10kv箱式变电站设计方案

'10KV箱式变电站设计1绪论伴随着改革开放和市场经济的不断深入，我国的国民经济正在快速的发展，电力工业正逐步跨入世界先进水平的行列。而我国的大中小型的企业对电力的需求和运行可靠性的需求在不断增加。为大中小型企业提供电力的是各式的变电站。由于变电站是土建结构复杂、生产工艺系统严密、施工难度较大的工业建筑。变电站结构的改进、施工装备的更新、新型建材的采用、队伍素质的提高、施工方法的改进以及采用集中控制和采用计算机监控都会对变电站的运行产生影响。我选择设计本课题，是为了从学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。同时也是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识。我国工业正在迅速的发展，对变电站的设计提出的要求也在不断提高，这就更需要我们不断提高知识理解应用水平，认真对待。降压变电站是连接供电网络和企业非常重要的环节，所以做好变电站的设计是我国企业供电建设的重要环节。在目前的变电站建设中，存在土地、资金浪费严重的现象。改造困难、无线电干扰、工频电磁辐射和噪声等环保问题以及电能质量差已成为影响企业供电成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以变电站需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用的要求。变电站的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证节约资源、保护环境、易于实现自动化和模块集成。在这种要求下，变电站电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、安全环保的设计方案。基于此，我以设计安全系数高、工业质量好和保护环境、节约资源的变电站为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面出发提出了新的设计思路。30 在国内随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线日趋简化。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展[3]。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，然而这些变电站占地面积大。而现在土地资源紧张，环境要求严格，在稠密的城区选择变电站选址相当困难。此外计算机的渗透已经达到每一个角落，企业供电系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术全分散式变电站自动化系统和先进的网络技术[5]。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。在国外近年来一些国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电站设计理论，如变电站电压无功控制理论和基于模糊控制理论的变电站电压无功综合控制等理论。发达国家通过新的变电站设计理论改善和优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，使变电站运行更加节约﹑集约﹑高效。设备方面实现了测控设备还和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库。户外插接式智能型组合电器PASS（PlugandSwitchSystem），已经开始采用。目前，我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、SF630 开关和机、电组合一体化的小型设备发展。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，因此通过合理的电气主接线设计、电气设备合理选择、整体布局的紧凑以及综合自动化技术涉及和应用，合理地将通信设施并入主控室，达到简单高效地监控和控制的目的，简化变电站内附属设备，从而达到减少变电站占地面积，优化变电站设计，降低投资的目的。在最后对所有的电气设备，电气主接线，电气的二次接线，电气设备保护装置等进行优化使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户供电的目的。10kV降压变电站电气部分设计的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，主要完成该变电站的一次、二次部分设计，参考国内外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备，对降压变电站的电气主接线方案，主变压器的选择，电气设备的选择，配电装置的选择以及防雷保护的设计。主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。同时，完成变电站一次、二次部分总接线图、10kV变电站平面布置初步设计图和详细设计图。根据毕业设计任务书所提供的原始数据，以相关技术规范、规程为标准，参考相关专业书籍，结合具体学习的特点，准确的知识资料，通过严密的全面的分析，对变电站的主要电气设备、电气主接线、保护装置及接地网进行初步设计。在设计过程中，我们应该注意紧密结合变电站的生产实际与其它电力系统课程相关资料之间的联系。通过合理的电气主接线设计、电气设备合理选择、整体布局的紧凑以及综合自动化技术涉及和应用，合理地将通信设施并入主控室，达到简单高效地监控和控制的目的，简化变电站内附属设备，从而达到减少变电站占地面积，优化变电站设计，降低投资的目的。在最后对所有的电气设备，电气主接线，电气的二次接线，电气设备保护装置等进行优化使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户供电的目的。了解并掌握10kV降压变电站的国内外现状特点和发展前景，查阅资料，结合电力系统方向所学专业课程以及他人的设计、研究成果，掌握变电站设计的过程和方法，并归纳、创新出自己的研究方案。根据各地不同情况，在借鉴已建10kV降压变电站设计经验的基础上，对10kV降压变电站所址的选择、电气主接线、二次接线的设计、电气设备的平面布置、电气设备选型、防火、防雷、接地、防电磁辐射、防噪声等方面提出一系列设计思路。主变容量和型号的选择是根据负荷发展的要求。包括主变压器型号的选择，冷却方式，有无励磁，有载还是无载调压方式。根据以上研究思路，本论文共分为七章。第一章简要介绍选题背景、选题目的和意义、国内外的研究现状、论文的研究思路和方法。第二章分析了箱式变电站的类型、结构与技术特点。第三章研究了10kV箱式变电站的总体结构设计。第四章研究了10KV30 箱式变电站一次系统设计与设备选型。第五章研究了10kV箱式变电站二次系统设计。第六章研究了箱式变电站智能监控功能设计。第七章对全文做了总结，并提出了本论文有待进一步研究的问题。2箱式变电站的类型、结构与技术特点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”，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。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；（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。考虑到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。（3）型由于采用普通油和难燃油做为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、工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各为一室，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。30 图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2.2.1箱式变电站与常规变电站的对比分析目前，国内生产的箱变的电压等级：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（在IEC及欧洲称为高压K/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%，是一种新型的装备。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，适用范围更广。箱式变电站与常规变电站性能比较见表1。30 表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电站组合式（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。2.3箱式变电站的技术要求与设计规范设计严格按照国家标准《高压/低压预装式变电站》（GB/T12467-1998），以及适合的工艺流程。2.4本设计的主要任务（1）10KV箱式变电站的总体结构设计（2）箱式变电站主接线设计与一次设备选型（3）二次系统设计30 （4）箱式变电站智能监控功能设计3电气主接线的确定3.1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。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会误动、发生事故时不会拒动，能尽可能的缩小停电范围。为了满足可靠性要求，主接线应力求线路简单清晰。