35kv箱式变电站设计 毕业设计论文

'毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：35kV箱式变电站设计姓名系别电气与信息工程系专业电气工程班级学号指导老师教研室主任一、基本任务及要求：在规定时间内，完成以下工作：1．35kV箱式变电站总体结构设计；2．主接线设计与一次设备选型；3.二次系统设计;4．箱式变电站智智能监控功能设计。5.提交毕业设计论文和图纸二、进度安排及完成时间：（1）9月10日至9月25日：查阅资料（2）9月26日至10月9日：毕业实习.（3）10月10日至10月25日：35kV箱式变电站总体结构设计。（4）10月26日至11月10日：主接线设计与一次设备选型。（5）11月11日至11月20日：二次系统设计。（6）11月21日至11月30日：箱式变电站智智能监控功能设计。（7）12月1日至12月14日：撰写毕业设计论文（8）12月24日至12月25日:毕业设计答辩 目录摘要ⅠAbstractⅡ第1章绪论11.1供配电技术的发展11.2箱式变电站的类型、结构与技术特点11.2.1箱式变电站的类型11.2.2箱式变电站的结构11.2.3箱式变电站的技术特点21.2.4箱式变电站与常规变电站的对比分析31.3箱式变电站的技术要求与设计规范51.3.1额定值51.3.2设计和结构61.3.3使用条件71.3.4箱体要求81.3.5箱式变电站内部电器设备81.4本课题的主要任务8第2章35kV箱式变电站总体结构设计92.1电气主接线的确定92.1.1主接线的基本形式92.1.2箱式变电站对主接线的基本要求92.1.3主接线的比较与选择102.1.4高压接线方式112.2箱式变电站箱体的确定112.2.1箱体的结构的确定…112..2.2合理配置112.3变压器122.3.1变压器容量、接线组别的确定122.3.2变压器的散热处理13 2.3.3用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器132.4箱式变电站总体布置14第3章35kV箱式变电站一次系统设计及设备选型153.1主电路设计153.1.1概述153.1.2一次系统设计原则153.1.3一次系统设计153.2设备选型163.2.1箱式变电站设备选型应注意的方面163.2.2设备选型的基本原理173.2.3高低压电器设备选择的要求183.2.4断路器的选型193.2.5熔断器的选型193.2.6互感器的选型213.2.7隔离开关的选型223.2.8开关柜的选型22第4章35kV箱式变电站二次系统设计234.1电气二次系统设计234.1.1二次系统定义及分类234.1.2电气测量仪表234.1.3二次系统设计234.2二次系统总体方案244.3断路器控制与信号回路254.3.1概述254.3.2控制回路设计264.3.3信号回路设计264.4电气测量与信号系统26第5章箱式变电站智能监控功能设计285.1箱式变电站的监控内容285.1.1电量监测与保护285.1.2防凝露保护28 5.1.3变压器室温度保护285.1.4参数在线数字化显示和设定285.1.5系统组网与集中化管理295.2.配电网自动功能295.3箱式变电站的智能监控方案305.3.1硬件设计原理305.3.2软件设计原理30结束语32参考文献33致谢34附录A箱式变电站总体布置附录B电气主接线图附录C35kV线路控制回路图附录D10kV线路控制回路图 35kV箱式变电站设计摘要：箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易箱式变电站，并得到了迅速发展。本课题的主要内容包括箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类，以及箱式变电站一次系统设计极其设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。35kV箱式变电站的设计高压侧额定电压为35kV，低压侧额定电压为10kV，主变压器容量为5000kVA。主接线采用单母线分段接线。关键词：箱式变电站；结构；一次系统；二次系统II Designof35kVbox-typetransformersubstationABSTRACT：Box-typetransformersubstationcallsagainoutdooratransformersubstation,alsocalltodothesectionaltransformersubstation.Itisadevelopmenttowaitto70"sEuropeandAmericawesternprosperinthe60"sof20centuriesthenationreleaseakindofoutdoorthesetchangestogiveorgetanelectricshockofnewchangetogiveorgetanelectricshocktheequipments,becauseithavethecombinationvivid,easytoconveyance,move,installconvenience,startconstructionconstructiontheperiodisshortandcirculatetheexpenseslow,freefrompollution,donotneedmaintenanceetc.advantage,suffertheinternationalcommunityelectricpowertheworkervalues.Enterthemiddleof90"sof20centuries.Thedomesticstartsappearingthesimplebox-typetransformersubstation,andgotthequickdevelopment.Thearticleregardbox-typetransformersubstationasadevelopmentforrelatingbox-typetransformersubstationapplied,theconstructionofbox-typetransformersubstationdividesintose-section,emphasizingthetreatisebox-typetransformersubstationatheveryequipmentsindesigninsubsystemchoosesthetype,twosubsystemsdesign,andtheintelligenceofbox-typetransformersubstationsupervisesandcontrolthesystem.Thedesignhighpressuresidesumofbox-typetransformersubstationsettleselectricvoltageas35kVs,thelow-pressuresidesumsettleselectricvoltageas10kVs,maintransformercapacityis5000kVA.Thelordconnectsthesinglemotherinadoptioninlinelinecentsegmentconnectstheline.Keywords：box-typetransformersubstation；construction；firstsystem；secondsystemII 第1章绪论1.1供配电技术的发展随着市场经济的发展，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展，箱式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛应用。其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。再次人们对供电质量尤其是供电的可靠性要求越来越高，而采用高压环网或双电源供电、低压网自动投切等先进技术的预装式变电站成为首选的配电设备。与此同时，由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，同时要求具有“四遥”(遥测、遥讯、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电[1]。