電氣工程自動化畢業(yè)論文修訂稿

1、電氣工程自動化畢業(yè)論文內(nèi)部編號：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)說明書 35kV箱式變電站設(shè)計入學(xué)年級：2014春學(xué)生姓名：張濤學(xué)號：所學(xué)專業(yè)：電氣化及其自動化東北農(nóng)業(yè)大學(xué)中國哈爾濱2016年1月目錄摘要在我國目前箱式變電站使用的廣泛、各行各業(yè)都在使用，箱式變電站又稱戶外成套變電站，即將高壓受電、變壓器降壓、低壓配電等功能有機地組合在一起，安裝在一個防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉、可移動的鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，機電一體化，全封閉運行，特別適用于負(fù)荷集中的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、工廠、礦山、住宅小區(qū)等城市公用設(shè)施，用戶可根據(jù)不同的使用條件、

2、負(fù)荷等級選擇箱式變電站。本文主要從箱式變電站的類型、機構(gòu)與技術(shù)特點，35kV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，35KV箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型，35kV箱式變電站二次系統(tǒng)設(shè)計幾方面來講述35kV箱式變電站設(shè)計。關(guān)鍵詞：箱式變電站、一次系統(tǒng)、 二次系統(tǒng)、 設(shè)計、 選型。、乙 刖百箱式變電站是一種將中壓開關(guān)設(shè)備、變壓器、低壓配電設(shè)備按照一定接線方案組合成一體的成套配電設(shè)備。它與常規(guī)的土建變電站相比，具有占地面積小、現(xiàn)場安裝工作量少、安裝周期短、可以自由移動、減少線路損耗、投資少等優(yōu)點。因此，在國外得到了廣泛應(yīng)用，而目前在國內(nèi)，隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，箱式變 電站得到更多用戶的認(rèn)可箱式變電站的類型、結(jié)構(gòu)與

3、技術(shù)特點箱式變電站的類型箱式變電站分為兩大流派：歐式箱變和美式箱變。歐式箱變是將中壓開 關(guān)設(shè)備、變壓器、低壓配電設(shè)備各自分隔并排列成“目”字型或“品”字型，美 式箱變則以變壓器為主體，將負(fù)荷開關(guān)、后備保護熔斷器、分接開關(guān)和變壓器裝 在變壓器油箱內(nèi)，插入式熔斷器、電纜和低壓配電部分圍繞變壓器油箱排列，構(gòu) 成整體布置。歐式箱變的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強；中壓開關(guān)設(shè)備可以采用 SF6環(huán)網(wǎng)柜、真空環(huán)網(wǎng)柜、壓氣式環(huán)網(wǎng)柜等。高壓側(cè)主接線方案靈活，變壓器可 以采用S9、S10等油浸變壓器或SCB特干式變壓器；低壓配電設(shè)備則完全可以 根據(jù)用戶要求量身定做，可以選用各種類型的低壓配電設(shè)備如GGD PGL低壓側(cè)主

4、接線可以包括進線柜、任意路數(shù)的出線柜以及無功補償，缺點是體積偏大。而 美式箱變的優(yōu)點是體積小，由于變壓器油箱即是美式箱變外殼的一部分，因此散 熱條件好，缺點是結(jié)構(gòu)局限性太大，往往無法滿足用戶各種各樣的需求，由于這 兩大流派各有優(yōu)缺點，國內(nèi)箱變制造廠家在市場競爭的壓力下，逐漸將這兩大流 派的技術(shù)特點加以融合，開發(fā)出一些派生類型。盡管類型有所不同，但基本原理 大同小異，因此下面以歐式箱變?yōu)槔M行探討。箱式變電站的技術(shù)要求箱式變電站的高壓室一般是由高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器和避雷器等組成 的，可以進行停送電操作并且有過負(fù)荷和短路保護。低壓室由低壓空氣開關(guān)、電 流互感器、電流表、電壓表等組成的。箱式變中

