35kV箱式变电站设计.docx
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35kV箱式变电站设计
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
第1章绪论1
1.1供配电技术的发展1
1.2箱式变电站的类型、结构与技术特点1
1.2.1箱式变电站的类型1
1.2.2箱式变电站的结构1
1.2.3箱式变电站的技术特点2
1.2.4箱式变电站与常规变电站的对比分析3
1.3箱式变电站的技术要求与设计规范5
1.3.1额定值5
1.3.2设计和结构6
1.3.3使用条件7
1.3.4箱体要求8
1.3.5箱式变电站内部电器设备8
1.4本课题的主要任务8
第2章35kV箱式变电站总体结构设计9
2.1电气主接线的确定9
2.1.1主接线的基本形式9
2.1.2箱式变电站对主接线的基本要求9
2.1.3主接线的比较与选择10
2.1.4高压接线方式11
2.2箱式变电站箱体的确定11
2.2.1箱体的结构的确定…11
2..2.2合理配置11
2.3变压器12
2.3.1变压器容量、接线组别的确定12
2.3.2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13
2.4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15
3.1主电路设计15
3.1.1概述15
3.1.2一次系统设计原则15
3.1.3一次系统设计15
3.2设备选型16
3.2.1箱式变电站设备选型应注意的方面16
3.2.2设备选型的基本原理17
3.2.3高低压电器设备选择的要求18
3.2.4断路器的选型19
3.2.5熔断器的选型19
3.2.6互感器的选型21
3.2.7隔离开关的选型22
3.2.8开关柜的选型22
第4章35kV箱式变电站二次系统设计23
4.1电气二次系统设计23
4.1.1二次系统定义及分类23
4.1.2电气测量仪表23
4.1.3二次系统设计23
4.2二次系统总体方案24
4.3断路器控制与信号回路25
4.3.1概述25
4.3.2控制回路设计26
4.3.3信号回路设计26
4.4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28
5.1箱式变电站的监控内容28
5.1.1电量监测与保护28
5.1.2防凝露保护28
5.1.3变压器室温度保护28
5.1.4参数在线数字化显示和设定28
5.1.5系统组网与集中化管理29
5.2.配电网自动功能29
5.3箱式变电站的智能监控方案30
5.3.1硬件设计原理30
5.3.2软件设计原理30
结束语32
参考文献33
致谢34
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
Designof35kVbox-typetransformersubstation
ABSTRACT：
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；secondsystem
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；
（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。
（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
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
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。
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12m2
ZBW174m2
4
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：
1
7
投资费用
2：
1
8
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。
（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
《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]。
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
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