【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 硬件設(shè)計(jì)及工作原理....................................................................................29 軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................30......................................................................................................................................31參考文獻(xiàn)..............................................................................................................................32致謝......................................................................................................................................33北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論伴隨著改革開放和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷深入，我國的國民經(jīng)濟(jì)正在快速的發(fā)展，電力工業(yè)正逐步跨入世界先進(jìn)水平的行列。而我國的大中小型的企業(yè)對(duì)電力的需求和運(yùn)行可靠性的需求在不斷增加。為大中小型企業(yè)提供電力的是各式的變電站。由于變電站是土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝系統(tǒng)嚴(yán)密、施工難度較大的工業(yè)建筑。變電站結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、施工裝備的更新、新型建材的采用、隊(duì)伍素質(zhì)的提高、施工方法的改進(jìn)以及采用集中控制和采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控都會(huì)對(duì)變電站的運(yùn)行產(chǎn)生影響。我選擇設(shè)計(jì)本課題，是為了從學(xué)習(xí)和掌握變電站電氣部分設(shè)計(jì)的基本方法培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問題的工作能力及實(shí)際工程設(shè)計(jì)的基本技能。同時(shí)也是對(duì)自己已學(xué)知識(shí)的整理和進(jìn)一步的理解、認(rèn)識(shí)。我國工業(yè)正在迅速的發(fā)展，對(duì)變電站的設(shè)計(jì)提出的要求也在不斷提高，這就更需要我們不斷提高知識(shí)理解應(yīng)用水平，認(rèn)真對(duì)待。降壓變電站是連接供電網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)非常重要的環(huán)節(jié)，所以做好變電站的設(shè)計(jì)是我國企業(yè)供電建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。在目前的變電站建設(shè)中，存在土地、資金浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象。改造困難、無線電干擾、工頻電磁輻射和噪聲等環(huán)保問題以及電能質(zhì)量差已成為影響企業(yè)供電成本和運(yùn)行質(zhì)量的重要因素。這已經(jīng)違背了我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。所以變電站需要采用節(jié)約資源的設(shè)計(jì)方案,要克服通信干擾和噪聲、既要保證電能質(zhì)量和用電安全等問題，同時(shí)還要滿足以后電網(wǎng)改造簡(jiǎn)單、資源再利用的要求。變電站的設(shè)計(jì)或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和模塊集成。在這種要求下，變電站電氣主接線簡(jiǎn)單清晰、接地和保護(hù)安全高效、建筑結(jié)構(gòu)布置緊湊、電磁輻射污染最小已是大勢(shì)所趨。因而，變電站應(yīng)從電力系統(tǒng)整體出發(fā),力求電氣主接線簡(jiǎn)化,配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)，采用緊湊布置、安全環(huán)保的設(shè)計(jì)方案?；诖耍乙栽O(shè)計(jì)安全系數(shù)高、工業(yè)質(zhì)量好和保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的變電站為目的，從電源設(shè)置、主接線形式確定、設(shè)備選擇和配電裝置布置等方面出發(fā)提出了新的設(shè)計(jì)思路。在國內(nèi)隨著制造廠生產(chǎn)的電氣設(shè)備質(zhì)量的提高以及電網(wǎng)可靠性的增加，變電站接線日趨簡(jiǎn)化。大量高性能的新型一次設(shè)備不斷出現(xiàn)。變電站設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式向無油化、真空開關(guān)、SF6開關(guān)和機(jī)、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展[3]。但是變電站的設(shè)計(jì)中仍然存在一些問題，比如變電站的數(shù)字化水平還比較低。還有企業(yè)對(duì)電力能源的需求持續(xù)增長(zhǎng)，需要建立更多的變電站以提高電力系統(tǒng)供電的可靠性和穩(wěn)定性，然而這些變電站占地面積大。而現(xiàn)在土地資源緊張，環(huán)境要求嚴(yán)格，在稠密的城區(qū)選擇變電站選址相當(dāng)困難。此外計(jì)算機(jī)的滲透已經(jīng)達(dá)到每一個(gè)角落，企業(yè)供電系統(tǒng)也不可避免地進(jìn)入了微機(jī)控制時(shí)代，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。無論國內(nèi)國外，還是從管理方、運(yùn)行方及設(shè)計(jì)單位對(duì)于變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化均取得了共識(shí)。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化也采用了新的技術(shù)全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[5]。我國變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的越來越成熟。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等特點(diǎn)逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項(xiàng)目中獲得成功的應(yīng)用。在國外近年來一些國家的能源不是很豐富，進(jìn)而導(dǎo)致電力資源不是充足。