器或旋转式带熔断器的负荷开关。柜内分成三个隔离室，即柜后部的水平母线隔室，柜前部左边的功能单元隔室，柜前部右边的电缆隔室，见图6- 11。

图6-11　MCC低压抽出式开关柜（单位：mm）

（a）PC柜示意图；（b）抽出式MCC示意图

三、屋内配电装置的布置原则

【引导问题】

◆高压开关室和低压配电室的长、宽、高如何确定？

（一）整体布局要求

（1）同一回路的电器设备和导体应布置在同一间隔，间隔之间用隔墙隔开，以保证检修安全和把故障限制在本回路范围。

（2）较重的设备（变压器、电抗器等）应布置在底层，以减轻楼板的荷重便于安装。

（3）尽量将电源布置在每段母线的中部，使得母线截面通过最小的电流。

（4）布置应清晰，力求对称，并便于运行人员记忆和操作，整个配电装置要易于扩建。

（二）屋内配电装置布置

1.最小安全净距

屋内配电装置的安全净距不应小于表6-3所列数值。

电气设备外绝缘体最低部位距地小于2.3m时，应装设固定围栏（遮拦和栅栏）。遮拦高不应小于1.7m，网孔不应大于40mm×40mm。栅栏高度不应小于1.2mm。栅栏最低栏杆距地不应超过0.2m。

2.通道

为了便于运行中的操作维护以及电气设备的搬运，配电装置应设置各种用途的通道。配电装置室的操作、维护通道及开关柜或配电屏的离墙尺寸见表6- 3。

表6-3　各种通道宽度尺寸

注 1.表中尺寸系从常用的开关柜屏面算起（即突出部分已包括在表中尺寸内）。
2.表中所列操作及维护通道的尺寸，在建筑物的个别突出处允许缩小200mm。

上述通道的最小宽度，还需要按照设备搬运进所的宽度进行校验，如不能满足还应适当增大。搬运设备通道的宽度应考虑搬运的方便，一般为设备最大宽度加400mm。

长度大于7m的配电装置室应有两个入口。

（三）高压开关柜的布置

1.高压开关柜的位置

发电机电压的高压开关柜室应考虑布置在与主机室、升压站和控制室适中的位置，使进出线和电缆的路径最短且走向合理，并便于运行人员的巡视和操作。高压开关室一般与主机室同高程。

2.高压开关柜的尺寸确定

（1）高压开关柜室的长度由所选定的高压开关柜宽度和台数确定。台数少时采用单列布置，多于6台时，可根据场地情况采用单列或双列布置。

考虑到母线在运行中因受热膨胀而伸长的因素，开关柜侧面与墙之间一般应留出不小于200mm的距离，另一侧开关柜与墙之间不应小于400mm，以便安装时调整用。

（2）高压开关柜室的深度只要由高压开关柜的深度加操作通道宽度确定。当开关柜背面靠墙布置时，柜与墙之间距离不宜小于50mm。

（3）高压开关柜的高度由高压开关柜的高度离天花板的安全净距而定。

（4）为了便于电力电缆和控制电缆的敷设，高压开关柜底部应留有电缆夹层或电缆沟，并与全厂电缆通道连接。

（四）低压配电屏的布置

厂用低压配电装置是指电压为1000V以下的厂用动力及照明回路，低压配电装置的布置应满足以下条件：

1.低压配电装置的最小安全净距

低压配电装置的安全净距不应小于表6-4所列数值。

表6-4　屋内低压配电的最小安全净距（mm）

2.遮拦及通道

屋内配电装置的遮拦高度不应低于：网状遮拦为1.7m；无孔遮拦为1.7m；栅拦为1.2m。屋内配电装置的通道宽度不应小于表6-5所列的数值。无遮拦导体布置在通道上方而离地小于表6-3的C值时，应设遮拦保护，遮拦的高度不应低于1.9m。

表6-5　屋内低压配电装置通道上的最大宽度　单位：mm

3.厂用配电室的布置和安装

低压厂用配电室的长度由低压配电盘的宽度和台数确定，当双面维护时，还要考虑边盘两端离墙的维护通道宽度，一般取0.6～0.8m。低压厂用配电室的宽度由低压配电屏的宽度加上维护和操作通道的宽度确定。低压配电盘底部应有电缆孔，通至电缆沟和电缆廊道，电缆孔的尺寸一般为0.5m×0.2m，电缆沟的深度可取0.4～0.6m。

（五）中央控制室的布置

电站的控制室，一般布置有控制屏（台），保护屏、直流屏和通信设备等。控制室前排主环一般布置控制屏（台）和直流屏，后排布置保护屏和通信设备。

从整个厂房枢纽来看，控制室应靠近主机室，因主机室运行设备故障几率较多，并且需要经常操作、监视和维护。控制室净高不小于3.8m，应设置两个出口。某35k V变电站控制室平面布置图见图6- 12。

图6-12　控制室平面布置图

四、配置图、平面图、断面图实例

【引导问题】

◆某变电站本期工程10kV有多少个间隔？各是什么间隔？

◆某变电站10kV远期工程高压开关柜是如何布置的？

某35k V变电站的本期工程电气主接线图见图2-1所示。该变电站本期按35k V变电站设计。本期建设规模35k V主变一台1×6300k VA，35k V出线1回，10k V出线4回。其10k V配电装置采用户内单列布置。10k V高压配电室为23.3m×5.5m，按远期规划布置26面高压开关柜进行设计。10k V断路器选用户内中置柜型式。其10k V配电装置电气配置图、高压室电气平面图以及10k V出线间隔断面图如图6-13～图6-15所示。

图6-13　10kV配申装置电气配置图

图6-14　高压室电气平面图

图6-15　10kV 出线间隔断面图