1、10KV箱式變電站設計1 緒論伴隨著改革開放和市場經濟的不斷深入，我國的國民經濟正在快速的發展，電力工 業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。為大中小型企業提供電力的是各式的變電站。由于變電站是土建 結構復雜、生產工藝系統嚴密、施工難度較大的工業建筑。變電站結構的改進、施工裝 備的更新、新型建材的采用、隊伍素質的提高、施工方法的改進以及采用集中控制和采 用計算機監控都會對變電站的運行產生影響。我選擇設計本課題，是為了從學習和掌握 變電站電氣部分設計的基本方法培養獨立分析和解決問題的工作能力及實際工程設計的 基本技能。同時也是對自己已學

2、知識的整理和進一步的理解、認識。我國工業正在迅速 的發展，對變電站的設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 應用水平，認真對待。降壓變電站是連接供電網絡和企業非常重要的環節，所以做好變電站的設計是我國 企業供電建設的重要環節。在目前的變電站建設中，存在土地、資金浪費嚴重的現象。 改造困難、無線電干擾、工頻電磁輻射和噪聲等環保問題以及電能質量差已成為影響企 業供電成本和運行質量的重要因素。這已經違背了我國的可持續發展戰略。所以變電站 需要采用節約資源的設計方案 , 要克服通信干擾和噪聲、 既要保證電能質量和用電安全等 問題，同時還要滿足以后電網改造簡單、資源再利用的要求。變電

3、站的設計或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證節約資源、保護 環境、易于實現自動化和模塊集成。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、建筑結構布置緊湊、電磁輻射污染最小已是大勢所趨。因而，變電站 應從電力系統整體出發 , 力求電氣主接線簡化 ,配置與電網結構相應的保護系統，采用緊 湊布置、安全環保的設計方案。基于此，我以設計安全系數高、工業質量好和保護環境、 節約資源的變電站為目的，從電源設置、主接線形式確定、設備選擇和配電裝置布置等 方面出發提出了新的設計思路。在國內隨著制造廠生產的電氣設備質量的提高以及電網可靠性的增加，變電站接線 日趨簡化。大量高性能的新型一

4、次設備不斷出現。變電站設計的電氣設備檔次不斷提高， 配電裝置也從傳統的形式向無油化、 真空開關、 SF6開關和機、電組合一體化的小型設備 發展3 。但是變電站的設計中仍然存在一些問題， 比如變電站的數字化水平還比較低。 還 有企業對電力能源的需求持續增長，需要建立更多的變電站以提高電力系統供電的可靠 性和穩定性，然而這些變電站占地面積大。而現在土地資源緊張，環境要求嚴格，在稠 密的城區選擇變電站選址相當困難。此外計算機的滲透已經達到每一個角落，企業供電系統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取代傳統的變電站二次系統，已成為當前電力系統發展 的趨勢。無論國內國外，還是從管理方、

5、運行方及設計單位對于變電站實現綜合自動化 均取得了共識。伴隨著計算機技術、網絡技術和通信技術的發展，變電站綜合自動化也 采用了新的技術全分散式變電站自動化系統和先進的網絡技術 5 。我國變電站綜合自動化 技術應用的越來越成熟。變電站綜合自動化系統以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好 等特點逐步為國內用戶所接受，并在一些大型變電站監控項目中獲得成功的應用。在國外近年來一些國家的能源不是很豐富，進而導致電力資源不是充足。為了滿足 國內的需求，減少在網路中的損耗，這些發達國家已經形成了完善的變電站設計理論， 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 達國家通過新的變

6、電站設計理論改善和優化變電站結構，降低變電站的功率損耗，使變 電站運行更加節約集約高效。設備方面實現了測控設備還和一次設備完全融合，即 實現所謂的智能一次設備，每個對象均含有保護、監控、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)，已經開始采 用。目前，我國變電站綜合自動化技術應用的越來越成熟。變電站綜合自動化系統以其 簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內用戶所接受，并在一些大型變電站 監控項目中獲得成功的應用。大量高性能的新型一次設備不斷出現。變電站設計的電氣 設備檔次不斷提高， 配電裝置也從傳統的形式

7、向無油化、 真空開關、 SF6開關和機、電組 合一體化的小型設備發展。但是變電站的設計中仍然存在一些問題，比如變電站的數字 化水平還比較低。還有企業對電力能源的需求持續增長，需要建立更多的變電站以提高 電力系統供電的可靠性和穩定性，因此通過合理的電氣主接線設計、電氣設備合理選擇、 整體布局的緊湊以及綜合自動化技術涉及和應用，合理地將通信設施并入主控室，達到 簡單高效地監控和控制的目的，簡化變電站內附屬設備，從而達到減少變電站占地面積， 優化變電站設計，降低投資的目的。在最后對所有的電氣設備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設備保護裝置等進行優化使整個設計方案能夠達到安全、可靠、經濟、環 保地對

