10KV箱式变电站设计论文.docx
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10KV箱式变电站设计论文兰州理工大学毕业设计论文学生姓名：
刘志磊学号：
13018138211003所在系部：
电气工程系论文题目：
10kv箱式变电站设计专业名称：
电气工程自动化指导教师：
张光明填表日期：
2015年11月15日目录摘要 ....................................................................1
Abstract .................................................................2
第一章箱式变电站概述 ...............................................
1.1供配电技术的现状 ...........................................
1.2箱式变电站的类型、结构与技术特点 ............................
1.2.1箱式变电站的类型 ......................................
1.2.2箱式变电站的结构 ......................................
1.2.3箱式变电站与常规变电站的对比及优缺点分析 ..............
1.3箱式变电站的技术要求与设计规范 ..............................
1.4本设计的主要任务 ...........................................
第二章10kV箱式变电站的总体结构设计 ..................................
2.1电气主接线的确定 ...........................................
2.1.1主接线的基本形式 ......................................
2.1.2主接线的比较与选择 ....................................
2.1.3高压接线方式 .........................................
2.2变压器 .....................................................
2.2.1变压器容量、接线组别的确定 ...........................
2.2.2变压器的散热处理 .....................................
2.2.3采用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器 ...............
2.3箱式变电站总体布置 .........................................
第三章10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型 .........................-
17 -
3.kV箱式变电站一次系统设计 .................................
3.2设备选型 ...................................................
3.2.1高低压电器设备选择的要求 .............................
3.2.2断路器的选型 .........................................
3.2.3高压熔断器的选择 .....................................
3.2.4互感器的选型 .........................................
3.2.5隔离开关的选型 .......................................
3.2.6开关柜的选型 ........................................
第四章10kV箱式变电站二次系统设计 ...................................
4.1二次系统的定义及分类 .......................................
4.2二次系统总体方案 ...........................................
4.3断路器控制与信号回路 .......................................
4.3.1概述 .................................................
4.3.2控制回路设计 .........................................
4.3.3信号回路设计 .........................................
4.4电气测量与信号系统 .........................................
第五章箱式变电站智能监控功能设计 ...................................
5.1箱式变电站的监控内容 .......................................
5.1.1电参量监测与保护 .....................................
5.1.2防凝露保护 ...........................................
5.1.3变压器室温度保护 .....................................
5.1.4参数在线数字化显示和设定 .............................
5.1.5系统组网与集中化管理 .................................
5.2配电网自动化的功能 .........................................
5.3箱式变电站的智能监控方案 ...................................
5.3.1硬件设计及工作原理 ...................................
5.3.2软件设计 .............................................
第六章箱式变电站安装设计要求 .......................................
6.1箱式变电站的安装要求 ........................................
6.2箱式变电站的选址要求 ........................................
6.1箱式变电站的技术标准要求 .................................... 结论 .............................................................. 致谢 .............................................................. 参考文献 ............................................................ 毕业设计任务书 ......................................................
摘要箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，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。
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，箱式变压器安装要求。
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0.38KV，主变压器容量为1250kVA，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技术参数
Abstract
Complete set of box-type substation, also known as outdoor substation,
also called modular substation, which is developed in the 20th century, the
age of 60 to 70 years in Europe and America and other Western developed
countries, launched a new outdoor substation substation equipment sets,
because it has combination of flexible, easy to transport, transfer, easy
installation, short construction period, low operating cost, pollution-free,
maintenance-free, et
C., by the power workers in the world seriously.The
mid-90s of the 20th century, China began to simple box-type substation, and
has been developing rapidly.The main topics include the development and
application of box-type substation, substation structure of box-type
classification, as well as a box-type substation design and equipment selection
system, secondary system design, and box-type substation intelligent
monitoring system.Box Substation 10kV high voltage side of the rated voltage
of 10kV, low-voltage side of the rated voltage 0.4KV, the main transformer
capacity of kV
A.Sub main wiring connection using a single bus.
