馮勝艷-沈陽(yáng)大學(xué)

1、沈陽(yáng)大學(xué)成人教育畢業(yè)論文35kV箱式變電站設(shè)計(jì)學(xué)校名稱： 沈陽(yáng)大學(xué) 學(xué)生姓名： 馮勝艷 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 層 次： 專升本 入學(xué)時(shí)間： 2013年 指導(dǎo)教師： 摘 要在我國(guó)目前箱式變電站使用的廣泛、各行各業(yè)都在使用，箱式變電站又稱戶外成套變電站，即將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等功能有機(jī)地組合在一起，安裝在一個(gè)防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉、可移動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，機(jī)電一體化，全封閉運(yùn)行，特別適用于負(fù)荷集中的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、工廠、礦山、住宅小區(qū)等城市公用設(shè)施，用戶可根據(jù)不同的使用條件、負(fù)荷等級(jí)選擇箱式變電站。關(guān)鍵詞：箱式變電站；一次系統(tǒng)，二次系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、選型。 第一章

2、 引 言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工業(yè)經(jīng)濟(jì)集中開(kāi)發(fā)區(qū)、工廠、礦山機(jī)電的發(fā)展，要求高壓直接進(jìn)入負(fù)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、小型化的方向發(fā)展，箱式變電站(簡(jiǎn)稱箱變)正是具有這些特點(diǎn)的最佳產(chǎn)品，因而在礦山電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。箱式變電站外殼采用鋼板或者合金板，配有雙層頂蓋，隔熱性好。外殼及骨架全部經(jīng)過(guò)防腐處理，具有長(zhǎng)期戶外使有的條件。外形及色彩可與環(huán)境相互協(xié)調(diào)一致。安裝方便。箱變高壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加限流熔斷器保護(hù)。發(fā)生一相熔斷器熔斷時(shí)，用熔斷器的撞針使負(fù)荷開(kāi)關(guān)三相同時(shí)分閘，避免缺相運(yùn)行。低壓側(cè)采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加限流熔斷器保護(hù)，自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)欠電壓保護(hù)或

3、過(guò)電流保護(hù)就會(huì)動(dòng)作，低壓運(yùn)行不會(huì)發(fā)生。第二章 箱式變電站的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)2.1 箱式變電站的類(lèi)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(yù)裝式變電站在我國(guó)叫做“預(yù)裝式變電站”或“美式箱變”，它將變壓器器身、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器及高低連線置于一個(gè)共同的封閉油箱內(nèi)，構(gòu)成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對(duì)地的絕緣介質(zhì)。同時(shí)，安裝有齊全的運(yùn)行檢視儀器儀表，如壓力計(jì)，壓力釋放閥，油位計(jì)，油溫表等。歐式預(yù)裝式變電站以前在我國(guó)習(xí)慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個(gè)不同的隔室內(nèi)，通過(guò)電纜或母線來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣連接。2.2 箱式變電站的技術(shù)特點(diǎn)箱式變電站

4、的高壓室一般是由高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器和避雷器等組成的，可以進(jìn)行停送電操作并且有過(guò)負(fù)荷和短路保護(hù)。低壓室由低壓空氣開(kāi)關(guān)、電流互感器、電流表、電壓表等組成的。箱式變中的電器設(shè)備元件，均選用定型產(chǎn)品，元器件的技術(shù)性能均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。各電器元件之間采用了機(jī)械聯(lián)鎖，各電器元件都安裝在有足夠強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)上，以便于導(dǎo)線的連接。操作采用電動(dòng)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(cè)、顯示、計(jì)量的功能，并能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能，還設(shè)有專用的接地導(dǎo)件，并有明顯的接地標(biāo)志。此外為適應(yīng)戶外工作環(huán)境，箱式變電站的殼頂一般都采用隔層結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有隔熱材料，箱體底部和各室之間都有冷卻進(jìn)出風(fēng)

5、口，采用自然風(fēng)冷和自動(dòng)控制的強(qiáng)迫風(fēng)冷等多種形式，以保證電氣設(shè)備的正常散熱，具有防雨、防塵、防止小動(dòng)物進(jìn)入等措施。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的箱式變的電壓等級(jí)：高壓側(cè)為 3 35kV、低壓側(cè)為 0.4 10kV 。箱式變電站有如下特點(diǎn)： (1)技術(shù)先進(jìn)安全可靠箱體部分采用目前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，箱體內(nèi)安裝空調(diào)及除濕裝置，設(shè)備運(yùn)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(yùn)行。箱體內(nèi)一次設(shè)備采用單元真空開(kāi)關(guān)柜、干式變壓器、干式互感器、真空斷路器(彈簧操作機(jī)構(gòu))等技術(shù)領(lǐng)先設(shè)備，產(chǎn)品無(wú)裸露帶電部分，為全絕緣結(jié)構(gòu)，完全

