10KV箱式变电站设计.doc

毕业设计（论文）

中文题目： 10KV箱式变电站设计

学习中心（函授站）: 哈尔滨铁路局函授站
专 业： 电气工程及其自动化
姓 名： 刘志伟
学 号： 12617988
指导教师： 张岩

北京交通大学远程与继续教育学院

2024年7月

毕业设计(论文)承诺书与版权使用授权书
本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者签名：______刘志伟___________ _____2014_年_1 月_3_日

指导教师签名：__ _张岩______________ _2014_ 年 1 月 3日

北京交通大学
毕业设计(论文)成绩评议
年级
12年春
层次
本科
专业
电气工程及其自动化
姓名
刘志伟
题目
10kv箱式变电站设计
指
导
教
师
评
阅
意
见

该学生设计符合要求，阅读了大量资料，总体分析较好，对箱式变电站的设计领悟很深，较好的按照要求完成了本设计。

成绩评定：优 指导教师：张岩
2014年 2 月 25 日
答
辩
小
组
意
见

答辩小组负责人：
年 月 日

北京交通大学
毕业设计(论文)任务书

本任务书下达给： 12年春 级 电气工程及其自动化 专业 学生 刘志伟
设计（论文）题目：10KV箱式变电站设计
一、毕业设计（论文）基本内容
1、毕业设计的基本内容
（1） 课题研究的意义及目的，国内外研究的现状；
（2） 变电站一次系统设计；
（3） 变电站二次系统设计；
（4） 电源进线方案设计；
（5） 智能电显和操控系统设计；
（6） 配电变压器微机保护系统设计（速断、过流、温度保护设计）
（7） 主要电气设备选择；
1、 设计实现的主要功能
实时显示变电站的运行参数（包括电压、电流、功率、频率、cosφ等参数），故障报警显示，实现手自动操作控制功能。
2、 主要技术指标
功率因数不低于0.95，可靠性和经济性满足变电站综合自动化要求。
二、基本要求
1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献
2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）
3、硬件和软件设计（其中还包括理论分析、微机保护装置、设备及元器件选择等）
4、撰写设计说明书，绘制图纸
5、指定内容的外文资料翻译
三、重点研究的问题
1、了解10kV箱式变电站的发展应用及箱式变电站的结构分类；主变压器的选择和继电保护的选择。
2、重点：10kV箱式变电站的主接线确定
3、难点：箱式变电站继电保护
四、主要技术指标
通过对箱式变电站的发展应用，箱式变电站的主接线，主变压器的选择和变电站继电保护分析研究，整合和巩固专业知识。
五、其他要说明的问题
通过对箱式变电站的发展应用，箱式变电站的主接线，主变压器的选择和变电站继电保护分析研究，整合和巩固专业知识。

下达任务日期： 13 年12 月24 日
要求完成日期： 14 年 3 月 17 日
指导教师：张岩
开 题 报 告
题目：10KV箱式变电站设计
学生姓名： 刘志伟 学号： 12617988 2014年1月3日
一、文献综述
在国外近年来一些国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电站设计理论，如变电站电压无功控制理论和基于模糊控制理论的变电站电压无功综合控制等理论。发达国家通过新的变电站设计理论改善和优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，使变电站运行更加节约﹑集约﹑高效。设备方面实现了测控设备还和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库。户外插接式智能型组合电器PASS（Plug and Switch System），已经开始采用。
二、选题的目的和意义
伴随着改革开放和市场经济的不断深入，我国的国民经济正在快速的发展，电力工业正逐步跨入世界先进水平的行列。而我国的大中小型的企业对电力的需求和运行可靠性的需求在不断增加。为大中小型企业提供电力的是各式的变电站。由于变电站是土建结构复杂、生产工艺系统严密、施工难度较大的工业建筑。变电站结构的改进、施工装备的更新、新型建材的采用、队伍素质的提高、施工方法的改进以及采用集中控制和采用计算机监控都会对变电站的运行产生影响。我选择设计本课题，是为了从学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。同时也是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识。我国工业正在迅速的发展，对变电站的设计提出的要求也在不断提高，这就更需要我们不断提高知识理解应用水平，认真对待。
变电站的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证节约资源、保护环境、易于实现自动化和模块集成。在这种要求下，变电站电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、安全环保的设计方案。基于此，我以设计安全系数高、工业质量好和保护环境、节约资源的变电站为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面出发提出了新的设计思路。
三、研究方案
10kV箱式变电站电气部分设计的研究主要内容是结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程，主要完成该变电站的一次、二次部分设计，参考国内外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备，对降压变电站的电气主接线方案，主变压器的选择，电气设备的选择，配电装置的选择以及防雷保护的设计。主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。同时，完成变电站一次、二次部分总接线图、10kV变电站平面布置初步设计图和详细设计图。
变电站是连接供电网络和企业非常重要的环节，所以做好变电站的设计是我国企业供电建设的重要环节。在目前的变电站建设中，存在土地、资金浪费严重的现象。改造困难、无线电干扰、工频电磁辐射和噪声等环保问题以及电能质量差已成为影响企业供电成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以变电站需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用的要求。日趋简化。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，然而这些变电站占地面积大。而现在土地资源紧张，环境要求严格，在稠密的城区选择变电站建筑地址相当困难。