8、用戶供電的目的。10kV降壓變電站電氣部分設計的研究主要內容是結合相關的設計手冊，輔助資料和 國家有關規程，主要完成該變電站的一次、二次部分設計，參考國內外最新的設計方法、 研究成果和新的電氣設備，對降壓變電站的電氣主接線方案，主變壓器的選擇，電氣設 備的選擇，配電裝置的選擇以及防雷保護的設計。主變壓器、各側電壓等級的電氣主接 線和相關一次、二次設備、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計圖和詳細設計圖。根據畢業設計任務書所提供的原始數據，以相關技術規范、規程為標準，參考相關 專業書籍，結合具體學習的特點，準確的知識資料，通

9、過嚴密的全面的分析，對變電站 的主要電氣設備、電氣主接線、保護裝置及接地網進行初步設計。在設計過程中，我們 應該注意緊密結合變電站的生產實際與其它電力系統課程相關資料之間的聯系。通過合 理的電氣主接線設計、電氣設備合理選擇、整體布局的緊湊以及綜合自動化技術涉及和 應用，合理地將通信設施并入主控室，達到簡單高效地監控和控制的目的，簡化變電站 內附屬設備，從而達到減少變電站占地面積，優化變電站設計，降低投資的目的。在最 后對所有的電氣設備，電氣主接線，電氣的二次接線，電氣設備保護裝置等進行優化使 整個設計方案能夠達到安全、可靠、經濟、環保地對用戶供電的目的。了解并掌握 10kV 降壓變電站的國內外

10、現狀特點和發展前景，查閱資料，結合電力系 統方向所學專業課程以及他人的設計、研究成果， 掌握變電站設計的過程和方法，并歸 納、創新出自己的研究方案。根據各地不同情況，在借鑒已建 10kV降壓變電站設計經驗 的基礎上，對 10kV 降壓變電站所址的選擇、電氣主接線、二次接線的設計、電氣設備的 平面布置、電氣設備選型、防火、防雷、接地、防電磁輻射、防噪聲等方面提出一系列 設計思路。主變容量和型號的選擇是根據負荷發展的要求。包括主變壓器型號的選擇，冷卻方 式，有無勵磁，有載還是無載調壓方式。根據以上研究思路，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、國內外的研究現狀、論文的研究思路

11、和方法。第二章分析了箱式變電站的類型、結構與技術特點。第三章研究了 10kV 箱式變 電站的總體結構設計。第四章研究了 10KV箱式變電站一次系統設計與設備選型。第五章 研究了 10kV 箱式變電站二次系統設計。第六章研究了箱式變電站智能監控功能設計。第 七章對全文做了總結，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、結構與技術特點2.1 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。美式預裝式變電站在我國叫做 “預裝式變電站”或“美式箱變 ”，區別歐式預裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負 荷開關、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內，構成一體式布置。用變壓器油

12、 作為帶電部分相間及對地的絕緣介質。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。歐式預裝式變電站以前在我國習慣稱為“組合式 變電站”，它是將高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個不同的隔室內， 通過電纜或母線來實現電氣連接。2.2 箱式變電站的結構美式預裝式變電站的結構型式大致有三種：（1）變壓器和負荷開關、熔斷器共用一個油箱；（2）變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內；（3）變壓器和負荷開關、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內。考慮到開關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，

13、使之既可用于戶外，又可用于戶內，適用于住宅小 區、工礦企業及各種公共場所，如機場、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等。歐式預裝式變電站的總體結構包括三個主要部分：高壓開關柜、變壓器及低壓配套 裝置，其總體結構主要有兩種形式：一種為組合式；另一種為一體式。組合式布置是高 壓開關設備、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” 布置結構較為緊湊，特別是當變壓器室排布多臺變壓器時，“品字型”布置較為有利。HVT

14、MLVHVTMLVZLLVa目字布置TMHVTMLVHVLVHVTMHVLVTMLVb品字布置圖 1 歐式預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2.2.1 箱式變電站與常規變電站的對比分析目前，國內生產的箱變的電壓等級：高壓側為 3 35kV、低壓側為 0.4 10kV 。 變壓器的容量：當額定電壓比為 35/10 、6 、0.4 kV 時可從幾百 KVA上萬 KVA、當額 定電壓比為 10 、6/0.4 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/ 低壓預裝式變電站）是一種集成化程度高，工廠預安裝、節能、節

