KV箱式变电站设计

10kV箱式变电站设计摘要：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。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Designof10kVbox-typetransformersubstationMajorofAgriculturalElectrificationandAutomationinInformationandEngineeringTechnologyCollegeofSichuanAgriculturalUniversityStudent:wangyuanxiangAdvisor:liumingdan与A买B忌S勿T娱R猎A荐C治T示：仅B埋o房x幅-窑t竖y狭p河e谣t狮r避a蝇n乏s饭f解o辰r肉m闲e基r做筝s絮u赞b求s芒t未a爽t违i识o笨n到c转a区l菜l向s略周a逗g枕a绢i陵n传乒o庆u郊t养d古o滨o狱r态a鱼旦t践r城a谜n进s序f锄o狐r斥m吃e闯r统干s职u舍b按s纠t庆a沫t档i突o帖n钞,伏捎a户l每s仆o迹c乓a疏l备l幕符t手o猜昨d短o卖t召h颠e西虚s自e曾c脱t找i奏o封n币a芹l惜塞t纪r写a母n前s榴f艳o陡r京m葱e闻r暑s纹u之b宋s扯t圾a街t拜i奔o管n纳.确烛I品t之灭i夺s钳酒a循d片e飘v伏e沾l岂o鲜p份m退e膝n朱t肝t届o续辜w问a齐i辟t榆t惩o四伸7由0次'叠s纸昌E午u疗r北o锣p做e循堡a宣n陆d篮矩A弊m竹e日r坛i目c捆a养滑w倍e吓s控t颈e们r踢n塌姐p临r岸o奔s膊p烛e拨r妨艘i例n脆恢t绢h宁e爪障6鸦0嫩'岔s想做o吵f盈健2妹0讯怠c疲e容n士t涉u眼r该i夜e稳s献t按h揪e磁绩n椒a睬t忘i趋o辆n于皱r饰e作l锋e基a泽s晶e的员a旺茂k毯i孕n缎d泳出o齐f邮毕o苦u恰t纷d顺o阻o犁r传果t巧h来e颜哨s催e细t突蝴c糊h惊a窗n员g敞e贝s墨啦t届o后华g僚i岛v馋e元割o愁r流有g穿e破t呼夕a烛n漂约e曾l柜e瞎c惹t俩r薄i仍c圾两s匠h刃o压c喷k厚电o粱f蒜现n岭e令w绕煤c逝h蜻a爬n念g炕e校号t纤o简蓬g舍i逗v促e仆缺o序r哗类g夫e渴t斜紧a绳n皂仁e洲l朴e陷c耗t煤r勉i担c掌若s的h泰o引c雕k保击t蝴h稻e痒辜e庙q游u露i抚p热m肃e扯n暖t性s尚,苍飘b钟e毒c帜a滚u涛s什e自倡i资t惹弦h促a别v汗e堂检t育h奏e兴飘c费o听m辆b炊i封n葱a犁t够i亮o回n乐抢v善i脆v惕i绩d娱,煌俘e团a誓s判y车犯t歼o挂燥c宋o回n馅v云e脉y埋a心n获c否e阶,手蛛m刚o江v占e誉,展歇i请n熄s时t贵a填l妹l弦慧c绩o个n压v钢e滤n挠i还e疑n溪c链e建,舒劈s锦t搭a龄r苍t秩立c拆o垫n障s颗t宗r迹u嚼c堵t桑i弊o农n影网t粥h虽e胡腊p茶e殃r稀i划o执d柴乎i蠢s押宅s睡h奔o称r仿t谈a智n莫d肚c承i抄r湖c桐u瞒l崭a获t岸e前颤t黑h粒e夕裤e芽x径p日e煌n居s掩e逐s督托l谎o霸w眨,蛇伶f气r挥e汤e绩痰f蒜r抵o描m买贴p败o杨l艇l笛u轻t坝i窑o坦n窄,晋圆d消o乘蒜n振o显t朽n梁e数e水d节m坦a撒i卷n旧t攀e抚n柔a以n陶c屈e焰e瓦t瓶c逮.覆a迁d停v倾a飞n雅t古a悲g浮e案,台赵s净u拣f霉f洪e深r怨t两h西e寺芽i赞n毒t叫e李r冠n服a故t豆i含o博n方a利l傻姑c悦o复m泡m犹u戏n垮i危t往y饼e旦l拾e闪c某t亚r害i主c喉戚p夕o罩w桂e所r召限t刊h龟e杠蛮w仇o脑r音k裕e详r炒悔v沾a秩l气u粪e厌s写.结E集n防t家e铁r宽掏t幻h纷e闹哲m外i纯d尊d拣l滚e天o纸f比捏9库0漫'直s床汉o唯f讯等2衔0泼欢c删e永n守t性u戚r弓i革e凭s陆.赌T讨h辩e僻蛙d播o协m狠e尝s权t木i盯c汇呈s初t醒a哀r址t永s懒僵a卸p兆p宏e贩a凭r从i垮n卖g雄牙t仓h险e夸筛s哲i摧m缓p秒l走e萍左b张o腹x常-匪t烘y迁p脆e敢t钩r凶a顺n鼻s封f值o描r腾m策e究r华腔s株u搂b丰s够t毯a惯t郊i锹o猪n万,伯钳a撇n卷d写缓g羊o刘t祥形t皂h管e统凤q散u帖i鼠c坏k侮资d携e窑v番e唤l冒o沿p粒m毁e淡n责t帜.解Thearticleregardbox-typetransformersubstationasadevelopmentforrelatingbox-typetransformersubstation封a黑p责p趋l区i难e想d芳,帐企t玩h楚e垒c最o户n桑s拍t圆r掀u猴c屠t垃i暗o窄n直o悦f母少b恋o粉x细-川t厅y停p饼e斧思t警r斜a找n猾s身f鉴o丧r犯m脱e披r鸦s腔u脆b坚s和t堵a旬t钻i霉o江n暑d续i寇v愈i掘d秒e扫s胖i波n唇t简o住s错e妖-骆s默e凯c籍t凯i库o劝n栋,令e波m山p假h共a揪s赛i该z借i钳n葛g位棉t怒h聋e壶腊t颂r岁e郑a姻t释i率s映e神谜b夕o纵x饥-裂t走y馆p革e莲t抹r茶a鸦n狡s寺f迎o璃r摩m怖e舱r商s妹u劝b损s沙t耐a硬t耽i久o独n见泼a槐t映h杏e邮从v瑞e肿r匹y村e饼q黄u疏i过p霜m仍e乘n弄t任s截础i杨n哨蕉d葱e才s尺i价g钟n街挖i足n划陕s拼u挂b狭s老y坡s春t番e怠m益c芬h控o寿o末s脑e挥s醋铁t支h每e递砖t蓝y局p鞠e昆,哲哗t陶w缩o桑s树u羽b煎s嘉y续s绍t瓣e抛m极s衫d绝e为s斥i誉g竭n夸,壶恼a滑n细d贷t嫁h甚e内松i进n睡t叙e雨l绘l塌i贫g敌e粘n西c健e枣剖o创f闲念b穴o腐x啦-接t蛙y扑p负e矩t票r夸a柜n丑s贺f房o础r脾m否e院r敲敏s彼u垃b舟s扫t员a鼓t延i业o孤n湿银s暗u酱p繁e蔽r促v删i岛s腰e迈s翅筹a祥n脸d雕恋c残o滤n戒t乏r色o味l从冲t例h马e织s凝y稿s萌t寿e绸m货.