為了滿足國內(nèi)的需求，減少在網(wǎng)路中的損耗，這些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成了完善的變電站設(shè)計(jì)理論，如變電站電壓無功控制理論和基于模糊控制理論的變電站電壓無功綜合控制等理論。發(fā)達(dá)國家通過新的變電站設(shè)計(jì)理論改善和優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低變電站的功率損耗，使變電站運(yùn)行更加節(jié)約﹑集約﹑高效。設(shè)備方面實(shí)現(xiàn)了測(cè)控設(shè)備還和一次設(shè)備完全融合，即實(shí)現(xiàn)所謂的智能一次設(shè)備，每個(gè)對(duì)象均含有保護(hù)、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)、操作、閉鎖等一系列功能及信息庫。戶外插接式智能型組合電器PASS（Plug and Switch System），已經(jīng)開始采用。目前，我國變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的越來越成熟。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以其簡(jiǎn)單可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等特點(diǎn)逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項(xiàng)目中獲得成功的應(yīng)用。大量高性能的新型一次設(shè)備不斷出現(xiàn)。變電站設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備檔次不斷提高，配電裝置也從傳統(tǒng)的形式向無油化、真空開關(guān)、SF6開關(guān)和機(jī)、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。但是變電站的設(shè)計(jì)中仍然存在一些問題，比如變電站的數(shù)字化水平還比較低。還有企業(yè)對(duì)電力能源的需求持續(xù)增長(zhǎng)，需要建立更多的變電站以提高電力系統(tǒng)供電的可靠性和穩(wěn)定性，因此通過合理的電氣主接線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備合理選擇、整體布局的緊湊以及綜合自動(dòng)化技術(shù)涉及和應(yīng)用，合理地將通信設(shè)施并入主控室，達(dá)到簡(jiǎn)單高效地監(jiān)控和控制的目的，簡(jiǎn)化變電站內(nèi)附屬設(shè)備，從而達(dá)到減少變電站占地面積，優(yōu)化變電站設(shè)計(jì)，降低投資的目的。在最后對(duì)所有的電氣設(shè)備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設(shè)備保護(hù)裝置等進(jìn)行優(yōu)化使整個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠達(dá)到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地對(duì)用戶供電的目的。10kV降壓變電站電氣部分設(shè)計(jì)的研究主要內(nèi)容是結(jié)合相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，輔助資料和國家有關(guān)規(guī)程，主要完成該變電站的一次、二次部分設(shè)計(jì)，參考國內(nèi)外最新的設(shè)計(jì)方法、研究成果和新的電氣設(shè)備，對(duì)降壓變電站的電氣主接線方案，主變壓器的選擇，電氣設(shè)備的選擇，配電裝置的選擇以及防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)。主變壓器、各側(cè)電壓等級(jí)的電氣主接線和相關(guān)一次、二次設(shè)備、避雷裝置、繼電保護(hù)裝置進(jìn)行選擇。同時(shí)，完成變電站一次、二次部分總接線圖、10kV變電站平面布置初步設(shè)計(jì)圖和詳細(xì)設(shè)計(jì)圖。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書所提供的原始數(shù)據(jù)，以相關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程為標(biāo)準(zhǔn)，參考相關(guān)專業(yè)書籍，結(jié)合具體學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，準(zhǔn)確的知識(shí)資料，通過嚴(yán)密的全面的分析，對(duì)變電站的主要電氣設(shè)備、電氣主接線、保護(hù)裝置及接地網(wǎng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)該注意緊密結(jié)合變電站的生產(chǎn)實(shí)際與其它電力系統(tǒng)課程相關(guān)資料之間的聯(lián)系。通過合理的電氣主接線設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備合理選擇、整體布局的緊湊以及綜合自動(dòng)化技術(shù)涉及和應(yīng)用，合理地將通信設(shè)施并入主控室，達(dá)到簡(jiǎn)單高效地監(jiān)控和控制的目的，簡(jiǎn)化變電站內(nèi)附屬設(shè)備，從而達(dá)到減少變電站占地面積，優(yōu)化變電站設(shè)計(jì)，降低投資的目的。在最后對(duì)所有的電氣設(shè)備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設(shè)備保護(hù)裝置等進(jìn)行優(yōu)化使整個(gè)設(shè)計(jì)方案能夠達(dá)到安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地對(duì)用戶供電的目的。了解并掌握10kV降壓變電站的國內(nèi)外現(xiàn)狀特點(diǎn)和發(fā)展前景，查閱資料，結(jié)合電力系統(tǒng)方向所學(xué)專業(yè)課程以及他人的設(shè)計(jì)、研究成果， 掌握變電站設(shè)計(jì)的過程和方法，并歸納、創(chuàng)新出自己的研究方案。根據(jù)各地不同情況，在借鑒已建10kV降壓變電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)10kV降壓變電站所址的選擇、電氣主接線、二次接線的設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備的平面布置、電氣設(shè)備選型、防火、防雷、接地、防電磁輻射、防噪聲等方面提出一系列設(shè)計(jì)思路。主變?nèi)萘亢托吞?hào)的選擇是根據(jù)負(fù)荷發(fā)展的要求。包括主變壓器型號(hào)的選擇，冷卻方式，有無勵(lì)磁，有載還是無載調(diào)壓方式。根據(jù)以上研究思路，本論文共分為七章。第一章簡(jiǎn)要介紹選題背景、選題目的和意義、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、論文的研究思路和方法。第二章分析了箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)。第三章研究了10kV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第四章研究了10KV箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型。