电气工程自动化毕业论文.doc

东北农业大学毕业说明书
35kV箱式变电站设计
入学年级:2014春
学生姓名：张涛
学号:141071011012016
所学专业： 电气化及其自动化
东北农业大学
中国●哈尔滨
2016年1月
目 录
摘 要 2
前 言 2
1。 箱式变电站的类型、结构与技术特点 2
1.1 箱式变电站的类型 2
1。2 箱式变电站的技术要求 3
1.3 箱式变电站的箱体要求 4
2。 35kV箱式变电站的总体结构设计 4
2.1 电气主接线的确定 4
2。2 主接线的基本形式 4
2.3 箱式变电站对主接线的基本要求 4
2。4 主接线的比较与选择 5
2.5 高压接线方式 6
2。6 箱式变电站总体布置 6
3。 35KV箱式变电站一次系统设计与设备选型 7
3.1 一次系统设计 7
3.2 箱式变电站设备选型应注意的方面 7
3。3 设备选型的基本原理 7
3.4 高压一次设备的选型 7
3.5 低压一次设备选型 7
3。6 高压熔断器的选择 7
3。7 开关柜的选型 8
4。 35kV箱式变电站二次系统设计 8
4.1 二次系统的定义及分类 8
4.2 电气测量仪表及测量回路 8
4.3 二次系统设计 8
4.4 断路器控制与信号回路 9
4.5 控制回路设计 9
5. 结 语 10
6. 参 考 文 献 10

摘 要
在我国目前箱式变电站使用的广泛、各行各业都在使用,箱式变电站又称户外成套变电站,即将高压受电、变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起,安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，机电一体化，全封闭运行，特别适用于负荷集中的经济开发区、工厂、矿山、住宅小区等城市公用设施，用户可根据不同的使用条件、负荷等级选择箱式变电站。本文主要从箱式变电站的类型、机构与技术特点，35kV箱式变电站的总体结构设计，35KV箱式变电站一次系统设计与设备选型,35kV箱式变电站二次系统设计几方面来讲述35kV箱式变电站设计。
关键词 ：箱式变电站、 一次系统、 二次系统、 设计、 选型。
前 言
箱式变电站是一种将中压开关设备、变压器、低压配电设备按照一定接线方案组合成一体的成套配电设备。它与常规的土建变电站相比，具有占地面积小、现场安装工作量少、安装周期短、可以自由移动、减少线路损耗、投资少等优点。因此，在国外得到了广泛应用，而目前在国内,随着城乡电网改造，箱式变电站得到更多用户的认可。
1. 箱式变电站的类型、结构与技术特点
  1.1 箱式变电站的类型
箱式变电站分为两大流派:欧式箱变和美式箱变。欧式箱变是将中压开关设备、变压器、低压配电设备各自分隔并排列成“目”字型或“品"字型，美式箱变则以变压器为主体，将负荷开关、后备保护熔断器、分接开关和变压器装在变压器油箱内,插入式熔断器、电缆和低压配电部分围绕变压器油箱排列,构成整体布置.欧式箱变的优点是结构灵活，适应性强;中压开关设备可以采用SF6环网柜、真空环网柜、压气式环网柜等。高压侧主接线方案灵活，变压器可以采用S9、S10等油浸变压器或SCB9等干式变压器；低压配电设备则完全可以根据用户要求量身定做，可以选用各种类型的低压配电设备如GGD、PGL，低压侧主接线可以包括进线柜、任意路数的出线柜以及无功补偿，缺点是体积偏大.而美式箱变的优点是体积小,由于变压器油箱即是美式箱变外壳的一部分，因此散热条件好,缺点是结构局限性太大,往往无法满足用户各种各样的需求，由于这两大流派各有优缺点，国内箱变制造厂家在市场竞争的压力下，逐渐将这两大流派的技术特点加以融合，开发出一些派生类型.尽管类型有所不同,但基本原理大同小异,因此下面以欧式箱变为例进行探讨。
1。2 箱式变电站的技术要求
箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的,可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护.低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的.箱式变中的电器设备元件，均选用定型产品，元器件的技术性能均满足相应的标准要求。各电器元件之间采用了机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接.操作采用电动方式，不需另配电源，由 TV 引出即可。另外箱式变还都具有电能检测、显示、计量的功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件,并有明显的接地标志。此外为适应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，内装有隔热材料,箱体底部和各室之间都有冷却进出风口,采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。目前，国内生产的箱式变的电压等级：高压侧为 3 ～35kV、低压侧为 0.4 ～10kV 。
箱式变电站有如下特点：
(1）技术先进安全可靠
箱体部分采用目前国内领先技术及工艺,外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在－40℃~＋40℃的恶劣环境下正常运行。
箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式变压器、干式互感器、真空断路器（弹簧操作机构）等技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全绝缘结构，完全能达到零触电事故,全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统,可实现无人值守。
（2)工厂预制化
设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求,作出一次主接线图和箱外设备的设计,就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电所建设工厂化，缩短了设计制造周期;现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。。
(3）组合方式灵活
箱式变电站由于结构比较紧凑,每个箱体均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变。
（4）占地面积小.
