【文章內(nèi)容簡介】 9 硬件設(shè)計及工作原理....................................................................................29 軟件設(shè)計.........................................................................................................30......................................................................................................................................31參考文獻..............................................................................................................................32致謝......................................................................................................................................33北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論伴隨著改革開放和市場經(jīng)濟的不斷深入，我國的國民經(jīng)濟正在快速的發(fā)展，電力工業(yè)正逐步跨入世界先進水平的行列。而我國的大中小型的企業(yè)對電力的需求和運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)嚴密、施工難度較大的工業(yè)建筑。變電站結(jié)構(gòu)的改進、施工裝備的更新、新型建材的采用、隊伍素質(zhì)的提高、施工方法的改進以及采用集中控制和采用計算機監(jiān)控都會對變電站的運行產(chǎn)生影響。我選擇設(shè)計本課題，是為了從學(xué)習(xí)和掌握變電站電氣部分設(shè)計的基本方法培養(yǎng)獨立分析和解決問題的工作能力及實際工程設(shè)計的基本技能。同時也是對自己已學(xué)知識的整理和進一步的理解、認識。我國工業(yè)正在迅速的發(fā)展，對變電站的設(shè)計提出的要求也在不斷提高，這就更需要我們不斷提高知識理解應(yīng)用水平，認真對待。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、資金浪費嚴重的現(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，同時還要滿足以后電網(wǎng)改造簡單、資源再利用的要求。變電站的設(shè)計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、保護環(huán)境、易于實現(xiàn)自動化和模塊集成。在這種要求下，變電站電氣主接線簡單清晰、接地和保護安全高效、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),力求電氣主接線簡化,配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的保護系統(tǒng)，采用緊湊布置、安全環(huán)保的設(shè)計方案。基于此，我以設(shè)計安全系數(shù)高、工業(yè)質(zhì)量好和保護環(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、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)對電力能源的需求持續(xù)增長，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)境要求嚴格，在稠密的城區(qū)選擇變電站選址相當(dāng)困難。此外計算機的滲透已經(jīng)達到每一個角落，企業(yè)供電系統(tǒng)也不可避免地進入了微機控制時代，變電站綜合自動化系統(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。無論國內(nèi)國外，還是從管理方、運行方及設(shè)計單位對于變電站實現(xiàn)綜合自動化均取得了共識。伴隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化也采用了新的技術(shù)全分散式變電站自動化系統(tǒng)和先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[5]。我國變電站綜合自動化技術(shù)應(yīng)用的越來越成熟。變電站綜合自動化系統(tǒng)以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項目中獲得成功的應(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)達國家已經(jīng)形成了完善的變電站設(shè)計理論，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)達國家通過新的變電站設(shè)計理論改善和優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低變電站的功率損耗，使變電站運行更加節(jié)約﹑集約﹑高效。設(shè)備方面實現(xiàn)了測控設(shè)備還和一次設(shè)備完全融合，即實現(xiàn)所謂的智能一次設(shè)備，每個對象均含有保護、監(jiān)控、計費、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化技術(shù)應(yīng)用的越來越成熟。變電站綜合自動化系統(tǒng)以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項目中獲得成功的應(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、電組合一體化的小型設(shè)備發(fā)展。但是變電站的設(shè)計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)對電力能源的需求持續(xù)增長，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、電氣設(shè)備合理選擇、整體布局的緊湊以及綜合自動化技術(shù)涉及和應(yīng)用，合理地將通信設(shè)施并入主控室，達到簡單高效地監(jiān)控和控制的目的，簡化變電站內(nèi)附屬設(shè)備，從而達到減少變電站占地面積，優(yōu)化變電站設(shè)計，降低投資的目的。在最后對所有的電氣設(shè)備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設(shè)備保護裝置等進行優(yōu)化使整個設(shè)計方案能夠達到安全、可靠、經(jīng)濟、環(huán)保地對用戶供電的目的。10kV降壓變電站電氣部分設(shè)計的研究主要內(nèi)容是結(jié)合相關(guān)的設(shè)計手冊，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，參考國內(nèi)外最新的設(shè)計方法、研究成果和新的電氣設(shè)備，對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的設(shè)計。主變壓器、各側(cè)電壓等級的電氣主接線和相關(guān)一次、二次設(shè)備、避雷裝置、繼電保護裝置進行選擇。同時，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)計圖和詳細設(shè)計圖。