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1、四川信息职业技术学院毕业设计(论文)设计(论文)题目:体育公园10KV箱式变电站设计专 业: 建筑电气工程技术 班 级: 建电10-1班 学 号: 1086021 姓 名: 王明安 指导教师: 徐志刚 二一二年十二月二十日四川信息职业技术学院毕业设计任务书学 生姓 名王明安学号1086021班级建电10-1专业建筑电气工程技术设计题目体育公园10KV箱式变电站设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注徐志刚高级讲师四川信息职业技术学院设计（论文）内容：1设计主要内容：(1)10KV箱式变电站主接线方式(2)10KV像是变电站主体结构设计2指标及要求(1)箱式变电站主接线设计与一次
2、设备选型(2)二次系统设计进度安排：要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；04周-09周 材料收集和开始论文形成初稿10周-12周 进行论文期中检查13周-14周 论文格式调整，形成定稿15周-16周 制作答辩课件，进行 毕业论文答辩17周 上交毕业论文（设计）资料主要参考文献、资料：10KV箱式变电站模式设计，费广标主编，中国电力出版社电力系统继电保护原理，贺家李主编，水利水电出版社发电厂及配电所的控制，文峰主编，中国电力出版社新型箱式变电站的应用与分析，麦艳红主编，广西水利水电出版社审批意见 教研室负责人： 年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目
3、录摘 要1第1章 绪 论21.1 供配电技术的发展21.2 箱式变电站的类型、结构与技术特点21.2.1 箱式变电站的类型21.2.2 箱式变电站的结构2第2章 10KV箱式变电站的总体结构设计22.1 电气主接线的确定32.1.1 主接线的基本形式32.1.2 主接线的比较与选择32.2 变压器62.2.1 变压器容量、接线组别的确定62.2.2 变压器的散热处理7第3章 10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型83.1 10KV箱式变电站一次系统设计83.2 设备选型83.2.1 高低压电器设备选择的要求93.2.2 断路器的选型93.2.3 高压熔断器的选择103.2.4 互感器的选型1
4、13.2.5 隔离开关的选型133.2.6 开关柜的选型13第4章 10KV箱式变电站二次系统设计144.1 二次系统的定义及分类144.2 二次系统总体方案14结束语15参考文献16附录 10KV箱式变电站主接线图17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
5、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。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1600kVA。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。第1章 绪 论1.1 供配电技术的发展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，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。1.2 箱式变电站的类型、结构与
6、技术特点1.2.1 箱式变电站的类型箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，区别欧式预装式变电站。它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接。1.2.2 箱式变电站的结构美式预装式变电站的结构型式大致有三种：（1）变压器和负
7、荷开关、熔断器共用一个油箱；（2）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内；（3）变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。考虑到开关操作和熔断器的动作造成的游离碳会影响整个箱变的寿命。（3）型由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、工矿企业及各种公共场所，如机场、车站、港口、码头、高速公路、地铁等。第2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
8、、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
9、。主要应从投资少、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21。图21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
10、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，
11、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22。图22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
12、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23所示。图23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，0.38kV采用单母线分段接线。2.2 变压器
13、2.2.1 变压器容量、接线组别的确定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Y
14、yn0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24。图24变压器的Yyn0联结和Dyn11联结箱变用变压器为降压变压器，一般将10KV降至380V/220V。公园负荷： 功率因素： 容量： 运行容量： 由上可得，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，不会因三相负载不对称造成中性点电压
