35kV箱式變電站設計 本科畢業(yè)論文.doc

35kv箱式變電站設計摘 要：箱式變電站又稱戶外成套變電站，也有稱做組合式變電站，它是發(fā)展于20世紀60年代至70年代歐美等西方發(fā)達國家推出的一種戶外成套變電所的新型變電設備，由于它具有組合靈活，便于運輸、遷移、安裝方便，施工周期短、運行費用低、無污染、免維護等優(yōu)點，受到世界各國電力工作者的重視。進入20世紀90年代中期，國內開始出現(xiàn)簡易箱式變電站，并得到了迅速發(fā)展。 本課題的主要內容包括箱式變電站的發(fā)展應用，箱式變電站的結構分類，以及箱式變電站一次系統(tǒng)設計極其設備選型，二次系統(tǒng)設計，以及箱式變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)。35kv箱式變電站的設計高壓側額定電壓為35kv，低壓側額定電壓為10kv，主變壓器容量為5000kva。主接線采用單母線分段接線。關鍵詞：箱式變電站；結構；一次系統(tǒng)；二次系統(tǒng)design of 35 kv box-type transformer substationsabstract： box-type transformer substation calls again outdoor a transformer substation, also call to do the sectional transformer substation. it is a development to wait to 70s europe and america western prosper in the 60s of 20 centuries the nation release a kind of outdoor the set changes to give or get an electric shock of new change to give or get an electric shock the equipments, because it have the combination vivid, easy to conveyance, move, install convenience, start construction the period is short and circulate the expenses low, free from pollution, do not need maintenance etc. advantage, suffer the international community electric power the worker values. enter the middle of 90s of 20 centuries. the domestic starts appearing the simple box-type transformer substation, and got the quick development. the article regard box-type transformer substation as a development for relating box-type transformer substation applied, the construction of box-type transformer substation divides into se-section, emphasizing the treatise box-type transformer substation a the very equipments in design in subsystem chooses the type, two subsystems design, and the intelligence of box-type transformer substation supervises and control the system. the design high pressure side sum of box-type transformer substation settles electric voltage as 35 kvass, the low-pressure side sum settles electric voltage as 10 kvass, main transformer capacity is 5000 kvetched lord connects the single mother in adoption in line cent segment connects the line.keywords：box-type transformer substation；construction； first system；second system目 錄35kv箱式變電站設計design of 35 kv box-type transformer substations第1章 緒論11.1 供配電技術的發(fā)展11.2 箱式變電站的類型、結構與技術特點11.2.1 箱式變電站的類型21.2.2 箱式變電站的結構21.2.3 箱式變電站的技術特點31.2.4 箱式變電站與常規(guī)變電站的對比分析51.3 箱式變電站的技術要求與設計規(guī)范61.3.1 額定值61.3.2 