高压成套开关柜选型及设备布置.docx
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高压成套开关柜选型及设备布置
课程设计说明书
高压成套开关柜选型及设备布置（方案B）
学院：
能源与动力工程学院
专业：
新能源科学与工程
姓名：
邓湘波
学号：
201449060119
指导老师：
石阳春
课程：
风电场电气系统课程设计
时间：
2017.6.5-2017.6.18
1.课程设计的目的及要求············································4
1.1课程设计的目的···········································4
1.2课程设计的要求·················································4
1.3课程设计组内任务·············································4
2.风电场电气主接线·······················································5
3.高压成套开关柜简介·····················································6
3.1高压成套开关定义·············································6
3.2高压成套开关柜的功能··········································6
3.3高压成套开关柜的基本结构···································6
3.4高压成套开关柜的主要组成部分·······························7
3.5高压成套开关柜的技术参数···································7
3.6高压成套开关柜的使用条件···················7
3.7高压成套开关柜的产品特点······················8
3.8高压成开套关柜的五防···································8
4、高压成套开关柜的选型··············································8
4.1已知技术条件与参数····································8
4.2高压成套开关柜的选型····································9
5、KYN60-40.5（S）型金属铠装移开式开关柜概述·····························105.1、KYN60-40.5（S）金属铠装移开式开关柜的概述·················10
5.2KYN60-40.5（S）型开关柜型号及含义···················11
5.3KYN60-40.5（S）型开关柜正常使用条件··························11
5.4KYN60-40.5（S）型开关柜主要电器技术数据··············11
5.5KYN60-40.5（S）型开关柜技术参数··················13
5.6KYN60-40.5（S）型开关柜主要部件技术参数··················13
5.7KYN60-40.5（S）型开关柜一次线路方案选择··············16
6、高压成套开关柜布置·················································18
7.个人小结·······························································20
8.参考文献···························································21
9.附件···························································22
1、课程设计的目的及要求
1.1课程设计的目的
《风电场电气工程》是风动专业一门非常重要的专业课，有着新概念多、内容抽象、实践性强、内容多等特点。
课程设计是对学生所学课程内容掌握情况的一次自我验证，有着极其重要的意义。
通过课程设计能提高学生对所学知识的综合应用能力，能全面检查并掌握所学内容。
通过本课程的课程设计，使学生巩固风电场电气工程的基础理论知识和基本计算方法，了解电力工业的内在关系和电气系统设计原理，熟悉电力行业规范和标准，具备应用理论知识分析和解决实际问题的能力和工程意识，为将来从事工程设计、设备安装、系统调试、维护保养等工作打下良好的基础。
1.2课程设计的要求
（1）掌握风电场电气主接线设计的基本要求.
（2）掌握发电厂电气主接线的几种常用接线方式并能分析各接线方式的特点。
（3）熟悉各种电气主接线方案的经济性能比较方法。
（4）握几种主要电气设备的选型计算方法。
（5）掌握配电装置布置的基本要求，并能画出简单的配电装置布置图。
1.3课程设计组内任务
低压成套开关柜选型及设备布置（方案B）
2、电气主接线设计
1、可靠性,供电可靠性是电力生产的基本要求:
（1）任一断路器检修时，尽量不会影响其所在回路供电；
（2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部二级负荷或大部分二级负荷的供电；
（3）尽量减小发电厂、变电所全部停电的可能性。