第五章研究了10kV箱式變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第六章研究了箱式變電站智能監(jiān)控功能設(shè)計(jì)。第七章對(duì)全文做了總結(jié)，并提出了本論文有待進(jìn)一步研究的問題。2 箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn) 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(yù)裝式變電站在我國叫做“預(yù)裝式變電站”或“美式箱變 ”，區(qū)別歐式預(yù)裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負(fù)荷開關(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習(xí)慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開關(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)，通過電纜或母線來實(shí)現(xiàn)電氣連接。 箱式變電站的結(jié)構(gòu) 美式預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)型式大致有三種：（1）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器共用一個(gè)油箱；（2）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器分別裝在上下兩個(gè)不同的油箱內(nèi)；（3）變壓器和負(fù)荷開關(guān)、熔斷器分別裝在左右兩個(gè)不同的油箱內(nèi)?？紤]到開關(guān)操作和熔斷器的動(dòng)作造成的游離碳會(huì)影響整個(gè)箱變的壽命。（3）型由于采用普通油和難燃油做為絕燃介質(zhì)，使之既可用于戶外，又可用于戶內(nèi)，適用于住宅小區(qū)、工礦企業(yè)及各種公共場(chǎng)所，如機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等。歐式預(yù)裝式變電站的總體結(jié)構(gòu)包括三個(gè)主要部分：高壓開關(guān)柜、變壓器及低壓配套裝置，其總體結(jié)構(gòu)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(guān)設(shè)備、變壓器和低壓配電裝置三部分各為一室，即由高壓室、變壓器室和低壓室三個(gè)隔室組成，可按“目字型”或“品字型”布置，如圖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(jié)構(gòu)較為緊湊，特別是當(dāng)變壓器室排布多臺(tái)變壓器時(shí)，“品字型”布置較為有利。圖1 歐式預(yù)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 箱式變電站與常規(guī)變電站的對(duì)比分析目前，國內(nèi)生產(chǎn)的箱變的電壓等級(jí)：高壓側(cè)為 3 ～35kV、低壓側(cè)為 ～10kV 。變壓器的容量：當(dāng)額定電壓比為35/10 、6 、 kV 時(shí)可從幾百KVA～上萬KVA、當(dāng)額定電壓比為 6/ kV 時(shí) 可從幾十KVA～幾千KVA。箱式變電站（在IEC及歐洲稱為高壓K/低壓預(yù)裝式變電站）是一種集成化程度高，工廠預(yù)安裝、節(jié)能、節(jié)地的發(fā)展中設(shè)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(yīng)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(yīng)用為10%，是一種新型的裝備。預(yù)裝式變電站是輸變電設(shè)備發(fā)展方向，由前所述，我國應(yīng)用僅10%左右，而國外已達(dá)到的7090%，所以預(yù)裝式變電站其社會(huì)效益顯著，適用范圍更廣。箱式變電站與常規(guī)變電站性能比較見表1。表1 箱式變電站與常規(guī)變電站性能對(duì)比表序號(hào)對(duì)比項(xiàng)目常規(guī)變電站組合式（箱變）變電站 1設(shè)計(jì)工作需要土建、電氣二方面設(shè)計(jì)、工作量較大土建工作僅一個(gè)安裝基礎(chǔ)，箱變本身有典型設(shè)計(jì)，只須根據(jù)用戶要求，作一些調(diào)整，設(shè)計(jì)工作也大為減少。 2基建時(shí)間6個(gè)月以上預(yù)先基礎(chǔ)做好以后，只需46小時(shí)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(diǎn)和負(fù)荷中心距離不能十分接近負(fù)荷中心，供電線路半徑較長(zhǎng)，電壓降落及電能損失較高。能貼近負(fù)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(zhì)量。 5生產(chǎn)方式土建施工后，現(xiàn)場(chǎng)裝配。大規(guī)模、工作化生產(chǎn)，質(zhì)量容量得到保證。 6生產(chǎn)周期7：1 7投資費(fèi)用2：1 8和環(huán)境協(xié)調(diào)性和環(huán)境不協(xié)調(diào)和環(huán)境協(xié)調(diào)一致/,不擋視線,美化環(huán)境。 箱式變電站的技術(shù)要求與設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)《高壓/低壓預(yù)裝式變電站》（GB/T124671998），以及適合的工藝流程。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)（1）10KV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（2） 箱式變電站主接線設(shè)計(jì)與一次設(shè)備選型（3）二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)（4）箱式變電站智能監(jiān)控功能設(shè)計(jì)3 電氣主接線的確定 主接線的基本形式 主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)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。概況地說，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?？煽烤褪侵鹘泳€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)不會(huì)誤動(dòng)、發(fā)生事故時(shí)不會(huì)拒動(dòng)，能盡可能的縮小停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應(yīng)力求線路簡(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。因此，主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。主要應(yīng)從投資聲、占地面積少、電能損耗小等幾個(gè)方面綜合考慮。 主接線的比較與選擇單母線接線是一種原始、最簡(jiǎn)單的接線，所有電源及出線均接在同一母線上，