四、进度计划
12月29日-1月06日：按照毕业论文（设计）任务书的要求查找、学习相关资料。
1月7日-1月15了解10KV变电站设计的现状，理清设计思路，撰写开题报告。
1月16日-1月26日：学习绘图软件，为绘制各种图纸做好准备；根据要求进行负荷统计、短路计算、电气设备的选型及校验、电气部分工程概算等计算工作。
1月27日-3月12日：掌握绘图技巧，绘制本设计的绘制主接线图、电气总平面布置图、断面图、接地装置布置图、监控范围图、防雷保护范围图、中央信号展开图、主控室平面布置图、变电站综合自动化系统结构图继电保护及自动装置配置图等各种图纸；完成论文初稿。
3月15日-3月17日：整理完善毕业论文，并准备毕业答辩。

五、指导教师意见
本论文选题有很强的应用价值，文献材料要收集详实，要综合运用了所学知识解决问
题，要有创新见解。

指导教师 :张岩
2014年 1月6日
中 期 报 告
题目：10KV箱式变电站设计
学生姓名： 刘志伟 学号： 12617988
一、进展情况
1、从相关论文和资料汇编中搜集相关的材料。
2、对广泛搜集而来的资料进行整理、分析。
3、对资料进行全面的、深入的分析后进行归纳。
4、搜集、整理资料，研究设计的具体要求和方法。
5、确定电气主接线和箱式变电站箱体，选择变压器，进行箱式变电站总体布置，设计箱式变电站总体结构、确定一次系统设计方案，画出电气主接线图。选择一次系统设备、做出二次系统总体方案，选择二次系统设备，进行控制回路、信号回路设计。
6、理出箱式变电站的监控内容，根据内容作出相应的监控方案。

二、指导教师意见
论文表明，该同学阅读了较多的参考文献，对该研究领域较熟悉，具备了一定的文献综述能力。论文语言流畅，结构严谨、合理，观点正确，相关分析论证有一定的参考价值论文表明，该同学对相关的专业知识掌握较好，具有一定的分析问题解决问题的能力。