6、能達(dá)到零觸電事故，全站可實(shí)現(xiàn)無(wú)油化運(yùn)行，安全性高，二次采用微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。 (2)工廠預(yù)制化設(shè)計(jì)時(shí)，只要設(shè)計(jì)人員根據(jù)變電站的實(shí)際要求，作出一次主接線圖和箱外設(shè)備的設(shè)計(jì)，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號(hào)，所有設(shè)備在工廠一次安裝、調(diào)試合格，真正實(shí)現(xiàn)變電所建設(shè)工廠化，縮短了設(shè)計(jì)制造周期；現(xiàn)場(chǎng)安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡(luò)、出線電纜連接、保護(hù)定值校驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)及其它需調(diào)試的工作，整個(gè)變電站從安裝到投運(yùn)大約只需58天的時(shí)間，大大縮短了建設(shè)工期。 (3)組合方式靈活箱式變電站由于結(jié)構(gòu)比較緊湊，每個(gè)箱體均構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，這就使得組合方式靈活多變。(4)占地面積小。 (5)投資省、

7、見(jiàn)效快 箱式變電站較同規(guī)模綜自變電站減少投資4050。2.3 箱式變電站的箱體要求(1)箱體內(nèi)照明、通風(fēng)、防沙、散熱應(yīng)滿足正常運(yùn)行、維護(hù)要求，并應(yīng)加裝溫度、濕度測(cè)量表計(jì)、凝露器、煙霧報(bào)警裝置，并將溫度、濕度、凝露、煙霧報(bào)警探頭信號(hào)接入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，要考慮安裝通訊設(shè)備的位置。 (2)箱頂應(yīng)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(dǎo)熱可避免因外部溫度過(guò)高而引起箱體溫度升高。 (4)防潮性能好，不會(huì)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(jī)械強(qiáng)度高，耐壓抗張，抗沖擊。 (7)對(duì)環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)性，能美化環(huán)境，可適應(yīng)各種氣候條件，外形美觀，結(jié)構(gòu)緊湊，

8、箱體占地面積少，節(jié)約土地。第三章 35kV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 箱式變電站對(duì)主接線的基本要求 概況地說(shuō)，對(duì)主接線的基本要求包括安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)四個(gè)方面 安全包括設(shè)備安全及人身安全。要滿足這一點(diǎn)，必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設(shè)備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護(hù)系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術(shù)措施。 可靠就是主接線應(yīng)滿足對(duì)不同負(fù)荷的不中斷供電，且保護(hù)裝置在正常運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)、發(fā)生事故時(shí)不拒動(dòng)，能盡可能的縮下停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應(yīng)力求簡(jiǎn)單清晰。 靈活是用最少的切換，能適應(yīng)不同的運(yùn)行方式，適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡(jiǎn)便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使發(fā)生故障時(shí)停

9、電時(shí)間最短，影響范圍最小。 經(jīng)濟(jì)是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設(shè)計(jì)投資最少。在主接線設(shè)計(jì)時(shí)，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間3.2 主接線的選擇 主接線采用單母線分段接線，單母線分段接線是采用斷路器（或隔離開(kāi)關(guān)）將母線分段，通常是分成兩段。母線分段后可進(jìn)行分段檢修，對(duì)于重要用戶，可以從不同段引出兩個(gè)回路，當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，由于分段斷路器在繼電保護(hù)作用下自動(dòng)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。3.3 高壓接線方式 高壓側(cè)，采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)+限流熔斷器作為變壓器的主保護(hù)，一般有環(huán)網(wǎng)、雙電源和終端三種供電方式，限流熔斷器一相熔斷時(shí)必須能聯(lián)動(dòng)跳開(kāi)三相負(fù)荷開(kāi)

10、關(guān)，不發(fā)生缺相運(yùn)行。3.4 箱式變電站箱體的確定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(nèi)襯阻燃材料壓制而成，能起到隔熱的作用。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，可在訂貨時(shí)對(duì)主體結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的要求。箱體的密封和防塵是一個(gè)重要方面，特別是保護(hù)裝置對(duì)防塵等指標(biāo)要求較高，應(yīng)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(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)顧及到電纜的安裝和維護(hù)方便，應(yīng)考慮人員出入、通風(fēng)以及照明等方面的要求。3.5 變壓器的散熱處理變壓器設(shè)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(nèi)。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(nèi)。為了通風(fēng)，變

