【導(dǎo)讀】1．35kV箱式變電站總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2．主接線設(shè)計(jì)與一次設(shè)備選型；4．箱式變電站智智能監(jiān)控功能設(shè)計(jì)。9月26日至10月9日：畢業(yè)實(shí)習(xí).11月11日至11月20日：二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)。11月21日至11月30日：箱式變電站智智能監(jiān)控功能設(shè)計(jì)。供配電技術(shù)的發(fā)展························································1. 箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)·······························1. 箱式變電站的結(jié)構(gòu)·································&#1

　　

【正文】 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 厚的不銹鋼板 。 維護(hù)走廊是箱變正常運(yùn)行和檢修中的重要環(huán)節(jié)，箱變的一個(gè)缺陷就是空間狹小，廠家從成本和設(shè)備緊湊性考慮，維護(hù)走廊一般都盡量壓縮。在選型時(shí)應(yīng)該將維護(hù)走廊作為一項(xiàng)指標(biāo)來考慮，不然會(huì)給將來的運(yùn)行和 維護(hù)，造成很大麻煩 。 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35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 20 求 。 變壓器 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 10ＫＶ 降至 380Ｖ /220Ｖ ，變壓器容量一般為 160～ 1600ＫＶＡ ，最常用的容量為 315～ 630ＫＶＡ 。其器身為三相三柱或三相五柱結(jié)構(gòu)、 Ｄｙｎ 11 或 Ｙｙｎ 12 聯(lián)結(jié)，熔斷器連接在“Δ ” 外部。三相五柱式 Ｄｙｎ 11 變壓器的優(yōu)點(diǎn)是帶三相不對(duì)稱負(fù)荷能力強(qiáng)，不會(huì)因三相負(fù)載不對(duì)稱造成中性點(diǎn)電壓偏移，負(fù)載電壓質(zhì)量可得到保證，這種變壓器具有很好的耐雷特性。變壓器應(yīng)具有齊全的運(yùn)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(qiáng)度的真空壓力表等。 變壓器選用 Ｓ 9Ｍ 、 Ｓ 11Ｍ 全密封、免維護(hù)、低噪音、性價(jià)比高的油浸式變壓器 (噪音 ≤50 ｄＢ )或新型干式變壓器 (噪音 ≤55 ｄＢ )等。采用干式變壓器時(shí)，變壓器室必須配散熱系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)大多采用新Ｓ 9 或Ｓ 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(diǎn)是空載 損耗很小，只有 1/4～ 1/3，但其價(jià)格高出 ～ 倍，但隨著制造技術(shù)的提高，一旦價(jià)格下來，非晶合金變壓器會(huì)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。 綜合考慮 35kV 箱式變電站變壓器的容量確定為 5000kVA，因?yàn)槿辔逯?D， yn11 連接變壓器帶三相不對(duì)稱負(fù)載能力強(qiáng)，不會(huì)因三相負(fù)載不對(duì)稱造成中性點(diǎn)電壓偏移，負(fù)載電壓質(zhì)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 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 為 Ud=%，采用油浸式變壓器。由于三相五拄 D， yn11 聯(lián)結(jié)，如果熔斷器一相熔斷后，會(huì)造成低壓側(cè)兩相電壓 不正常，為額定電壓的 1/2，會(huì)使負(fù)載欠壓運(yùn)行。因此將熔斷器連接在“△”內(nèi)部。因?yàn)檫@樣如果熔斷器一相熔斷后不會(huì)造成低壓側(cè)兩相電壓不正常，熔斷器所對(duì)應(yīng)的低壓側(cè)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 供箱式變電站本身使用。 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(jié)構(gòu)，頂蓋設(shè)計(jì)成帶空氣墊或隔熱材料的氣樓結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)通風(fēng)道，裝有自動(dòng)強(qiáng)迫排氣通風(fēng)裝置 (軸流風(fēng)機(jī)或幅面風(fēng)機(jī) )。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(shè)定；室內(nèi)正常溫度下，靠自然通風(fēng)來散熱。為了通風(fēng)，變壓器室的箱體上設(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。 室內(nèi)溫度不正常的情況下采用機(jī)械強(qiáng)迫通風(fēng)，以變壓器油溫不超過 95℃作為動(dòng)作整定值。機(jī)械強(qiáng)迫通風(fēng) 用幅面風(fēng)機(jī)，而不用軸流風(fēng)機(jī)。因軸流風(fēng)機(jī)對(duì)變壓器散35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 22 熱片內(nèi)外側(cè)散熱不均，往往外側(cè)散熱好，內(nèi)側(cè)散熱差些；而幅面風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口均勻吹拂內(nèi)外側(cè)，通風(fēng)散熱效果較好。 采用負(fù)荷開關(guān) — 熔斷器組合電器保護(hù)變壓器 負(fù)荷開關(guān)是用來開、合負(fù)載電流的開關(guān)裝置，它一般具有關(guān)合短路電流能力，但是 它不能開斷短路電流。負(fù)荷開關(guān)可以單獨(dú)使用在遠(yuǎn)離電源中心、且容量較小的終端變電 站，用于投切無功補(bǔ)償回路、并聯(lián)電抗器及電動(dòng)機(jī)等。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維護(hù)方便，仍然具有發(fā)展前途。熔斷體是熔斷器的主要元件，當(dāng)熔斷體通過的電流超過一 定值時(shí)，熔斷體本身產(chǎn)生的焦耳熱，使本身溫度升高，在達(dá)到熔斷體熔點(diǎn)時(shí)，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(shí)間 0 b 燃弧時(shí)間 圖 限流熔斷器切斷短路電流時(shí)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—?jiǎng)幼鲿r(shí)間 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 負(fù)荷開關(guān) —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(dá)到有效熄滅電弧，用于在強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)，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(diǎn)電流下降到零，此時(shí)完成熄弧。