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。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。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。3.1.1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个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。接线方式如图2。30 图2单母线接线a）一路电源进线b）两路电源接线在主接线中，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，所以严禁带负荷操作。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。接线方式如图3。30 图3单母线分段接线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，只把该回路停电；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。接线方式如图4所示。图4双母线接线30 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。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10kV母线选用单母线接线方式，0.4kV采用单母线分段接线。3.1.2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。限流熔断器当其中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：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，即两个换进和环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在高压/低压变压器发生内部故障时起保护作用；QLC对熔断器和变压器还起隔离和接地作用。3.2变压器3.2.1变压器容量、接线组别的确定箱式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式结构、Dyn11或Yyn0联结，熔断器连接在“△”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防雷特性。对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为整数）谐波励磁电流在其三角形结构的一次绕组内形成环流，不注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星型接线的Yyn0联结变压器更利于抑制高次谐波电流；Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除；当接用单相不平负荷时，由于Yyn030 联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，因而严重影响了接用单相负荷的容量，影响设备能力的发挥。因此国家规定在TT和TN系统中，推广Dyn11联结变压器。但是Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于Dyn11，从而制造成本稍低于Dyn11联结的变压器。变压器联结方式如图5。图5变压器的Yyn0联结和Dyn11联结综合考虑10kV箱式变电站变压器的容量确定为1600kVA，因为三相五拄Dyn11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Dyn11，阻抗电压为=7.0%，采用油浸式变压器。由于三相五拄Dyn11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Dyn11，接在10kV母线上将10kV电压降低为0.4kV供箱式变电站本身使用。3.2.2变压器的散热处理30 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。10kV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。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。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6所示1a2时间0b燃弧时间图6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—截止电流；—动作时间负荷开关—30 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。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。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。3.4箱式变电站总体布置10kV箱式变电站高压室额定电压10kV，低压室额定电压0.4kV。主变压器额定容量为1600kVA，接在10kV母线上。采用电缆或架空进、出线。在结构设计上具有防压、防雨防老鼠等小动物措施及占地面积小、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。（4）变压器室：配备1600kVA油浸式变压器。室顶装有由温度监控仪控制启动的轴流风扇。410KV箱式变电站一次系统设计与设备选型4.110kV箱式变电站一次系统设计30 10kV母线采用单母线接线，0.4kV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，ZN23-10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。4.2设备选型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50HZ）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应不低于安装地点电网电压即≥（1）一般电器设备的电压设计值满足1.1应而可在应1.1下安全工作。3）电器的额定电流是指在额定周围环境温度θ0下，电器的长期允许电流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，即（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30 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（3）或（4）式中、—设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（kA）、—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t≥（5）式中—设备安装地点稳态三相短路电流；—短路电流假想时间；—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。4.2.1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。30 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≥≥≥≥≥隔离开关—负荷开关≥高压熔断器≥或表3高压电器选择与校验条件（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4所列。30 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√√√√√表4低压一次设备的选择校验项目4.2.2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方便等因素。先对几种断路器的技术性能和运行维护方面的特点简要介绍如下。少油断路器开断电流大，对35kV以下可采用加并联以提高额定电流；10kV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。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；断开距离小。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，不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。综合考虑10kV箱式变电站10kV侧选用ZN23-10型真空断路器，0.4kV侧采用ZN28-04技术参数如表5所示。30 表5ZN23-35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ZN23-10106306325（4s）0.06s0.075sCT1225真空ZN28-040.42002020（4s）0.06s0.1s204.2.3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不小于熔体的额定电流即：≥（6）（2）熔体的额定电流=k（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30 ≥（或）（8）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RW5-10/25如表6所示。