15、地的發展中 設備與常規變電站相比， 占地為 1/20 ，工期為 1/7 ，投資為 1/2 。在國外應用極度為廣泛， 在西歐占變電站總數的 70%以上，美國為 90%。在我國應用為 10%，是一種新型的裝備。 預裝式變電站是輸變電設備發展方向， 由前所述， 我國應用僅 10%左右，而國外已達到的 70-90%，所以預裝式變電站其社會效益顯著，適用范圍更廣。箱式變電站與常規變電 站性能比較見表 1。.專業 .專注 .表1 箱式變電站與常規變電站性能對比表序 號對比項目常規變電站組合式（箱變）變電站1設計工作需要土建、電氣二 方面設計、工作量 較大土建工作僅一個安裝基礎， 箱變本身有典型設計，只須

16、根據用戶要求， 作一些調整， 設計工作也大為減少。2基建時間6 個月以上預先基礎做好以后， 只需 4-6 小時就可以安裝完畢送電。3占地面積 （ 10kV800K 為 例）100一般箱變 12m2ZBW174m24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， 提高了供電質量。5生產方式土建施工后，現場 裝配。大規模、工作化生產，質量 容量得到保證。6生產周期7：17投資費用2：18和環境協調 性和環境不協調和環境協調一致 /ZBW17高度1.6 米, 不擋

17、視線 , 美化環境。2.3 箱式變電站的技術要求與設計規范GB/T12467-1998），以及適合的設計嚴格按照國家標準高壓 / 低壓預裝式變電站 工藝流程。2.4 本設計的主要任務1）10KV箱式變電站的總體結構設計2）箱式變電站主接線設計與一次設備選型3）二次系統設計4）箱式變電站智能監控功能設計.專業 .專注 .3 電氣主接線的確定3.1 主接線的基本形式主接線的基本形式， 就是主要電氣設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、經濟四個方面安全包括設備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標準和規范

18、的規 定，正確選擇電氣設備及正常情況下的監視系統和故障情況下的保護系統，考慮各種人 身安全的技術措施?？煽烤褪侵鹘泳€應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，主接線應力求線路簡單清晰。靈活是用最少的切換，能適應不同的運行方式，適 應調度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使發生故障時停電時間最短， 影響范圍最小。經濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設計投資最少。因此， 主接線的設計應滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經濟合理。主要應從投資聲、占地 面積少、電能損耗小等幾個方面綜合考慮。3.1.

19、1 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，其優 點是簡單明顯，采用設備少，操作簡便，便于擴建，造價低。缺點是供電可靠性低。母 線及母線隔離開關等任一個元件發生故障或檢修時，均需使整個配電裝置停電。因此， 單母線接線方式一般只在發電廠或變電所建設初期無重要用戶或出線回路數不多的單電 源小容量的廠中采用。接線方式如圖 2。.專業 .專注 .電源1電源2.專業 .專注 .QFQF1QF2QSQFQS母線WBQS1 QS2母線WBQSQF出線1 出線 2出線3 出線4出線 1 出線2 出線 3 出線4a）b）圖 2 單母線接線a）一路電源進線 b ）兩路

20、電源接線在主接線中，斷路器是電力系統的主開關；隔離開關的功能主要是隔離高壓電源以 保證其他設備和線路的安全檢修。例如，固定式開關柜中的斷路器工作一段時間需要檢 修時，在斷路器斷開電路的情況下，拉開隔離開關；恢復供電時，應先合隔離開關，然 后和斷路器。這就是隔離開關與斷路器配合操作的原則。由于隔離開關無滅弧裝置，斷 流能力差，所以嚴禁帶負荷操作。單母線分段接線是采用斷路器（或隔離開關）將母線分段，通常是分成兩段。母線 分段后可進行分段檢修，對于重要用戶，可以從不同段引出兩個回路，當一段母線發生 故障時，由于分段斷路器在繼電保護作用下自動將故障段迅速切除，從而保證了正常母 線不間斷供電和不致使重要