Keywords:
box-type substation secondary system structure of a system
第一章箱式变电站概述1.1供配电技术的现状变电站是电力系统的一部分，它集中在一个指定的地方，主要包括输电或配电线路开关及控制设备终端和变压器。
通常包括电力系统按和控制所需的设施。
开关站是有开关设备，当没有电力变压器的变电站。
降压变电站是变压器输出电压低于输入电压的变压变电站，变电站在国内也被常称为变电所。
在民用建筑及工厂内的变电站中，20KV及以下变电站是目前使用最多的，具有量大面广的特点，而且随着时代的发展，建筑或工艺布局对变电站的布置方案也提出了越来越苛刻的要求，这些苛刻的要求一方面增加了变电站的设计难度，另一方面也促进了电气设备的发展和进步以满足实际需要，近10年多来电气设备的制造技术取得了较大的进步，如在20KV及以下变电站中，开关柜在高可靠、少维护、小型化、集成化和智能化等方面有了较大的进步，油浸式变压器使用比例越来越少，干式变压器得到广泛的使用，从而也产生了占地面积小，建设方便、可靠型高的箱式变电站。
现阶段随着市场经济的发展，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、安全、无人值守的方向发展，而箱式变电站（简称箱变）正是具有这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛应用。
我现在任职于甘肃宏图建筑设计有限公司电气设计岗位，在这里我将学校学到的电气理论知识与实际工作设计相结合，在设计过程中让我感触很深，与此同时，由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，同时要求具有“四遥”（遥测、遥讯、遥调、遥控）的智能化功能。
这种智能箱式变电站（简称智能箱变）环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复供电。
1.2箱式变电站的类型、结构与技术特点
1.2.1箱式变电站的类型箱式变电站（在IEC及欧洲称为高压/低压预装式变电站）是一种集成化程度高，工厂预安装、节能、节地的发展中设备与常规变电站相比，占地为，工期为，投资为。
在国外应用极度为广泛，在西欧占变电站总数的70%以上，美国为90%。
在我国应用为10%，是一种方兴未艾的装备。
本产品在世界上有三大流派，
（1）欧洲式：
特点是防护性好，多了一个外壳，变压器散热不易，要降低容量运行；
（2）美国式：
特点是变压器保持户外设备本质，散热好，结构紧凑，但是在我国10kV电网系中性不接地系统，因此一相熔丝熔断时不能跳开三相负荷开关，造成非全相运行，危及变压器及用电设备，并且不易实现配电自动化；（3）中国式：
从欧洲式派生而来，结合中国用户需要改进而成，但是符合中国电力部门各种法规标准要求，可铅封电能计量箱，无功补偿，一应俱全。
1.2.2箱式变电站的结构
1.2.3箱式变电站与常规变电站的对比及优缺点分析目前，国内生产的箱变的电压等级：
高压侧为3 ～35kV、低压侧为0.4 ～10kV 。
变压器的容量：
当额定电压比为 、6 、0.4 kV时可从几百kVA～上万kV
A.当额定电压比为10、.4 kV时可从几十kVA～
几千kVA。
箱式变电站与常规变电站性能比较见表1。
表1箱式变电站与常规变电站性能对比表1、美式箱变的优缺点1）、优点：
体积小占地面积小、便于安放、便于伪装，容易与小区的环境相协调。
可以缩短低压电缆的长度，降低线路损耗，还可以降低供电配套的造价。
2）、缺点：
供电可靠性低；无电动机构，无法增设配电自动化装置；
无电容器装置，
对降低线损不利；噪音较Ⅲ型站和Ⅴ型站要高，因为Ⅲ型站和Ⅴ型站是将变压器安放在室内，起到隔音的作用；另外，将Ⅲ型站和Ⅴ型站的集中一电磁辐射分解成多点辐射；由于不同容量箱变的土建基础不同，使箱变的增容不便；当箱变过载后或用户增容时，土建要重建，会有一个较长的停电时间，增加工程的难度。
2、欧式箱变的优缺点1）、优点：
噪音与Ⅲ型站和Ⅰ型站相当；辐射较美式箱变要低，因为欧式箱变的变压器是放在金属的箱体内起到屏蔽的作用；可以设置配电自动化，不但具有Ⅲ型站和Ⅰ型站的优点，而且还有美式箱变的主要优点。
2）、缺点：
体积较大，不利于安装，对小区的环境布置有一定的影响；
2、由于箱变的结构的不同使用的地方也不同，供电的网络也不同因为美式箱变和欧式箱变的结构不同可靠性不同，因此适用的场合也不同。
当美式箱变的容量选用的较小而小区的建筑面积较大时，应用的箱变会增加很多，从而使在架空线上支接的负荷点增多；当减少架空线的支接负荷点时必定要增加箱变的串接数量，从而使网络结构薄弱。
要克服小容量箱变而带来的网络结构薄弱的问题，最好使用环网站解决。
1）、美式箱变的适用地方鉴于美式箱变的结构特点和优缺点，美式箱变适用于对供电要求相对较低的多层住宅和其他不重要的建筑物的用电。
