35KV箱式变电站自动化系统设计.docx

1、35KV箱式变电站自动化系统设计35KV箱式变电站自动化系统设计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，

2、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。1.2 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 接地就是将电器设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，提供零电位参考点，以保证电子、电器设备的正常运行和

3、人员的人身安全。接地从类别来看分为防雷接地、交流工作接地、安全保护接地、直流接地、屏蔽接地与防静电接地。防雷接地和其他接地(电气安全、防静电、工作地)可能共地，也可能分地。从应用来说，接地具有更广泛的需求。常规接地技术主要是利用接地体几何尺寸，实现接地泄流、降低接地电阻的目的，大量使用角钢、扁钢等构筑地网。现在由于各行业新技术、新设备的广泛运用，对接地提出了更多新的要求，接地工程需求增大。接地技术厂家也为在该行业取得先期市场而积极提高自己的技术优势，多种优化接地技术、新型接地专利产品在市场上逐步兴起。在接地技术行业，地网材料从钢质铜质的演变引发了行业对电化学腐蚀的关注，并推动了新型接地材料的问

4、世。工程技术人员在全面综合接地网的泄流耗散能力、地网结构、寿命和稳定性的基础上构建科学、安全、稳定、持久的整体等电位接地系统。新型接地材料的适用性更加广泛，为接地工程的设计和实施提供了更多的选择，比如：考虑低电阻的铜包钢接地极、离子接地极;考虑地网结构和稳定的放热焊接技术及产品;考虑综合性价比的复合接地模块;考虑使用寿命的带阴极保护的锌包钢接地极、锌包钢离子接地极等。由于大量新型接地材料和新技术方案的采用，我国高土壤电阻率条件下的接地技术得到迅速发展。 目前，国内各行业针对自身情况已制订或正在制定比较细致的接地行业标准，国内接地技术规范逐步趋向于与国际技术规范接轨，部分等同采用国际规范。1.2

5、.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

6、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

7、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

8、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 、0.4 kV 时可从几百kVA上万kVA、当额定电压比为 10、6/0.4 kV 时可从几十kVA几千kVA。箱式变电站有如下特点：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

9、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4040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。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。工厂预制化设

10、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58天的时间，大大缩短了建设工期。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，

11、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。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4050。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

12、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

13、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

14、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。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 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/mm

15、2，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/T 14821.1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GB42081993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

16、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/T 17211，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35110kV变电站设计规范中规

17、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

18、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

19、出的机械传动装置不应将通道的宽度减小到500mm。1.3.2 使用条件（1）正常使用条件外壳：预装式变电站应设计成能在按GB/T 11022规定的正常户外使用条件下使用。高压开关设备和控制设备：在外壳内部按GB 7251.1规定的正常户外使用条件。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GB 1094.2或GB 6450 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/T 11022的规定。低压

20、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GB 1094.2或GB 6450的规定11。1.3.3 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

21、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。1.3.4 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，既有终端变电站接线，也应有适应环网供电的接线。 高压配电装置宜采用符合开关加熔断器组合结构，油浸式变压器容量在800kVA及以上时，应采用能切断电源的装置与变压器瓦斯保护相配合。 高压配电装置应具有防止误拉、合开关设备，带负荷拉、合刀闸，带电挂地线，带地线合闸和工作人员误入带电间隔的五防措施。负荷开关和熔断器之间也应有可靠的连锁。箱体门内侧应附有主回路线路图、控制线路图、操作程序及注意事项。母线宜采

22、用绝缘导线（或绝缘母线）。高压进出线应考虑电缆的安装位置和便于进行试验。（2）变压器应采用损耗低、体积小、适合箱体内安装的结构。根据不同的用户要求，可以采用油浸式、干式或气体绝缘式、无载调压式或有载调压式。 变压器如有油浸，其油标应便于监视。变压器的铭牌应面向箱门一侧。2 35KV箱式变电站总体结构设计2.1 箱变的整体结构由高压馈电柜引出两条线经变压器进入低压配电柜，每条线都具有单独送电的能力，变压器出来的线直接接计量柜，两条线路的计量柜中间接有联络柜，用来联通两部分柜子。计量柜下面接馈电柜，以便能够及时的切断低压线路。之后接无功功率补偿柜。2.2 主受柜内部结构主受柜有7个电流互感器，三个

23、为计量设备提供，三个连通电流表，一个为无功补偿控制器提供，都是一端接设备一端接地。柜中还有温度控制器，输入信号是温度传感器，输出是风扇。主线路中，有保护的措施，经熔断器连通三个信号灯，分别为黄，绿，红，还有三个按钮开关，接入ZQW18断路器，再接入电流互感器。2.3联络柜内部结构两条主线路接入联络柜，正常情况下都是单条线路供电，出现故障时换另一条线路进行供电，两条线路的保护措施与主受柜的保护措施相同，都是由断路器进行保护，主线经由刀开关，断路器保护接入三相电流互感器，电流互感器另一端接口接电流表，进行检测。联络柜同时为箱变内进行照明，利用断路器进行保护。分别为微型断路器、高压室、低压室、一号变

