【導讀】供配電技術的發(fā)展······································································1. 箱式變電站的類型、結構與技術特點·············································1. 箱式變電站的結構·····································&

　　

【正文】 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。 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 所示。 1 a 2 時間 0 b 燃弧時間 圖 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 14 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 ab 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 2～ 3個周波 (40ms～ 60ms)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 1/4～ 1/5，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) 。 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。 箱式變電站總體布置圖見附錄圖 A。 15 第 3 章 35KV 箱式變電站一次系統(tǒng)設計與設備選型 35kV 箱式變電站 一次系統(tǒng)設計 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)網絡結構的重要組成部分。 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。 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， ZN2335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。 16 設備選型 箱式變電站設備選型應注意的方面 （ 1） 箱變的一次設備 ① 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 。 ② 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 。 ③ 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鎖，看是否能滿足需要，以及可靠性是否能達到要求 。 ④ 箱變內的開關柜應留有適當的觀察窗，以便于 觀察運行設備的狀況，考慮到實際運行的需要，在選型時，對此也應提出要求，以免日后運行帶來不便 。 （ 2） 箱變的一次進線和出線 ： ① 箱變的一次進線和出線可采用架空方式或電纜方式。采用電纜方式可有效地節(jié)省空間 。 ② 選型時一定要結合實際情況，考慮進出線的接線方式，否則不利于日后的安裝 。 ③ 因箱變內空間有限，電纜頭一般要做到箱體的底板下面，通過箱體底板上的孔引入。而按規(guī)程要求，金屬底板上的三個引入孔，彼此之間應該是連通的，避免電纜運行過程中，在金屬底板上產生渦流，對設備造成損害。有些箱變在設計時，對這方面的要求考慮不足 ，會影響電纜的安裝和運行 。 ④ 對于 10kV 饋線的電纜安裝，若電纜頭做在箱體底板的下面，零序互感器的位置也要加以考慮。如果零序互感器裝設在電纜頭上面，電纜的接地線就不要再穿過零序互感器，這與常規(guī)做法中零序互感器在電纜頭下面的接法不同 。 (3)箱變中的保護裝置。箱變中一般采用綜合自動化裝置作為保護，有些箱變廠家同時生產綜合自動化裝置，若選擇這樣的箱變和保護一體化的產品，會給設計施工和調試帶來方便，免去了許多中間環(huán)節(jié)。若箱變廠家的實力允許，也能滿足我們的需要，這不失為一種較理想的選擇。綜合自動化裝置的選擇，要考慮 箱變的特點，力求接線簡潔，功能完備 。 17 設備選型的基本原理 電器選擇是發(fā)電廠和變配電所電氣設計的主要內容之一。正確的選擇電器是使用電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件。在進行電器選擇時應根據工程實際情況，按照有關設計規(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，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。 電器的種類和型式是電器選擇的重要內容之一。選擇時，可根據安裝地點，使用條件、配電裝置的型式、運行和檢修經驗以及人們使用習慣等多種因素綜合確定。 盡管電力系統(tǒng)中各電器的工作條件和作用并 不一樣，具體選擇方法也不完全一樣，但它們的基本要求是一致的。電器要能可靠的運行，必須按正常工作條件選擇，并按短路電流來效驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 [10]。 電器設備選擇的一般條件如下： （ 1）按正常條件選擇 電器設備按正常條件選擇，就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設備的電壓、電流、頻率（一般為 50HZ0）等方面的要求；對一些斷路電器如開關、熔斷器等，還應考慮 起斷流能力。 ①考慮所選設備的工作環(huán)境。如戶內、戶外、防腐、防暴、防塵、放火等要求，以及沿海 或濕熱地域的特點。 ②所選設備的額定電壓 UN， et應不低于安裝地點電網電壓 UN 即 UN， et≥ UN （ ） 一般電器設備的電壓設計值滿足 N， et 應而可在應 N， et 下安全工作。 ③電器的額定電流 IN， et 是指 在額定周圍環(huán)境溫度 θ 0下，電器的長期允許電流 IN，et應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)的工作電流 Imax，即 IN， et≥ Imax （ ） 由式可以推算，當電器的環(huán)境溫度 θ 高于 40℃（但不高于 60℃）時，環(huán)境溫度每升高 1℃，應減少允許電流 %；當使用環(huán)境低于 40℃時，每降低 1℃，允許電流增加 %。 （ 2）按短路條件校驗 ①動穩(wěn)定校驗 動穩(wěn)定（電動力穩(wěn)定）是指導體和電器承受短路電流機械效力的能力。滿足穩(wěn)定的條件 iet≥ ish （ ） 或 18 Iet≥ Ish （ ） 式中 Ish、 Ish— 設備安裝地點短路沖擊電流的峰值及其有效值（ kA） Iet、 Iet— 設備允許通過電流的峰值及其有效值（ kA） 對于下列情況可不校驗動穩(wěn) 定或熱穩(wěn)定。 a 用熔斷器保護的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時間保證，故不校驗熱穩(wěn)定。 b 電壓互感器及其所在回路的裸導體和電器可不校驗動、熱穩(wěn)定，因為短路電流很小。 c 電纜一般均有足夠的機械強度，可不校驗動穩(wěn)定。 ②熱穩(wěn)定校驗 短路電流通過時，電器各部件溫度不應超過短時發(fā)熱最高允許值，即 I2tt≥ I2∞ tima （ ） 式中 I∞ — 設備安裝地點穩(wěn)態(tài)三相短路電流； tima— 短路電流 假想時間； It— t 秒內允許通過的短路電流值或稱 t 秒熱穩(wěn)定電流（ kA）； t— 廠家給出的熱穩(wěn)定計算時間，一般為 4s、 5s、 1s 等。 高低壓電器設備選擇的要求 （ 1）高壓一次設備的選型 高壓一次設備的選擇，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，同時設備應安全可靠的運行，運行維護方便，投資經濟合理。高壓電器的選擇和校驗可按表 所列各項條件進行?，F僅對選擇的特殊條件或簡要步驟予以介紹。 表 高壓電器選擇與校驗條 件 項目 設備 額定電壓 額定電流 開斷電流 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 高壓斷路器 UN， et≥ UN IN， et≥ Imax Ibr≥ I∞ iet≥ ish I2t≥ I2∞ tima 隔離開關 — 負荷開關 Ibr≥ I∞ 高壓熔斷器 Ibr ≥ I ∞ 或Ish 19 （ 2）低壓一次設備選型 低壓一次設備的選擇，與高壓一次設備的選擇一樣，必須考慮安裝地點并滿足在正常條件下和短路故障條件下工作的要求；同時設備工作安全可靠，運行維護方便，投資經濟合理。 低壓一次設備的選擇校驗項目如表 所列。 表 低壓一次設備的選擇校驗項目 設備名稱 電壓（ V） 電流（ A） 斷流能力 （ kA） 短流電流校驗 動穩(wěn)定度 熱穩(wěn)定度 低壓熔斷器 √ √ √ — — 低壓刀開關 √ √ √ √ √ 低壓負荷開關 √ √ √ √ √ 低壓斷路器 √ √ √ √ √ 斷路器的選型 斷路器型式的選擇應綜合考慮安裝地點環(huán)境的條件、使用的技術條件和安裝調試與維護護方便等因素。先對幾種內型短路器的技術性能 和運行維護方面的特點簡要介紹如下。 少油短路器開斷電流大，對 35 以下可采用加并聯(lián)以提高額定電流； 35kV 以上為積木結構。該斷路器全開斷時間短。增加壓油活塞裝置加強機械油吹后，可開斷空載長線。少油斷路器使用較早，運行經驗豐富，易于維護，噪聲低，油量少；它易劣化，需要一套油處理裝置。 六氟化硫（ SF6）斷路器的額定電流和開斷能力都可以作得很大；開斷性能好，可適用于各種工況開斷； SF6 氣體滅弧、絕緣性能好，所以斷開電壓做得較高；斷開開距小。運行噪聲低，維護工作量小，檢修間隔期長，運行穩(wěn)定、安全可靠 、壽命較長；斷路器價格較高。 真空斷路器連續(xù)多次操作，且開斷性能好，滅弧迅速、動作時間短；運行維護簡單， 滅弧室不需要檢修；噪聲低，無火災爆炸危險；價格較昂貴。 綜合考慮 35kV 箱式變電站 35kV 側選用 ZN2335 型真空斷路器， 10kV 側采用ZN2810 技術參數如表 所示。 20 表 ZN2335 型真空斷路器的技術參數 類別 型號 額定電壓 kV 額定 電流 A 斷流容量 kA 動穩(wěn)定電流峰值 kV 熱穩(wěn)定電流 kA 固有分閘時間 ≤ 合 閘時間 ≤ 陪用操動機構 開斷電流 kA 真空 ZN2335 35 1600 63 25（ 4s） CT12 25 真空 ZN2810 10 630 50 20（ 4s） 20 高壓熔斷器的選擇 熔斷器額定電流的選擇，除了根據環(huán)境條件確定采用戶內或戶外、根據用于保護電 力線路和電氣設備還是保護互感器確定采用 RN1（及其改進型 RN RN RN6）或RN2 等項目外，還包括熔管的額定電流和熔體的額定電流選擇。 （ 1）熔管額 定電流 為了保證熔斷器殼不致過熱毀壞，要求熔斷器熔管的額定電流 IN， f1不小于熔體的 額定電流 IN， f2即： IN， f1≥ IN， f2 （ ） （ 2）熔體的額定電流 IN， f2=kI max （ ） 式中 Imax— 熔斷器所在電路最大工作電流； k— 可靠系數。為防止熔體誤動作而考慮留有一定裕度。對于變壓器回路 k 的取值，在不計電動機自起動時 k=~，記入自起動時 k=~；對于電力電容器回路，一臺電容器時 k=~，一組電容器時 k=~。 （ 3）熔斷器開斷電流校驗 Ibr≥ I∞ （或 Ish） （ ） 對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖 擊電流的有效值 Ish進行校驗；對于有限 流作用的熔斷器，在電流過最大值之前已截斷，故不計非周期分量的影響，而取 I∞ （ Ik） 進行校驗。高壓熔斷器選用 RW535/50 如表 所示。 表 高壓熔斷器技術參數 型號 額定電壓 額定電流 溶絲額定電流 額定開斷電流 斷路容量 上限 下限 RW5 35/50 35 50A 40A 200MVA 15MVA 21 互感器的選型 （ 1）電流互感器的選型的要求 在選擇互感器時，應根據安裝地點（如屋內、屋外）和安裝方式）（如穿墻式、支 持式裝入式等）選擇其形式。選用母線型時應注意校核窗口尺寸。 ①繞組的額定電壓； ②一次繞組的額定電流； ③準確度等級。為了保證測量儀表的準確度，互感器的準確度不低于所測量儀表的準確級。例如：裝于重要回路（如發(fā)電機、調相機、變壓器、廠用饋線、出線等）中的電能表和計費的電能表一般采用 ~1 級表，相應的戶感器的準確級不低于 級；對測量精確度要求較高的大容量發(fā)電機、變壓器、系統(tǒng)干線和 500kV 級宜用 級；供運行檢測、估算電能的電能表和控制盤上的儀表一般皆用 1~ 級的，相應的電流互感器可用 3 級的。 SN， TA，限定二次繞組接入