15、偏移，负载电压质量可得到保证；此外，这种变压器还具有很好的耐雷特性。因此变压器的连接组别为三相五柱Dyn11，阻抗电压为=7.0%，采用油浸式变压器。因此将熔断器连接在“”内部。因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。而站用变压器容量确定为50kVA，连接组别采用Dyn11，接在10kV母线上将10kV电压降低为0.2kV供箱式变电站本身使用。2.2.2 变压器的散热处理变压器设置有二种方式：一种将变压器外露，另一种将就压器安装在封闭隔室内。10kV箱式变电站变压器采用第二种安装方式，将变压器安装在封闭的变压器隔室内。为防
16、日照辐射使室温升高，采用四周壁添加隔热材料、双层夹板结构，顶盖设计成带空气垫或隔热材料的气楼结构，内设通风道，装有自动强迫排气通风装置(轴流风机或幅面风机)。装置的开启和停止，由变压器室的温度监控装置自控，其温度的整定值按允许温度的80%90%设定；室内正常温度下，靠自然通风来散热。有为防止灰尘对绝缘的影响，在变压器连接处加上绝缘防护罩。室内温度不正常的情况下采用机械强迫通风，以变压器油温不超过95作为动作整定值。第3章 10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型3.1 10KV箱式变电站一次系统设计10kV母线采用单母线接线，0.38kV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
17、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。可保证设备在-40+40之间运行。内部一次系统采用单元真空开关柜结构。开关柜内设有上下隔离刀闸，ZN23-10型真空断路器，选用干式高精度的电流互感器和电压互感器，电容器采用高质量并联电容器，并装有放电PT，站变选用SC9型干式站变，站内装有多组氧化锌避雷器。一次系统连接采用封闭母线结构，在每个单元柜装有五防锁，保证了人身与设备的安全。3.2 设备选型电器设备选择的一般条件如下：电器设备按正常条件选择，就要
18、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（一般为50HZ）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。如户内、户外、防腐、防暴、防尘、放火等要求，以及沿海或湿热地域的特点。（2）所选设备的额定电压应不低于安装地点电网电压即一般电器设备的电压设计值满足1.1应而可在应1.1下安全工作。（3）电器的额定电流是指在额定周围环境温度0下，电器的长期允许电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续的工作电流，即由式可以推算，当电器的环境温度高于40（但不高于60）时，环境温度
19、每升高1，应减少允许电流1.8%；当使用环境低于 40时，每降低1，允许电流增加0.5%。3.2.1 高低压电器设备选择的要求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。高压电器的选择和校验可按表31所列各项条件进行。现仅对选择的特殊条件或简要步骤予以介绍。表31高压电器选择与校验条件项目设备额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定高压断路器 隔离开关_负荷开关高压熔断器或、设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（kA）；、设备允许通过电流的峰值及其有效值（kA）；设备安装地点稳态三相短路电流。3.2.2 断路器
20、的选型断路器型式的选择应综合考虑安装地点环境的条件、使用的技术条件和安装调试与维护护方便等因素。先对几种内型短路器的技术性能和运行维护方面的特点简要介绍如下。少油短路器开断电流大，对35kv以下可采用加并联以提高额定电流；10kv以上为积木结构。该断路器全开断时间短。增加压油活塞装置加强机械油吹后，可开断空载长线。少油断路器使用较早，运行经验丰富，易于维护，噪声低，油量少；它易劣化，需要一套油处理装置。六氟化硫（SF6）断路器的额定电流和开断能力都可以作得很大；开断性能好，可适用于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，所以断开电压做得较高；断开开距小。运行噪声低，维护工作量小，检修间隔期长
21、，运行稳定、安全可靠、寿命较长；断路器价格较高。真空断路器连续多次操作，且开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；运行维护简单。综合考虑10kV箱式变电站10kV侧选用ZN23-10型真空断路器，0.38kV侧采用ZN28-04技术参数如表32所示。表32正空断路器技术参数32类别型号额定电压kV额定电流A断流容量kA动稳定电流峰值kV热稳定电流kA固有分闸时间合闸时间陪用操动机构开断电流kA真空ZN23-1010630 6325（4s）0.06s0.075sCT1225真空ZN28-040.42002020（4s）0.06s0.1s203.2.3 高压熔断器的选择熔断器额定电流的选择，除了根据环境
22、条件确定采用户内或户外、根据用于保护电力线路和电气设备还是保护互感器确定采用RN1（及其改进型RN3、RN5、RN6）或RN2等项目外，还包括熔管的额定电流和熔体的额定电流选择。（1）熔管额定电流为了保证熔断器壳不致过热毁坏，要求熔断器熔管的额定电流不小于熔体Z的额定电流即：（2） 熔体的额定电流= K式中Imax熔断器所在电路最大工作电流；k可靠系数。为防止熔体误动作而考虑留有一定裕度。对于变压器回路k的取值，在不计电动机自起动时k=1.11.3，记入自起动时k=1.52.0；对于电力电容器回路，一台电容器时k=1.52.0，一组电容器时k=1.31.8。（3）熔断器开断电流校验（或）对于没
23、有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值Ish进行校验；对于有限流作用的熔断器，在电流过最大值之前已截断，故不计非周期分量的影响，而取I（Ik）进行校验。高压熔断器选用RW5-10/25如表33所示。表33高压熔断器技术参数型号额定电压额定电流溶丝额定电流额定开断电流断路容量上限下限RW5-10/251025A40A6.3kA200MVA15MVA3.2.4 互感器的选型（1）电流互感器的选型的要求在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式）（如穿墙式、支持式装入式等）选择其形式。选用母线型时应注意校核窗口尺寸。绕组的额定电压；一次绕组的额定电流；准确度等级。为了保证测量仪表