2、灵活性,发电厂主接线应该满足在调度、检修及扩建时的灵活性:
（1）调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，灵活调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度要求；
（2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修不至影响电力系统的运行和对用户的供电；
（3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
3、经济性,还应尽量做到经济合理：
（1）投资省：
主接线力求简单，继电保护和二次回路不过于复杂，采取限制短路电流的措施；
（2）占地面积小：
主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积小；
（3）电能损失少：
经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，并尽量避免因两次变压而增加的电能损失。
4、接线图如下：
3、高压成套开关柜简介
3.1高压成套开关柜定义
高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，高压开关柜按作电压等级在3.6kV~550kV的电器产品。
3.2高压成套开关柜的功能
（1）它是变电站35KV主要的电力控制设备
（2）当系统正常运行时，能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流
（3）当系统发生故障时，它能和继电保护配合迅速切除故障电流，以防止扩大事故范围。
3.3高压成套开关柜的基本结构
开关柜应满足“交流金属封闭开关设备标准”的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线等组成。
3.4高压成套开关柜的基本组成部分
整体是由柜体和中置式可抽出部分（即手车）两大部分组成。
开关柜的主要电气元件都有其独立的隔室，即：
手车室、母线室、电缆室、仪表室。
具有架空进出线、电缆进出线及其他功能方案，经排列、组合后能满足各种方案形式的配电装置的需求。
3.5高压成套开关柜的技术参数
（1）额定电压40.5KV
（2）额定频率50Hz
（3）主母线额定电流1250A、1600A、2000A
（4）分支母线额定电流630A、1250A、1600A
（5）额定绝缘水平（1min工频耐压：
相间、相对的95KV，一次隔离断口115KV。
雷电冲击耐受电压：
相间、相对的185KV，一次隔离断口215KV。
辅助控制回路1min工频耐压：
2KV）
（6）外型尺寸（宽*深*高）1400*2800（3000）*2800
3.6高压成套开关柜的使用条件
（1）周围空气温度上限+40℃下限-10℃
（2）海拔高度：
不超过1000m
（3）湿度
相对湿度：
日平均值不大于95%，月平均不大于90%
饱和蒸气压：
日平均值不在于2.2×10Mpa,月平均不大于1.8×10Mpa；
（4）地震烈度不超过8度；
（5）周围空气应不受腐蚀性、可燃气体、水蒸气等明显污染；
（6）无经常性的剧烈震动。
当开关柜使用条件超出以上规定，由用户与制造厂协商确定。
3.7高压成套开关柜的产品特点
（1）设计合理：
根据逃口、图产等各种开关电气的特点进行单元化设计，组合成功能单元
（2）结构通用，组装灵活：
C型型材满足各种结构形式。
I览护等级及使用环绕条件的要求
（3）际准模块，可以分别组成保护、操作、转换、控制等标准单元模块结构任意选用组辈隔
（4）安全防护：
采用区域之间的隔离以及功能单元进线和出线之间的相互隔离有效的加强安全防护性能
（5）技术参数：
主要技术参数领先世界
3.8高压成开套关柜的五防
1、高压开关柜内的真空断路器小车在试验位置合闸后，小车断路器无法进入工作位置。
（防止带负荷合闸）
2、高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法进合闸。
（防止带接地线合闸）
3、高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时，盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁。
（防止误入带电间隔）.
4、高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。
（防止带电合接地线）
5、高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路器的工作位置。
（防止带负荷拉刀闸）
4、高压成套开关柜的选型
4.1已知技术条件与参数
某风电场安装2.0MW风电机组61台，每6台集成一路接入升压变电站（其中一组为7台），经两条架空线路（110Kv，距离分别为20km和30km）与系统连接，并向距风电场6km处有一容量约为800KW的集中II类负荷供电（额定功率因数为0.8滞后），其地理接线图如下图所示。
据此设计风电场电气主接线方案B（包括集电系统、主变低压侧系统、主变高压侧系统、厂用电系统及近区负荷供电方案）。
与1班3组同学配合，根据3组确定的电气主接线方案B，对主要电气设备进行选型计算。
系统变电站A向主变高压侧提供的短路电流数据：
三相短路电流周期分量7.5KA
短路冲击电流峰值20.5KA
短路冲击全电流有效值11.3KA
系统变电站B向主变高压侧提供的短路电流数据：