21、用戶停電。兩段母線自動同時故障的機遇很小，可以不予考 慮。在供電可靠性要求不高時，亦可用隔離開關分段，任一段母線發生故障時，將造成 兩斷母線同時停電，在判斷故障后，拉開分段隔離開關，完好段即可恢復供電。單母線分段接線既具有單母線接線簡單明顯、方便經濟的優點，又在一定程度上提 高了供電可靠性。但它的缺點是當一段母線隔離開關發生故障或檢修時，該段母線上的 所有回路到要長時間停電。單母線分段接線連接的回路數一般可比單母線增加一倍。接 線方式如圖 3。圖 3 單母線分段接線雙母線分段接線有如下優點：可輪換檢修母線或母線隔離開關而不致供電中斷；檢 修任一回路的母線隔離開關時，只把該回路停電；母線發生故障

22、后，能迅速恢復供電； 各電源和回路的負荷可任意分配到某一組母線上，可靈活調度以適應系統各種運行方式 和潮流變化；便于向母線左右任意一個方向順延擴建。但雙母線也有如下的缺點：造價高；當母線發生故障或檢修時，隔離開關作為倒換 操作電器，容易誤動作。但可加裝斷路器的連鎖裝置或防誤操作裝置加以克服。接線方 式如圖 4 所示。圖 4 雙母線接線當進線回路數或母線上電源較多時，輸送和穿越功率較大，母線發生事故后要求盡 快恢復供電，母線和母線設備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統運行調度對接線的靈活性有一定要求時采用雙母線接線綜上可知，單母線接線造價低而供電穩定性低，雙母線供電穩定性高但其造價高且 接線線路

23、復雜，而單母線分段接線一方面線路簡單，造價低，另一方面其供電穩定性也 能在一定程度上能夠得以保證。所以 10kV 母線選用單母線接線方式， 0.4kV 采用單母線 分段接線。3.1.2 高壓接線方式高壓側，采用負荷開關 +限流熔斷器作為就壓器的主保護，一般有環網、雙電源和終 端三種供電方式，有兩組插入式熔斷器和后備保護熔斷器串聯進行分段范圍保護。限流 熔斷器當其中一相熔斷時必須能聯動跳開三相負荷開關，不發生缺相運行。線路側負荷 開關必須配有直流電源電動操作機構，可實現無外來交流電源狀態下自啟動。環網回路 必需配置檢測故障電流用的電流互感器或傳感器。高壓開關選用可靠性高和具有自動化裝置及智能化接

24、口的先進的產品： SF6 負荷開 關、壓氣式負荷開關、真空負荷開關等。環網供電單元一般至少由三個間隔組成，即兩個換進和環出間隔和一個變壓器回路 間隔。其中，負荷開關 QLA和 QLB在隔離故障線段時，能及時恢復回路的連續供電；同 負荷開關 QLC相連的熔斷器在高壓 / 低壓變壓器發生內部故障時起保護作用； QLC對熔 斷器和變壓器還起隔離和接地作用。3.2 變壓器3.2.1 變壓器容量、接線組別的確定箱式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 1601 600KVA，最常用的容量為 315630KVA。其器身為三相三柱或三相五柱式結構、 Dyn11或 Y

25、yn0 聯結，熔斷器連接在“”外部。三相五柱式 Dyn11變壓器的優點是帶三相不對稱 負荷能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質量可得到保證， 這種變壓器具有很好的防雷特性。對于 Dyn11聯結變壓器來說，其 3n 次（ n為整數）諧 波勵磁電流在其三角形結構的一次繞組內形成環流，不注入公共的高壓電網中去，這較 之一次繞組接成星型接線的 Yyn0 聯結變壓器更利于抑制高次諧波電流； Dyn11聯結變壓 器的零序阻抗較之 Yyn0 聯結變壓器的小得多， 從而更有利于低壓單相接地短路故障的保 護和切除；當接用單相不平負荷時，由于 Yyn0 聯結變壓器要求中性線電流不超過二次繞組

26、額定電流的 25%，因而嚴重影響了接用單相負荷的容量， 影響設備能力的發揮。 因此國 家規定在 TT和 TN系統中，推廣 Dyn11聯結變壓器。但是 Yyn0 聯結變壓器一次繞組的絕 緣要求稍低于 Dyn11，從而制造成本稍低于 Dyn11聯結的變壓器。變壓器聯結方式如圖 5A B Ca b c變壓器Yyn0聯結組變壓器Dyn11聯結組圖 5 變壓器的 Yyn0 聯結和 Dyn11 聯結綜合考慮 10kV 箱式變電站變壓器的容量確定為 1600kVA，因為三相五拄 Dyn11連接變 壓器帶三相不對稱負載能力強，不會因三相負載不對稱造成中性點電壓偏移，負載電壓質 量可得到保證；此外，這種變壓器還