這種熔斷器的整個(gè)動(dòng)作過程發(fā)生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時(shí)，巨大氣流不會(huì)沖出管外 。 熔斷器的限流特性，它是指熔斷器的開斷電路時(shí)，最大截止電流和預(yù)期電流穩(wěn)態(tài)方均根的關(guān)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(hù)的電器設(shè)備內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械和熱效應(yīng) 。 負(fù)荷開關(guān)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(hù)開關(guān)設(shè)備 。 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，為使油箱不爆炸，故障切除時(shí)間必須限在 20ms 內(nèi)。采用斷路器保護(hù)的話，斷路器最快全開斷時(shí)間 (繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間 +斷路器固有動(dòng)作時(shí)間 +燃弧時(shí)間 )一般需要 2～ 3個(gè)周波 (40ms～ 60ms)左右，而限流熔斷器則可保證在 10ms 以內(nèi)切除故障 。 由于同電壓等級(jí)負(fù)荷開關(guān)的價(jià)格大約是斷路器的價(jià)格的 1/4～ 1/5，而負(fù)荷開關(guān) +熔斷器的價(jià)格僅僅是斷路器的價(jià)格的 1/3，因此采用負(fù)荷開關(guān) +熔斷器有較大經(jīng)濟(jì)性 。 由于斷路器是用于開斷短路故障電流、大負(fù)荷電流、容性電流等通用的開關(guān)設(shè)備，因此體積大、笨重，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜。相比 之下負(fù)荷開關(guān)體積小，簡(jiǎn)單易開發(fā) 。 箱式變電站總體布置 35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 24 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(jìn)、出線。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，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(fù)荷開關(guān)、熔斷器、互感器、避雷器等。 （ 3）低壓室：裝備全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)的 GGD 型固定式低壓配電屏、包括主開關(guān)柜、計(jì)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(dòng)的軸流風(fēng)扇。 箱式變電站總體布置圖見附錄圖 A。 第 3 章 35KV 箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型 35kV 箱式變電站 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概述 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 25 電氣主接線是由各種主要電氣設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)電器、互感器、電抗器及連接 線路等設(shè)備），按一定順序連接而成的一個(gè)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(duì)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(gè)別三相設(shè)備不對(duì)稱或需要進(jìn)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(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 （ 1） 變配電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制后對(duì)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(guān)要求與規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 2） 變配電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制后 ,應(yīng)發(fā) 揮計(jì)算機(jī)的圖形顯示功能 ,模擬盤可以 簡(jiǎn)化或取消。 （ 3） 變配電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)與控制后 ,可以實(shí)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。 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35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 26 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。可保證設(shè)備在 40～ +40℃ 之間運(yùn) 行。 內(nèi)部一次系統(tǒng)采用單元真空開關(guān)柜結(jié)構(gòu)。 開關(guān) 柜內(nèi)設(shè)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(zhì)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(nèi)裝有多組氧化鋅避雷器。一次系統(tǒng)連接采用封閉母線結(jié)構(gòu)，在每個(gè)單元柜裝有 五防鎖，保證了人身與設(shè)備的安全。 電氣主接線圖如附錄圖 B 所示。 設(shè)備選型 箱式變電站設(shè)備選型應(yīng)注意的方面 （ 1） 箱變的一次設(shè)備 ① 箱變內(nèi)的一次設(shè)備，應(yīng)以無油、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，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_關(guān)柜單元裝設(shè)了接地開關(guān)，但受空間限制，一些箱變廠家將接地 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 開關(guān)與隔離開關(guān)采用了連動(dòng)的形式，拉開隔離開關(guān)，則接地開關(guān)閉合；合上隔離開關(guān)，則接地開關(guān)拉開。