設計和結構71.3.3 使用條件71.3.4 箱體要求81.3.5 箱式變電站內部電器設備81.4 本課題的主要任務9第2章 35kv箱式變電站的總體結構設計102.1 電氣主接線的確定102.1.1 主接線的基本形式102.1.2 箱式變電站對主接線的基本要求102.1.3 主接線的比較與選擇112.1.4 高壓接線方式112.2 箱式變電站箱體的確定122.2.1 箱體結構的確定122.2.2 合理配置122.3 變壓器132.3.1 變壓器容量、接線組別的確定132.3.2 變壓器的散熱處理142.3.3 采用負荷開關熔斷器組合電器保護變壓器152.4 箱式變電站總體布置16第3章 35kv箱式變電站一次系統(tǒng)設計173.1 35kv箱式變電站一次系統(tǒng)設計173.1.1 概述173.1.2 一次系統(tǒng)設計原則173.1.3 一次系統(tǒng)設計183.2 箱式變電站設備選型應注意的方面18第4章 35kv箱式變電站二次系統(tǒng)設計194.1 電氣二次系統(tǒng)設計194.1.1 二次系統(tǒng)的定義及分類194.1.2 電氣測量儀表及測量回路204.1.3 二次系統(tǒng)設計204.2 二次系統(tǒng)總體方案214.3 斷路器控制與信號回路214.3.1概述214.3.2 控制回路設計224.3.3 信號回路設計224.4 電氣測量與信號系統(tǒng)23第5章短路電流的計算2451 計算的目的和內容2452計算的假設條件2453 短路電流的計算步驟25第六章、主要電氣設備的選擇266.1斷路器266.2隔離開關選擇結果如下：266.3高壓開關柜的選擇：266.4電流互感器的選擇276.5電壓互感器的選擇：276.6高壓熔斷器的選擇：27第7章 箱式變電站智能監(jiān)控功能設計287.1 箱式變電站的監(jiān)控內容287.1.1 電參量監(jiān)測與保護287.1.2 防凝露保護287.1.3 變壓器室溫度保護287.1.4 參數(shù)在線數(shù)字化顯示和設定287.1.5 系統(tǒng)組網(wǎng)與集中化管理287.2 配電網(wǎng)自動化的功能29結束語31參考文獻致謝英文文獻（english scientific literature） 第1章 緒論1.1 供配電技術的發(fā)展隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，國家在城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設和改造中，要求高壓直接進入負荷中心，形成高壓受電變壓器降壓低壓配電的供電格局，所以供配電要向節(jié)地、節(jié)電、緊湊型、小型化、無人值守的方向發(fā)展，箱式變電站(簡稱箱變)正是具有這些特點的最佳產(chǎn)品，因而在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到廣泛應用。其次隨著社會發(fā)展和城市化進程的加快，負荷密度越來越高，城市用地越來越緊張，城市配電網(wǎng)逐步由架空向電纜過渡，架桿方式安裝的配電變壓器越來越不適應人們的要求。因此，預裝式變電站成為主要的配電設備之一。再次人們對供電質量尤其是供電的可靠性要求越來越高，而采用高壓環(huán)網(wǎng)或雙電源供電、低壓網(wǎng)自動投切等先進技術的預裝式變電站成為首選的配電設備。與此同時，由于信息化、網(wǎng)絡化和智能化住宅小區(qū)發(fā)展，因此不僅要求箱變安全可靠，同時要求具有“四遙”(遙測、遙訊、遙調、遙控)的智能化功能。這種智能箱式變電站(簡稱智能箱變)環(huán)網(wǎng)供電時，在特定自主軟件配合下，能完成故障區(qū)段自動定位、故障切除、負荷轉帶、網(wǎng)絡重構等功能，從而保證在一分鐘左右恢復送電1。1.2 箱式變電站的類型、結構與技術特點 1.2.1 箱式變電站的類型箱式變電站有美式箱式變電站和歐式箱式變電站。美式預裝式變電站在我國叫做“預裝式變電站”或“美式箱變 ”，一區(qū)別歐式預裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負荷開關、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內，構成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對地的絕緣介質。同時，安裝有齊全的運行檢視儀器儀表，如壓力計，壓力釋放閥，油位計，油溫表等。歐式預裝式變電站以前在我國習慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個不同的隔室內，通過電纜或母線來實現(xiàn)電氣連接。1.2.2 箱式變電站的結構 美式預裝式變電站的結構型式大致有三種：（1）變壓器和負荷開關、熔斷器共用一個油箱；（2）變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內；（3）變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內。其中（1）型為美式箱變的原結構，它的特點是結構緊縮、簡潔、體積小、重量輕。（2）型和（3）型為（1）的變形。這種變型的理論根據(jù)是：開關操作和熔斷器的動作造成的游離碳會影響整個箱變的壽命。