11、壓器室的箱體上設(shè)置百葉窗。百葉窗結(jié)構(gòu)，使氣流能進(jìn)去，而灰塵被分離。有為防止灰塵對(duì)絕緣的影響，在變壓器連接處加上絕緣防護(hù)罩。3.6 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。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有防壓、防雨和防小動(dòng)物等措施及占地面積小、操作方便，安全可靠、可以移動(dòng)等特點(diǎn)。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(jié)構(gòu)是由槽鋼、角鋼和鋼板焊接而成，門(mén)和頂蓋用鋼板制作。 （2）高壓室：裝備真空斷路器。 （3）低壓室：裝備固定式低壓配電屏、包括主開(kāi)關(guān)柜、計(jì)量柜等。（4）變壓器室：配備2500kVA油浸式變壓器。第四章 35

12、KV箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型4.1 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)35kV母線采用單母線接線，10kV側(cè)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(qiáng)度聚胺脂，具有隔溫、防潮等特點(diǎn)。外層采用不銹鋼體，底盤(pán)鋼架采用金屬噴鋅技術(shù),有良好的防腐性能。內(nèi)層采用鋁合金扣板箱體內(nèi)安裝空調(diào)及除濕裝置，從而是設(shè)備運(yùn)行不受自然環(huán)境及外界污染的影響。4.2 箱式變電站設(shè)備選型應(yīng)注意的方面(1)箱變內(nèi)的一次設(shè)備，應(yīng)以無(wú)油、免維護(hù)或少維護(hù)設(shè)備為宜。斷路器可采用真空斷路器CT操作，電流互感器、電壓互感器和站用變應(yīng)選用干式設(shè)備。(2)因箱變內(nèi)空間狹小，實(shí)際運(yùn)行中掛、拆接地線很不方便，所以許多箱變?cè)陂_(kāi)關(guān)柜單元裝設(shè)了接

13、地開(kāi)關(guān)，但受空間限制，一些箱變廠家將接地開(kāi)關(guān)與隔離開(kāi)關(guān)采用了連動(dòng)的形式，拉開(kāi)隔離開(kāi)關(guān)，則接地開(kāi)關(guān)閉合；合上隔離開(kāi)關(guān)，則接地開(kāi)關(guān)拉開(kāi)。(3)箱變內(nèi)的開(kāi)關(guān)柜應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠^察窗，以便于觀察運(yùn)行設(shè)備的狀況。4.3 設(shè)備選型的基本原理正確的選擇電器是使用電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。在進(jìn)行電器選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，按照有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，在保證安全可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。電器設(shè)備選擇要考慮電器裝置的環(huán)境條件和電氣要求。環(huán)境條件是指電器裝置所處的位置特征；電器要求是指電器裝置對(duì)設(shè)備的電壓、電流、頻率等方面的要求；對(duì)一些斷路電器如開(kāi)關(guān)、熔斷器等

14、，還應(yīng)考慮 起斷流能力。(1)考慮所選設(shè)備的工作環(huán)境。 (2)所選設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于安裝地點(diǎn)電網(wǎng)電壓4.4 高壓一次設(shè)備的選型 高壓一次設(shè)備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時(shí)設(shè)備應(yīng)安全可靠的運(yùn)行，運(yùn)行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。4.5 低壓一次設(shè)備選型 低壓一次設(shè)備的選擇，與高壓一次設(shè)備的選擇一樣，必須考慮安裝地點(diǎn)并滿足在正常條件下和短路故障條件下工作的要求；同時(shí)設(shè)備工作安全可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。4.6 高壓熔斷器的選擇 熔斷器額定電流的選擇，除了根據(jù)環(huán)境條件確定采用戶內(nèi)或戶外，還包括熔管的額定電流和熔體的額定電流選擇。 4.7 開(kāi)關(guān)柜的選型制造廠生

15、產(chǎn)各種不同電路的開(kāi)關(guān)柜、配電屏或標(biāo)準(zhǔn)元件，品種很多。 設(shè)計(jì)時(shí)可按照主接線選擇相應(yīng)電路的柜、屏或元件，組成一套配電裝置。高壓開(kāi)關(guān)柜和低壓配電屏的選擇，應(yīng)滿足變配電所一次電路圖的各要求并經(jīng)幾個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，優(yōu)選出柜、屏的型式及其一次線路方案編號(hào)，同時(shí)確定其中所有一、二次設(shè)備的型號(hào)和規(guī)格。向開(kāi)關(guān)電器廠訂購(gòu)高壓開(kāi)關(guān)柜時(shí)應(yīng)向廠家提供一、二次電路的圖紙及有關(guān)技術(shù)資料。第五章 35kV箱式變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 二次系統(tǒng)的定義及分類(lèi) 箱式變電站的設(shè)備通?？煞譃橐淮卧O(shè)備和二次設(shè)備兩大類(lèi)。主接線所連接的都是一次設(shè)備，而二次設(shè)備是指測(cè)量表計(jì)、控制及信號(hào)設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)裝置等。根據(jù)測(cè)量、

