毕业论文设计-800kVA品字型箱式变电站设计

'800RVA品字型箱式变电站设计摘要：800kVA品字型箱式变电站的设计高压侧额定电压为10kV,低压侧额定电压为0.4KV。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及其常用设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。首先，一次系统主要确定了它的主接线形式，对主要电气设备进行选型，有电压器，断路器，以及一些互感器等。其次，二次系统对它的控制回路和信号回路进行了设计。最后的智能监控系统主要是运用现在比较成熟的电气保护装置对电气设备进行保护。关键词：箱式变电站，品字型，一次系统，二次系统 Abstract:SOOkVAgoodsfontbox-typesubstationdesignhighsideratedvoltageoflOkV,ratedvoltageofthelowpressureside0.4kV.Themaintopicsincludethedevelopmentandapplicationofbox-typesubstation,substationstructureclassification,aswellasabox-typesubstationequipmentselection,primarysystemdesignandcommonsecondarysystemdesign,aswellasbox-typesubstationintelligentmonitoringsystem.First,primarysystemismainlydetermineditsmainterminalintheformofmajorelectricalequipmentselection,thereisvoltage,circuitbreakers,andsometransformersandothe匚Second,thesecondarysystemanditscontrolcircuitforasignalcircuitdesign.Finallyintelligentmonitoringsystemismainlyappliednowmorematureelectricalprotectiondevicesforelectricalequipmentforprotection.Keywords:box-typesubstation,qualityfonts,primarysystem,secondarysystem 目录1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箱式变电站与常规变电站的对比分析21.4木设计的主要任务32800kVA品字型箱式变电站的总体结构设计42.1电气主接线的确定42.1.1主接线的基本形式以及基本要求42.1.2主接线的比较与选择42.1.3高压接线方式72.2变压器72.2.1变压器容量、接线组别的确定72.2.2变压器的散热处理92.3箱式变电站总体布置93800KVA品字型箱式变电站一次系统设计与设备选型103.1800kVA品字型箱式变电站一次系统设计103.2设备选型103.2.1箱式变电站设备选型应注意的方面103.2.2设备选型的基本原理113.2.3高低压电器设备选择的要求133.2.4断路器的选型143.2.5高压熔断器的选择153.2.6互感器的选型163.2.7隔离开关的选型18 2800kVA箱式变电站二次系统设计192.1二次系统的定义及分类194.2二次系统总体方案194.3断路器、控制与信号回路192.3.1概述192.3.2控制回路设计202.3.3信号回路设计204.4电气测量与信号系统215箱式变电站智能监控功能设计223.1箱式变电站的监控内容223.1.1电参量监测与保护223.1.2防凝露保护223.1.3变压器室温度保护225.1.4参数在线数字化显示和设定223.1.5系统组网与集中化管理235.2配电网自动化的功能236结论25附录26参考文献27致谢28 1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屮，要求高压直接进入负荷屮心,形成高压受电一变压器降压一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、安全、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"⑵。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”，美式箱变多是“品”字型布置，它分为前、后两部分。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⑶。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。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多是“目”字型，因为“目字型”接线较为方便。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。通过电缆或母线来实现电气连接。由于结构简化，美式欧式箱变的占地面积和体积大大减小，由于其体积很小再加上只是一侧开门，其所需占地面积仅是欧式箱变的1/4,体积仅为同容量欧式箱变的1/5〜1/3[15]o如图1.1所示 HVTMLVHVTMLVZLLVa目字布置TMHVLVHVTMLVb品字布置TMHVLVHVTMLV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1.2.2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10、6/0.4kV时可从几十kVA〜几千kVA,在这里知道800kVA的变压器容量我选择的是10/0.4.箱式变电站是-•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。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l.lo 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、电气二方面设讣、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（10kV800KVA为例）^100m2一般箱变12m24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。L□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，不挡视线，美化环境。1.4本设计的主要任务（1）800kVA品字型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、二次系统设计;（3）箱式变电站智智能监控功能设计；（4）提交毕业设计说明书和图纸。 2800kVA品字型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主接线的基本形式以及基本要求主接线的基本形式，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误动、发生事故时不拒动，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，使发生故障吋停电吋间最短，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釦役2.1.2主接线的比较与选择单母线接线是一种最原始、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⑹。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冋路数不多的单电源小容量的厂中采用。接线方式如图2.1。 图2.1单母线接线a）单电源进线b）双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，I占I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吋，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[12H3]o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2.2。 母线WB1出线123出线123图2.2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，只停该回路；母线发牛故障后，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；便丁•向母线左右任意一个方向顺延扩建-⑵。但双母线也有如下的缺点：造价高；当母线发牛故障或检修时，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2.2所示。图2.2双母线接线 当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发牛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R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。2.1.3高压接线方式高压侧，采用负荷开关+限流熔断器作为变压器的主保护，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X151o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、笨垂，结构也复杂。相比之下负荷开关体积小，简单易开发1161171o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。2.2变压器2.2.1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变压器容量为800KVA,其器身为三相三柱或三相五柱结构、YynO或Dynll联结，熔断器连接在“△”外部。三相五柱式Dynll变压器的优点是带三相不对称负荷能力强，不会因三和负载不对称造成中性点第7页共28页 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。对于Dynll联结变压器来说，其次（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YynO联结变压器更利于抑制高次谐波电流；Dynll联结变压器的零序阻抗较ZYynO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吋，由于YynO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Dynl1联结变压器。但是YynO联结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于Dynll,从而制造成本稍低于Dynll联结的变压器。变压器联结方式如图2.4。ABCIIP2OOOabc变压器YynO联结组变压器Dynl1联结组图2.4变压器的YynO联结和Dynll联结综合考虑10kV箱式变电站变压器的容量确定为800kVA,因为三相五拄Dynll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Dynll,阻抗电压为山二7.0%,采用油浸式变压器。由于三相五拄Dynll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。2.2.2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。在这里，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。为防口照辐射使室温升高，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；室内止常温度下，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°C作为动作整定值。2.3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0.4kVo主变压器额定容量为800RVA,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、防雨和防小动物等措施及占地而积小、操作方便，安全可靠、可以移动等特点。箱式变屯站主要包括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1600RVA油浸式变压器。室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。 3800KVA品字型箱式变电站一次系统设计与设备选型3.1800kVA品字型箱式变电站一次系统设计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°C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。3.2设备选型2.2.1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垂要方面，在选型吋，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。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。 ①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。②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。（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，免去了许多屮间环节。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。在进行电器选择吋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。尽管电力系统屮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。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；屯器要求是指屯器装置对设备的屯压、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，还应考虑其断流能力。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o ①所选设备的额定电压Ug应不低于安装地点电网电压uN即Uy》5一般电器设备的电压设计值满足1・1（/“血应而可在应LlUg下安全工作。②电器的额定电流人口是指在额定周围环境温度輪下，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人亦，即/21N.cimax由式可以推算，当电器的环境温度0高于40°C（但不高于60°C）时，环境温度每升高1°C,应减少允许电流1.8%；当使用环境低于40°C吋，每降低1°C,允许电流增加0.5%0（2）按短路条件校验①动稳定校验动稳定（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->b或仃>5式中心、乙―设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（kA）-、/“一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，其热稳定由熔断吋间保证，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吋，电器各部件温度不应超过短吋发热最高允许值，即 -