由于采用普通油和難燃油作為絕燃介質，使之既可用于戶外，又可用于戶內，適用于住宅小區(qū)、共礦企業(yè)及各種公共場所，如機場、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等。歐式預裝式變電站的總體結構包括三個主要部分：高壓開關柜、變壓器及低壓配套裝置，其總體結構主要有兩種形式：一種為組合式；另一種為一體式。組合式布置是高壓開關設備、變壓器和低壓配電裝置三部分個為一室，即由高壓室、變壓器室和低壓室三個隔室組成，可按“目字型”或“品字型”布置，如圖1.1所示?！澳孔中汀辈贾门c“品字型”布置相比，“目字型”接線較為方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置結構較為緊湊，特別是當變壓器室排布多臺變壓器時，“品字型”布置較為有利。tmhvtm hvtmlv lv hv lvhv tmhvlvhvtmzl lv tm lvlv (a)目字型布置 (b)品字型布置圖1.1 歐式預裝式變電站的整體布置形式 hv高壓室；lv低壓室；tm變壓器室；zl操作走廊1.2.3 箱式變電站的技術特點箱式變電站的高壓室一般是由高壓負荷開關、高壓熔斷器和避雷器等組成的，可以進行停送電操作并且有過負荷和短路保護。低壓室由低壓空氣開關、電流互感器、電流表、電壓表等組成的。變壓器一般采用 s9 或干式的等。箱式變中的電器設備元件，均選用定型產(chǎn)品，元器件的技術性能均滿足相應的標準要求。為了可靠實現(xiàn)五防要求，各電器元件之間采用了機械聯(lián)鎖，各電器元件都安裝在有足夠強度和剛度的結構上，以便于導線的連接。操作采用電動方式，不需另配電源，由 tv 引出即可。另外箱式變還都具有電能檢測、顯示、計量的功能，并能實現(xiàn)相應的保護功能，還設有專用的接地導件，并有明顯的接地標志。此外為適應戶外工作環(huán)境，箱式變電站的殼頂一般都采用隔層結構，內裝有隔熱材料，箱體底部和各室之間都有冷卻進出風口，采用自然風冷和自動控制的強迫風冷等多種形式，以保證電氣設備的正常散熱，具有防雨、防塵、防止小動物進入等措施。目前，國內生產(chǎn)的箱式變的電壓等級：高壓側為 3 35kv、低壓側為 0.4 10kv 。變壓器的容量：當額定電壓比為35/10 、6 、0.4 kv 時可從幾百kv上萬kv、當額定電壓比為 10、6/0.4 kv 時可從幾十kv幾千kv。箱式變電站有如下特點： 技術先進安全可靠箱體部分采用目前國內領先技術及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標準集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，保證20年不銹蝕，內封板采用鋁合金扣板，夾層采用防火保溫材料，箱體內安裝空調及除濕裝置，設備運行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在4040的惡劣環(huán)境下正常運行。 箱體內一次設備采用單元真空開關柜、干式變壓器、干式互感器、真空斷路器(彈簧操作機構)等國內技術領先設備，產(chǎn)品無裸露帶電部分，為全絕緣結構，完全能達到零觸電事故，全站可實現(xiàn)無油化運行，安全性高，二次采用微機綜合自動化系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守。 自動化程度高全站智能化設計，保護系統(tǒng)采用變電所微機綜合自動化裝置，分散安裝，可實現(xiàn)四遙，即遙測、遙信、遙控、遙調，每個單元均具有獨立運行功能，繼電保護功能齊全，可對運行參數(shù)進行遠方設置，對箱體內濕度、溫度進行控制，滿足無人值班的要求。 工廠預制化 設計時，只要設計人員根據(jù)變電站的實際要求，作出一次主接線圖和箱外設備的設計，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號，所有設備在工廠一次安裝、調試合格，真正實現(xiàn)變電所建設工廠化，縮短了設計制造周期；現(xiàn)場安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其它需調試的工作，整個變電站從安裝到投運大約只需58天的時間，大大縮短了建設工期。 組合方式靈活箱式變電站由于結構比較緊湊，每個箱體均構成一個獨立系統(tǒng)，這就使得組合方式靈活多變，我們可以全部采用箱式，即35kv及10kv設備全部箱內安裝，組成全箱式變電所；也可以采用35kv設備室外安裝，10kv設備及控保系統(tǒng)箱內安裝，這種組合方式，特別適用于農(nóng)網(wǎng)改造中的舊所改造，即原有35kv設備不動，僅安裝一個10kv開關箱即可達到無人值守的要求。 投資省、見效快 箱式變電站(35kv設備戶外布置，10kv設備箱內安裝)較同規(guī)模綜自變電站(35kv設備戶外布置，10kv設備布置于戶內高壓開關室及中控室)減少投資4050。占地面積小。1.2.4 箱式變電站與常規(guī)變電站的對比分析箱式變電站（在iec及歐洲稱為高壓/低壓預裝式變電站）是一種集成化程度高，工廠預安裝、節(jié)能、節(jié)地的發(fā)展中設備與常規(guī)變電站相比，占地為1/20，工期為1/7，投資為1/2。在國外應用極度為廣泛，在西歐占變電站總數(shù)的70%以上，美國為90%。在我國應用為10%，是一種方興未艾的裝備。 