5、的電器設(shè)備元件，均選用定型產(chǎn) 品，元器件的技術(shù)性能均滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。各電器元件之間采用了機械聯(lián) 鎖，各電器元件都安裝在有足夠強度和剛度的結(jié)構(gòu)上，以便于導(dǎo)線的連接。操作 采用電動方式，不需另配電源，由 TV引出即可。另外箱式變還都具有電能檢 測、顯示、計量的功能，并能實現(xiàn)相應(yīng)的保護功能，還設(shè)有專用的接地導(dǎo)件，并 有明顯的接地標(biāo)志。此外為適應(yīng)戶外工作環(huán)境，箱式變電站的殼頂一般都采用隔 層結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有隔熱材料，箱體底部和各室之間都有冷卻進出風(fēng)口，采用自然風(fēng) 冷和自動控制的強迫風(fēng)冷等多種形式，以保證電氣設(shè)備的正常散熱，具有防雨、 防塵、防止小動物進入等措施。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的箱式變的電壓等級：高壓側(cè)

6、為 335kV、低壓側(cè)為0.4 10kV。箱式變電站有如下特點：(1)技術(shù)先進安全可靠箱體部分采用目前國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)及工藝，外殼一般采用鍍鋁鋅鋼板，框架采 用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱材料及制作工藝，有良好的防腐性能，箱體內(nèi)安裝空調(diào)及除濕裝 置，設(shè)備運行不受自然氣候環(huán)境及外界污染影響，可保證在40c+40C的惡劣環(huán)境下正常運行。箱體內(nèi)一次設(shè)備采用單元真空開關(guān)柜、干式變壓器、干式互感器、真空斷路 器(彈簧操作機構(gòu))等技術(shù)領(lǐng)先設(shè)備，產(chǎn)品無裸露帶電部分，為全絕緣結(jié)構(gòu)，完全 能達到零觸電事故，全站可實現(xiàn)無油化運行，安全性高，二次采用微機綜合自動 化系統(tǒng)，可實現(xiàn)無人值守。(2)工廠預(yù)制化設(shè)計時，只要設(shè)計人員根據(jù)變電站的實

7、際要求，作出一次主接線圖和箱外設(shè) 備的設(shè)計，就可以選擇由廠家提供的箱變規(guī)格和型號，所有設(shè)備在工廠一次安 裝、調(diào)試合格，真正實現(xiàn)變電所建設(shè)工廠化，縮短了設(shè)計制造周期；現(xiàn)場安裝僅需箱體定位、箱體間電纜聯(lián)絡(luò)、出線電纜連接、保護定值校驗、傳動試驗及其它 需調(diào)試的工作，整個變電站從安裝到投運大約只需58天的時間，大大縮短了建設(shè)工期。(3)組合方式靈活箱式變電站由于結(jié)構(gòu)比較緊湊，每個箱體均構(gòu)成一個獨立系統(tǒng)，這就使得組 合方式靈活多變。(4)占地面積小。(5)投資省、見效快箱式變電站較同規(guī)模綜自變電站減少投資40 %50 %。箱式變電站的箱體要求(1)箱體內(nèi)照明、通風(fēng)、防沙、散熱應(yīng)滿足正常運行、維護要求，并

8、應(yīng)加裝 溫度、濕度測量表計、凝露器、煙霧報警裝置，并將溫度、濕度、凝露、煙霧報 警探頭信號接入綜合自動化系統(tǒng)，要考慮安裝通訊設(shè)備的位置。(2)箱頂應(yīng)考慮自然排水功能。(3)要抗紫外線輻射，抗暴曬性能好，不易導(dǎo)熱可避免因外部溫度過高而引 起箱體溫度升高。(4)防潮性能好，不會因冷熱突變而產(chǎn)生凝露。(5)防腐、防裂、阻燃、防凍性能好。(6)要機械強度高，耐壓抗張，抗沖擊。(7)對環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)性，能美化環(huán)境，可適應(yīng)各種氣候條件，外形美 觀，結(jié)構(gòu)緊湊，箱體占地面積少，節(jié)約土地。35kV箱式變電站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計電氣主接線的確定主接線的基本形式主接線的基本形式，就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式，概括