1.2箱式变电站的类型、结构与技术特点1.2.1箱式变电站的类型箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，一区别欧式预装式变电站。它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接。1.2.2箱式变电站的结构美式预装式变电站的结构型式大致有三种：（1）变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱；33 （2）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内；（3）变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。其中（1）型为美式箱变的原结构，它的特点是结构紧缩、简洁、体积小、重量轻。（2）型和（3）型为（1）的变形。这种变型的理论根据是：开关操作和熔断器的动作造成的游离碳会影响整个箱变的寿命。由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、共矿企业及各种公共场所，如机场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等。欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一体式。组合式布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图1.1所示。“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”布置较为有利。TMHVTMHVTMLVLVHVLVHVTMHVLVHVTMZLLVTMLVLV(a)目字型布置(b)品字型布置图1.1欧式预装式变电站的整体布置形式HV—高压室；LV—低压室；TM—变压器室；ZL—操作走廊1.2.3箱式变电站的技术特点33 箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。变压器一般采用S9或干式的等。箱式变中的电器设备元件，均选用定型产品，元器件的技术性能均满足相应的标准要求。为了可靠实现五防要求，各电器元件之间采用了机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接。操作采用电动方式，不需另配电源，由TV引出即可。另外箱式变还都具有电能检测、显示、计量的功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件，并有明显的接地标志。此外为适应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，内装有隔热材料，箱体底部和各室之间都有冷却进出风口，采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。目前，国内生产的箱式变的电压等级：高压侧为3～35kV、低压侧为0.4～10kV。变压器的容量：当额定电压比为35/10、6、0.4kV时可从几百kVA～上万kVA、当额定电压比为10、6/0.4kV时可从几十kVA～几千kVA。箱式变电站有如下特点：①技术先进安全可靠箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在－40℃～＋40℃的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式变压器、干式互感器、真空断路器(弹簧操作机构)等国内技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全绝缘结构，完全能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。②自动化程度高全站智能化设计，保护系统采用变电所微机综合自动化装置，分散安装，可实现"四遥"，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。③工厂预制化设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，作出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电所建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。④组合方式灵活33 箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱体均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，我们可以全部采用箱式，即35kV及10kV设备全部箱内安装，组成全箱式变电所；也可以采用35kV设备室外安装，10kV设备及控保系统箱内安装，这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧所改造，即原有35kV设备不动，仅安装一个10kV开关箱即可达到无人值守的要求。⑤投资省、见效快箱式变电站(35kV设备户外布置，10kV设备箱内安装)较同规模综自变电站(35kV设备户外布置，10kV设备布置于户内高压开关室及中控室)减少投资40％～50％。⑥占地面积小。1.2.4箱式变电站与常规变电站的对比分析箱式变电站（在IEC及欧洲称为高压/低压预装式变电站）是一种集成化程度高，工厂预安装、节能、节地的发展中设备与常规变电站相比，占地为1/20，工期为1/7，投资为1/2。在国外应用极度为广泛，在西欧占变电站总数的70%以上，美国为90%。在我国应用为10%，是一种方兴未艾的装备。三种类型的箱式变电站的特点如下:（1）欧洲式：特点是防护性好，多了一个外壳，变压器散热不易，要降低容量运行；（2）美国式：特点是变压器保持户外设备本质，散热好，结构紧凑，但是在我国10kV电网系中性不接地系统，因此一相熔丝熔断时不能跳开三相负荷开关，造成非全相运行，危及变压器及用电设备，并且不易实现配电自动化；（3）中国式：从欧洲式派生而来，结合中国用户需要改进而成，但是符合中国电力部门各种法规标准要求，可铅封电能计量箱，无功补偿，一应俱全。箱式变电站与常规变电站性能比较见表1.1。预装式变电站是输变电设备发展方向，由前所述，我国应用仅10%左右，而国外已达到的70-90%，所以预装式变电站其社会效益显著，市场前景广阔。33 表1.1箱式变电站与常规变电站性能对比表序号对比项目常规变站组合式（箱变）变电站1设计工作需要土建、电气二方面设计、工作量较大土建工作仅一个安装基础，箱变本身有典型设计，只须根据用户要求，作一些调整，设计工作也大为减少。2基建时间6个月以上预先基础做好以后，只需4-6小时就可以安装完毕送电。3占地面积（10kV800K为例）≥100一般箱变12m2ZBW174m24安装地点和负荷中心距离不能十分接近负荷中心，供电线路半径较长，电压降落及电能损失较高。能贴近负荷中心，甚至直接置于建筑物处，供电线路半径可以很短电压降落及电能损失较少，提高了供电质量。5生产方式土建施工后，现场装配。大规模、工作化生产，质量容量得到保证。6生产周期7：17投资费用2：18和环境协调性和环境不协调和环境协调一致/ZBW17高度1.6米,不挡视线,美化环境。1.3箱式变电站的技术要求与设计规范根据国家标准《高压/低压预装式变电站》（GB/T12467-1998），箱式变电站的技术要求与设计规范如下。1.3.1额定值（1）额定电压：对高压开关设备和控制设备，按GB/T11022。对低压开关设备和控制开关设备，按GB/T14048.1和GB7251.1。（2）额定绝缘水平：对高压开关设备和控制设备，按GB/T11022；对低压开关设备和控制设备，按GB/T14048.1和GB7251.1。低压开关设备和控制设备的最低额定冲击耐受电压至少应为GB/T16935.1—1997的表1中IV类过电压的给定值。（3）额定频率和相数：按GB/T11022、GB/T14048.1和GB7251.1。（4）额定电流和温升：额定电流按GB/T11022和GB7251.1。高压开关设备和控制开关设备的温升按GB/T11022，低压开关设备和控制设备的温升，按GB7251.1。33 （5）额定短时耐受电流：对于高压开关设备和控制开关设备，按GB/T11022；对低压开关设备和控制开关设备，按GB7251.1；对变压器按IEC76-5和GB6450。