图T槐h环e菊天d规e蛛s鉴i怜g缝n邀痰h寇i奇g眠h头扶p语r钓e富s喂s奸u挽r守e核凡s杠i即d早e职跌s纠u咬m症丸o坡f田谦b凡o役x勿-缎t侨y裹p更e维乳t呜r馆a扩n烟s缸f势o足r义m欣e讲r剂浓s止u桂b缓s售t殖a寒t扰i浸o灰n顿苹s芳e蓄t少t萌l生e筝s恐越e核l巩e反c筒t吸r酬i虹c疼v取o划l搅t钻a悔g纷e眯介a踏s达诸1飘0戚循k签V姐,击罩t糟h芝e朽海l肿o厦w藏-缓p跃r时e帅s恨s霞u肤r剪e恢s止i宫d耗e宵s坏u扮m穗份奔s哑e恩t绞t笋l启e购s老旺e匠l呜e抛c庄t帜r掩i杰c妥督v炸o萍l寿t迟a牺g谷e弯武a圣s吧费0话.弓4步K轰V妙s也,去场m钉a偷i辰n旗t灿r富a桌n海s私f搏o屿r赏m发e目r芹柳c杯a鸦p呢a宪c猜i牌t析y洒迟i泪s那凑1塞6趴0巨0贸星k茫V斩A犯.螺T历h陷e窄年l躁o英r浙d兼除c蝶o秩n深n吐e脾c析t炮s窃耽t哨h堡e把僻s嘱i追n悼g递l配e律遇m态o右t营h嘴e恩r伐赌i腥n另鸡a诞d先o屠p近t钓i救o哗n姻打i染n纳循l送i仇n左e唇兴c界e院n还t附惨s铸e炉g堡m抱e纸n严t聋愈c鉴o愉n凯n汉e阅c愈t筋s肉帮t计h繁e瞎事l纱i妈n仰e剂.Keywords：box-typetransformersubstationconstructionfirstsystemsecondsystem.前言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。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。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、码头、港口、高速公路、地铁等。欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一体式。组合式布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图1所示。“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”布置较为有利。图1欧式预装式变电站的整体布置形式HV—高压室；LV—低压室；TM—变压器室；ZL—操作走廊1.2.3箱式变电站与常规变电站的对比分析目前，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35/10、6、0.4kV时可从几百kVA～上万kVA、当额定电压比为10、6/0.4kV时可从几十kVA～几千kVA。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1/20，工期为1/7，投资为1/2。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。预装式变电站是输变电设备发展方向，由前所述，我国应用仅10%左右，而国外已达到的70-90%，所以预装式变电站其社会效益显著，适用范围更广。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序号对比项目常规变站组合式（箱变）变电站1设计工作需要土建、电气二方面设计、工作量较大土建工作仅一个安装基础，箱变本身有典型设计，只须根据用户要求，作一些调整，设计工作也大为减少。2基建时间6个月以上预先基础做好以后，只需4-6小时就可以安装完毕送电。3占地面积（10kV800K为例）≥100一般箱变12m2ZBW174m24安装地点和负荷中心距离不能十分接近负荷中心，供电线路半径较长，电压降落及电能损失较高。能贴近负荷中心，甚至直接置于建筑物处，供电线路半径可以很短电压降落及电能损失较少，提高了供电质量。5生产方式土建施工后，现场装配。大规模、工作化生产，质量容量得到保证。6生产周期7：17投资费用2：18和环境协调性和环境不协调和环境协调一致/ZBW17高度1.6米,不挡视线,美化环境。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。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）二次系统设计（4）箱式变电站智能监控功能设计10kV箱式变电站的总体结构设计2.1电气主接线的确定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2。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。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160～1600KVA，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。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；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。由于三相五拄Dyn11联结，如果熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电压的1/2，会使负载欠压运行。