指导教师：张岩
2014年 2月10 日
结 题 验 收

一、完成日期
12月29日-1月06日：按照毕业论文（设计）任务书的要求查找、学习相关资料。
1月07日-1月15日 ：10KV变电站设计的现状，理清设计思路，撰写开题报告。
1月16日-1月26日：学习绘图软件，为绘制各种图纸做好准备；根据要求进行负荷统计、短路计算、电气设备的选型及校验、电气部分工程概算等计算工作。
1月27日-3月12日：掌握绘图技巧，绘制本设计的绘制主接线图、电气总平面布置图、断面图、接地装置布置图、监控范围图、防雷保护范围图、中央信号展开图、主控室平面布置图、变电站综合自动化系统结构图继电保护及自动装置配置图等各种图纸；完成论文初稿。
3月15日-3月17日： 整理完成毕业论文。
二、完成质量
论文从内容到形式上都符合论文设计要求。本论文提出了对10kV箱式变电站总体结构设计、安装和试验等方面的技术设计、智能监控功能设计。较好的对箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类，以及箱式变电站一次系统设计及其设备选型，二次系统设计和箱式变电站的智能监控系统的分析研究
三、存在问题
在一稿的基础上有较大改进。主要的问题多已解决。特别是一稿中分层太细、缺少例证等缺点。语言上的错误纠正了许多，但仍有上次指出的错误没有更正，参考文献的排列也还存在一些小问题。
四、结论
本文研究了10KV电力箱式变电站。对提供优质可靠电能的发展有较强的实用价值，为供电发展提供了新的依据。作者思路清晰，论述过程严谨，分析合理，结果于实际应用性较强。论文写作规范，语句通顺，达到了学校对学位论文的各种要求。

指导教师： 张岩
2014年3 月15 日

北京交通大学毕业设计（论文） ABSTRACT
中文摘要
摘要：箱式变电站又称户外成套变电站，也称为组合式变电站即高电压受电、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，它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易箱式变电站，并得到了迅速发展。随着中国城市现代化建设的飞速发展，城市配电网的不断更新改造，必将得到广泛的应用。
本课题的主要内容包括箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类，以及箱式变电站一次系统设计及其设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。10kV箱式变电站的设计高压侧额定电压为10kV，低压侧额定电压为0.4KV，主变压器容量为1 600kVA。主接线采用单母线分段接线。
关键词：箱式变电站 结构 一次系统 二次系统

v
ABSTRACT
Title:Design of 10kV box-type transformer substation
ABSTRACT:Box-type transformer substation calls again outdoor a transformer substation, also call to do the sectional transformer substation. It is a development to wait to 70's Europe and America western prosper in the 60's of 20 centuries the nation release a kind of outdoor the set changes to give or get an electric shock of new change to give or get an electric shock the equipments, because it have the combination vivid, easy to conveyance, move, install convenience, start construction the period is short and circulate the expenses low, free from pollution, do not need maintenance etc. advantage, suffer the international community electric power the worker values. Enter the middle of 90's of 20 centuries. The domestic starts appearing the simple box-type transformer substation , and got the quick development.
The article regard box-type transformer substation as a development for relating box-type transformer substation applied, the construction of box-type transformer substation divides into se-section, emphasizing the treatise box-type transformer substation a the very equipments in design in subsystem chooses the type, two subsystems design, and the intelligence of box-type transformer substation supervises and control the system. The design high pressure side sum of box-type transformer substation settles electric voltage as 10 kV, the low-pressure side sum settles electric voltage as 0.4KVs, main transformer capacity is 1 600 KVA. The lord connects the single mother in adoption in line cent segment connects the line.
KEYWORDS：box-type transformer substation construction first system second system.