（6）额定短路持续时间：对高压开关设备和控制设备，按GB/T11022；对低压开关设备和控制设备，按GB7251.1。（7）操动机构和辅助回路的额定电源电压：对高压开关设备和控制开关设备，按GB/T11022；对低压开关设备的控制设备，按GB7251.1。（8）操动机构和辅助回路的额定电源频率：对高压开关设备和控制设备，按GB/T11022；对低压开关设备的控制设备，按GB7251.1。（9）预装式变电站的额定最大容量：预装式变电站的额定最大容量是设计变电站时指定的变压器的最大额定值。1.3.2设计和结构预装式变电站应设计成能够安全进行正常使用、检查和维护。（1）接地：除按GB/T11022，还应符合以下规定。应提供一条连接预装式变电站的每个元件的接地导体。接地导体的电流密度，如用铜导体，当额定短路持续时间为1s时不应超过200A/mm2，当额定短路持续时间为3s时不应超过125A/mm2；但其截面积不应小于30mm2。它的端部应有合适的接线端子，以便和装置的接地系统连接。（2）辅助设备：对于预装式变电站内的低压装置（例如照明、辅助电源等），适用时，按GB/T14821.1或GB7251.1防护等级：防止人员触及危险部件、并防止外来物体进入和水分浸入设备的保护是必需的。（3）主接线设计与一次设备选型预装式变电站外壳的防护等级应不低于GB4208—1993中的IP23D更高的防护等级可以按GB4208予以规定。（4）操作通道：预装式变电站内部的操作通道的宽度应适应于进行任何操作和维护。该通道的宽度应为800mm或更大些。预装式变电站内部的快关设备和控制设备的门应朝出口方向关闭，或者是转动的，这样不致减少通道的宽度。门在任一开启位置或开关设备和控制设备突出的机械传动装置不应将通道的宽度减少到500mm。（5）预装式变电站的选用导则对于给定的运行方式，选用预装式变电站时，要按正常负荷条件和故障情况的要求来选择各元件的额定值。外壳级别的选择取决于周围温度和变压器的负荷系数。对某一额定外壳等级，变压器的负荷系数取决于变电站安装处的周围温度。对变动的负荷，可按GB/T17211，采用一个修正系数。可以用本标准的附录D来确定外壳级别和变压器的负荷系数。（6）主变压器与箱体之间应满足最小防火净距33 《35～110kV变电站设计规范》中规定，耐火等级为二级的建筑物与变压器(油浸)之间最小防火净距为10m。其面对变压器、可燃介质电容器等电器设备的外墙(符合防火墙要求)，在设备总高加3m及两侧各3m的范围内不设门窗不开孔洞时，则该墙与设备之间的防火净距可不受限制；如在上述范围内虽不开一般门窗，但设有防火门时，则该墙与设备之间的防火净距应等于或大于5m。配电装置的最低耐火等级为二级，箱式配电站箱体内部一次系统采用单元真空开关柜结构，每个单元均采用特制铝型材装饰的大门结构，每个间隔后部均设有双层防护板，即可打开的外门，我们在设计工作中，主变与箱体之间最小防火净距建议采用10m，以确保变电所安全运行。（7）10kV电缆出线应穿钢管敷设为求美观，变电所内10kV箱式配电站箱体四围一般均设计为水泥路面，10kV线路终端杆一般在变电所围墙外10m处。如果将电缆直埋，引至线路终端杆，将给检修带来很大不便。因此10kV电缆出线应穿钢管敷设，以方便用户维护检修。如10kV线路终端杆距离变电所较远，则箱体至变电所围墙段的10kV电缆出线必须穿钢管敷设。在电缆出线末端的线路终端杆上装设新型过电压保护器，以防止过电压。（8）操作通道预装式变电站内部的操作通道的宽度应适于进行任何操作和维护。该通道的宽度应为800mm或更大些。预装式变电站内部的开关设备和控制设备的门应朝出口方向，或者是转动的，这样不致减小通道的宽度。门在任一开启位置或开关设备突出的机械传动装置不应将通道的宽度减小到500mm。1.3.3使用条件（1）正常使用条件①外壳：预装式变电站应设计成能在按GB/T11022规定的正常户外使用条件下使用。②高压开关设备和控制设备：在外壳内部按GB7251.1规定的正常户外使用条件。③变压器：外壳内的变压器在额定电流下，其温升比无外壳条件下的要求高，会超过GB1094.2或GB6450规定的温度极限。变压器的使用条件应按安装地点外部的使用条件和外壳级别来确定。变压器的制造厂或用户能够据此计算降低变压器的使用容量。（2）特殊使用条件高压开关设备和低压开关设备和控制设备在海拔超过1000m的地区按GB/T11022的规定。低压开关设备和控制设备在海拔超过2000m的地区按GB/T7251.1的规定。变压器在海拔超过1000m的地区，按GB1094.2或GB6450的规定[11]。33 1.3.4箱体要求（1）箱体内照明、通风、防沙、散热应满足正常运行、维护要求，并应加装温度、湿度测量表计、凝露器、烟雾报警装置，并将温度、湿度、凝露、烟雾报警探头信号接入综合自动化系统，要考虑安装通讯设备的位置。（2）箱顶应考虑自然排水功能。（3）要抗紫外线辐射，抗暴晒性能好，不易导热可避免因外部温度过高而引起箱体温度升高。（4）防潮性能好，不会因冷热突变而产生凝露。（5）防腐、防裂、阻燃、防冻性能好。（6）要机械强度高，耐压抗张，抗冲击。（7）对环境有良好的协调性，能美化环境，可适应各种气候条件，外形美观，结构紧凑，箱体占地面积少，节约土地。1.3.5箱式变电站内部电器设备（1）箱式变电站高压配电装置接线应尽量简单，既有终端变电站接线，也应有适应环网供电的接线。高压配电装置宜采用符合开关加熔断器组合结构，油浸式变压器容量在800kVA及以上时，应采用能切断电源的装置与变压器瓦斯保护相配合。高压配电装置应具有防止误拉、合开关设备，带负荷拉、合刀闸，带电挂地线，带地线合闸和工作人员误入带电间隔的五防措施。负荷开关和熔断器之间也应有可靠的连锁。箱体门内侧应附有主回路线路图、控制线路图、操作程序及注意事项。母线宜采用绝缘导线（或绝缘母线）。高压进出线应考虑电缆的安装位置和便于进行试验。（2）变压器应采用损耗低、体积小、适合箱体内安装的结构。根据不同的用户要求，可以采用油浸式、干式或气体绝缘式、无载调压式或有载调压式。变压器如有油枕，其油标应便于监视。变压器的铭牌应面向箱门一侧。容量315kVA及以上变压器，宜装设电接点温度计，以监测变压器上层油温（或气体温度）和启动通风冷却装置。1.4本课题的主要任务（1）35KV箱式变电站的总体结构设计（2）箱式变电站主接线设计于一次设备选型（3）二次系统设计（4）箱式变电站智能监控功能设计33 第2章35kV箱式变电站的总体结构设计2.1电气主接线的确定2.1.1主接线的基本形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，概括为有母线的接线形式和无母线的接线形式两大类。（1）具有母线的电气主接线①单母线接线：单母线接线是一种最原、最简单的接线方式。②单母线分段接线③双母线及双母线分段接线③旁路母线接线方式（2）无母线的电气主接线①桥形接线：当具有两台变压器和两条线路时，在变压器线路接线的基础上，在其中间架一连接桥，则称为桥形接线②单元接线：发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机2.1.2箱式变电站对主接线的基本要求概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面安全包括设备安全及人身安全。要满足这一点，必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身安全的技术措施。可靠就是主接线应满足对不同负荷的不中断供电，且保护装置在正常运行时不误动、发生事故时不拒动，能尽可能的缩下停电范围。为了满足可靠性要求，主接线应力求简单清晰。电器是电力系统中最薄弱的元件，所以不应当不适当地增加电器的数目，以免发生事故。灵活是用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使发生故障时停电时间最短，影响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求。33 经济是指在满足了以上要求的条件下，保证需要的设计投资最少。在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线灵活、可靠，必须要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应满足可靠性和灵活性的前提下，做到经济合理。主要应从投资声、占地面积少、电能损耗小等几个方面综合考虑。2.1.3主接线的比较与选择单母线接线是一种原始、最简单的接线，所有电源及出线均接在同一母线上，其优点是简单明显，采用设备少，操作简便，便于扩建，造价低。