三相短路电流周期分量6.8KA
短路冲击电流峰值19.1KA
短路冲击全电流有效值10.2KA
风电机组向主变低压侧提供的短路电流数据：
三相短路电流周期分量10.5KA
短路冲击电流峰值25.3KA
短路冲击全电流有效值15.2K
4.2高压成套开关柜的选型
（1）选型依据
1、接线方式——集电系统采用单母线分段接线方式。
2、额定电压——母线额定电压为35kV。
3、额定电流
7台风力机一组：
6台风力机一组：
4、其他参数（根据设计任务书和风电场电气主接线图中厂用电电气接线图可计算得到：
由已知给出的参数可得下列参数）
1 变比：
2 一次侧电流：
3 二次侧电流：
4 厂用电电流：
（2）选型结果
根据已知技术条件与参数及上述性能分析，本方案最终选择高压成套开关柜为KYN60-40.5（S）铠装移开式双母线交流金属封闭开关柜
5、KYN60-40.5（S）型金属铠装移开式开关柜介绍
5.1、KYN60-40.5（S）金属铠装移开式开关柜的概述
KYN60-40.5铠装移开式交流金属封闭开关设备（简称开关柜）适用于额定电压为40.5kV三相交流50Hz户内电力系统中作为发电厂、变电所及工矿企业的配电室接受分配电能之用。
并对电路具有控制、保护和监测等功能。
开关柜除广泛应用于一般的电力系统外，还可使用于具有频繁操作的电力系统中。
本产品符合GB3906—91《3～35kV交流金属封闭开关设备》及GB/T11022—1999《户内交流高压开关柜订货技术条件》的有关要求。
本开关柜可配用ZN85—40.5（3AV3）真空断路器及LN2—40.52000型SF6断路器
5.2KYN60-40.5（S）型开关柜型号及含义
5.3KYN60-40.5（S）型开关柜正常使用条件
a）周围空气温度不超过40C,且在24h内测得的平均值不超过35C。
最低周围空气温度-15C。
b）海拔不大于1000m。
c）周围空气没有明显地受到尘埃、烟、腐蚀性和/或可燃性气体、蒸气或盐雾的污染。
d）湿度条件如下：
1）24h内测得的相对湿度的平均值不超过95%；
2）24h内测得的水蒸汽压力的平均值不超过2.2kPa;
3）月相对湿度平均值不超过90%；
4）月水蒸汽压力平均值不超过1.8kPa。
KYN-35型开关柜主要技术数据
5.4KYN60-40.5（S）型开关柜主要电器技术数据
本开关柜按906—91中的铠装式金属封闭开关设备而设计，整体是由柜体和可抽出部件（即手车）两大部分组成。
柜体分四个单独的隔室，外壳防护等级为IP4X，各小室间防护等级为IP2X。
本开关设备采用热缩绝缘材料，优化电极形状，使开关柜体积小巧。
开关柜具有寿命长、占地省、安全可靠、易于安装调试、维护量小等特点。
柜体结构外形见图1,断路器手车结构见图2。
1柜体
KYN60—40.5开关柜柜体基本柜架采用钢板折弯件及角钢焊接而成。
柜内采用金属隔板焊接隔离成:
手车室、继电仪表室、主母线室、电缆室。
每个隔室在顶部都装有压力释放方向朝上的泄压板，保证在发生内部故障电弧时不会影响相邻隔室，确保设备与人身安全。
主母线室和电缆室为对称结构，主母线可置于柜后上室，也可置于柜后下室，用户可以灵活选用。
本开关柜架空进（出）线内部布置见图3，电缆进（出）线内部布置见图4。
所有额定参数和结构相同的元件或功能单元均能互换。
具有高可靠性的机械联锁和电气联锁。
手车室左右侧框底部装设有手车导向导轨，手车进柜时安装于手车左右轮架侧面的滚轮在导轨槽中滚动，以确保手车进柜时准确导向。
手车室左、右框底部都开有矩形孔以便二次电缆经过此孔顺着左、右侧框立柱进入继电器室中。
主母线室内三相主母线经过三只绝缘套管贯通，运行时各柜的主母线室之间是隔开的，可以避免一个间隔发生意外事故时波及其它开关柜的扩展性事故发生。
电缆室内根据主回路的方案的需要，可以安装接地开关（接地开关的操作位置在柜后），带电显示装置，由于本柜柜型体积较小，因此电缆头不能在本柜内安装，只能安装在电缆沟内，电缆分开后经过电缆固定夹后（电缆需加伞裙,用户自备）进入电缆室。
继电器室内有480×1100×560mm³（深×宽×高）的空间,可安装各种凸出的继电器，继电器室门可安装各种计量仪表、操作开关、信号装置、嵌入式继电器或各类综合保护装置。
继电器室顶部是小母线室，小母线室内设有25节固定Ф6mm直径铜棒小母线或电缆端子。
接线时小母线室顶盖板可供翻转，便于小母线的安装。
继电器室底部是端子室，最多可安装JH5端子150节。
2手车
根据手车上配置的主回路元件的下同，设计有断路器车、隔离手车、计量手车、电压互感器手车、避雷器—电压互感器手车。
同规格的手保证互换。
手车在柜内有试验位置和工作位置两个锁定状态。
手车推进（退出）采用蜗轮蜗杆省力机构，操作轻便、灵活。
手车进柜时，需要使用专用附加外轨道。
各种手车均有与柜体连接的接地触头，以保证手车在工作时可靠接地（从“试验位置”到“工作位置”，接地触头均与柜体接地装置可靠接触）。
手车向工作位置运动时，手车两侧校正滚轮在装于柜体两侧的导向轨道中运动，从而保证手车自动对正一次触头，并且使手车底轮悬离柜底板3~4mm，手车处于中置式，这样使手车在柜内推动轻便、灵活。
本型手车还专门设计有备用的第五只车轮，以供手车在柜外转向或运动时使用，此轮将使手车转运十分轻便、灵活。
3联锁
开关柜内装有安全可靠的联锁装置，完全满足“五防”的要求
图1开关柜结构外形
5.5KYN60-40.5（S）型开关柜技术参数
表1开关柜技术参数
序号
项目
单位
数值
1
额定电压
kV
40.5
2
额定频率
Hz
50
3
额定电流
A
1250、1600、2000
4
额定工频耐受电压（对地及相间/隔离断口）