根据我们的实际使用情况看，美式箱变配上小型的环网开关站后，完全适用多层住宅的供电需求。
因为就是箱变发生故障，对居民的影响不大，但不适应于小高层和高层。
2）、欧式箱变的适用地方欧式箱变适用于多层住宅、小高层、高层和其他的较重要的建筑物。
1.3箱式变电站的技术要求与设计规范设计严格按照国家标准《高压/低压预装式变电站》（GB/T12467-1998），以及适合
的工艺流程。
参考国家现行设计规范：
<<民用建筑电气设计规范>>JGJ16-2008.
<<20KV及以下变电所设计规范>>GB50053-2013.<<低压配电设计规范>>GB50054-2011.
<<住宅建筑电气设计规范>>JGJ 242-2011.<<供配电系统设计规范>>GB50052-2009.
1.4本设计的主要任务
（1）10KV箱式变电站的总体结构设计
（2）箱式变电站主接线设计与一次设备选型
（3）箱式变电站二次系统设计
（4）箱式变电站智能监控功能设计
（5）箱式变电站安装设计要求
第二章10kV箱式变电站的总体结构设计2.1电气主接线的确定2.1.1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。
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，能尽可能的缩小停电范围。
为了满足可靠性要求，主接线应力求简单清晰。
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。
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。
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。
2.1.2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。
接线方式如图1、2。
图1箱变主接线图
电源
QF
QS
母线WB
QSQF工作电源备用电源
QF
出1出2线3出线4
a）出1出2出3出4b）
图2单母线接线
a）一路电源进线b）两路电源接线在主接线中，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。
接
线方式如图3。
图3单母线分段接线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。
接线方式如图4所示。
图4双母线接线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10kV母线选用单母线接线方式，0.4kV采用单母线分段接线。
2.1.3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：
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。
2.2变压器2.2.1变压器容量、接线组别的确定箱变用变压器为降压变压器，一般将10KV降至380V/220V变压器容量一般为160～KVA，最常用的容量为315～630KVA。
其器身为三相三柱或三相五柱结构、Dyn11或Yyn0联结，熔断器连接在“△”外部。
三相五柱式Dyn11变压器的优点是带三相不
对称负荷能力强，不会因三相负载不对称造成中性点电压偏移，负载电压质量可得到保证，这种变压器具有很好的耐雷特性。
对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为整数）谐波励磁电流在其三角形结构的一次绕组内形成环流，不注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星型接线的Yyn0联结变压器更利于抑制高次谐波电流；Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障的保护和切除；当接用单相不平负荷时，由于Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，因而严重影响了接用单相负荷的容量，影响设备能力的发挥。
因此国家规定在TT和TN系统中，推广Dyn11
联结变压器。
但是Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于Dyn11，从而制造成本稍低于Dyn11联结的变压器。
变压器联结方式如图5。
A B
C.
U
Ua
B.
UU
U.
.a b c
变压器Yyn0联结组变压器Dyn11联结组
图5变压器的Yyn0联结和Dyn11联结综合考虑10kV箱式变电站变压器的容量确定为1600kVA，因为三相五拄Dyn11连接变压器带三相不对称负载能力强，不会因
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