缺点是供电可靠性低。母线及母线隔离开关等任一元件发生故障或检修时，均需使整个配电装置停电。因此，单母线接线方式一般只在发电厂或变电所建设初期无重要用户或出线回路数不多的单电源小容量的厂中采用。在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源以保证其他设备和线路的安全检修。例如，固定式开关柜中的断路器工作一段时间需要检修时，在断路器断开电路的情况下，拉开隔离开关；恢复供电时，应先合隔离开关，然后和断路器。这就是隔离开关与断路器配合操作的原则。由于隔离开关无灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。单母线分段接线是采用断路器（或隔离开关）将母线分段，通常是分成两段。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线自动同时故障的机遇很小，可以不予考虑。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线发生故障时，将造成两断母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。单母线分段接线既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。但它的缺点是当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的所有回路到要长时间停电。单母线分段接线连接的回路数一般可比单母线增加一倍。双母线分段接线有如下优点：可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断；检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路；母线发生故障后，能迅速恢复供电；各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化；便于向母线左右任意一个方向顺延扩建。但双母线也有如下的缺点：造价高；当母线发生故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误动作。但可加装断路器的连锁装置或防误操作装置加以克服。当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要求尽快恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。33 综上可知，单母线接线造价低而供电稳定性低，双母线供电稳定性高但其造价高且接线线路复杂，而单母线分段接线一方面线路简单，造价低，另一方面其供电稳定性也能在一定程度上能够得以保证。所以35kV母线选用单母线接线方式，10kV采用单母线分段接线。2.1.4高压接线方式高压侧，采用负荷开关+限流熔断器作为就压器的主保护，一般有环网、双电源和终端三种供电方式，有两组插入式熔断器和后备保护熔断器串联进行分段范围保护。限流熔断器一相熔断时必须能联动跳开三相负荷开关，不发生缺相运行。线路侧负荷开关必须配有直流电源电动操作机构，可实现无外来交流电源状态下自启动。环网回路必需配置检测故障电流用的电流互感器或传感器。高压开关选用可靠性高和具有自动化装置及智能化接口的先进的产品：如ＳＦ6负荷开关、压气式负荷开关、真空负荷开关等。环网供电单元一般至少由三个间隔组成，即二个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。其中，负荷开关ＱＬＡ和ＱＬＢ在隔离故障线段时，能及时恢复回路的连续供电；同负荷开关ＱＬＣ相连的熔断器Ｆ在中压/低压变器发生内部故障时起保护作用；ＱＬＣ对溶断器和变压器还起隔离和接地作用。2.2箱式变电站箱体的确定2.2.1箱体结构的确定箱式变电站按结构主要有美式箱变和欧式箱变。欧式箱变造价低而美式箱变体积小，约为同容量欧式箱变的1/3~1/5。常规土建变电站占地面积最大，欧式箱变次之，美式箱变常规土建变电站建造周期最长，欧式箱变次之。综合考虑一般35kV箱式变电站的箱体选择欧式箱变。2.2.2合理配置根据实际情况可以采用不同的箱变配置方案，一般将主变压器和电容器等充油设备，放置在箱体外，设置两个箱体，一个35kV箱体，一个10kV箱体，其中一个箱体预留保护装置的位置。考虑节省资金，也可以将35kV断路器等设备放于户外，只设置10kV箱体。33 箱体的底座和骨架一般采用槽钢和角钢焊接而成，顶盖和四壁采用金属板内衬阻燃材料压制而成，能起到隔热的作用。根据当地实际情况，可在订货时对主体结构提出相应的要求。我县地处盐碱地带，对设备的抗腐蚀性能要求较高，因此除主体框架采取了防腐工艺加工外，箱体的整体外层衬板采用了0.5mm厚的不锈钢板。维护走廊是箱变正常运行和检修中的重要环节，箱变的一个缺陷就是空间狭小，厂家从成本和设备紧凑性考虑，维护走廊一般都尽量压缩。在选型时应该将维护走廊作为一项指标来考虑，不然会给将来的运行和维护，造成很大麻烦。箱体的密封和防尘是一个重要方面，特别是保护装置对防尘等指标要求较高，应引起重视。箱体的底板下面，一般作为电缆室，在考虑箱体基础的设计时，应顾及到电缆的安装和维护方便，应考虑人员出入、通风以及照明等方面的要求。2.3变压器2.3.1变压器容量、接线组别的确定箱变用变压器为降压变压器，一般将10ＫＶ降至380Ｖ/220Ｖ，变压器容量一般为160～1600ＫＶＡ，最常用的容量为315～630ＫＶＡ。其器身为三相三柱或三相五柱结构、Ｄｙｎ11或Ｙｙｎ12联结，熔断器连接在“Δ”外部。三相五柱式Ｄｙｎ11变压器的优点是带三相不对称负荷能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电压质量可得到保证，这种变压器具有很好的耐雷特性。变压器应具有齐全的运行检视仪器仪表，如油位表和上层油温表及反映顶部气压强度的真空压力表等。变压器选用Ｓ9-Ｍ、Ｓ11Ｍ全密封、免维护、低噪音、性价比高的油浸式变压器(噪音≤50ｄＢ)或新型干式变压器(噪音≤55ｄＢ)等。采用干式变压器时，变压器室必须配散热系统。目前，国内大多采用新Ｓ9或Ｓ11系列配电变压器，有的也采用了非晶合金变压器，其优点是空载损耗很小，只有1/4～1/3，但其价格高出1.3～1.6倍，但随着制造技术的提高，一旦价格下来，非晶合金变压器会占据市场主导地位。综合考虑35kV箱式变电站变压器的容量确定为5000kVA，因为三相五拄D，yn11连接变压器带三相不对称负载能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电压质量可得到保证；此外，这种变压器还具有很好的耐雷特性。因此变压器的连接组别为三相五柱D，yn11，阻抗电压为Ud=7.0%，采用油浸式变压器。由于三相五拄D，yn11联结，如果熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电压的1/2，会使负载欠压运行。因此将熔断器连接在“△”内部。因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。而站用变压器容量确定为50kVA，连接组别采用D，yn11，接在35kV母线上将35kV电压降低为0.4kV供箱式变电站本身使用。33 2.3.2变压器的散热处理变压器设置有二种方式：一种将变压器外露，另一种将就压器安装在封闭隔室内。35kV箱式变电站变压器采用第二种接线方式，将变压器安装在封闭的变压器隔室内。为防日照辐射使室温升高，采用四周壁添加隔热材料、双层夹板结构，顶盖设计成带空气垫或隔热材料的气楼结构，内设通风道，装有自动强迫排气通风装置(轴流风机或幅面风机)。装置的开启和停止，由变压器室的温度监控装置自控，其温度的整定值按允许温度的80%～90%设定；室内正常温度下，靠自然通风来散热。为了通风，变压器室的箱体上设置百叶窗。百叶窗结构，使气流能进去，而灰尘被分离。有为防止灰尘对绝缘的影响，在变压器连接处加上绝缘防护罩。室内温度不正常的情况下采用机械强迫通风，以变压器油温不超过95℃作为动作整定值。机械强迫通风用幅面风机，而不用轴流风机。因轴流风机对变压器散热片内外侧散热不均，往往外侧散热好，内侧散热差些；而幅面风机的排风口均匀吹拂内外侧，通风散热效果较好。2.3.3采用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器负荷开关是用来开、合负载电流的开关装置，它一般具有关合短路电流能力，但是它不能开断短路电流。