北京交通大学毕业设计（论文）目录
目录
中文摘要...................................................................................................................................i
ABSTARCT..............................................................................................................................ii
1． 绪论.....................................................................................................................................1
2. 箱式变电站的类型、结构与技术特点...............................................................................4
2.1 箱式变电站的类型........................................................................................................4
2.2 箱式变电站的结构........................................................................................................4
2.2.1箱式变电站与常规变电站的对比分析……………………...…......................5
2.3 箱式变电站的技术要求与设计规范............................................................................6
2.4本设计的主要任务.........................................................................................................7
3. 电气主接线的确定.............................................................................................................7
3.1 主接线的基本形式.......................................................................................................7
3.1.1 主接线的比较与选择........................................................................................7
3.1.2高压接线方式...................................................................................................10
3.2 变压器..........................................................................................................................11
3.2.1 变压器容量、接线组别的确定.........................................................................11
3.2.2 变压器的散热处理...........................................................................................12
3.3 采用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器..........................................................13
3.4 箱式变电站总体布置..................................................................................................14
4. 10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型................................................................14
4.1 10kV箱式变电站一次系统设计...............................................................................14
4.2 设备选型....................................................................................................................15
4.2.1高低压电器设备选择的要求..........................................................................16
4.2.2断路器的选型..................................................................................................18
4.2.3 高压熔断器的选择.........................................................................................19
4.2.4互感器的选型..................................................................................................20
4.2.5隔离开关的选型..............................................................................................22
4.2.6 开关柜的选型...............................................................................................22
5.10kV箱式变电站二次系统设计........................................................................................23
5.1 二次系统的定义及分类...........................................................................................23
5.2 二次系统总体方案...................................................................................................23
5.3 断路器控制与信号回路...........................................................................................23
5.3.1概述..................................................................................................................23
5.3.2 控制回路设计................................................................................................24
5.3.3 信号回路设计................................................................................................25
5.4 电气测量与信号系统...............................................................................................25
6.箱式变电站智能监控功能设计............................................................................................26
6.1 箱式变电站的监控内容...........................................................................................27
6.1.1 电参量监测与保护........................................................................................27
6.1.2 防凝露保护....................................................................................................27
6.1.3 变压器室温度保护........................................................................................27
6.1.4 参数在线数字化显示和设定........................................................................27
6.1.5 系统组网与集中化管理................................................................................28
6.2 配电网自动化的功能...............................................................................................28
6.3 箱式变电站的智能监控方案...................................................................................29
6.3.1 硬件设计及工作原理....................................................................................29
6.3.2 软件设计.........................................................................................................30
7.结论......................................................................................................................................31
参考文献..............................................................................................................................32
致谢......................................................................................................................................33

北京交通大学毕业设计（论文）
1 绪论
伴随着改革开放和市场经济的不断深入，我国的国民经济正在快速的发展，电力工业正逐步跨入世界先进水平的行列。而我国的大中小型的企业对电力的需求和运行可靠性的需求在不断增加。为大中小型企业提供电力的是各式的变电站。由于变电站是土建结构复杂、生产工艺系统严密、施工难度较大的工业建筑。变电站结构的改进、施工装备的更新、新型建材的采用、队伍素质的提高、施工方法的改进以及采用集中控制和采用计算机监控都会对变电站的运行产生影响。我选择设计本课题，是为了从学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。同时也是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识。我国工业正在迅速的发展，对变电站的设计提出的要求也在不断提高，这就更需要我们不断提高知识理解应用水平，认真对待。
降压变电站是连接供电网络和企业非常重要的环节，所以做好变电站的设计是我国企业供电建设的重要环节。在目前的变电站建设中，存在土地、资金浪费严重的现象。改造困难、无线电干扰、工频电磁辐射和噪声等环保问题以及电能质量差已成为影响企业供电成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以变电站需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用的要求。
变电站的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证节约资源、保护环境、易于实现自动化和模块集成。在这种要求下，变电站电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、安全环保的设计方案。基于此，我以设计安全系数高、工业质量好和保护环境、节约资源的变电站为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面出发提出了新的设计思路。
在国内随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线日趋简化。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展[3]。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，然而这些变电站占地面积大。而现在土地资源紧张，环境要求严格，在稠密的城区选择变电站选址相当困难。
此外计算机的渗透已经达到每一个角落，企业供电系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站综合自动化也采用了新的技术全分散式变电站自动化系统和先进的网络技术[5]。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。
在国外近年来一些国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电站设计理论，如变电站电压无功控制理论和基于模糊控制理论的变电站电压无功综合控制等理论。发达国家通过新的变电站设计理论改善和优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，使变电站运行更加节约﹑集约﹑高效。设备方面实现了测控设备还和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库。户外插接式智能型组合电器PASS（Plug and Switch System），已经开始采用。
目前，我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，因此通过合理的电气主接线设计、电气设备合理选择、整体布局的紧凑以及综合自动化技术涉及和应用，合理地将通信设施并入主控室，达到简单高效地监控和控制的目的，简化变电站内附属设备，从而达到减少变电站占地面积，优化变电站设计，降低投资的目的。在最后对所有的电气设备，电气主接线，电气的二次接线，电气设备保护装置等进行优化使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户供电的目的。

10kV降压变电站电气部分设计