三種類型的箱式變電站的特點如下:（1）歐洲式：特點是防護性好，多了一個外殼，變壓器散熱不易，要降低容量運行；（2）美國式：特點是變壓器保持戶外設備本質，散熱好，結構緊湊，但是在我國10kv電網(wǎng)系中性不接地系統(tǒng)，因此一相熔絲熔斷時不能跳開三相負荷開關，造成非全相運行，危及變壓器及用電設備，并且不易實現(xiàn)配電自動化；（3）中國式：從歐洲式派生而來，結合中國用戶需要改進而成，但是符合中國電力部門各種法規(guī)標準要求，可鉛封電能計量箱，無功補償，一應俱全。箱式變電站與常規(guī)變電站性能比較見表1.1。預裝式變電站是輸變電設備發(fā)展方向，由前所述，我國應用僅10%左右，而國外已達到的70-90%，所以預裝式變電站其社會效益顯著，市場前景廣闊。表1.1 箱式變電站與常規(guī)變電站性能對比表序號對比項目常規(guī)變站組合式（箱變）變電站 1設計工作需要土建、電氣二方面設計、工作量較大土建工作僅一個安裝基礎，箱變本身有典型設計，只須根據(jù)用戶要求，作一些調整，設計工作也大為減少。 2基建時間6個月以上預先基礎做好以后，只需4-6小時就可以安裝完畢送電。 3占地面積（10kv800k為 例）100一般箱變12m2zbw174m2 4安裝地點和負荷中心距離不能十分接近負荷中心，供電線路半徑較長，電壓降落及電能損失較高。能貼近負荷中心，甚至直接置于建筑物處，供電線路半徑可以很短電壓降落及電能損失較少，提高了供電質量。 5生產(chǎn)方式土建施工后，現(xiàn)場裝配。大規(guī)模、工作化生產(chǎn)，質量容量得到保證。 6生產(chǎn)周期7：1 7投資費用2：1 8和環(huán)境協(xié)調性和環(huán)境不協(xié)調和環(huán)境協(xié)調一致/zbw17高度1.6米,不擋視線,美化環(huán)境。1.3 箱式變電站的技術要求與設計規(guī)范根據(jù)國家標準高壓/低壓預裝式變電站（gb/t12467-1998） ，箱式變電站的技術要求與設計規(guī)范如下。1.3.1 額定值（1）額定電壓：對高壓開關設備和控制設備，按gb/t 11022。對低壓開關設備和控制開關設備，按gb/t 14048.1和gb 7251.1。（2）額定絕緣水平：對高壓開關設備和控制設備，按gb/t 11022；對低壓開關設備和控制設備，按gb/t 14048.1和gb 7251.1。低壓開關設備和控制設備的最低額定沖擊耐受電壓至少應為gb/t 16935.11997的表1中iv類過電壓的給定值。（3）額定頻率和相數(shù)：按gb/t 11022、gb/t 14048.1和gb 7251.1。（4）額定電流和溫升：額定電流按gb/t 11022和gb 7251.1。高壓開關設備和控制開關設備的溫升按gb/t 11022，低壓開關設備和控制設備的溫升，按gb 7251.1。（5）額定短時耐受電流：對于高壓開關設備和控制開關設備，按gb/t 11022；對低壓開關設備和控制開關設備，按gb 7251.1；對變壓器按iec 76-5和gb 6450。（6）額定短路持續(xù)時間：對高壓開關設備和控制設備，按gb/t 11022；對低壓開關設備和控制設備，按gb 7251.1。（7）操動機構和輔助回路的額定電源電壓：對高壓開關設備和控制開關設備，按gb/t 11022；對低壓開關設備的控制設備，按gb 7251.1。（8）操動機構和輔助回路的額定電源頻率：對高壓開關設備和控制設備，按gb/t 11022；對低壓開關設備的控制設備，按gb 7251.1。（9）預裝式變電站的額定最大容量：預裝式變電站的額定最大容量是設計變電站時指定的變壓器的最大額定值。1.3.2 設計和結構 預裝式變電站應設計成能夠安全進行正常使用、檢查和維護。（1）接地：除按gb/t11022，還應符合以下規(guī)定。應提供一條連接預裝式變電站的每個元件的接地導體。接地導體的電流密度，如用銅導體，當額定短路持續(xù)時間為1s時不應超過200a/mm2，當額定短路持續(xù)時間為3s時不應超過125a/mm2；但其截面積不應小于30mm2。它的端部應有合適的接線端子，以便和裝置的接地系統(tǒng)連接。（2）輔助設備：對于預裝式變電站內的低壓裝置（例如照明、輔助電源等），適用時，按gb/t 14821.1或gb7251.1防護等級：防止人員觸及危險部件、并防止外來物體進入和水分浸入設備的保護是必需的。（3）主接線設計與一次設備選型預裝式變電站外殼的防護等級應不低于gb42081993中的ip23d更高的防護等級可以按gb4208予以規(guī)定。（4）操作通道：預裝式變電站內部的操作通道的寬度應適應于進行任何操作和維護。該通道的寬度應為800mm或更大些。預裝式變電站內部的快關設備和控制設備的門應朝出口方向關閉，或者是轉動的，這樣不致減少通道的寬度。門在任一開啟位置或開關設備和控制設備突出的機械傳動裝置不應將通道的寬度減少到500mm。（5）預裝式變電站的選用導則 對于給定的運行方式，選用預裝式變電站時，要按正常負荷條件和故障情況的要求來選擇各元件的額定值。外殼級別的選擇取決于周圍溫度和變壓器的負荷系數(shù)。對某一額定外殼等級，變壓器的負荷系數(shù)取決于變電站安裝處的周圍溫度。對變動的負荷，可按gb/t 17211，采用一個修正系數(shù)?？梢杂帽緲藴实母戒沝來確定外殼級別和變壓器的負荷系數(shù)。（6）主變壓器與箱體之間應滿足最小防火凈距35110kv變電站設計規(guī)范中規(guī)定，耐火等級為二級的建筑物與變壓器(油浸)之間最小防火凈距為10m。