负荷开关可以单独使用在远离电源中心、且容量较小的终端变电站，用于投切无功补偿回路、并联电抗器及电动机等。熔断器结构简单、价格便宜、维护方便，仍然具有发展前途。熔断体是熔断器的主要元件，当熔断体通过的电流超过一定值时，熔断体本身产生的焦耳热，使本身温度升高，在达到熔断体熔点时，熔断体自行熔断切断过载电流或短路电流。限流熔断器切断短路电流的电流波形如图2.1所示。1a2时间0b燃弧时间图2.1限流熔断器切断短路电流时电流波形1—切断前电流波形2—切断过程中电流波形33 ia1—截止电流；tb2—动作时间负荷开关—熔断器组合电器中使用限流型高压熔断器，这种熔断器是依靠填充在熔体周围的石英砂冷却电弧，达到有效熄灭电弧，用于在强力冷却熄弧过程中建立起高于工作电压的电弧电压，因而具有很强限流能力(图1)。由曲线可见到，短路开始后电流上升，熔体发热，温度上升，电流升到a点，熔体熔化，由于熔断器的限流作用，电流上升停止，开始沿ab线段下降，在b点电流下降到零，此时完成熄弧。这种熔断器的整个动作过程发生在密封的瓷管中，在熄灭电弧时，巨大气流不会冲出管外。熔断器的限流特性，它是指熔断器的开断电路时，最大截止电流和预期电流稳态方均根的关系，可以从限流特性的截止电流值可估算出被限流熔断器所保护的电器设备内发生短路故障时产生的机械和热效应。负荷开关与熔断器配合使用于箱变可替代断路器，作为变压器的保护开关设备。当变压器内部发生故障，为使油箱不爆炸，故障切除时间必须限在20ms内。采用断路器保护的话，断路器最快全开断时间(继电保护动作时间+断路器固有动作时间+燃弧时间)一般需要2～3个周波(40ms～60ms)左右，而限流熔断器则可保证在10ms以内切除故障。由于同电压等级负荷开关的价格大约是断路器的价格的1/4～1/5，而负荷开关+熔断器的价格仅仅是断路器的价格的1/3，因此采用负荷开关+熔断器有较大经济性。由于断路器是用于开断短路故障电流、大负荷电流、容性电流等通用的开关设备，因此体积大、笨重，结构也复杂。相比之下负荷开关体积小，简单易开发。2.4箱式变电站总体布置35kV箱式变电站高压室额定电压35kV，低压室额定电压10kV。主变压器额定容量为5000kVA，站用变压器额定容量为50kVA，接在35kV母线上。采用电缆或架空进、出线。在结构设计上具有防压、防雨和防小动物等措施及占地面积小、操作方便，安全可靠、可以移动等特点。箱式变电站主要包括4部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室。（1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，外股、门和顶盖用新材料色彩钢板制作。（2）高压室：装备真空断路器。包括三工位负荷开关、熔断器、互感器、避雷器等。（3）低压室：装备全国统一设计的GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜、多路出线柜、耦合电容器。33 （4）变压器室：配备5000kVA油浸式变压器。室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。箱式变电站总体布置图见附录图A。第3章35KV箱式变电站一次系统设计与设备选型3.135kV箱式变电站一次系统设计3.1.1概述电气主接线是由各种主要电气设备（如发电机、变压器、开关电器、互感器、电抗器及连接线路等设备），按一定顺序连接而成的一个接受和分配电能的总电路。由于交流供电系统通常三相是对称的，故在主接线图中，一般用一根线来表示三相电路，仅在个别三相设备不对称或需要进一步说明的地方，部分地用三条线表示，这样就将三相电路图绘成了单线图。主接线代表了发电厂和变电站电气部分主结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。3.1.2一次系统设计原则（1）变配电站采用计算机监测与控制后对一次系统接线没有影响,一次系统接线方式及供电方案仍按有关要求与规定进行设计。（2）变配电站采用计算机监测与控制后,应发挥计算机的图形显示功能,模拟盘可以简化或取消。（3）变配电站采用计算机监测与控制后,可以实现元人或少人值班,值班室面积可以减小,分散值班可以集中于一处值班。3.1.3一次系统设计35kV母线采用单母线接线，10kV侧母线采用单母线分段接线。箱体采用了双层密封，双层铁板间充入高强度聚胺脂，具有隔温、防潮等特点。外层采用不锈钢体，底盘钢架采用金属喷锌技术,有良好的防腐性能。内层采用铝合金扣板箱体内安装空调及除湿装置，从而是设备运行不受自然环境及外界污染的影响。可保证设备在-40～+40℃之间运行。内部一次系统采用单元真空开关柜结构。开关柜内设有上下隔离刀闸，ZN23-35型真空断路器，选用干式高精度的电流互感器和电压互感器，电容器采用高质量并联电容器，并装有放电PT，站变选用SC9型干式站变，站内装有多组氧化锌避雷器。一次系统连接采用封闭母线结构，在每个单元柜装有"五防锁"，保证了人身与设备的安全。电气主接线图如附录图B所示。33 3.2设备选型3.2.1箱式变电站设备选型应注意的方面（1）箱变的一次设备①箱变内的一次设备，应以无油、免维护或少维护设备为宜。断路器可采用真空断路器，电流互感器、电压互感器和站用变应选用干式设备。②因箱变内空间狭小，实际运行中挂、拆接地线很不方便，所以许多箱变在开关柜单元装设了接地开关，但受空间限制，一些箱变厂家将接地开关与隔离开关采用了连动的形式，拉开隔离开关，则接地开关闭合；合上隔离开关，则接地开关拉开。在实际运行中，这种操作方式在执行现有规程时，会带来许多麻烦，设备的运行方式界定不清。如果可能的话，加装独立的接地开关，运行起来会更灵活方便。③箱变中的五防闭锁是一个重要方面，在选型时，要考虑隔离开关之间的机械闭锁以及电气闭锁，看是否能满足需要，以及可靠性是否能达到要求。④箱变内的开关柜应留有适当的观察窗，以便于观察运行设备的状况，考虑到实际运行的需要，在选型时，对此也应提出要求，以免日后运行带来不便。（2）箱变的一次进线和出线：①箱变的一次进线和出线可采用架空方式或电缆方式。采用电缆方式可有效地节省空间。②选型时一定要结合实际情况，考虑进出线的接线方式，否则不利于日后的安装。③因箱变内空间有限，电缆头一般要做到箱体的底板下面，通过箱体底板上的孔引入。而按规程要求，金属底板上的三个引入孔，彼此之间应该是连通的，避免电缆运行过程中，在金属底板上产生涡流，对设备造成损害。有些箱变在设计时，对这方面的要求考虑不足，会影响电缆的安装和运行。④对于10kV馈线的电缆安装，若电缆头做在箱体底板的下面，零序互感器的位置也要加以考虑。如果零序互感器装设在电缆头上面，电缆的接地线就不要再穿过零序互感器，这与常规做法中零序互感器在电缆头下面的接法不同。33 (3)箱变中的保护装置。箱变中一般采用综合自动化装置作为保护，有些箱变厂家同时生产综合自动化装置，若选择这样的箱变和保护一体化的产品，会给设计施工和调试带来方便，免去了许多中间环节。若箱变厂家的实力允许，也能满足我们的需要，这不失为一种较理想的选择。综合自动化装置的选择，要考虑箱变的特点，力求接线简洁，功能完备。3.2.2设备选型的基本原理电器选择是发电厂和变配电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使用电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时应根据工程实际情况，按照有关设计规范，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。电器的种类和型式是电器选择的重要内容之一。选择时，可根据安装地点，使用条件、配电装置的型式、运行和检修经验以及人们使用习惯等多种因素综合确定。尽管电力系统中各电器的工作条件和作用并不一样，具体选择方法也不完全一样，但它们的基本要求是一致的。电器要能可靠的运行，必须按正常工作条件选择，并按短路电流来效验动稳定和热稳定[10]。电器设备选择的一般条件如下：（1）按正常条件选择电器设备按正常条件选择，就要考虑电器装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电器装置所处的位置特征；电器要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率（一般为50HZ0）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑起断流能力。