10KV箱式变电站设计.docx

10KV箱式变电站设计.docx

《10KV箱式变电站设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10KV箱式变电站设计.docx（42页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

10KV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，电力部也相应制定了部颁标准，但应用并不广泛，到90年代末期，特别是农网改造工程启动后，科研开发、制造技术及规模等都进入了高速发展，被广泛应用于城区、农村10～110kV中小型变电站、厂矿及流动作业用变电站的建设与改造，因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高末端电压质量，特别适用于农村电网改造，被誉为21世纪变电站建设的目标模式。

箱式变电站自问世以来，发展极为迅速，在欧洲发达国家已占配电变压器的70%，美国已占90%。

随着我国城市现代化建设的飞速发展，城市配电网的不断更新改造，必将得到广泛的应用。

近年来箱式变电站，是当前农网改造和今后变电站建设的主要方向，但就某些方面还存在着一些不足，具体表现在：

　1.防火问题：

箱式变电站一般为全密封无人值守运行，虽然全部设备无油化运行且装有远方烟雾报警系统，但是箱体内仍然存在火灾隐患，如：

电缆、补偿电容器等，一旦突发火灾，不利于通风，也不利于火灾的扑救，因此应考虑设计自动灭火系统，

　2.扩容问题：

箱式变电站由于受体积及制造成本所限，出线间隔的扩展裕度小，如想在原箱体中再增加1～2个出线间隔是比较困难的，必须再增加箱体才能做到。

　3.检修问题：

由于箱式变电站在制造时考虑制造成本及箱体体积所限，使箱式变电站的检修空间较小，不利于设备检修，特别是事故抢修，这是箱式变电站的先天不足，是无法克服的缺点。

总之，展望未来，箱式变电站在我国广大城市、农村、工矿企业、公共建筑设施中会得到广泛的应用，它将以其物美价廉的优点被越来越多的人们所使用，使我国的电网运行水平再上一个新台阶。

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设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。

10kV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，主变压器容量为1600kVA。

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

Abstract

Compactsubstationsandcompletesetsofsubstationsaysoutdoor,alsohavecalledcombinedsubstation,itistodevelopinthe1960stothe70sEuropeandtheUnitedStatesandotherwesterndevelopedcountrieslaunchedacompletesetofnewkindsofoutdoorsubstationsubstationequipment,becauseithasaflexiblecombination,easytotransportandmigration,easyinstallation,constructionperiodisshort,lowoperatingcost,nopollution,nomaintenanceetc,andbytheworldcountriespoweroftheworkersoftheattention.Inthe1990s,Chinabegantoappearsimplecompactsubstations,alsoformulatedthecorrespondingpoweristhefirstclassstandards,butnotwidelyapplication,tothe90s,especiallyreconstructionprojectstarted,thescientificresearchanddevelopment,manufacturingtechnologyandscale,inhighspeeddevelopment,arewidelyusedincityandcountryside10~110kVsubstations,middleandsmallfactoriesandflowwiththetransformersubstationhomeworkconstructionandretrofit,becauseitseasytofurtherloadcenters,reducethepowersupplyradius,improvethequalityofvoltageend,especiallysuitableforruralnetworkreconstruction,isknownasthe21stcenturysubstationconstructionofthetargetmodel.

Compactsubstationsusedinresidentialarea,urbanpublicchange,thebusybusystreets,andconstruction,powersupply,theusercanaccordingtodifferentconditionsofuse,loadlevelselectionboxchange.

Compactsubstationssincesincetheadvent,veryrapidly,andthedevelopedcountriesinEuropehaveaccountedfor70%ofdistributiontransformer,theUnitedStateshas90%.Alongwiththerapiddevelopmentofmoderncityconstruction,thecityofthedistributionnetworkconstantlyupdatedtransformation,andwillbewidelyused.

Inrecentyearsthecompactsubstations,isthecurrentruralreformandthemaindirectionofsubstationconstructioninthefuture,butinsomewaysstillhassomeproblems,andthespecificdisplaysin:

1.Thefirepreventionproblems:

compactsubstationsgenerallytoallthesealunattendedoperation,althoughalltheequipment,thesystemwithnooilandsmokealarmsystemfaraway,butthecabinetstillexistafirehazard,suchas:

cable,compensationcapacitors,onceafire,goagainstventilation,alsogoagainstfiresaves,soshouldbeconsideredthedesignautomaticfireextinguishingsystem,butthiscanincreasethecompactsubstationsmanufacturingcost.

2.Expansionproblem:

compactsubstations,duetothevolumeandthelimitofthemanufacturingcosts,theintervalofthemarginoftheextendedtheirsmall,ifwanttoincreaseagainintheoriginalcasein1~2qualificationintervalisdifficult,mustaddcasetodo.

3.Maintenanceproblems:

becausecompactsubstationsinmanufacturingforthemanufacturingcostsandthelimitofthevolume,makeofthebox-typestationsoverhaulthespaceislesser,goagainstequipmentmaintenance,especiallyaccidentemergencyrepair,thisiscongenitaldeficiencyofthebox-typestations,itistocannotovercomeshortcomings.