其面對變壓器、可燃介質電容器等電器設備的外墻(符合防火墻要求)，在設備總高加3m及兩側各3m的范圍內不設門窗不開孔洞時，則該墻與設備之間的防火凈距可不受限制；如在上述范圍內雖不開一般門窗，但設有防火門時，則該墻與設備之間的防火凈距應等于或大于5m。配電裝置的最低耐火等級為二級，箱式配電站箱體內部一次系統(tǒng)采用單元真空開關柜結構，每個單元均采用特制鋁型材裝飾的大門結構，每個間隔后部均設有雙層防護板，即可打開的外門，我們在設計工作中，主變與箱體之間最小防火凈距建議采用10m，以確保變電所安全運行。（7）10kv電纜出線應穿鋼管敷設為求美觀，變電所內10kv箱式配電站箱體四圍一般均設計為水泥路面，10kv線路終端桿一般在變電所圍墻外10m處。如果將電纜直埋，引至線路終端桿，將給檢修帶來很大不便。因此10kv電纜出線應穿鋼管敷設，以方便用戶維護檢修。如10kv線路終端桿距離變電所較遠，則箱體至變電所圍墻段的10kv電纜出線必須穿鋼管敷設。在電纜出線末端的線路終端桿上裝設新型過電壓保護器，以防止過電壓。（8）操作通道預裝式變電站內部的操作通道的寬度應適于進行任何操作和維護。該通道的寬度應為800mm或更大些。預裝式變電站內部的開關設備和控制設備的門應朝出口方向，或者是轉動的，這樣不致減小通道的寬度。門在任一開啟位置或開關設備突出的機械傳動裝置不應將通道的寬度減小到500mm。1.3.3 使用條件（1）正常使用條件外殼：預裝式變電站應設計成能在按gb/t 11022規(guī)定的正常戶外使用條件下使用。高壓開關設備和控制設備：在外殼內部按gb 7251.1規(guī)定的正常戶外使用條件。變壓器：外殼內的變壓器在額定電流下，其溫升比無外殼條件下的要求高，會超過gb 1094.2或gb 6450 規(guī)定的溫度極限。變壓器的使用條件應按安裝地點外部的使用條件和外殼級別來確定。變壓器的制造廠或用戶能夠據(jù)此計算降低變壓器的使用容量。（2）特殊使用條件高壓開關設備和低壓開關設備和控制設備在海拔超過1000m的地區(qū)按gb/t 11022的規(guī)定。低壓開關設備和控制設備在海拔超過2000m的地區(qū)按gb/t7251.1的規(guī)定。變壓器在海拔超過1000m的地區(qū)，按gb 1094.2或gb 6450的規(guī)定11。1.3.4 箱體要求 （1）箱體內照明、通風、防沙、散熱應滿足正常運行、維護要求，并應加裝溫度、濕度測量表計、凝露器、煙霧報警裝置，并將溫度、濕度、凝露、煙霧報警探頭信號接入綜合自動化系統(tǒng)，要考慮安裝通訊設備的位置。 （2）箱頂應考慮自然排水功能。 （3）要抗紫外線輻射，抗暴曬性能好，不易導熱可避免因外部溫度過高而引起箱體溫度升高。 （4）防潮性能好，不會因冷熱突變而產(chǎn)生凝露。 （5）防腐、防裂、阻燃、防凍性能好。 （6）要機械強度高，耐壓抗張，抗沖擊。 （7）對環(huán)境有良好的協(xié)調性，能美化環(huán)境，可適應各種氣候條件，外形美觀，結構緊湊，箱體占地面積少，節(jié)約土地。1.3.5 箱式變電站內部電器設備（1）箱式變電站高壓配電裝置接線應盡量簡單，既有終端變電站接線，也應有適應環(huán)網(wǎng)供電的接線。 高壓配電裝置宜采用符合開關加熔斷器組合結構，油浸式變壓器容量在800kva及以上時，應采用能切斷電源的裝置與變壓器瓦斯保護相配合。 高壓配電裝置應具有防止誤拉、合開關設備，帶負荷拉、合刀閘，帶電掛地線，帶地線合閘和工作人員誤入帶電間隔的五防措施。負荷開關和熔斷器之間也應有可靠的連鎖。箱體門內側應附有主回路線路圖、控制線路圖、操作程序及注意事項。母線宜采用絕緣導線（或絕緣母線）。高壓進出線應考慮電纜的安裝位置和便于進行試驗。（2）變壓器應采用損耗低、體積小、適合箱體內安裝的結構。根據(jù)不同的用戶要求，可以采用油浸式、干式或氣體絕緣式、無載調壓式或有載調壓式。 變壓器如有油枕，其油標應便于監(jiān)視。變壓器的銘牌應面向箱門一側。 容量315kva及以上變壓器，宜裝設電接點溫度計，以監(jiān)測變壓器上層油溫（或氣體溫度）和啟動通風冷卻裝置。1.4 本課題的主要任務（1）35kv箱式變電站的總體結構設計（2） 箱式變電站主接線設計于一次設備選型（3）二次系統(tǒng)設計（4）箱式變電站智能監(jiān)控功能設計第2章 35kv箱式變電站的總體結構設計2.1 電氣主接線的確定2.1.1 主接線的基本形式 主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，概括為有母線的接線形式和無母線的接線形式兩大類。（1）具有母線的電氣主接線單母線接線：單母線接線是一種最原、最簡單的接線方式。單母線分段接線雙母線及雙母線分段接線旁路母線接線方式 （2）無母線的電氣主接線橋形接線：當具有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器線路接線的基礎上，在其中間架一連接橋，則稱為橋形接線單元接線：發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機2.1.2 箱式變電站對主接線的基本要求 概況地說，對主接線的基本要求包括安全、可靠、靈活、經(jīng)濟四個方面 安全包括設備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標準和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術措施。 