（5)投资省、见效快
箱式变电站较同规模综自变电站减少投资40％～50％.
1.3 箱式变电站的箱体要求
(1)箱体内照明、通风、防沙、散热应满足正常运行、维护要求，并应加装温度、湿度测量表计、凝露器、烟雾报警装置，并将温度、湿度、凝露、烟雾报警探头信号接入综合自动化系统,要考虑安装通讯设备的位置。
(2）箱顶应考虑自然排水功能。
(3）要抗紫外线辐射，抗暴晒性能好,不易导热可避免因外部温度过高而引起箱体温度升高。
(4）防潮性能好，不会因冷热突变而产生凝露。
（5)防腐、防裂、阻燃、防冻性能好。
(6)要机械强度高，耐压抗张，抗冲击。
(7）对环境有良好的协调性，能美化环境，可适应各种气候条件，外形美观，结构紧凑,箱体占地面积少，节约土地.
2. 35kV箱式变电站的总体结构设计
2。1 电气主接线的确定
2.2 主接线的基本形式
主接线的基本形式,就是主要电气设备常用的几种连接方式，概括为有母线的接线形式和无母线的接线形式两大类。
（1）具有母线的电气主接线
①单母线接线：单母线接线是一种最原、最简单的接线方式。
②单母线分段接线
③双母线及双母线分段接线
③旁路母线接线方式
（2）无母线的电气主接线
①桥形接线：当具有两台变压器和两条线路时，在变压器线路接线的基础上，在其中间架一连接桥，则称为桥形接线
②单元接线：发电机与变压器直接连接成一个单元，组成发电机
2.3 箱式变电站对主接线的基本要求
概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。安全包括设备安全及人身安全。要满足这一点，必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统,考虑各种人身安全的技术措施。
可靠就是主接线应满足对不同负荷的不中断供电，且保护装置在正常运行时不误动、发生事故时不拒动，能尽可能的缩下停电范围。为了满足可靠性要求,主接线应力求简单清晰。电器是电力系统中最薄弱的元件，所以不应当不适当地增加电器的数目，以免发生事故。
灵活是用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求,并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式,使发生故障时停电时间最短，影响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求.
经济是指在满足了以上要求的条件下，保证需要的设计投资最少。在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线灵活、可靠,必须要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加.因此，主接线的设计应满足可靠性和灵活性的前提下,做到经济合理。主要应从投资声、占地面积少、电能损耗小等几个方面综合考虑。
2。4 主接线的比较与选择
单母线接线是一种原始、最简单的接线，所有电源及出线均接在同一母线上，其优点是简单明显，采用设备少，操作简便，便于扩建，造价低。缺点是供电可靠性低。母线及母线隔离开关等任一元件发生故障或检修时，均需使整个配电装置停电。因此，单母线接线方式一般只在发电厂或变电所建设初期无重要用户或出线回路数不多的单电源小容量的厂中采用.
在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源以保证其他设备和线路的安全检修。例如,固定式开关柜中的断路器工作一段时间需要检修时,在断路器断开电路的情况下，拉开隔离开关;恢复供电时，应先合隔离开关，然后和断路器。这就是隔离开关与断路器配合操作的原则.由于隔离开关无灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。
单母线分段接线是采用断路器（或隔离开关）将母线分段，通常是分成两段。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户,可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时,由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线自动同时故障的机遇很小，可以不予考虑。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段,任一段母线发生故障时，将造成两断母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关,完好段即可恢复供电。
单母线分段接线既具有单母线接线简单明显、方便经济的优点,又在一定程度上提高了供电可靠性。但它的缺点是当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上的所有回路到要长时间停电。单母线分段接线连接的回路数一般可比单母线增加一倍。
双母线分段接线有如下优点：可轮换检修母线或母线隔离开关而不致供电中断；检修任一回路的母线隔离开关时，只停该回路；母线发生故障后,能迅速恢复供电;各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可灵活调度以适应系统各种运行方式和潮流变化;便于向母线左右任意一个方向顺延扩建.