在實(shí)際運(yùn)行中，這種操作方式在執(zhí)行現(xiàn)有規(guī)程時(shí)，會(huì)帶來許多麻煩，設(shè)備的運(yùn)行方式界定不清。如果可能的話，加裝獨(dú)立的接地開關(guān)，運(yùn)行起來會(huì)更靈活方便 。 ③ 箱變中的五防閉鎖是一個(gè)重要方面，在選型時(shí)，要考慮隔離開關(guān)之間的機(jī)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(dá)到要求 。 ④ 箱變內(nèi)的開關(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，考慮到實(shí)際運(yùn)行的需要，在選型時(shí)，對(duì)此也應(yīng)提出要求，以免日后運(yùn)行帶來不便 。 （ 2） 箱變的一次進(jìn)線和出線 ： ① 箱變的一次進(jìn)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(shí)一定要結(jié)合實(shí)際情況，考慮進(jìn)出線的接線方式，否則不利于日后的安裝 。 ③ 因箱變內(nèi)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(gè)引入孔，彼此之間應(yīng)該是連通的，避免電纜運(yùn)行過程中，在 金屬底板上產(chǎn)生渦流，對(duì)設(shè)備造成損害。有些箱變?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)這方面的要求考慮不足，會(huì)影響電纜的安裝和運(yùn)行 。 ④ 對(duì)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(shè)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35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 28 的接法不同 。 (3)箱變中的保護(hù)裝置。箱變中一般采用綜合自動(dòng)化裝置作為保護(hù)，有些箱變廠家同時(shí)生產(chǎn)綜合自動(dòng)化裝置，若選擇這樣的箱變和保護(hù)一體化的產(chǎn)品，會(huì)給設(shè)計(jì)施工和調(diào)試帶來方便，免去了許多中間環(huán)節(jié)。若箱變廠家的實(shí)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(dòng)化裝置的選擇，要考慮箱變的特點(diǎn)，力求接線簡(jiǎn)潔，功能完備 。 設(shè)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(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一。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。 電器的種類和型式是電器選擇的重要內(nèi)容之一。選擇時(shí)，可根據(jù)安裝地點(diǎn)，使用條件、配電裝置的型式、運(yùn)行和檢修經(jīng)驗(yàn) 以及人們使用習(xí)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(yùn)行，必須按正常工作條件選擇，并按短路電流來效驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 [10]。 電器設(shè)備選擇的一般條件如下： （ 1）按正常條件選擇 電器設(shè)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(duì)設(shè)備的 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 電壓、電流、頻率（一般為 50HZ0）等方面的要求；對(duì)一些斷路電器如開關(guān)、熔斷器等，還應(yīng)考慮 起斷流能力。 ① 考慮所選設(shè)備的工作環(huán)境。如戶內(nèi)、戶外、防腐、防暴、防塵、放火等要求，以及沿?；驖駸岬赜虻奶攸c(diǎn)。 ②所選設(shè)備的額定電壓 UN， et應(yīng)不低于安裝地點(diǎn)電網(wǎng)電壓 UN 即 UN ， et ≥ UN （ ） 一般電器設(shè)備的電壓設(shè)計(jì)值滿足 N， et 應(yīng)而可在應(yīng) 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(zhǎng)期允許電流 IN， et 應(yīng)不小于該回路在各種合理運(yùn)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(dāng)電器的環(huán)境溫度 θ 高于 40℃（但不高于 60℃）時(shí)，環(huán)境溫度每升高 1℃，應(yīng)減少允許電流 %；當(dāng)使用環(huán)境低于 40℃時(shí)，每降低 1℃，允許電流增加 %。 （ 2）按短路條件校驗(yàn) ①動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 動(dòng)穩(wěn)定（電動(dòng)力穩(wěn)定）是指導(dǎo)體和電器 承受短路電流機(jī)械效力的能力。滿足穩(wěn)定的條件 iet ≥ ish （ ） 35kV箱式變電站設(shè)計(jì) 30 或 Iet ≥ Ish （ ） 式中 Ish、 Ish— 設(shè)備安裝地點(diǎn)短路沖擊電流的峰值及其有效值（ kA） Iet、 Iet— 設(shè)備允許通過電流的峰值及其有效值（ kA） 對(duì)于下列情況可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定或熱穩(wěn)定。 a 用熔斷器保護(hù)的電器，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，故不校驗(yàn)熱穩(wěn)定。 b 電壓互感器及其所在回路的裸導(dǎo)體和電器可不校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定，因?yàn)槎搪冯娏骱苄　? c 電纜一般均有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。 ②熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流通過時(shí)，電器各部件溫度不應(yīng)超過短時(shí)發(fā)熱最高允許值，即 I2tt ≥ I2 ∞ tima （ ） 式中 I∞ — 設(shè)備安裝地點(diǎn)穩(wěn)態(tài)三相短路電流； tima— 短路電流假想時(shí)間； It— t 秒內(nèi)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(jì)算時(shí)間，一般為 4s、 5s、 1s 等。 高低壓電器設(shè)備選擇的要求 （ 1）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 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 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。高壓電器的選擇和校驗(yàn)可按表 所列各項(xiàng)條件進(jìn)行?，F(xiàn)僅對(duì)選擇的特殊條件或簡(jiǎn)要步驟予以介紹。 表 高壓電器選擇與校驗(yàn)條件 （ 2）