可靠就是主接線應滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，能盡可能的縮下停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應力求簡單清晰。電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，所以不應當不適當?shù)卦黾与娖鞯臄?shù)目，以免發(fā)生事故。 靈活是用最少的切換，能適應不同的運行方式，適應調度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使發(fā)生故障時停電時間最短，影響范圍最小。因此，電氣主接線必須滿足調度靈活、操作方便的基本要求。 經(jīng)濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設計投資最少。在主接線設計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。欲使主接線靈活、可靠，必須要選用高質量的設備和現(xiàn)代化的自動裝置，從而導致投資費用的增加。因此，主接線的設計應滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟合理。主要應從投資聲、占地面積少、電能損耗小等幾個方面綜合考慮。2.1.3 主接線的比較與選擇單母線接線是一種原始、最簡單的接線，所有電源及出線均接在同一母線上，其優(yōu)點是簡單明顯，采用設備少，操作簡便，便于擴建，造價低。缺點是供電可靠性低。母線及母線隔離開關等任一元件發(fā)生故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。因此，單母線接線方式一般只在發(fā)電廠或變電所建設初期無重要用戶或出線回路數(shù)不多的單電源小容量的廠中采用。 在主接線中，斷路器是電力系統(tǒng)的主開關；隔離開關的功能主要是隔離高壓電源以保證其他設備和線路的安全檢修。例如，固定式開關柜中的斷路器工作一段時間需要檢修時，在斷路器斷開電路的情況下，拉開隔離開關；恢復供電時，應先合隔離開關，然后和斷路器。這就是隔離開關與斷路器配合操作的原則。由于隔離開關無滅弧裝置，斷流能力差，所以不能帶負荷操作。 單母線分段接線是采用斷路器（或隔離開關）將母線分段，通常是分成兩段。母線分段后可進行分段檢修，對于重要用戶，可以從不同段引出兩個回路，當一段母線發(fā)生故障時，由于分段斷路器在繼電保護作用下自動將故障段迅速切除，從而保證了正常母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。兩段母線自動同時故障的機遇很小，可以不予考慮。在供電可靠性要求不高時，亦可用隔離開關分段，任一段母線發(fā)生故障時，將造成兩斷母線同時停電，在判斷故障后，拉開分段隔離開關，完好段即可恢復供電。 單母線分段接線既具有單母線接線簡單明顯、方便經(jīng)濟的優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電可靠性。但它的缺點是當一段母線隔離開關發(fā)生故障或檢修時，該段母線上的所有回路到要長時間停電。單母線分段接線連接的回路數(shù)一般可比單母線增加一倍。 雙母線分段接線有如下優(yōu)點：可輪換檢修母線或母線隔離開關而不致供電中斷；檢修任一回路的母線隔離開關時，只停該回路；母線發(fā)生故障后，能迅速恢復供電；各電源和回路的負荷可任意分配到某一組母線上，可靈活調度以適應系統(tǒng)各種運行方式和潮流變化；便于向母線左右任意一個方向順延擴建。 但雙母線也有如下的缺點：造價高；當母線發(fā)生故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤動作。但可加裝斷路器的連鎖裝置或防誤操作裝置加以克服。 當進線回路數(shù)或母線上電源較多時，輸送和穿越功率較大，母線發(fā)生事故后要求盡快恢復供電，母線和母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用雙母線接線。綜上可知，單母線接線造價低而供電穩(wěn)定性低，雙母線供電穩(wěn)定性高但其造價高且接線線路復雜，而單母線分段接線一方面線路簡單，造價低，另一方面其供電穩(wěn)定性也能在一定程度上能夠得以保證。所以35kv母線選用單母線接線方式，10kv采用單母線分段接線。2.1.4 高壓接線方式高壓側，采用負荷開關+限流熔斷器作為就壓器的主保護，一般有環(huán)網(wǎng)、雙電源和終端三種供電方式，有兩組插入式熔斷器和后備保護熔斷器串聯(lián)進行分段范圍保護。限流熔斷器一相熔斷時必須能聯(lián)動跳開三相負荷開關，不發(fā)生缺相運行。線路側負荷開關必須配有直流電源電動操作機構，可實現(xiàn)無外來交流電源狀態(tài)下自啟動。環(huán)網(wǎng)回路必需配置檢測故障電流用的電流互感器或傳感器。 高壓開關選用可靠性高和具有自動化裝置及智能化接口的先進的產(chǎn)品：如6負荷開關、壓氣式負荷開關、真空負荷開關等。環(huán)網(wǎng)供電單元一般至少由三個間隔組成，即二個環(huán)纜進出間隔和一個變壓器回路間隔。