①考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐、防暴、防尘、放火等要求，以及沿海或湿热地域的特点。②所选设备的额定电压UN，et应不低于安装地点电网电压UN即UN，et≥UN（3.1）一般电器设备的电压设计值满足1.1UN，et应而可在应1.1UN，et下安全工作。③电器的额定电流IN，et是指在额定周围环境温度θ0下，电器的长期允许电流IN，et应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续的工作电流Imax，即IN，et≥Imax（3.2）由式可以推算，当电器的环境温度θ高于40℃（但不高于60℃）时，环境温度每升高1℃，应减少允许电流1.8%；当使用环境低于40℃时，每降低1℃，允许电流增加0.5%。（2）按短路条件校验①动稳定校验33 动稳定（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效力的能力。满足稳定的条件iet≥ish（3.3）或Iet≥Ish（3.4）式中Ish、Ish—设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（kA）Iet、Iet—设备允许通过电流的峰值及其有效值（kA）对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。a用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。b电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定，因为短路电流很小。c电缆一般均有足够的机械强度，可不校验动稳定。②热稳定校验短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短时发热最高允许值，即I2tt≥I2∞tima（3.5）式中I∞—设备安装地点稳态三相短路电流；tima—短路电流假想时间；It—t秒内允许通过的短路电流值或称t秒热稳定电流（kA）；t—厂家给出的热稳定计算时间，一般为4s、5s、1s等。3.2.3高低压电器设备选择的要求（1）高压一次设备的选型高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应安全可靠的运行，运行维护方便，投资经济合理。高压电器的选择和校验可按表3.1所列各项条件进行。现仅对选择的特殊条件或简要步骤予以介绍。表3.1高压电器选择与校验条件33 项目设备额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定高压断路器UN，et≥UNIN，et≥ImaxIbr≥I∞iet≥ishI2t≥I2∞tima隔离开关—负荷开关Ibr≥I∞高压熔断器Ibr≥I∞或Ish（2）低压一次设备选型低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须考虑安装地点并满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求；同时设备工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。低压一次设备的选择校验项目如表3.2所列。表3.2低压一次设备的选择校验项目设备名称电压（V）电流（A）断流能力（kA）短流电流校验动稳定度热稳定度低压熔断器√√√——低压刀开关√√√√√低压负荷开关√√√√√低压断路器√√√√√3.2.4断路器的选型断路器型式的选择应综合考虑安装地点环境的条件、使用的技术条件和安装调试与维护护方便等因素。先对几种内型短路器的技术性能和运行维护方面的特点简要介绍如下。少油短路器开断电流大，对35以下可采用加并联以提高额定电流；35kV以上为积木结构。该断路器全开断时间短。增加压油活塞装置加强机械油吹后，可开断空载长线。少油断路器使用较早，运行经验丰富，易于维护，噪声低，油量少；它易劣化，需要一套油处理装置。33 六氟化硫（SF6）断路器的额定电流和开断能力都可以作得很大；开断性能好，可适用于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，所以断开电压做得较高；断开开距小。运行噪声低，维护工作量小，检修间隔期长，运行稳定、安全可靠、寿命较长；断路器价格较高。真空断路器连续多次操作，且开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。综合考虑35kV箱式变电站35kV侧选用ZN23-35型真空断路器，10kV侧采用ZN28-10技术参数如表3.3所示。表3.3ZN23-35型真空断路器的技术参数类别型号额定电压kV额定电流A断流容量kA动稳定电流峰值kV热稳定电流kA固有分闸时间≤合闸时间≤陪用操动机构开断电流kA真空ZN23-353516006325（4s）0.06s0.075sCT1225真空ZN28-10106305020（4s）0.06s0.1s203.2.5高压熔断器的选择熔断器额定电流的选择，除了根据环境条件确定采用户内或户外、根据用于保护电力线路和电气设备还是保护互感器确定采用RN1（及其改进型RN3、RN5、RN6）或RN2等项目外，还包括熔管的额定电流和熔体的额定电流选择。（1）熔管额定电流为了保证熔断器壳不致过热毁坏，要求熔断器熔管的额定电流IN，f1不小于熔体的额定电流IN，f2即：IN，f1≥IN，f2（3.6）（2）熔体的额定电流IN，f2=kImax（3.7）式中Imax—熔断器所在电路最大工作电流；k—可靠系数。为防止熔体误动作而考虑留有一定裕度。对于变压器回路k的取值，在不计电动机自起动时k=1.1~1.3，记入自起动时k=1.5~2.0；对于电力电容器回路，一台电容器时k=1.5~2.0，一组电容器时k=1.3~1.8。（3）熔断器开断电流校验Ibr≥I∞（或Ish）（3.8）33 对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ish进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流过最大值之前已截断，故不计非周期分量的影响，而取I∞（Ik）进行校验。高压熔断器选用RW5-35/50如表3.4所示。表3.4高压熔断器技术参数型号额定电压额定电流溶丝额定电流额定开断电流断路容量上限下限RW5-35/503550A40A6.3kA200MVA15MVA3.2.6互感器的选型（1）电流互感器的选型的要求在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式）（如穿墙式、支持式装入式等）选择其形式。选用母线型时应注意校核窗口尺寸。①绕组的额定电压；②一次绕组的额定电流；③准确度等级。为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确度不低于所测量仪表的准确级。例如：装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.5~1级表，相应的户感器的准确级不低于0.5级；对测量精确度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；供运行检测、估算电能的电能表和控制盘上的仪表一般皆用1~1.5级的，相应的电流互感器可用3级的。a.按准确度等级允许的额定容量SN，TA，限定二次绕组接入的总负荷Z2；b.动稳定校验和热稳定校验。高压电流互感器选用LA-10其技术数据如表3.5所示，低压电流互感器选用LMZJ1-0.5其技术数据如表3.6所示。表3.5高压电流互感器型号型号额定电流比级次组合二次负荷1s热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级（C）D级33 LA-10200/50.5/3，1/30.81.2175135表3.6低压电流互感器型号额定一次电流（A）一次安匝额定二次负荷（Ω）0.5级1级3级LMZJ1-0.54004000.40.6—（2）电压互感器的选型要求电压互感器的种类和形式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在6~35kV屋内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式；110~220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。