9、為有母線 的接線形式和無母線的接線形式兩大類。(1)具有母線的電氣主接線單母線接線：單母線接線是一種最原、最簡單的接線方式。單母線分段接線雙母線及雙母線分段接線旁路母線接線方式(2)無母線的電氣主接線橋形接線：當(dāng)具有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器線路接線的基礎(chǔ) 上，在其中間架一連接橋，則稱為橋形接線單元接線：發(fā)電機與變壓器直接連接成一個單元，組成發(fā)電機箱式變電站對主接線的基本要求概況地說，對主接線的基本要求包括安全、可靠、靈活、經(jīng)濟四個方面。安 全包括設(shè)備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定， 正確選擇電氣設(shè)備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種 人身

10、安全的技術(shù)措施?？煽烤褪侵鹘泳€應(yīng)滿足對不同負(fù)荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時 不誤動、發(fā)生事故時不拒動，能盡可能的縮下停電范圍。為了滿足可靠性要求， 主接線應(yīng)力求簡單清晰。電器是電力系統(tǒng)中最薄弱的元件，所以不應(yīng)當(dāng)不適當(dāng)?shù)?增加電器的數(shù)目，以免發(fā)生事故。靈活是用最少的切換，能適應(yīng)不同的運行方式，適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈 活、簡便、迅速地倒換運行方式，使發(fā)生故障時停電時間最短，影響范圍最小。 因此，電氣主接線必須滿足調(diào)度靈活、操作方便的基本要求。經(jīng)濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設(shè)計投資最少。在主接線 設(shè)計時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。欲使主接線靈活、可靠，必 須要選用高

11、質(zhì)量的設(shè)備和現(xiàn)代化的自動裝置，從而導(dǎo)致投資費用的增加。因此， 主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟合理。主要應(yīng)從投資 聲、占地面積少、電能損耗小等幾個方面綜合考慮。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(yōu)點是簡單明顯，采用設(shè)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(guān)等任一元件發(fā)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(fā)電廠或變電所建設(shè)初期無重要用 戶或出線回路數(shù)不多的單電源小容量的廠中采用在主接線中，斷路器是電力系統(tǒng)的主開關(guān)；隔離開關(guān)的功能主要是隔離高壓 電源以保證其

12、他設(shè)備和線路的安全檢修。例如，固定式開關(guān)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(guān)；恢復(fù)供電時， 應(yīng)先合隔離開關(guān)，然后和斷路器。這就是隔離開關(guān)與斷路器配合操作的原則。由 于隔離開關(guān)無滅弧裝置，斷流能力差，所以不能帶負(fù)荷操作。單母線分段接線是采用斷路器（或隔離開關(guān)）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(dāng)一段母線發(fā)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

13、隔離開關(guān)分 段，任一段母線發(fā)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(guān)，完好段即可恢復(fù)供電。單母線分段接線既具有單母線接線簡單明顯、方便經(jīng)濟的優(yōu)點，又在一定程 度上提高了供電可靠性。但它的缺點是當(dāng)一段母線隔離開關(guān)發(fā)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(shù)一般可比 單母線增加一倍。雙母線分段接線有如下優(yōu)點：可輪換檢修母線或母線隔離開關(guān)而不致供電中 斷；檢修任一回路的母線隔離開關(guān)時，只停該回路；母線發(fā)生故障后，能迅速恢 復(fù)供電；各電源和回路的負(fù)荷可任意分配到某一組母線上，可靈活調(diào)度以適應(yīng)系 統(tǒng)各種運行方式和潮流變化；便于向母線左右任意