其中，負荷開關和在隔離故障線段時，能及時恢復回路的連續(xù)供電；同負荷開關相連的熔斷器在中壓/低壓變器發(fā)生內部故障時起保護作用；對溶斷器和變壓器還起隔離和接地作用。2.2 箱式變電站箱體的確定2.2.1 箱體結構的確定箱式變電站按結構主要有美式箱變和歐式箱變。歐式箱變造價低而美式箱變體積小，約為同容量歐式箱變的1/31/5。常規(guī)土建變電站占地面積最大，歐式箱變次之，美式箱變常規(guī)土建變電站建造周期最長，歐式箱變次之。綜合考慮一般35kv箱式變電站的箱體選擇歐式箱變。2.2.2 合理配置根據(jù)實際情況可以采用不同的箱變配置方案，一般將主變壓器和電容器等充油設備，放置在箱體外，設置兩個箱體，一個35kv箱體，一個10kv箱體，其中一個箱體預留保護裝置的位置?？紤]節(jié)省資金，也可以將35kv斷路器等設備放于戶外，只設置10kv箱體。箱體的底座和骨架一般采用槽鋼和角鋼焊接而成，頂蓋和四壁采用金屬板內襯阻燃材料壓制而成，能起到隔熱的作用。根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，可在訂貨時對主體結構提出相應的要求。我縣地處鹽堿地帶，對設備的抗腐蝕性能要求較高，因此除主體框架采取了防腐工藝加工外，箱體的整體外層襯板采用了0.5mm厚的不銹鋼板。維護走廊是箱變正常運行和檢修中的重要環(huán)節(jié)，箱變的一個缺陷就是空間狹小，廠家從成本和設備緊湊性考慮，維護走廊一般都盡量壓縮。在選型時應該將維護走廊作為一項指標來考慮，不然會給將來的運行和維護，造成很大麻煩。箱體的密封和防塵是一個重要方面，特別是保護裝置對防塵等指標要求較高，應引起重視。箱體的底板下面，一般作為電纜室，在考慮箱體基礎的設計時，應顧及到電纜的安裝和維護方便，應考慮人員出入、通風以及照明等方面的要求。2.3 變壓器2.3.1 變壓器容量、接線組別的確定箱變用變壓器為降壓變壓器，一般將10降至380/220，變壓器容量一般為1601600，最常用的容量為315630。其器身為三相三柱或三相五柱結構、11或12聯(lián)結，熔斷器連接在“”外部。三相五柱式11變壓器的優(yōu)點是帶三相不對稱負荷能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質量可得到保證，這種變壓器具有很好的耐雷特性。變壓器應具有齊全的運行檢視儀器儀表，如油位表和上層油溫表及反映頂部氣壓強度的真空壓力表等。變壓器選用9-、11全密封、免維護、低噪音、性價比高的油浸式變壓器(噪音50)或新型干式變壓器(噪音55)等。采用干式變壓器時，變壓器室必須配散熱系統(tǒng)。目前，國內大多采用新9或11系列配電變壓器，有的也采用了非晶合金變壓器，其優(yōu)點是空載損耗很小，只有1/41/3，但其價格高出1.31.6倍，但隨著制造技術的提高，一旦價格下來，非晶合金變壓器會占據(jù)市場主導地位。綜合考慮35kv箱式變電站變壓器的容量確定為5000kva，因為三相五拄d，yn11連接變壓器帶三相不對稱負載能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質量可得到保證；此外，這種變壓器還具有很好的耐雷特性。因此變壓器的連接組別為三相五柱d，yn11，阻抗電壓為u=7.0%，采用油浸式變壓器。由于三相五拄d，yn11聯(lián)結，如果熔斷器一相熔斷后，會造成低壓側兩相電壓不正常，為額定電壓的1/2，會使負載欠壓運行。因此將熔斷器連接在“”內部。因為這樣如果熔斷器一相熔斷后不會造成低壓側兩相電壓不正常，熔斷器所對應的低壓側相電壓幾乎為零，其它兩相電壓正常。而站用變壓器容量確定為50kva，連接組別采用d，yn11，接在35kv母線上將35kv電壓降低為0.4kv供箱式變電站本身使用。2.3.2 變壓器的散熱處理變壓器設置有二種方式：一種將變壓器外露，另一種將就壓器安裝在封閉隔室內。35kv箱式變電站變壓器采用第二種接線方式，將變壓器安裝在封閉的變壓器隔室內。為防日照輻射使室溫升高，采用四周壁添加隔熱材料、雙層夾板結構，頂蓋設計成帶空氣墊或隔熱材料的氣樓結構，內設通風道，裝有自動強迫排氣通風裝置(軸流風機或幅面風機)。裝置的開啟和停止，由變壓器室的溫度監(jiān)控裝置自控，其溫度的整定值按允許溫度的80%90%設定；室內正常溫度下，靠自然通風來散熱。為了通風，變壓器室的箱體上設置百葉窗。百葉窗結構，使氣流能進去，而灰塵被分離。有為防止灰塵對絕緣的影響，在變壓器連接處加上絕緣防護罩。室內溫度不正常的情況下采用機械強迫通風，以變壓器油溫不超過95作為動作整定值。機械強迫通風用幅面風機，而不用軸流風機。因軸流風機對變壓器散熱片內外側散熱不均，往往外側散熱好，內側散熱差些；而幅面風機的排風口均勻吹拂內外側，通風散熱效果較好。2.3.3 采用負荷開關熔斷器組合電器保護變壓器負荷開關是用來開、合負載電流的開關裝置，它一般具有關合短路電流能力，但是它不能開斷短路電流。負荷開關可以單獨使用在遠離電源中心、且容量較小的終端變電站，用于投切無功補償回路、并聯(lián)電抗器及電動機等。熔斷器結構簡單、價格便宜、維護方便，仍然具有發(fā)展前途。熔斷體是熔斷器的主要元件，當熔斷體通過的電流超過一定值時，熔斷體本身產(chǎn)生的焦耳熱，使本身溫度升高，在達到熔斷體熔點時，熔斷體自行熔斷切斷過載電流或短路電流。限流熔斷器切斷短路電流的電流波形如圖2.1所示。 