电压互感器选择的主要项目是：①额定电压应于安装处电网的额定电压相一致；②类型户内型、户外型；③容量和准确度等级的选择：首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级和额定容量。电压互感器选用JDJJ-35其技术参数如表3.7所示。表3.7电压互感器技术参数型号额定电压（Kv）副绕组1额定容量（VA）最大容量（VA）原绕组副绕组辅助绕组0.20.513JDJJ-3535/0.1/0.1/315025060012003.2.7隔离开关的选型隔离开关高压侧选用GW14-35/630，低压侧选用GN19-10C/400其技术数据如表3.8所示。表3.8高低压隔离开关技术数据型号额定电压（kA）额定电流（A）极限通过电流峰值（kA）热稳定电流s45sGN19-10C/400106305012.533 GW14-35/630356304031.53.2.8开关柜的选型制造厂生产各种不同电路的开关柜、配电屏或标准元件，品种很多。设计时可按照主接线选择相应电路的柜、屏或元件，组成一套配电装置。高压开关柜和低压配电屏的选择，应满足变配电所一次电路图的各要求并经几个方案的技术经济比较后，优选出柜、屏的型式及其一次线路方案编号，同时确定其中所有一、二次设备的型号和规格。向开关电器厂订购高压开关柜时应向厂家提供一、二次电路的图纸及有关技术资料。10kV开关柜选用XGN6-10-101型。第4章35kV箱式变电站二次系统设计4.1电气二次系统设计4.1.1二次系统的定义及分类箱式变电站的设备通常可分为一次设备和二次设备两大类。主接线所连接的都是一次设备，而二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护设备、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备相互连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。按二次接线电源性质分，有交流回路，按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。电气测量仪表及测量回路。4.1.2电气测量仪表及测量回路为了保证供电系统的安全运行和用户的安全用电，使一次设备安全、可靠、经济地运行，必须在变（配）电站中装设电气测量仪表，以监视其运行状况。为电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。具体要求如下；（1）准确度高，误差小。其数值应符合所属等级准确度的要求；（2）误差不应随时间、温度、湿度和外磁场等外界条件的影响而变化；（3）仪表本身消耗的功率应越小越好；33 （4）仪表应有足够的绝缘强度、耐压和短时过载能力，以保证安全运行；（5）应有良好的读书装置；（6）构造坚固，使用维护都要方便。4.1.3二次系统设计全站智能化设计，保护系统采用变电站微机自动化保护装置，该系统做为分层、分布式多CPU的综合自动化系统，包括了变电站所需的各种继电保护如变压器保护、35kV/10kV线路保护、低周减载、电容器保护等，具有变电站的测量、实时数据采集、运行工况监视、控制操作、自动控制与调节及全部远动功能。系统采用分布式控制系统，配置、扩展、组态灵活、控制管理集中、功能分散，数据处理实时性强，传输安全可靠，操作灵活方便。对于变电站的整个保护系统主要采用以下几个装置，它们都具有以下特点：①装置有抗系统谐波的能力；②装置有自检功能，自检出错报警及闭锁保护；③装置出口及动作回路可设投切压板；④装置保护动作出口与监控动作出口各自独立；⑤装置集测量、计量、保护、控制功能于一体。（1）变压器保护变压器保护主要采用主变主保护装置、主变高压侧保护监控装置、主变低压侧监控装置等三个装置。主要实现：①比率差动保护；②差动速断保护；③重瓦斯保护；④两段式复合电压闭锁过流保护。（2）10kV线路保护监控装置主要实现：①三段式三相过流保护，保护由无时限速断、定时限速断、定时限过流组成；②三相一次重合闸；③低周减载。（3）10kV电容器保护监控装置主要实现：①定时限电流保护；②电压保护。（4）备用电源自投装置33 适用于母线联络开关，由监控和保护两套完全独立的系统组成，实现备用电源自动投入功能及母联速断过流保护。（5）PT监控装置适用于母线电压互感器，由监控和保护两套完全独立的系统组成，可实现PT自动切。换功能及单相接地保护及低电压保护。（6）中央信号监控装置与其它装置相配合完成全站事故信号及预告信号报警输出，主变油温及环境温度。4.2二次系统总体方案（1）开关柜内的继电保护,计量,信号与控制回路设计不变,值班室的继电保护屏与中央信号系统(信号屏、计量屏与控制屏)保持原设计不变,再设计一套重复的计量、信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。（2）开关柜内的继电保护,计量,信号与控制回路设计不变,值班室的中央信号系统（信号屏、计量屏与控制量）取消,集中保护的继电保护屏应保留,再将计量,信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。（3）开关柜内的继电保护,计量,信号与控制回路设计不变,值班室的中央信号系统（信号屏,计量屏与控制屏）只包括电源进线与母线联络开关柜,所有出线开关柜均不进入中央信号系统。电源进线,母线联络开关柜及所有出线开关柜的中央信号系统(信号、计量与控制)全部进入计算机监测与控制系统。4.3断路器控制与信号回路4.3.1概述断路器控制按控制地点可分为集中控制与就地控制。所谓集中控制就是集中在控制室内进行控制；就地控制就是在断路器安装地点进行控制。在控制室内对配电装置中的断路器进行控制称为距离控制。这种控制主要由控制开关、控制电缆和操作机构等组成。在箱式变电站运行的各种电气设备，随时都可能发生不正常运行的工作状态。中央信号，主要用来示警和显示电气设备的工作状态，以便于运行人员及时了解、采取措施。断路器控制回路的基本要求有：（1）能进行手动跳闸、合闸，也能完成自动跳闸，断路器跳闸（合闸）过程完成后，能自动切断跳闸（合闸）线圈回路电流，防止线圈长时间通电而烧毁；（2）有防止断路器连续多次跳闸或合闸操作的位置信号；（3）有反映断路器完成跳闸或合闸的防跳回路；33 （4）有断路器自动跳闸或合闸的位置信号；（5）有控制回路完好性监视信号；（6）在满足要求的前提下，力求简单可靠。中央控制信号装置按形式分有灯光信号和音响信号。灯光信号表明不正常工作状态的性质地点，而音响信号在于引起运行人员的注意。灯光信号通过装设在个控制屏上的信号灯光和光字牌，表明各种电气设备的情况，音响信号则通过蜂鸣器和警铃的声响来实现，设置在控制室内。由全所共用的音响信号，称为中央音响信号装置。中央信号装置按用途分有：事故信号，预告信号和位置信号。4.3.2控制回路设计（1）计算机监测与控制系统都有合闸与分闸继电器输出接点,一般接点容量为A050V,3A。将其并连接到开关柜的合分闸开关或按钮上就可以进行远方合分闸操作。（2）计算机监测与控制系统的合分闸继电器接点与开关柜上合分闸开关或按钮之间应设计手动与远方自动转换开关。（3）10KV及以上的供配电系统需要计算机监测与控制系统进行远方合分闸操作时,其控制开关应取消不对应接线,可以选用自复位式转换开关,也可选用控制按钮。（4）所有进入计算机监测与控制系统的远方操作开关的手动分闸操作开关或按钮应有一对独立的常开接点引到计算机监测与控制系统,以便在人工手动分闸时给计算机监测与控制系统一个开关量输入信号,以防止人工就地手动分闸时出现误报信号。4.3.3信号回路设计（1）所有需要计算机监测与控制系统进行监视的开关状态,均应有一对常开接点引到计算机监测与控制系统。所有常开接点可以共用一个信号地线,但不能与交流系统地线相连接。（2）所有信号继电器均应有一对单独的常开接点引到计算机监测与控制系统。有中央信号系统时,信号继电器应再有一对常开接点引到中央信号系统,以下两种常开接点应分开,由于电压等级不同,不能共用地线。4.4电气测量与信号系统（1）需要进入计算机监测与控制系统的测量参数由设计者根据有关规定与用户实际需要来确定。33 （2）需要进入计算机监测与控制系统的各种测量参数,首先经过电流互感器与电压互感器变为统一的交流。一5A电流与交流。一100V电压,220/380V系统直接利用交流守-220V或+-380V电压,然后再经各种电量变送器将交流参数变为直流。