27、具有很好的耐雷特性。因此變壓器的連接組別為三相 五柱 Dyn11，阻抗電壓為 U d =7.0%，采用油浸式變壓器。由于三相五拄 Dyn11聯結，如 果熔斷器一相熔斷后，會造成低壓側兩相電壓不正常，為額定電壓的 1/2 ，會使負載欠壓 運行。因此將熔斷器連接在“”內部。因為這樣如果熔斷器一相熔斷后不會造成低壓側 兩相電壓不正常，熔斷器所對應的低壓側相電壓幾乎為零，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 Dyn11，接在 10kV 母線上將 10kV電壓降低為 0.4kV 供箱式變電站本身使用。3.2.2 變壓器的散熱處理變壓器設置有二種方式：一種將變壓器外露，另一

28、種將就壓器安裝在封閉隔室內。10kV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。為 防日照輻射使室溫升高，采用四周壁添加隔熱材料、雙層夾板結構，頂蓋設計成帶空氣 墊或隔熱材料的氣樓結構，內設通風道，裝有自動強迫排氣通風裝置 （ 軸流風機或幅面風 機） 。裝置的開啟和停止，由變壓器室的溫度監控裝置自控，其溫度的整定值按允許溫度 的 80% 90%設定；室內正常溫度下，靠自然通風來散熱。有為防止灰塵對絕緣的影響， 在變壓器連接處加上絕緣防護罩。室內溫度不正常的情況下采用機械強迫通風，以變壓 器油溫不超過 95作為動作整定值。3.3 采用負荷開關熔斷器組合電器保護變壓器負荷

29、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6 所示圖 6 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I k1 截止電流； tb2 動作時間負荷開關熔斷器組合電器中使

30、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。由曲線可見到，短路開始后電流上升， 熔體發熱，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 過程發生在密封的瓷管中，在熄滅電弧時，巨大氣流不會沖出管外。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

31、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 23 個周波 （40ms60ms）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。3.4 箱式變電站總體布置10kV 箱式變電站高壓室額定電壓 10kV ，低壓室額定電壓 0.4kV 。主變壓器額定容

32、量為 1600kVA，接在 10kV 母線上。采用電纜或架空進、出線。在結構設計上具有防壓、 防雨防老鼠等小動物措施及占地面積小、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 1600kVA油浸式變壓器。室頂裝有由溫度監控儀控制啟動的軸流風 扇。

33、4 10KV 箱式變電站一次系統設計與設備選型4.1 10kV 箱式變電站一次系統設計10kV 母線采用單母線接線， 0.4kV 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。 內部一次系統采用單元真空開關柜結構。開關柜內設有上下隔離刀閘， ZN23-10 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電 容器，并裝有放電 P

34、T，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。4.2 設備選型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境條件和電氣要求。 環境條件是指 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 50HZ）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境。如戶內、戶外、防腐、防暴、防塵、放火等要求，以 及沿?；驖駸岬赜虻奶攸c。2）所選設備的額定電壓 U N.

35、et應不低于安裝地點電網電壓 U N 即U N.et U N（1）一般電器設備的電壓設計值滿足 1.1 U N.et 應而可在應 1.1U N.et下安全工作。3）電器的額定電流 IN.et是指 在額定周圍環境溫度 0下，電器的長期允許電流 I N.et 應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續的工作電流I MAX ，即I N.et I MAX（2）由式可以推算，當電器的環境溫度 高于 40（但不高于 60）時，環境溫度每 升高 1，應減少允許電流 1.8%；當使用環境低于 40 時，每降低 1，允許電流增加 0.5%。（2）按短路條件校驗1）動穩定校驗動穩定（電動力穩定）是指導體和電器承

36、受短路電流機械效力的能力。滿足穩定的 條件i et ish（ 3）或I et I sh（ 4）式中 I sh、 I sh 設備安裝地點短路沖擊電流的峰值及其有效值（ kA）I et 、 I et 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定或熱穩定。a 用熔斷器保護的電器，其熱穩定由熔斷時間保證，故不校驗熱穩定。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，可不校驗動穩定。2）熱穩定校驗短路電流通過時，電器各部件溫度不應超過短時發熱最高允許值，即2I n t2I2t ima5）式中 I 設備安裝地點穩態三

37、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 秒熱穩定電流（ kA）；t 廠家給出的熱穩定計算時間，一般為 4s、5s、1s 等。4.2.1 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 3 所列各項條件進行。現僅對選擇的特殊條件或簡要步驟予以介紹。表 3 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定熱穩定U n.et UnI n.et I maxI 2t I 2 timaI t