但双母线也有如下的缺点：造价高；当母线发生故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器，容易误动作。但可加装断路器的连锁装置或防误操作装置加以克服。
当进线回路数或母线上电源较多时，输送和穿越功率较大，母线发生事故后要求尽快恢复供电,母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。
综上可知，单母线接线造价低而供电稳定性低，双母线供电稳定性高但其造价高且接线线路复杂,而单母线分段接线一方面线路简单,造价低，另一方面其供电稳定性也能在一定程度上能够得以保证。所以35kV母线选用单母线接线方式,10kV采用单母线分段接线
2.5 高压接线方式
高压侧，采用负荷开关+限流熔断器作为就压器的主保护，一般有环网、双电源和终端三种供电方式，有两组插入式熔断器和后备保护熔断器串联进行分段范围保护。限流熔断器一相熔断时必须能联动跳开三相负荷开关，不发生缺相运行。线路侧负荷开关必须配有直流电源电动操作机构,可实现无外来交流电源状态下自启动。环网回路必需配置检测故障电流用的电流互感器或传感器。
高压开关选用可靠性高和具有自动化装置及智能化接口的先进的产品：如ＳＦ6负荷开关、压气式负荷开关、真空负荷开关等。
环网供电单元一般至少由三个间隔组成，即二个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。其中，负荷开关ＱＬＡ和ＱＬＢ在隔离故障线段时,能及时恢复回路的连续供电；同负荷开关ＱＬＣ相连的熔断器Ｆ在中压/低压变器发生内部故障时起保护作用;ＱＬＣ对溶断器和变压器还起隔离和接地作用。
2。6 箱式变电站总体布置
35kV箱式变电站高压室额定电压35kV ，低压室额定电压10kV。在结构设计上具有防压、防雨和防小动物等措施及占地面积小、操作方便,安全可靠、可以移动等特点。箱式变电站主要包括4部分,分别为框架、高压室、低压室、变压器室。
（1)框架:基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成,门和顶盖用钢板制作.
（2）高压室：装备真空断路器。
（3）低压室：装备固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜等。
（4）变压器室：配备2500kVA油浸式变压器。
3。 35KV箱式变电站一次系统设计与设备选型
3.1 一次系统设计
35kV母线采用单母线接线，10kV侧母线采用单母线分段接线.箱体采用了双层密封，双层铁板间充入高强度聚胺脂，具有隔温、防潮等特点.外层采用不锈钢体，底盘钢架采用金属喷锌技术,有良好的防腐性能。内层采用铝合金扣板箱体内安装空调及除湿装置,从而是设备运行不受自然环境及外界污染的影响。
3.2 箱式变电站设备选型应注意的方面
(1）箱变内的一次设备，应以无油、免维护或少维护设备为宜.断路器可采用真空断路器CT操作，电流互感器、电压互感器和站用变应选用干式设备。
(2)因箱变内空间狭小,实际运行中挂、拆接地线很不方便，所以许多箱变在开关柜单元装设了接地开关，但受空间限制，一些箱变厂家将接地开关与隔离开关采用了连动的形式，拉开隔离开关,则接地开关闭合;合上隔离开关，则接地开关拉开.
（3）箱变内的开关柜应留有适当的观察窗，以便于观察运行设备的状况。
3.3 设备选型的基本原理
正确的选择电器是使用电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时应根据工程实际情况，按照有关设计规范，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器.
电器设备选择要考虑电器装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电器装置所处的位置特征；电器要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率等方面的要求;对一些断路电器如开关、熔断器等,还应考虑 起断流能力。
（1）考虑所选设备的工作环境.
(2）所选设备的额定电压应不低于安装地点电网电压.
3.4 高压一次设备的选型
高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应安全可靠的运行，运行维护方便，投资经济合理.
3.5 低压一次设备选型
低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须考虑安装地点并满足在正常条件下和短路故障条件下工作的要求；同时设备工作安全可靠,运行维护方便，投资经济合理。
3.6 高压熔断器的选择
熔断器额定电流的选择，除了根据环境条件确定采用户内或户外,还包括熔管的额定电流和熔体的额定电流选择.