一5V,←10mA,4一20mA或←10V信号给计算机监测与控制系统进行测量。（3）电量变送器的种类与电工测量仪表完全对应。有什么类型的电工测量仪表,就有什么样类型的电量变送器。即有电流变送器（单相与三相）,电压变送器（单相与三相）,有功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,无功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,有功/无功功率变送器,功率因数变送器。（三相三线制与三相四线制）,有功电度变送器（三相三线制与三相四线制）,无功电度变送器（三相三线制与三相四线制）0,频率变送器器等。（4）电量变送器的一次接线与电工测量仪表完全相同。电流回路串联在电流互感器回路中,电压回路并联在电压互感器电压回路中。设计时应将电量变送器器统一布置于电流互感器电流回路的最末端,避免与电工测量仪表相互交叉布置。（5）电压变送器的测量输入电压最大值应提高20%,高压选交流120V,低压选交流250V或420V,各种电量变送器的输出一般选直流0-5V或4-20mA。（6）采用变配电站综合自动化系统之后,其监控单元均为交流采样,直接从电流或电压互感器取。-5A或0-100V测量信号,低压直接取220V或380V信号。不再需要各种电量变送器,开关柜上各种测量仪表可以取消。电度计量应选用带脉冲输出的电度表。其型号及一次接线与原电度表相同,只在备注中说明带脉冲输出,并注明与计算机监测与控制系统相匹配的直流电源电压,设计时应优先选用自带供电电源的有源型,输出为隔离型的脉冲电度表。计量柜电度表一般不进入计算机监测与控制系统,所以应在进线开关柜内增加有功与无功脉冲电度表各一块,作为内部统计用电量使用。33 第5章箱式变电站智能监控功能设计5.1箱式变电站的监控内容随着社会经济的发展，用户对供电可靠性和电能质量要求越来越高。预装式变电站和传统的供电所相比，虽然有着明显的优势，单仍存在一些不足之处，比如没有变压器故障监控，无防环境影响的揭露控制等。传统的保护只在高压侧配置负荷开关和熔断器，变压器有的装有专用温度控制器，低压室出线一般设有空气开关和塑壳开关。鉴于这种情况，我们对箱式变电站智能监控采用预装式变电站智能监控单元。它集中采集了预装式变电站所有有用的信息，包括电参量、环境温湿度、变压器温度等信息。通过对这些信息的综合分析作出对应动作，确保变电站的经济、安全运行，延长使用寿命。下面介绍箱变的监控内容：5.1.1电参量监测与保护实时在线监测高压侧三相入口电压/出口电流，低压侧各输出端口电流，记录运行时的电压，电流，功率，功率因数，供上位机调用或本地监测；实时监测预装式变电站三相高压端出口电流故障，根据故障状态及时分断负荷开关或向上位机发送故障状态信号。5.1.2防凝露保护预装式变电站一般用于户外，对高压室，低压室实时在线监测温湿度信号，根据当前温湿度值及时启停除湿，升温设备，破坏凝露的生成，有效防止高压开关和低压开关设备因表面出现凝露而发生闪络放电事故。33 5.1.3变压器室温度保护变压器在运行过程中由于负荷及各种原因的影响，温度容易升高，若不及时对其降温，或在温度急聚上升时做出相应地处理，将影响变压器出力甚至设备故障或永久损坏。通过实时监测变压器绕组温度或变压器油温，当监测温度超过设定值时，可启动风扇，强迫排风散热。5.1.4参数在线数字化显示和设定8位LED循环显示高压侧入口三相电压和出口三相电流、低压侧各输出端口电压高压侧低压室温湿度和变压器室温度，通过按“显示”键可显示高压侧最新出口故障电流。故障电流地整定值和各路温湿度的上小限设置值均可通过键盘设置修改，或通过上位机下发命令而设置修高故障电流整定值和温湿度上下限值。5.1.5系统组网与集中化管理预装式变电站无人值守的特点，使得系统组网成为必然。现场总线通信接口积极RS485/422人机通信接口能方便地通过电力线载波、无线电信道、通信电缆与县调或地调进行可靠通信，符合部颁通信规约标准，从而全面支持“四遥”功能。5.2配电网自动化的功能（1）配电网的实时监视与控制这种监视和控制功能与大电网的SCADA系统原则上具有类似的功能，只是监视和控制的对象不同，其规模较小。它必须随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各配电变压器，断路器及柱子上开关的运行状态；重要用户的负荷情况及其电力和电能表的信息等。这些信息必须连续地或周期性地被采集和不断地更新。反映这些信息的数据必须可靠，完整和具有一定的精确度，以便准确的实施各种控制和记录。（2）安全性控制安全性控制的目的是使配电网系统在发生故障后所造成的损失和影响最小。实施安全性控制首先识别故障。在非永久性故障时，依靠继电保护和重合闸来消除故障和恢复供电。在永久性故障时，要将故障隔离在最小范围内，使非故障部分的用户尽可能快地恢复供电。安全控制主要有以下几方面：①电线的切换和自动分段33 对于环状配电网，在正常运行时是由分段开关加以分开，实行开环运行。在发生永久性故障时，配电网自动控制系统可以根据遥测和遥信信号自动地识别故障将故障隔离，并自动地重新安排运行方式，恢复所有非故障线的供电。包括：故障检测、故障隔离、初始电源恢复和配电线重新配置。②母线自动分段在配电变电所一段发生永久性故障时，原来由这一母线供电的配电线必须切换到另一健全的母线上。这一系列的倒闸操作可以由配电网调度自动化系统来完成。③冷负荷启动这是指在大于20min的停电以后，重新恢复配电线的供电时，为防止短时冲击性负荷超过配电线的允许值，采用切除部分用户负荷，并在配电线正常运行后逐步按次序恢复用户的自动恢复供电控制。（3）经济控制经济性控制的目的是为了有效的利用配电设备的能力，降低或推迟扩建资金的投入，减少运行费用。（4）质量控制质量控制的目的是保证供电的电压和频率，当然，这二者与整个电力系统的运行控制的关系是十分密切的。（5）负荷控制负荷控制是用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。其目的是降低用户对电网的负荷需求，鼓励用户在低谷时多用电，系统突然失去大电源时，缓解对电力系统的扰动，在停电后恢复供电时，减轻冷负荷时的冲击。5.3箱式变电站的智能监控方案5.3.1硬件设计及工作原理智能监控单元以16位微处理器为控制核心，外扩现场可编程芯片（PSD），组成最小CPU系统，硬件电路简单，设计、调试和扩展十分灵活方便。它集成模拟信号处理、开关量输入输出、串口通讯、人机接口等部分，通过对电量和非电量的采集、计算、判断来达到对系统进行监控的效果；通过串行口的连接和上位机进行通讯，以达到网咯化管理；通过送风、加热等措施监测和调节环境温湿度、变压器线包温度，使预装式变电站能够正常工作。33 输入板接收所有要采集的各个参数，经过互感器的交换，送到模拟块。模拟板吧输入板转送过来的各个参数滤波、放大等方法处理后，将转换后的数字量送CPU板计算处理。CPU板是整个单元的核心，它接收经过模拟板模拟转换之后的数据、面板的开关量和上位机的通信数据，经处理后向输出板输出操作信号，通过断路器的动作完成报警、跳闸等功能，或者通过操作LED输出测量信息的数值，或者向上位机上传信息。硬件基于通用硬件平台设计，采用总线结构，使各部分更加独立化和模块化，可以根据不同的控制要求选配不同种类的模板，因而可以适用于各种不同的应用场合。监控单元的硬件由CPU主控板、模拟板、输入板、输出板、面板、总线板等六部分组成。所以5块板的通信联络均是通过总线板进行的。5.3.2软件设计软件设计同样基于通用的软件平台设计，采用面向对象的设计思想，具有可能承性、可封装性、可扩展向和模块化的特点，可以根据用户的不同需求进行组合和扩展。整个软件系统包括用户程序和应用元江开发平台两大部分，后者以实时多任务调度（操作）系统为核心，来完成底层管理任务以及拥护申请任务、中断响应任务的调度和处理，实时性好、效率较高。33 结束语本课题主要对35kV箱式变电站进行设计，系统的介绍了箱式变电站的结构、特点以及其应用领域和市场前景。所做的工作主要包括四个方面：首先是箱式变电站整体结构设计，包括主变器和站用变压器容量，接线组别的确定，以及高压室、低压室、和变压器室的的布置。其次是箱式变电站的一次系统设计及设备选型，35kV侧母线采用单母线，10kV侧母线采用单母线分段接线方式。再次是箱式变电站的二系统设计。最后是箱式变电站智能监控功能设计。通过这次设计系统让我对自己的专业知识有了进一步的巩固与提高，特别是对电器设备的选型，主电路的接线方式有了比较深刻的了解。33 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