38、 tima高壓斷路器I bx II ci I zb隔離開關負荷開關I bx II bx I 或I zb高壓熔斷器（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 4 所列。表 4 低壓一次設備的選擇校驗項目斷流能短流電流校驗設 備名稱電 壓（V）電流（A）力 斷（流kA能）（kA）動穩定度熱穩定度低壓熔斷器低壓刀開關低壓負 荷開關低壓斷路器4.2.2 斷路器的選型斷路器型式的選擇應綜合考慮安裝地點環境的條件、使用的技術條件和安裝調

39、試與 維護方便等因素。先對幾種斷路器的技術性能和運行維護方面的特點簡要介紹如下。少油斷路器開斷電流大， 對 35kV以下可采用加并聯以提高額定電流； 10kV 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；斷開距離小。 運行噪聲低，維護工作量小，檢修間隔期長，運行穩定、安全可靠、壽命較長；斷路器 價格較高。真空

40、斷路器連續多次操作，且開斷性能好，滅弧迅速、動作時間短；運行維護簡單，不需要檢修；噪聲低，無火災爆炸危險；價格較昂貴。綜合考慮10kV 箱式變電站 10kV側選用ZN23-10型真空斷路器， 0.4kV側采用 ZN28-04技術參數如表 5所示。.專業 .專注 .表 5 ZN23-35 型真空斷路器的技術參數4.2.3 高壓熔斷器的選擇熔斷器額定電流的選擇，除了根據環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 RN3、RN5、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I為了保證熔斷器殼不致

41、過熱毀壞，要求熔斷器熔管的額定電流m.f 1 不小于熔體的I額定電流 m.f 2即：IIm.f1 m.f 2（6）（2）熔體的額定電流I m.f 2 =kI max（ 7）式中 I max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=1.11.3 ，記入自起動時 k=1.52.0 ；對于電力電容器回路，一 臺電容器時 k=1.52.0 ，一組電容器時 k=1.31.8 。（3）熔斷器開斷電流校驗.專業 .專注 .I hr I （或 I sh ）8）對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時用沖擊電流的有效值 I sh進行

42、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 RW5-10/25如表 6 所示。表 6 高壓熔斷器技術參數型號額定電壓額定電流熔絲額定電流額定開斷電流斷路容量上限下限RW5-10/251025A40A6.3kA200MVA15MVA4.2.4 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

43、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 0.51 級表，相應的戶感器的準確等級不低于 0.5 級； 對測量精確度要求較高的大容量發電機、變壓器、系統干線和 500kV 級宜用 0.2 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 11.5 級的，相應的電流互感 器可用 3 級的。a. 按準確度等級允許的額定容量 SN.TA ，限定二次繞組接入的總負荷 Z2；b. 動穩定校驗和熱穩定校驗。高壓電流互感器選用 LA-10 其技術數據如表 7 所示，低壓電流互感器選用 LMZJ1-0.5 其

44、技術數據如表 8 所示。.專業 .專注 .表 7 高壓電流互感器型號表8 低壓電流互感器額定一次 電流（ A）額定二次負荷（）型號一次安匝0.5級1級3 級0.40.6LMZJ1-0.54004002）電壓互感器的選型要求電壓互感器的種類和形式應根據裝設地點和使用條件進行選擇， 例如：在 635kV 屋內配電裝置中， 一般采用油漬式或澆注式； 110220kV配電裝置通常采用串級式電磁式 電壓互感器；當容量和準確級滿足要求時，也可采用電容式電壓互感器。電壓互感器選擇的主要項目是：1）額定電壓應于安裝處電網的額定電壓相一致；2）類型 戶內型 、戶外型；3 ）容量和準確度等級的選擇：首先根據儀表和

45、繼電器接線要求選擇電壓互感器的 接線方式，并盡可能將負荷均勻分布在各相上，然后計算各相負荷大小，按照所接儀表 的準確級和容量選擇互感器的準確級和額定容量。電壓互感器選用 JDJJ-35 其技術參數 如表 9 所示。表 9 電壓互感器技術參數4.2.5 隔離開關的選型隔離開關高壓側選用 GW14-10/200，低壓側選用 GN19-04C/20 其技術數據如表 10所示。表 10 高低壓隔離開關技術數據制造廠生產各種不同電路的開關柜、配電屏或標準元件，品種很多。 設計時可按照 主接線選擇相應電路的柜、屏或元件，組成一套配電裝置。高壓開關柜和低壓配電屏的 選擇，應滿足變配電所一次電路圖的各要求并經