Inshort,lookingtothefuture,compactsubstationsinourcountrytheurbanandruralareas,industrialandminingenterprises,publicbuildingfacilitieswillbewidelyused,itwillwiththeadvantagesofgoodqualityandlowpricebymoreandmorepeopleareusing,makeourpowergridoperationleveltoanewstage.

Thistopicincludethedevelopmentandtheapplicationofthecompactsubstations,thestructureofthebox-typestationsclassification,andcompactsubstationsasystemdesignandtheequipmentselection,secondarysystemdesign,andcompactsubstationsintelligentmonitoringsystem.10kVsubstationdesignofhighpressuresideboxratedvoltageis10kV,lowvoltagesideoftheratedvoltageis0.4kV,themaintransformercapacityof1600kVA.TheLordwiringthesingleout-linesbus.

Keywords:

compactsubstationsstructureasystemofquadraticsyst

第一章箱式变电站简介

1.1箱式变电站概述

箱式变电站是一种高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备，即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站。

箱式变电站适用于矿山、工厂企业、油气田和风力发电站，它替代了原有的土建配电房，配电站，成为新型的成套变配电装置。

1.2箱式变电站的技术特点

箱式变电站主要由多回路高压开关系统、铠装母线、变电站综合自动化系统、通讯、远动、计量、电容补偿及直流电源等电气单元组合而成，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，具有鲜明的技术优点。

1.2.1技术先进安全可靠、自动化程度高

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全封闭高压开关柜（如：

xgn型）、干式变压器、干式互感器、真空断路器，弹簧操作机构、旋转隔离开关等国内技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全封闭、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。

全站智能化设计，保护系统采用变电站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、温度进行控制和远方烟雾报警，满足无人值班的要求；根据需要还可实现图像远程监控。

1.2.2工厂预制化、组合方式灵活、外形美观

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，真正实现变电站建设工厂化，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。

箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，一方面，我箱式变电站们可以全部采用箱式，也就是说，35kv及10kv设备全部箱内安装，组成全箱式变电站；也可以仅用10kv开关箱，35kv设备室外安装，10kv设备及控保系统箱内安装，对于这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧站改造，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。

总之，箱式变电站没有固定的组合模式，使用单位可根据实际情况自由组合一些模式，以满足安全运行的需要。

箱体外壳采用镀铝锌钢板及集装箱制造技术，外形设计美观，在保证供电可靠性前提下，通过选择箱式变电站的外壳颜色，从而极易与周围环境协调一致，特别适用于城市建设，如：

城市居民住宅小区、车站、港口、机场、公园、绿化带等人口密集地区，它既可作为固定式变电所，也可作为移动式变电所，具有点缀和美化环境的作用。

1.2.3投资省、占地小、见效快

箱式变电站较同规模常规变电所减少投资40%～50%，以35kv单主变4000kva规模变电所计算，土建工程（包括征地费用）箱式变电站要比常规变电所节约100余万元；若从竣工投产角度分析，保守估计按每站提前4个月投运计算，若平均负荷2000kw，售电利润0.10元/kw.h，三个月可增加净利润60余万元；从运行角度分析，在箱式变电站中，由于先进设备的选用，特别是无油设备运行，从根本上彻底解决了常规变电所中的设备渗漏问题，变电站可实行状态检修，减少维护工作量，每年可节约运行维护费用10万元左右，整体经济效益十分可观。

以4000kva单主变规模变电所为例，建设一座常规35kv变电所，大约需占地3000m左右，而且需要进欧式箱式变电站

行大规模的土建工程；而选用箱式变电站，主变箱和开关箱两箱体占地面积最小可至100m，包括35kv其他设备总占地面积最大为300m，仅为同规模变电所占地面积的1/10，可充分利用街心、广场及工厂角隅即可安装投产，符合国家节约土地的政策。

1.3箱式变电站的类型与结构

箱式变电站的型式可以分为普通和紧凑型两类。

普通型箱式变电站有ZBW型和XWB型等，紧凑型箱式变电站有ZB1—336型和GE箱式变电站等。

箱式变电站10KV配电装置不用断路器，常用的有FN5—10型或FN7—10型负荷开关加熔断器和环网供电装置，并从邻近架空线支接到变压器高压端。

根据产品结构不同及采用元器件的不同，分为欧式箱变和美式箱变两种典型风格。

美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，区别于欧式预装式变电站。

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。

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、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。

1.4箱式变电站的适用范围与设计规范

箱式变电站用于高层住宅，豪华别墅，广场公园，居民小区，中小型工厂，矿山、油田，以及临时施工用电等场所，作配电系统中接受和分配电能之用。

本产品符合GB/T17467《高压/低压预装式变电站》标准和SD320《箱式变电站技术条件》。

1.4.1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。

（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。

1.4.2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

《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