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。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接线方式，将变压器安装在封闭的变压器隔室内。为防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。2.3.3采用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器负荷开关是用来开、合负载电流的开关装置，它一般具有关合短路电流能力，但是它不能开断短路电流。负荷开关可以单独使用在远离电源中心、且容量较小的终端变电站，用于投切无功补偿回路、并联电抗器及电动机等。熔断器结构简单、价格便宜、维护方便，仍然具有发展前途。熔断体是熔断器的主要元件，当熔断体通过的电流超过一定值时，熔断体本身产生的焦耳热，使本身温度升高，在达到熔断体熔点时，熔断体自行熔断切断过载电流或短路电流。限流熔断器切断短路电流的电流波形如图6所示1a2时间0b燃弧时间图6限流熔断器切断短路电流时电流波形1—切断前电流波形2—切断过程中电流波形—截止电流；—动作时间负荷开关—熔断器组合电器中使用限流型高压熔断器，这种熔断器是依靠填充在熔体周围的石英砂冷却电弧，达到有效熄灭电弧，用于在强力冷却熄弧过程中建立起高于工作电压的电弧电压，因而具有很强限流能力。由曲线可见到，短路开始后电流上升，熔体发热，温度上升，电流升到a点，熔体熔化，由于熔断器的限流作用，电流上升停止，开始沿ab线段下降，在b点电流下降到零，此时完成熄弧。这种熔断器的整个动作过程发生在密封的瓷管中，在熄灭电弧时，巨大气流不会冲出管外。负荷开关与熔断器配合使用于箱变可替代断路器，作为变压器的保护开关设备。当变压器内部发生故障，为使油箱不爆炸，故障切除时间必须限在20ms内。采用断路器保护的话，断路器最快全开断时间(继电保护动作时间+断路器固有动作时间+燃弧时间)一般需要2～3个周波(40ms～60ms)左右，而限流熔断器则可保证在10ms以内切除故障。由于同电压等级负荷开关的价格大约是断路器的价格的1/4～1/5，而负荷开关+熔断器的价格仅仅是断路器的价格的1/3，因此采用负荷开关+熔断器有较大经济性。由于断路器是用于开断短路故障电流、大负荷电流、容性电流等通用的开关设备，因此体积大、笨重，结构也复杂。相比之下负荷开关体积小，简单易开发。2.4箱式变电站总体布置10kV箱式变电站高压室额定电压10kV，低压室额定电压0.4kV。主变压器额定容量为1600kVA，接在10kV母线上。采用电缆或架空进、出线。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，外股、门和顶盖用新材料色彩钢板制作。（2）高压室：装备真空断路器。包括三工位负荷开关、熔断器、互感器、避雷器等。（3）低压室：装备全国统一设计的GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜、多路出线柜、耦合电容器。（4）变压器室：配备1600kVA油浸式变压器。室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。箱式变电站总体布置图见附录图。10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型3.110kV箱式变电站一次系统设计10kV母线采用单母线接线，0.4kV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。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。电气主接线图如附录图所示。3.2设备选型电器设备选择的一般条件如下：（1）按正常条件选择电器设备按正常条件选择，就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（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≥（1）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θ0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（2）由式可以推算，当电器的环境温度θ高于40℃（但不高于60℃）时，环境温度每升高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%。（2）按短路条件校验1）动稳定校验动稳定（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效力的能力。满足稳定的条件（3）或（4）式中、—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）对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。a用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。b电压互感器及其所在回路的裸导体和电器可不校验动、热稳定，因为短路电流很小。c电缆一般均有足够的机械强度，可不校验动稳定。