24、的准确度，互感器的准确度不低于所测量仪表的准确级。例如：装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的户感器的准确级不低于0.5级；对测量精确度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；供运行检测、估算电能的电能表和控制盘上的仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器可用3级的。a.按准确度等级允许的额定容量，限定二次绕组接入的总负荷Z2；b.动稳定校验和热稳定校验。高压电流互感器选用LA-10其技术数据如表34所示，低压电流互感器选用LMZJ1-0.5其技术数据如表35所示。表34高压电流互感器型号型号
25、额定电流比级次组合二次负荷1s热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级（C）D级LA-10200/50.5/3，1/30.81.2175135表35 低压电流互感器型号额定一次电流（A）一次安匝额定二次负荷（）0.5级1级3级LMZJ1-0.54004000.40.6（2）电压互感器的选型要求电压互感器的种类和形式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在635kV屋内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式；110220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。电压互感器选择的主要项目是：额定电压应于安装处电网的额定电压相一致；类型：户内型、户外型
26、；容量和准确度等级的选择：首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级和额定容量。电压互感器选用JDJJ-35其技术参数如表36所示。表36电压互感器技术参数型号额定电压（Kv）副绕组1额定容量（VA）最大容量（VA）原绕组副绕组辅助绕组0.20.513JDJJ-1010/0.03/0.03/315025060012003.2.5 隔离开关的选型隔离开关高压侧选用GW14-10/200，低压侧选用GN19-04C/20其技术数据如表37所示。表37 高低压隔离开关技术数据型号额定电压（k
27、A）额定电流（A）极限通过电流峰值（kA）热稳定电流s45sGN19-04C/200.42005012.5GW14-10/200102004031.53.2.6 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。10kV开关柜选用XGN6-10-101型。第4章
28、10KV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。电气测量仪表及测量回路。4.2 二次系统总体方案（1）开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变,值班室的继电保护屏与中央信号系统(信号屏
29、、计量屏与控制屏)保持原设计不变，再设计一套重复的计量、信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。（2）开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的中央信号系统（信号屏、计量屏与控制量）取消，集中保护的继电保护屏应保留，再将计量，信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。（3）开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的中央信号系统（信号屏,计量屏与控制屏）只包括电源进线与母线联络开关柜,所有出线开关柜均不进入中央信号系统。电源进线，母线联络开关柜及所有出线开关柜的中央信号系统(信号、计量与控制)全部进入计算机监测与控制系统。结束语本设计主要对10kV箱式变电站进行设计
30、，系统的阐述了箱式变电站的结构、特点以及其应用领域和市场前景。所做的工作主要包括四个方面：首先是箱式变电站整体结构设计，包括主变器和站用变压器容量，接线组别的确定，以及高压室和变压器室的的布置。其次是箱式变电站的一次系统设计及设备选型，10kV侧母线采用单母线，0.38kV侧母线采用单母线分段接线方式。再次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。参考文献1 费广标.10kV箱式变电站模式设计 M.中国电力出版社，20032 朱宝骅.一种新型箱式变电站-集成变配电站J.电工技术杂志，2002
31、（2）3 麦艳红.新型箱式变电站的应用与分析J.广西水利水电，2001（1）4 熊作胜.关于10kv箱式变电站的技术改进J.电气时代,2001（3）5 吕亚杰.箱变的结构及适用型分析J.大同职业技术学院学报，2001（1）6 高颂九.预装式变电站小区布点及容量选择分析J.变压器,2002(11)7 赵磊.对箱式变电站设计的建议J.农村电气化,2002(4)8 刘涤尘. 电气工程基础M. 武汉理工大学出版社,2002(1)9 输变电常用标准汇编M.中国标准出版社, 2001(3)10 电力系统一次接线M.北京,电力工业出版社,200511 贺家李. 电力系统继电保护原理M. 北京, 水利电力出版社, 200712 苏文成. 工厂供电M. 北京, 机械工业出版社, 200413 文锋. 发电厂及配电所的控制M. 北京, 中国电力出版社, 1998附录 10KV箱式变电站主接线图 四川信息职业技术学院毕业设计评语学生姓名王明安学号1086021班级建电10-1班专业 建筑电气工程技术论文题目体育公园10KV箱式变电站设计指导教师徐志刚指导老师考核意见 等级： 指导教师：答辩评语等级： 答辩老师： 总评成绩等级： 考核小组组长：备注以上两项成绩综合后，指导老师考核成绩占总分的60%，答辩成绩占总分的40%，按五级记分（优、良、中、及格、不及格）。