表6高压熔断器技术参数型号额定电压额定电流熔丝额定电流额定开断电流断路容量上限下限RW5-10/251025A40A6.3kA200MVA15MVA4.2.4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等级不低于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，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7所示，低压电流互感器选用LMZJ1-0.530 其技术数据如表8所示。表7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LA-10200/50.5/3，1/30.81.2175135表8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9所示。30 表9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-1010/0.03/0.03/315025060012004.2.5隔离开关的选型隔离开关高压侧选用GW14-10/200，低压侧选用GN19-04C/20其技术数据如表10所示。表10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s45sGN19-04C/200.42005012.5GW14-10/200102004031.54.2.6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。510kV箱式变电站二次系统设计30 5.1二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。5.2二次系统总体方案（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。5.3断路器控制与信号回路5.3.1概述断路器控制方式按控制地点可分为：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。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；30 （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；（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。5.3.2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分合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控制和远方转换开关。（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。5.3.3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。5.4电气测量与信号系统30 （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。（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。（5）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。本设计采用数字综合测量电路。如图7所示。30 图7多功能数字式智能表的测量原理图6箱式变电站智能监控功能设计6.1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，但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做出相对应动作，确保变电站的经济、安全运行，延长使用寿命。总体规程如图8。30 操作机构微机总控制端运行设备保护装置监控系统图810KV箱式变电站智能控制系统6.1.1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。6.1.2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。6.1.3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。6.1.4参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。30 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。6.1.5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、通信电缆与电调或局调进行可靠通信，符合部颁通信规约标准，从而全面支持“四遥”功能。6.2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30 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。6.3箱式变电站的智能监控方案6.3.1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，以达到网络化管理；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。30 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。模拟板把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。6.3.2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。微机保护软件总框图如图9所示。30 图9微机保护软件总框图30 北京交通大学毕业设计（论文）结论7结论本设计主要对10kV箱式变电站进行设计，系统的阐述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，包括主变压器和站用变压器容量，接线组别的确定，以及高压室、低压室、和变压器室的布置。其次是箱式变电站的一次系统设计及设备选型，10kV侧母线采用单母线，0.4kV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理解。32 北京交通大学毕业设计（论文）参考文献参考文献[1]黄绍平.成套电器技术[M].湖南工程学院讲义（内部资料），2002[2]费广标.10kV箱式变电站模式设计[M].中国电力出版社，2003[3]朱宝骅.一种新型箱式变电站-集成变配电站[J].电工技术杂志，2002（2）[4]麦艳红.新型箱式变电站的应用与分析[J].广西水利水电，2001（1）[5]熊作胜.关于10kv箱式变电站的技术改进[J].电气时代,2001（3）[6]吕亚杰.箱变的结构及适用型分析[J].大同职业技术学院学报，2001（1）[7]蔡心一，颜长斌.欧式、美式、国产式箱变的特性分析[J].江苏电器，2001（1）[8]高颂九.预装式变电站小区布点及容量选择分析[J].变压器,2002(11)[9]赵磊.对箱式变电站设计的建议[J].农村电气化,2002(4)[10]刘涤尘.电气工程基础[M].武汉理工大学出版社,2002(1)[11]输变电常用标准汇编[M].中国标准出版社,2001(3)[12]电力系统一次接线[M].北京,电力工业出版社,1995[13]贺家李.电力系统继电保护原理[M].北京,水利电力出版社,1994[14]刘健.配电自动化系统[M].北京,中国水利电力出版社,1998[15]苏文成.工厂供电[M].北京,机械工业出版社,1981[16]文锋.发电厂及配电所的控制[M].北京,中国电力出版社,1998[17]KuffelE.etal.High-voltageEngineering[M].PergamonPress,1991.[18]AmanumaK,TakedaH,AmanumaH,AokiY.Transgeniczebrafishfordetectingmutationscausedbycompoundsinaquaticenvironments.[M]NatBiotechnol.2011Jan;32 北京交通大学毕业设计（论文）致谢致谢时光飞逝，我们的学习到了最后一个环节，也是一个很重要的环节—毕业论文设计。因为我们可以通过毕业设计来进一步综合检验和巩固自己学到的知识。我们的毕业设计有充足的时间，所以我们也做了比较仔细和充分的准备。先是到图书馆和网上数字图书馆阅读了各种资料，在按照老师给我们的技术要求的基础上然后再分析整理加以组织，这样构成了自己论文的主体部份。在这过程中我态度端正，积极上进，踏实认真。认为这是一次自己学习的好机会。同时也是得到各位老师亲自指导的一个机会，这是很宝贵的。经过两个多月的努力，我基本按照要求完成了本次的毕业设计任务。不论是在知识的吸取还是在研究的设计的方法上还有不少的收益。这也是对自身努力的回报。是啊，我们不论做什么事情都是这样，只要你用心努力就会有所收获。在毕业论文设计的最后阶段，不会忘记这其中的苦与乐和老师们给我的宝贵指导，尤其感谢教育科张岩老师利用自己的宝贵时间给我的不倦指导；以及供电部门资深老师的热心帮助；才使我可以圆满完成毕业设计。感谢老师的指导和帮助！在即将结束学业的时刻我祝老师身体健康，万事如意，工作顺利！33'