3.7 开关柜的选型
制造厂生产各种不同电路的开关柜、配电屏或标准元件，品种很多. 设计时可按照主接线选择相应电路的柜、屏或元件，组成一套配电装置.高压开关柜和低压配电屏的选择,应满足变配电所一次电路图的各要求并经几个方案的技术经济比较后，优选出柜、屏的型式及其一次线路方案编号，同时确定其中所有一、二次设备的型号和规格。向开关电器厂订购高压开关柜时应向厂家提供一、二次电路的图纸及有关技术资料。
4. 35kV箱式变电站二次系统设计
4.1 二次系统的定义及分类
箱式变电站的设备通常可分为一次设备和二次设备两大类.主接线所连接的都是一次设备，而二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护设备、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备相互连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。
按二次接线电源性质分，有交直流回路,按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。
4.2 电气测量仪表及测量回路
为了保证供电系统的安全运行和用户的安全用电，使一次设备安全、可靠、经济地运行,必须在变（配)电站中装设电气测量仪表,以监视其运行状况.
为电气测量仪表,要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求,并力求外形美观,便于观测，经济耐用等。具体要求如下;
(1)准确度高，误差小。其数值应符合所属等级准确度的要求；
（2)误差不应随时间、温度、湿度和外磁场等外界条件的影响而变化;
（3)仪表本身消耗的功率应越小越好;
(4）仪表应有足够的绝缘强度、耐压和短时过载能力,以保证安全运行；
4。3 二次系统设计
全站智能化设计，保护系统采用变电站微机自动化保护装置，该系统做为分层、分布式多CPU的综合自动化系统，包括了变电站所需的各种继电保护如变压器保护、35kV/10kV线路保护、电容器保护等，具有变电站的测量、实时数据采集、运行工况监视、控制操作、自动控制与调节及全部远动功能。系统采用分布式控制系统，配置、扩展、组态灵活、控制管理集中、功能分散,数据处理实时性强,传输安全可靠，操作灵活方便。
对于变电站的整个保护系统主要采用以下几个装置，它们都具有以下特点：
(1)装置有抗系统谐波的能力；
(2)装置有自检功能，自检出错报警及闭锁保护；
（3)装置出口及动作回路可设投切压板；
(4）装置保护动作出口与监控动作出口各自独立；
（5)装置集测量、计量、保护、控制功能于一体.
4。4 断路器控制与信号回路
断路器控制按控制地点可分为集中控制与就地控制。所谓集中控制就是集中在控制室内进行控制；就地控制就是在断路器安装地点进行控制.在控制室内对配电装置中的断路器进行控制称为距离控制。这种控制主要由控制开关、控制电缆和操作机构等组成。
断路器控制回路的基本要求有：
（1）能进行手动跳闸、合闸，也能完成自动跳闸，断路器跳闸（合闸）过程完成后，能自动切断跳闸（合闸）线圈回路电流，防止线圈长时间通电而烧毁；
（2）有防止断路器连续多次跳闸或合闸操作的位置信号;
（3)有反映断路器完成跳闸或合闸的防跳回路；
（4）有断路器自动跳闸或合闸的位置信号；
（5）有控制回路完好性监视信号；
(6）在满足要求的前提下，力求简单可靠.
中央控制信号装置按形式分有灯光信号和音响信号。灯光信号表明不正常工作状态的性质地点，而音响信号在于引起运行人员的注意。灯光信号通过装设在个控制屏上的信号灯光和光字牌，表明各种电气设备的情况，音响信号则通过蜂鸣器和警铃的声响来实现，设置在控制室内。由全所共用的音响信号，称为中央音响信号装置。
中央信号装置按用途分有：事故信号，预告信号和位置信号。
4。5 控制回路设计
(1）计算机监测与控制系统都有合闸与分闸继电器输出接点,将其并连接到开关柜的合分闸开关或按钮上就可以进行远方合分闸操作.
（2）计算机监测与控制系统的合分闸继电器接点与开关柜上合分闸开关或按钮之间应设计手动与远方自动转换开关。
（3)10KV及以上的供配电系统需要计算机监测与控制系统进行远方合分闸操作时，其控制开关应取消不对应接线,可以选用自复位式转换开关,也可选用控制按钮。
（4)所有进入计算机监测与控制系统的远方操作开关的手动分闸操作开关或按钮应有一对独立的常开接点引到计算机监测与控制系统，以便在人工手动分闸时给计算机监测与控制系统一个开关量输入信号,以防止人工就地手动分闸时出现误报信号。
5. 结语
本设计主要对35kV箱式变电站进行,基本的介绍了箱式变电站的结构、特点以及其应用。所做的工作主要包括三个方面：首先是箱式变电站整体结构设计,其次是箱式变电站的一次系统设计及设备选型，最后是箱式变电站的二系统设计。通过这次设计系统让我对自己的专业知识有了进一步的巩固与提高，特别是对电器设备的选型，主电路的接线方式有了比较深刻的了解。
6。 参考文献
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