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(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，參考相關(guān)專業(yè)書籍，結(jié)合具體學(xué)習(xí)的特點，準確的知識資料，通過嚴密的全面的分析，對變電站的主要電氣設(shè)備、電氣主接線、保護裝置及接地網(wǎng)進行初步設(shè)計。在設(shè)計過程中，我們應(yīng)該注意緊密結(jié)合變電站的生產(chǎn)實際與其它電力系統(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、電氣設(shè)備合理選擇、整體布局的緊湊以及綜合自動化技術(shù)涉及和應(yīng)用，合理地將通信設(shè)施并入主控室，達到簡單高效地監(jiān)控和控制的目的，簡化變電站內(nèi)附屬設(shè)備，從而達到減少變電站占地面積，優(yōu)化變電站設(shè)計，降低投資的目的。在最后對所有的電氣設(shè)備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設(shè)備保護裝置等進行優(yōu)化使整個設(shè)計方案能夠達到安全、可靠、經(jīng)濟、環(huán)保地對用戶供電的目的。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、研究成果， 掌握變電站設(shè)計的過程和方法，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)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對10kV降壓變電站所址的選擇、電氣主接線、二次接線的設(shè)計、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)計思路。主變?nèi)萘亢托吞柕倪x擇是根據(jù)負荷發(fā)展的要求。包括主變壓器型號的選擇，冷卻方式，有無勵磁，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。第三章研究了10kV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。第四章研究了10KV箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型。第五章研究了10kV箱式變電站二次系統(tǒng)設(shè)計。第六章研究了箱式變電站智能監(jiān)控功能設(shè)計。第七章對全文做了總結(jié)，并提出了本論文有待進一步研究的問題。2 箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點 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、高壓負荷開關(guān)、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內(nèi)，構(gòu)成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對地的絕緣介質(zhì)。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(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不同的隔室內(nèi)，通過電纜或母線來實現(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）變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器共用一個油箱；（2）變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內(nèi)；（3）變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內(nèi)?？紤]到開關(guān)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。（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)及各種公共場所，如機場、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)變壓器室排布多臺變壓器時，“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)變電站的對比分析目前，國內(nèi)生產(chǎn)的箱變的電壓等級：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 時可從幾百KVA～上萬KVA、當(dāng)額定電壓比為 6/ kV 時 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，而國外已達到的7090%，所以預(yù)裝式變電站其社會效益顯著，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)變電站性能對比表序號對比項目常規(guī)變電站組合式（箱變）變電站 1設(shè)計工作需要土建、電氣二方面設(shè)計、工作量較大土建工作僅一個安裝基礎(chǔ)，箱變本身有典型設(shè)計，只須根據(jù)用戶要求，作一些調(diào)整，設(shè)計工作也大為減少。 2基建時間6個月以上預(yù)先基礎(chǔ)做好以后，只需46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(zhì)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(zhì)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(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)計規(guī)范設(shè)計嚴格按照國家標(biāo)準《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)計的主要任務(wù)（1）10KV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（2） 箱式變電站主接線設(shè)計與一次設(shè)備選型（3）二次系統(tǒng)設(shè)計（4）箱式變電站智能監(jiān)控功能設(shè)計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(shè)備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標(biāo)準和規(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)滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不會誤動、發(fā)生事故時不會拒動，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)力求線路簡單清晰。靈活是用最少的切換，能適應(yīng)不同的運行方式，適應(yīng)調(diào)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。經(jīng)濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設(shè)計投資最少。因此，主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟合理。主要應(yīng)從投資聲、占地面積少、電能損耗小等幾個方面綜合考慮。 主接線的比較與選擇單母線接線是一種原始、最簡單的接線，所有電源及出線均接在同一母線上，