14、一個方向順延擴建。但雙母線也有如下的缺點：造價高；當(dāng)母線發(fā)生故障或檢修時，隔離開關(guān)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。當(dāng)進線回路數(shù)或母線上電源較多時，輸送和穿越功率較大，母線發(fā)生事故后 要求盡快恢復(fù)供電，母線和母線設(shè)備檢修時不允許影響對用戶的供電，系統(tǒng)運行 調(diào)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(wěn)定性低，雙母線供電穩(wěn)定性高但其造 價高且接線線路復(fù)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(wěn)定性也能在一定程度上能夠得以保證。所以35kV母線選用單母線接線方式，10kV采用單母線分段接線高壓接線

15、方式高壓側(cè)，采用負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器作為就壓器的主保護，一般有環(huán)網(wǎng)、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(lián)進行分段 范圍保護。限流熔斷器一相熔斷時必須能聯(lián)動跳開三相負(fù)荷開關(guān)，不發(fā)生缺相運 行。線路側(cè)負(fù)荷開關(guān)必須配有直流電源電動操作機構(gòu)，可實現(xiàn)無外來交流電源狀 態(tài)下自啟動。環(huán)網(wǎng)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(guān)選用可靠性高和具有自動化裝置及智能化接口的先進的產(chǎn)品：如SF 6負(fù)荷開關(guān)、壓氣式負(fù)荷開關(guān)、真空負(fù)荷開關(guān)等。環(huán)網(wǎng)供電單元一般至少由三個間隔組成，即二個環(huán)纜進出間隔和一個變壓器 回路間隔。其中，負(fù)荷開關(guān)QL A和QLB在隔離故障線段時，能及時恢

16、復(fù)回路的連續(xù)供電；同負(fù)荷開關(guān)QLC相連的熔斷器F在中壓/低壓變器發(fā)生內(nèi)部故障時起保護作用；Q L C對溶斷器和變壓器還起隔離和接地作用。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。在結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)是由槽鋼、角鋼和鋼板焊接而成，門和頂蓋用鋼板制 作。(2)高壓室：裝備真空斷路器。(3)低壓室：裝備固定式低壓配電屏、包括主開關(guān)柜、計量柜等。(4)變壓器室：配備2500kVA油浸式變壓器。35K

17、V箱式變電站一次系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型一次系統(tǒng)設(shè)計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(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)備運行不受自然環(huán)境及外界污染的影響。箱式變電站設(shè)備選型應(yīng)注意的方面(1)箱變內(nèi)的一次設(shè)備，應(yīng)以無油、免維護或少維護設(shè)備為宜。斷路器可采 用真空斷路器CT操作，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，實際運行中掛、拆接地線很不方便，所以許多箱變 在開關(guān)柜單元裝設(shè)了接地開關(guān)

18、，但受空間限制，一些箱變廠家將接地開關(guān)與隔離 開關(guān)采用了連動的形式，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。(3)箱變內(nèi)的開關(guān)柜應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠^察窗，以便于觀察運行設(shè)備的狀況。設(shè)備選型的基本原理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(jīng)濟運行的重要條 件。在進行電器選擇時應(yīng)根據(jù)工程實際情況，按照有關(guān)設(shè)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(shù)，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電器。電器設(shè)備選擇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(shè)備的電壓、電流、頻率等方面的 要求；對一些斷路電器如開關(guān)、熔斷器等，

19、還應(yīng)考慮起斷流能力。(1)考慮所選設(shè)備的工作環(huán)境。(2)所選設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于安裝地點電網(wǎng)電壓。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下工作 的要求，同時設(shè)備應(yīng)安全可靠的運行，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。低壓一次設(shè)備選型低壓一次設(shè)備的選擇，與高壓一次設(shè)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(shè)備工作安全可靠，運行維 護方便，投資經(jīng)濟合理。高壓熔斷器的選擇熔斷器額定電流的選擇，除了根據(jù)環(huán)境條件確定采用戶內(nèi)或戶外，還包括熔 管的額定電流和熔體的額定電流選擇。開關(guān)柜的選型設(shè)計制造廠生產(chǎn)各種不同電路的開關(guān)柜、配電屏或