46、幾個方案的技術經濟比較后，優選出柜、 屏的型式及其一次線路方案編號，同時確定其中所有一、二次設備的型號和規格。向開 關電器廠訂購高壓開關柜時應向廠家提供一、二次電路的圖紙及有關技術資料。 10kV 開 關柜選用 XGN6-10-101型。5 10kV 箱式變電站二次系統設計5.1 二次系統的定義及分類箱式變電站的設備通?？煞譃橐淮卧O備和二次設備兩大類。主接線所連接的都是一 次設備，而二次設備是指測量表計、控制及信號設備、繼電保護設備、自動裝置和 運動裝置等。根據測量、控制、保護和信號顯示的要求，表示二次設備相互連接關 系的電路，稱為二次接線或二次回路。按二次接線電源性質分，有交流回路，按二次接

47、線的用途來分，有操作電源回路、 測量表計回路、斷路器控制和信號回路、中央信號回路、繼電保護和自動裝置回路 等。電氣測量儀表及測量回路。5.2 二次系統總體方案（1）開關柜內的繼電保護 , 計量,信號與控制回路設計不變 , 值班室的繼電保護屏與 中央信號系統 （ 信號屏、計量屏與控制屏 ） 保持原設計不變 , 再設計一套重復的計量、信號 與控制回路進入計算機監測與控制系統。（2）開關柜內的繼電保護 , 計量, 信號與控制回路設計不變 ,值班室的中央信號系統 （信號屏、計量屏與控制量）取消 ,集中保護的繼電保護屏應保留 , 再將計量 ,信號與控制 回路進入計算機監測與控制系統。（3）開關柜內的繼電

48、保護 , 計量, 信號與控制回路設計不變 ,值班室的中央信號系統 （信號屏,計量屏與控制屏）只包括電源進線與母線聯絡開關柜 , 所有出線開關柜均不進 入中央信號系統。電源進線 , 母線聯絡開關柜及所有出線開關柜的中央信號系統 （ 信號、 計量與控制 ） 全部進入計算機監測與控制系統。5.3 斷路器控制與信號回路5.3.1 概述斷路器控制方式按控制地點可分為：集中控制與就地控制。所謂集中控制就是集中 在控制室內進行控制；就地控制就是在斷路器安裝地點進行控制。在控制室內對配電裝 置中的斷路器進行控制稱為距離控制。這種控制主要由控制開關、控制電纜和操作機構 等組成。斷路器控制回路的基本要求有：（1）

49、能進行手動跳閘、合閘，也能完成自動跳閘，斷路器跳閘（合閘）過程完成后，能自動切斷跳閘（合閘）線圈回路電流，防止線圈長時間通電而燒毀；（2）有防止斷路器連續多次跳閘或合閘操作的位置信號；（3）有反映斷路器完成跳閘或合閘的防跳回路；（4）有斷路器自動跳閘或合閘的位置信號；（5）有控制回路完好性監視信號；（6）在滿足要求的前提下，力求簡單可靠。中央控制信號裝置按形式分有燈光信號和音響信號。燈光信號表明不正常工作狀態 的性質地點，而音響信號在于引起運行人員的注意。燈光信號通過裝設在個控制屏上的 信號燈光和光字牌，表明各種電氣設備的情況，音響信號則通過蜂鳴器和警鈴的聲響來 實現，設置在控制室內。由全所共

50、用的音響信號，稱為中央音響信號裝置。中央信號裝置按用途分有：事故信號，預告信號和位置信號。5.3.2 控制回路設計（ 1）計算機監測與控制系統都有合閘與分閘繼電器輸出接點, 一般接點容量為A050V,3A。將其并連接到開關柜的合分閘開關或按鈕上就可以進行遠方合分閘操作。（2）計算機監測與控制系統的分合閘繼電器接點與開關柜上合分閘開關或按鈕之間 應設計手動控制和遠方轉換開關。（3）10KV及以上的供配電系統需要計算機監測與控制系統進行遠方合分閘操作時,其控制開關應取消不對應接線 , 可以選用自復位式轉換開關 ,也可選用控制按鈕。（4）所有進入計算機監測與控制系統的遠方操作開關的手動分閘開關或按鈕