kV
95/115
5
雷电冲击耐受电压（对地及相间/隔离断口）
kV
185/215
6
额定短时耐受电流
kA
25、31.5
7
额定短路持续时间
s
4
8
额定峰值耐受电流
kA
63、80
9
额定短路开断电流
kA
25、31.5
10
额定短路关合电流（峰值）
kA
63、80
11
辅助回路额定工频耐受电压
V
2000
12
防护等级（外壳/隔室）
IP4X/IP2X
13
外形尺寸（宽×深×高）
mm
1200×2550×2600（注）
5.6KYN60-40.5（S）型开关柜主要部件技术参数
表2ZN85—40.5（3AV3）真空断路器额定参数
项目
单位
参数
额定电压
kV
40.5
额定短时工频耐受电压（有效值）
kV
95
额定雷电冲击耐受电压（峰值）
kV
185
额定频率
Hz
50
额定电流
A
1250、1600、2000
额定短时耐受电流
kA
25、31.5
额定峰值耐受电流
kA
63、80
额定短路持续时间
s
4
额定短路开断电流
kA
25、31.5
额定短路关合电流
kA
63、80
额定操作顺序
O-0.3s-CO-180s-CO
开断时间
ms
<80
额定短路开断电流开断次数
次
20
额定电容器组开断电流
A
630
额定操作电压
V
（DC、AC）110、220
机械耐久
次
10000
表3LN2—40.52000型SF6断路器技术参数
项目
单位
参数
额定电压
kV
40.5
额定短时工频耐受电压（有效值）
kV
95
额定雷电冲击耐受电压（峰值）
kV
185
额定频率
Hz
50
额定电流
A
1250、1600
额定短时耐受电流
kA
16、25
额定峰值耐受电流
kA
40、63
额定短路持续时间
s
4
额定短路开断电流
kA
16、25
额定短路关合电流
kA
40、63
额定操作顺序
O-0.3s-CO-180s-CO
额定短路开断电流开断次数
次
20
额定电容器组开断电流
A
800
SF6额定压力（20℃时表压）
MPa
0.65
额定操作电压
V
（DC、AC）110、220
机械耐久
次
10000
年漏气率
≤1℅
表4LDJ2B—35电流互感器技术参数
额定电流比
额定二次负荷（VA）
额定短路持续时间/额定短时耐受电流/额定峰值耐受电流（In为额定一次电流）
0.2级
0.5级
10P级
5-200/5
10
10
15
2s/100In/250In
300/5
10
10
15
4s/25kA/63kA
400-600/5
10
15
20
4s/31.5kA/80kA
800-1000/5
15
20
30
4s/40kA/100kA
1200-2000/5
20
25
40
4s/40kA/100kA
表5JDZX9—35电压互感器技术参数
项目
单位
JDZ9—35
JDZX9—35
额定电压
一次线圈
V
35000
35000/
二次线圈
100
100/
零序线圈
100/3
额定负荷
0.2级
VA
50
30
0.5级
120
75
3P
500
150
表6JN12—35接地开关技术参数
序号
单位
项目
参数
1
kV
额定电压
40.5
2
Hz
额定频率
50
3
kA
额定短时耐受电流
31.5、25
4
kA
额定峰值耐受电流
80、63
5
额定短路持续时间
s
4
6
开距
mm
≥300
7
同期
ms
≤3
8
操作力矩
N
≤200
9
机械寿命
次
2000
表7避雷器技术参数
型号
避雷器额定
电压
系统
额定
电压
避雷器
持续
电压
直流参
考电压
U1mA
不大于
残压8/20us
5kA不大于
方波通流容
量2ms18次
不大于
冲击波通
流容量
不大于
kV（有效值）
kV
kV（峰值）
A
kA
HY5WZ—51/134
51
35
51
75
134
400
65
HY5WR—51/134
51
35
51
73
134
400
65
5.7KYN60-40.5（S）型开关柜一次线路方案选择
1、一次线路进线——根据集电系统电气主接线设计，本次需要电缆进线柜14台，其中
1）11台选用06号一次线路电缆进线，所用电器如下
2）1台选用17号电压测量线路，所用电器如下
3）1台选用20号避雷器线路（加电压互感器进行电压测量），所用电器如下
1
4）选用备用电缆进线（未找到型号）
选型实际
2、一次线路出线——根据集电系统电气主接线设计，本次需要电缆出线柜3台，其中
1）2台选用06号一次线路电缆出线（需换用大电流互感器）。
2）1台选用09号左右联络回路
6、高压成套开关柜布置
开关柜安装前，首先应检查安装基础是否符合本说明书提供的基础槽钢布置及一次、二次电缆开孔（请参见图5）及符合GBJ303-88《建筑电气安装工程质量检查评定标准》的要求。
开关柜安装基础选用电缆进出线时参见图5、开关柜上进（出）线时参见图6、母线桥安装参见图7。
基础槽钢的安装应符合下列要求：
表8
项目
允许偏差
mm/m
mm/全长
不直度
＜1
＜5
水平度
＜1
＜5
位置误差及不平度
＜5
图5电缆进（出）线基础示意图
图7母线桥安装示意图
7、课程设计小结
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。
在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。
学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。
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