20、標(biāo)準(zhǔn)元件，品種很多。時可按照主接線選擇相應(yīng)電路的柜、屏或元件，組成一套配電裝置。高壓開關(guān)柜 和低壓配電屏的選擇，應(yīng)滿足變配電所一次電路圖的各要求并經(jīng)幾個方案的技術(shù) 經(jīng)濟比較后，優(yōu)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(shè)備的型號和規(guī)格。向開關(guān)電器廠訂購高壓開關(guān)柜時應(yīng)向廠家提供一、 二次電路的圖紙及有關(guān)技術(shù)資料。35kV箱式變電站二次系統(tǒng)設(shè)計二次系統(tǒng)的定義及分類箱式變電站的設(shè)備通常可分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大類。主接線所連接的 都是一次設(shè)備，而二次設(shè)備是指測量表計、控制及信號設(shè)備、繼電保護設(shè)備、自 動裝置和運動裝置等。根據(jù)測量、控制、保護和信號顯示的要求，表示二次設(shè)備 相

21、互連接關(guān)系的電路，稱為二次接線或二次回路。按二次接線電源性質(zhì)分，有交直流回路，按二次接線的用途來分，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為了保證供電系統(tǒng)的安全運行和用戶的安全用電，使一次設(shè)備安全、可靠、 經(jīng)濟地運行，必須在變(配)電站中裝設(shè)電氣測量儀表，以監(jiān)視其運行狀況。為電氣測量儀表，要保證其測量范圍和準(zhǔn)確度滿足變配電設(shè)備運行監(jiān)視和計 量的要求，并力求外形美觀，便于觀測，經(jīng)濟耐用等。具體要求如下；(1)準(zhǔn)確度高，誤差小。其數(shù)值應(yīng)符合所屬等級準(zhǔn)確度的要求；(2)誤差不應(yīng)隨時間、溫度、濕度和外磁場等外界條件的影響而

22、變化；(3)儀表本身消耗的功率應(yīng)越小越好；(4)儀表應(yīng)有足夠的絕緣強度、耐壓和短時過載能力，以保證安全運行；二次系統(tǒng)設(shè)計全站智能化設(shè)計，保護系統(tǒng)采用變電站微機自動化保護裝置，該系統(tǒng)做為分 層、分布式多CPU的綜合自動化系統(tǒng)，包括了變電站所需的各種繼電保護如變壓 器保護、35kV/10kV線路保護、電容器保護等，具有變電站的測量、實時數(shù)據(jù)采 集、運行工況監(jiān)視、控制操作、自動控制與調(diào)節(jié)及全部遠動功能。系統(tǒng)采用分布 式控制系統(tǒng)，配置、擴展、組態(tài)靈活、控制管理集中、功能分散，數(shù)據(jù)處理實時 性強，傳輸安全可靠，操作靈活方便。對于變電站的整個保護系統(tǒng)主要采用以下幾個裝置，它們都具有以下特點：(1)裝置有抗

23、系統(tǒng)諧波的能力；(2)裝置有自檢功能，自檢出錯報警及閉鎖保護；(3)裝置出口及動作回路可設(shè)投切壓板；(4)裝置保護動作出口與監(jiān)控動作出口各自獨立；(5)裝置集測量、計量、保護、控制功能于一體。斷路器控制與信號回路斷路器控制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(nèi)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(nèi)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(guān)、控制電 纜和操作機構(gòu)等組成。斷路器控制回路的基本要求有：(1)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(xù)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(jiān)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(tài)的性質(zhì)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(shè)在 個控制屏上的信號燈光和