2）热稳定校验短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短时发热最高允许值，即t≥（5）式中—设备安装地点稳态三相短路电流；—短路电流假想时间；—t秒内允许通过的短路电流值或称t秒热稳定电流（kA）；t—厂家给出的热稳定计算时间，一般为4s、5s、1s等。3.2.1高低压电器设备选择的要求（1）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。高压电器的选择和校验可按表3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3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（2）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。低压一次设备的选择校验项目如表4所列。表4低压一次设备的选择校验项目设备名称电压（V）电流（A）断流能力（kA）短流电流校验动稳定度热稳定度低压熔断器√√√——低压刀开关√√√√√低压负荷开关√√√√√低压断路器√√√√√3.2.2断路器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35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，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，灭弧室不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。综合考虑10kV箱式变电站10kV侧选用ZN23-10型真空断路器，0.4kV侧采用ZN28-04技术参数如表5所示。表5ZN23-35型真空断路器的技术参数类别型号额定电压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ZN23-10106306325（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的额定电流即：≥（6）（2）熔体的额定电流=k（7）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=1.1~1.3，记入自起动时k=1.5~2.0；对于电力电容器回路，一台电容器时k=1.5~2.0，一组电容器时k=1.3~1.8。（3）熔断器开断电流校验≥（或）（8）对于没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6所示。表6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。1）绕组的额定电压；2）一次绕组的额定电流；3）准确度等级。为了保证测量仪表的准确度，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0.5~1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1~1.5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7所示，低压电流互感器选用LMZJ1-0.5其技术数据如表8所示。表7高压电流互感器型号型号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8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（Ω）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6~35kV屋内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式；110~220kV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：1）额定电压应于安装处电网的额定电压相一致；2）类型户内型、户外型；3）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9所示。表9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10所示。表10高低压隔离开关技术数据型号额定电压（kA）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。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、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。4.3断路器控制与信号回路概述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。4.3.2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,一般接点容量为A050V,3A。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。4.3.3信号回路设计（1）所有需要计算机监测与控制系统进行监视的开关状态,均应有一对常开接点引到计算机监测与控制系统。所有常开接点可以共用一个信号地线,但不能与交流系统地线相连接。（2）所有信号继电器均应有一对单独的常开接点引到计算机监测与控制系统。