16、控制、保護(hù)和信號(hào)顯示的要求，表示二次設(shè)備相互連接關(guān)系的電路，稱為二次接線或二次回路。 按二次接線電源性質(zhì)分，有交直流回路，按二次接線的用途來(lái)分，有操作電源回路、測(cè)量表計(jì)回路、斷路器控制和信號(hào)回路、中央信號(hào)回路、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置回路等。5.2 電氣測(cè)量?jī)x表及測(cè)量回路為了保證供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用戶的安全用電，使一次設(shè)備安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須在變（配）電站中裝設(shè)電氣測(cè)量?jī)x表，以監(jiān)視其運(yùn)行狀況。 為電氣測(cè)量?jī)x表，要保證其測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度滿足變配電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視和計(jì)量的要求，并力求外形美觀，便于觀測(cè)，經(jīng)濟(jì)耐用等。具體要求如下； （1）準(zhǔn)確度高，誤差小。其數(shù)值應(yīng)符合所屬等級(jí)準(zhǔn)確度的要求； （2）誤

17、差不應(yīng)隨時(shí)間、溫度、濕度和外磁場(chǎng)等外界條件的影響而變化； （3）儀表本身消耗的功率應(yīng)越小越好； （4）儀表應(yīng)有足夠的絕緣強(qiáng)度、耐壓和短時(shí)過(guò)載能力，以保證安全運(yùn)行； 5.3 二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)全站智能化設(shè)計(jì)，保護(hù)系統(tǒng)采用變電站微機(jī)自動(dòng)化保護(hù)裝置，該系統(tǒng)做為分層、分布式多CPU的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，包括了變電站所需的各種繼電保護(hù)如變壓器保護(hù)、35kV/10kV線路保護(hù)、電容器保護(hù)等，具有變電站的測(cè)量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行工況監(jiān)視、控制操作、自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)及全部遠(yuǎn)動(dòng)功能。系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，配置、擴(kuò)展、組態(tài)靈活、控制管理集中、功能分散，數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性強(qiáng)，傳輸安全可靠，操作靈活方便。對(duì)于變電站的整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)主

18、要采用以下幾個(gè)裝置，它們都具有以下特點(diǎn)：(1)裝置有抗系統(tǒng)諧波的能力；(2)裝置有自檢功能，自檢出錯(cuò)報(bào)警及閉鎖保護(hù)；(3)裝置出口及動(dòng)作回路可設(shè)投切壓板；(4)裝置保護(hù)動(dòng)作出口與監(jiān)控動(dòng)作出口各自獨(dú)立；(5)裝置集測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)、控制功能于一體。5.4 斷路器控制與信號(hào)回路斷路器控制按控制地點(diǎn)可分為集中控制與就地控制。所謂集中控制就是集中在控制室內(nèi)進(jìn)行控制；就地控制就是在斷路器安裝地點(diǎn)進(jìn)行控制。在控制室內(nèi)對(duì)配電裝置中的斷路器進(jìn)行控制稱為距離控制。這種控制主要由控制開(kāi)關(guān)、控制電纜和操作機(jī)構(gòu)等組成。 斷路器控制回路的基本要求有：（1）能進(jìn)行手動(dòng)跳閘、合閘，也能完成自動(dòng)跳閘，斷路器跳閘（合閘）過(guò)程完

19、成后，能自動(dòng)切斷跳閘（合閘）線圈回路電流，防止線圈長(zhǎng)時(shí)間通電而燒毀；（2）有防止斷路器連續(xù)多次跳閘或合閘操作的位置信號(hào)；（3）有反映斷路器完成跳閘或合閘的防跳回路；（4）有斷路器自動(dòng)跳閘或合閘的位置信號(hào)；（5）有控制回路完好性監(jiān)視信號(hào)；（6）在滿足要求的前提下，力求簡(jiǎn)單可靠。中央控制信號(hào)裝置按形式分有燈光信號(hào)和音響信號(hào)。燈光信號(hào)表明不正常工作狀態(tài)的性質(zhì)地點(diǎn)，而音響信號(hào)在于引起運(yùn)行人員的注意。燈光信號(hào)通過(guò)裝設(shè)在個(gè)控制屏上的信號(hào)燈光和光字牌，表明各種電氣設(shè)備的情況，音響信號(hào)則通過(guò)蜂鳴器和警鈴的聲響來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)置在控制室內(nèi)。由全所共用的音響信號(hào)，稱為中央音響信號(hào)裝置。 中央信號(hào)裝置按用途分有：事故信號(hào)，預(yù)告信號(hào)和位置信號(hào)。5.5 控制回路設(shè)計(jì)（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)都有合閘與分閘繼電器輸出接點(diǎn),將其并連接到開(kāi)關(guān)柜的合分閘開(kāi)關(guān)或按