51、應有一 對獨立的常開接點引到計算機監測與控制系統 , 以便在人工手動分閘時給計算機監測與 控制系統一個開關量輸入信號 , 以防止人工就地手動分閘時出現誤報信號。5.3.3 信號回路設計（1）所有需要計算機監測與控制系統進行監視的開關狀態 , 均應有一對常開接點引 到計算機監測與控制系統。 所有常開接點可以共用一個信號地線 , 但不能與交流系統地線 相連接。（2）所有信號繼電器均應有一對單獨的常開接點引到計算機監測與控制系統。有中央信號系統時 , 信號繼電器應再有一對常開接點引到中央信號系統 , 以下兩種常開接點應分開, 由于電壓等級不同 , 不能共用地線。5.4 電氣測量與信號系統（1）需要進

52、入計算機監測與控制系統的測量參數由設計者根據有關規定與用戶實際 需要來確定。（2）需要進入計算機監測與控制系統的各種測量參數 , 首先經過電流互感器與電壓 互感器變為統一的交流。一 5A 電流與交流。一 100V電壓,220/380V 系統直接利用交流 守-220V 或+-380V電壓, 然后再經各種電量變送器將交流參數變為直流。一 5V,10mA,4 一 20mA或10V 信號給計算機監測與控制系統進行測量。（3）電量變送器的種類與電工測量儀表完全對應。有什么類型的電工測量儀表, 就有什么樣類型的電量變送器。 即有電流變送器（單相與三相） , 電壓變送器（單相與三相） , 有功功率變送器（三

53、相三線制與三相四線制） , 無功功率變送器（三相三線制與三相四線 制）,有功/ 無功功率變送器 ,功率因數變送器。（三相三線制與三相四線制） ,有功電度變 送器（三相三線制與三相四線制） ,無功電度變送器（三相三線制與三相四線制） 0, 頻率 變送器器等。（4）電壓變送器的測量輸入電壓最大值應提高20%,高壓選交流 120V, 低壓選交流250V或420V,各種電量變送器的輸出一般選直流 0-5V或 4-20mA。（5）采用變配電站綜合自動化系統之后 , 其監控單元均為交流采樣 , 直接從電流或電 壓互感器取。 -5A 或 0-100V測量信號,低壓直接取 220V或380V信號。不再需要各種

54、電量 變送器, 開關柜上各種測量儀表可以取消。電度計量應選用帶脈沖輸出的電度表。其型號 及一次接線與原電度表相同 , 只在備注中說明帶脈沖輸出 , 并注明與計算機監測與控制系 統相匹配的直流電源電壓 , 設計時應優先選用自帶供電電源的有源型 , 輸出為隔離型的 脈沖電度表。計量柜電度表一般不進入計算機監測與控制系統 , 所以應在進線開關柜內增 加有功與無功脈沖電度表各一塊 , 作為內部統計用電量使用。 本設計采用數字綜合測量電 路。如圖 7 所示。測量表計 電流回路測量表計電壓回路測量表計 工作電源多功能儀表圖 7 多功能數字式智能表的測量原理圖6 箱式變電站智能監控功能設計6.1 箱式變電站

55、的監控內容隨著社會經濟的發展，用戶對供電可靠性和電能質量要求越來越高。預裝式變電站 和傳統的供電所相比，雖然有著明顯的優勢，但仍存在一些不足之處，比如沒有變壓器 故障監控， 無防環境影響的揭露控制等。 傳統的保護只在高壓側配置負荷開關和熔斷器， 變壓器有的裝有專用溫度控制器，低壓室出線一般設有空氣開關和塑殼開關。鑒于這種情況，我們對箱式變電站智能監控采用預裝式變電站智能監控單元。它集 中采集了預裝式變電站所有有用的信息，包括電參量、環境溫濕度、變壓器溫度等信息。 通過對這些信息的綜合分析做出相對應動作，確保變電站的經濟、安全運行，延長使用 壽命?？傮w規程如圖 8。圖 8 10KV 箱式變電站智能控制系統6.1.1 電參量監測與保護實時在線監測高壓側三相入口電壓 / 出口電流，低壓側各輸出端口電流， 記錄運行時 的電壓，電流，功率，功率因數，供上位機調用或本地監測；實時監測預裝式變電站三 相高壓端出口電流故障， 根據故障狀態及時分斷負荷開關或向上位機發送故障狀態信號。6.1.2 防凝露保護預裝式變電站一般用于戶外，對高壓室，低壓室實時在線監測溫濕度信號，根據當 前溫濕度值及時啟停除濕，升溫設備，破壞凝露的生成，有效防止高壓開關和低壓開關 設備因表面出現凝露而發生閃絡放電事故。6.1.3 變壓器室溫度保護變壓器在運行過程中由于負荷及各種原因的影響，溫度容易升高，若