1 a 2 時間 0 b 燃弧時間 圖2.1 限流熔斷器切斷短路電流時電流波形1切斷前電流波形 2切斷過程中電流波形ia1截止電流；tb2動作時間負荷開關熔斷器組合電器中使用限流型高壓熔斷器，這種熔斷器是依靠填充在熔體周圍的石英砂冷卻電弧，達到有效熄滅電弧，用于在強力冷卻熄弧過程中建立起高于工作電壓的電弧電壓，因而具有很強限流能力(圖1)。由曲線可見到，短路開始后電流上升，熔體發(fā)熱，溫度上升，電流升到a點，熔體熔化，由于熔斷器的限流作用，電流上升停止，開始沿a線段下降，在b點電流下降到零，此時完成熄弧。這種熔斷器的整個動作過程發(fā)生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時，巨大氣流不會沖出管外。 熔斷器的限流特性，它是指熔斷器的開斷電路時，最大截止電流和預期電流穩(wěn)態(tài)方均根的關系，可以從限流特性的截止電流值可估算出被限流熔斷器所保護的電器設備內發(fā)生短路故障時產(chǎn)生的機械和熱效應。負荷開關與熔斷器配合使用于箱變可替代斷路器，作為變壓器的保護開關設備。當變壓器內部發(fā)生故障，為使油箱不爆炸，故障切除時間必須限在20ms內。采用斷路器保護的話，斷路器最快全開斷時間(繼電保護動作時間+斷路器固有動作時間+燃弧時間)一般需要23個周波(40ms60ms)左右，而限流熔斷器則可保證在10ms以內切除故障。由于同電壓等級負荷開關的價格大約是斷路器的價格的1/41/5，而負荷開關+熔斷器的價格僅僅是斷路器的價格的1/3，因此采用負荷開關+熔斷器有較大經(jīng)濟性。由于斷路器是用于開斷短路故障電流、大負荷電流、容性電流等通用的開關設備，因此體積大、笨重，結構也復雜。相比之下負荷開關體積小，簡單易開發(fā)。2.4 箱式變電站總體布置 35kv箱式變電站高壓室額定電壓35kv ，低壓室額定電壓10kv。主變壓器額定容量為5000kva，站用變壓器額定容量為50kva，接在35kv母線上。采用電纜或架空進、出線。在結構設計上具有防壓、防雨和防小動物等措施及占地面積小、操作方便，安全可靠、可以移動等特點。箱式變電站主要包括4部分，分別為框架、高壓室、低壓室、變壓器室。 （1）框架：基本結構是由槽鋼、角鋼和鋼板焊接而成，外股、門和頂蓋用新材料色彩鋼板制作。 （2）高壓室：裝備真空斷路器。包括三工位負荷開關、熔斷器、互感器、避雷器等。 （3）低壓室：裝備全國統(tǒng)一設計的ggd型固定式低壓配電屏、包括主開關柜、計量柜、多路出線柜、耦合電容器。（4）變壓器室：配備5000kva油浸式變壓器。室頂裝有溫度監(jiān)控儀啟動的軸流風扇。 第3章 35kv箱式變電站一次系統(tǒng)設計3.1 35kv箱式變電站一次系統(tǒng)設計3.1.1 概述電氣主接線是由各種主要電氣設備（如發(fā)電機、變壓器、開關電器、互感器、電抗器及連接線路等設備），按一定順序連接而成的一個接受和分配電能的總電路。由于交流供電系統(tǒng)通常三相是對稱的，故在主接線圖中，一般用一根線來表示三相電路，僅在個別三相設備不對稱或需要進一步說明的地方，部分地用三條線表示，這樣就將三相電路圖繪成了單線圖。主接線代表了發(fā)電廠和變電站電氣部分主結構，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的重要組成部分。3.1.2 一次系統(tǒng)設計原則（1）變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后對一次系統(tǒng)接線沒有影響,一次系統(tǒng)接線方式及供電方案仍按有關要求與規(guī)定進行設計。（2）變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后,應發(fā)揮計算機的圖形顯示功能,模擬盤可以簡化或取消。（3）變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后,可以實現(xiàn)元人或少人值班, 值班室面積可以減小,分散值班可以集中于一處值班。3.1.3 一次系統(tǒng)設計35kv母線采用單母線接線，10kv側母線采用單母線分段接線。箱體采用了雙層密封，雙層鐵板間充入高強度聚胺脂，具有隔溫、防潮等特點。外層采用不銹鋼體，底盤鋼架采用金屬噴鋅技術,有良好的防腐性能。內層采用鋁合金扣板箱體內安裝空調及除濕裝置，從而是設備運行不受自然環(huán)境及外界污染的影響?？杀ＷC設備在-40+40之間運行。 內部一次系統(tǒng)采用單元真空開關柜結構。開關柜內設有上下隔離刀閘，zn23-35型真空斷路器，選用干式高精度的電流互感器和電壓互感器，電容器采用高質量并聯(lián)電容器，并裝有放電pt，站變選用sc9型干式站變，站內裝有多組氧化鋅避雷器。一次系統(tǒng)連接采用封閉母線結構，在每個單元柜裝有五防鎖，保證了人身與設備的安全。3.2 箱式變電站設備選型應注意的方面（1）箱變的一次設備箱變內的一次設備，應以無油、免維護或少維護設備為宜。斷路器可采用真空斷路器，電流互感器、電壓互感器和站用變應選用干式設備。因箱變內空間狹小，實際運行中掛、拆接地線很不方便，所以許多箱變在開關柜單元裝設了接地開關，但受空間限制，一些箱變廠家將接地開關與隔離開關采用了連動的形式，拉開隔離開關，則接地開關閉合；合上隔離開關，則接地開關拉開。在實際運行中，這種操作方式在執(zhí)行現(xiàn)有規(guī)程時，會帶來許多麻煩，設備的運行方式界定不清。如果可能的話，加裝獨立的接地開關，運行起來會更靈活方便。箱變中的五防閉鎖是一個重要方面，在選型時，要考慮隔離開關之間的機械閉鎖以及電氣閉