24、压器室、二号变压器室以及集中计量室进行照明。2.4集中计量箱每个计量箱都有三个电流互感器，一共六个，电流互感器经计量端子盒接入计量电度表，在由计量端子盒甩出接地。2.5电容主柜内部结构由一根电缆经刀开关接入ABC三相电流互感器，之后连接一个避雷器，以及熔断器，由熔断器经接触器接到热继电器保护后，接入电力电容器。电流互感器另一端接电流表，之后另一端全部接地。无功补偿自动控制器内部有十五个接线端，有六个接热继电器的常闭开关，之后与接触器线圈相连，随后接地。柜子中海油六个信号灯，分别由六个接触器的常开触点控制。2.6馈电柜内部结构由B相引出三条线路经刀开关，断路器保护后接入B相的电流互感器，电流互感

25、器的另一个触点接电流表进行检测，另一端接地。3 箱式变电站负荷计算3.1概述供电系统要能安全可靠地正常进行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求，因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续进行，其发热温度不会超过允许值。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算

26、负荷的过大，将使电器和导线、电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线、电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，生产过热，导致绝缘过早老化，甚至燃烧引起火灾，从而造成更大的损失。由此可见，正确确定计算负荷非常重要。但是，负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定得规律可循，但是仍难准确确定计算负荷的大小。3.2负荷计算方法-该用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷额定电压（kV）;与运行功率因数角相对应的正切值;该用电设备组的计算电流（A）；该用电设备组的需用系数。3.3负荷计算负荷情况拟定如表2.1所示。表2

27、.1负荷情况负荷名称每回最大负荷kWcostan回路数机床制造厂6000.61.331电气开关厂8000.71.021化肥厂6700.651.172重型机械厂8200.750.881砖厂9300.71.021橡胶厂10000.681.082仪器仪表厂9500.720.961纺织厂12800.691.051将表2.1中的数据代入式（2-1）中计算得：所有用电设备组的总的有功负荷、无功负荷分别为：=（600+800+6702+820+930+10002+950+1280）=7900由于在变电所低压母线上，常有多个设备组同时工作，但是各用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求变电所低压母线的计算负

28、荷时，应再计入一个同时系数。（这里有功负无功负荷的同时系数均取0.9）则低压母线侧:有功计算负荷为：=无功计算负荷为： =0.99268=8341.2视在计算负荷（即变压器总容量）为： =计算电流为：=632.79A4 箱式变电站箱体的确定4.1 箱体结构的确定箱式变电站按结构主要有美式箱变和欧式箱变。欧式箱变造价低而美式箱变体积小，约为同容量欧式箱变的1/31/5。常规土建变电站占地面积最大，欧式箱变次之，美式箱变常规土建变电站建造周期最长，欧式箱变次之。综合考虑一般35kV箱式变电站的箱体选择欧式箱变。4.2 合理配置根据实际情况可以采用不同的箱变配置方案，一般将主变压器和电容器等充油设备

29、，放置在箱体外，设置两个箱体，一个35kV箱体，一个10kV箱体，其中一个箱体预留保护装置的位置。考虑节省资金，也可以将35kV断路器等设备放于户外，只设置10kV箱体。箱体的底座和骨架一般采用槽钢和角钢焊接而成，顶盖和四壁采用金属板内衬阻燃材料压制而成，能起到隔热的作用。根据当地实际情况，可在订货时对主体结构提出相应的要求。维护走廊是箱变正常运行和检修中的重要环节，箱变的一个缺陷就是空间狭小，厂家从成本和设备紧凑性考虑，维护走廊一般都尽量压缩。在选型时应该将维护走廊作为一项指标来考虑，不然会给将来的运行和维护，造成很大麻烦。箱体的密封和防尘是一个重要方面，特别是保护装置对防尘等指标要求较高，

30、应引起重视。箱体的底板下面，一般作为电缆室，在考虑箱体基础的设计时，应顾及到电缆的安装和维护方便，应考虑人员出入、通风以及照明等方面的要求。4.3 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10降至380/220，变压器容量一般为1601600，最常用的容量为315630。其器身为三相三柱或三相五柱结构、11或12联结，熔断器连接在“”外部。三相五柱式11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耐雷特性。变压器应具有齐全的运行检视仪器仪表，如油位表和上层油温表及反映顶部气压强度的真空压力表等。变压

31、器选用9-、11全密封、免维护、低噪音、性价比高的油浸式变压器(噪音50)或新型干式变压器(噪音55)等。采用干式变压器时，变压器室必须配散热系统。目前，国内大多采用新9或11系列配电变压器，有的也采用了非晶合金变压器，其优点是空载损耗很小，只有1/41/3，但其价格高出1.31.6倍，但随着制造技术的提高，一旦价格下来，非晶合金变压器会占据市场主导地位。综合考虑35kV箱式变电站变压器的容量确定为5000kVA，因为三相五拄D，yn11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D，yn11，阻抗电压为Ud=7.0%，采用油浸式变压器。由于三相五拄D，yn11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