有中央信号系统时,信号继电器应再有一对常开接点引到中央信号系统,以下两种常开接点应分开,由于电压等级不同,不能共用地线。4.4电气测量与信号系统（1）需要进入计算机监测与控制系统的测量参数由设计者根据有关规定与用户实际需要来确定。（2）需要进入计算机监测与控制系统的各种测量参数,首先经过电流互感器与电压互感器变为统一的交流。一5A电流与交流。一100V电压,220/380V系统直接利用交流守-220V或+-380V电压,然后再经各种电量变送器将交流参数变为直流。一5V,←10mA,4一20mA或←10V信号给计算机监测与控制系统进行测量。（3）电量变送器的种类与电工测量仪表完全对应。有什么类型的电工测量仪表,就有什么样类型的电量变送器。即有电流变送器（单相与三相）,电压变送器（单相与三相）,有功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,无功功率变送器（三相三线制与三相四线制）,有功/无功功率变送器,功率因数变送器。（三相三线制与三相四线制）,有功电度变送器（三相三线制与三相四线制）,无功电度变送器（三相三线制与三相四线制）0,频率变送器器等。（4）电压变送器的测量输入电压最大值应提高20%,高压选交流120V,低压选交流250V或420V,各种电量变送器的输出一般选直流0-5V或4-20mA。（5）采用变配电站综合自动化系统之后,其监控单元均为交流采样,直接从电流或电压互感器取。-5A或0-100V测量信号,低压直接取220V或380V信号。不再需要各种电量变送器,开关柜上各种测量仪表可以取消。电度计量应选用带脉冲输出的电度表。其型号及一次接线与原电度表相同,只在备注中说明带脉冲输出,并注明与计算机监测与控制系统相匹配的直流电源电压,设计时应优先选用自带供电电源的有源型,输出为隔离型的脉冲电度表。计量柜电度表一般不进入计算机监测与控制系统,所以应在进线开关柜内增加有功与无功脉冲电度表各一块,作为内部统计用电量使用。本设计采用数字综合测量电路。如图7所示。图7多功能数字式智能表的测量原理图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随着社会经济的发展，用户对供电可靠性和电能质量要求越来越高。预装式变电站和传统的供电所相比，虽然有着明显的优势，单仍存在一些不足之处，比如没有变压器故障监控，无防环境影响的揭露控制等。传统的保护只在高压侧配置负荷开关和熔断器，变压器有的装有专用温度控制器，低压室出线一般设有空气开关和塑壳开关。鉴于这种情况，我们对箱式变电站智能监控采用预装式变电站智能监控单元。它集中采集了预装式变电站所有有用的信息，包括电参量、环境温湿度、变压器温度等信息。通过对这些信息的综合分析作出对应动作，确保变电站的经济、安全运行，延长使用寿命。总体规程如图8。保护装置监控系统运行设备操作机构微机总控制端保护装置监控系统运行设备操作机构微机总控制端图810KV箱式变电站智能控制系统下面介绍箱变的监控内容：5.1.1电参量监测与保护实时在线监测高压侧三相入口电压/出口电流，低压侧各输出端口电流，记录运行时的电压，电流，功率，功率因数，供上位机调用或本地监测；实时监测预装式变电站三相高压端出口电流故障，根据故障状态及时分断负荷开关或向上位机发送故障状态信号。5.1.2防凝露保护预装式变电站一般用于户外，对高压室，低压室实时在线监测温湿度信号，根据当前温湿度值及时启停除湿，升温设备，破坏凝露的生成，有效防止高压开关和低压开关设备因表面出现凝露而发生闪络放电事故。5.1.3变压器室温度保护变压器在运行过程中由于负荷及各种原因的影响，温度容易升高，若不及时对其降温，或在温度急聚上升时做出相应地处理，将影响变压器出力甚至设备故障或永久损坏。通过实时监测变压器绕组温度或变压器油温，当监测温度超过设定值时，可启动风扇，强迫排风散热。5.1.4参数在线数字化显示和设定8位LED循环显示高压侧入口三相电压和出口三相电流、低压侧各输出端口电压高压侧低压室温湿度和变压器室温度，通过按“显示”键可显示高压侧最新出口故障电流。故障电流地整定值和各路温湿度的上小限设置值均可通过键盘设置修改，或通过上位机下发命令而设置修高故障电流整定值和温湿度上下限值。5.1.5系统组网与集中化管理预装式变电站无人值守的特点，使得系统组网成为必然。现场总线通信接口积极RS485/422人机通信接口能方便地通过电力线载波、无线电信道、通信电缆与县调或地调进行可靠通信，符合部颁通信规约标准，从而全面支持“四遥”功能。5.2配电网自动化的功能（1）配电网的实时监视与控制这种监视和控制功能与大电网的SCADA系统原则上具有类似的功能，只是监视和控制的对象不同，其规模较小。它必须随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各配电变压器，断路器及柱子上开关的运行状态；重要用户的负荷情况及其电力和电能表的信息等。这些信息必须连续地或周期性地被采集和不断地更新。反映这些信息的数据必须可靠，完整和具有一定的精确度，以便准确的实施各种控制和记录。（2）安全性控制安全性控制的目的是使配电网系统在发生故障后所造成的损失和影响最小。实施安全性控制首先识别故障。在非永久性故障时，依靠继电保护和重合闸来消除故障和恢复供电。在永久性故障时，要将故障隔离在最小范围内，使非故障部分的用户尽可能快地恢复供电。安全控制主要有以下几方面：1）电线的切换和自动分段对于环状配电网，在正常运行时是由分段开关加以分开，实行开环运行。在发生永久性故障时，配电网自动控制系统可以根据遥测和遥信信号自动地识别故障将故障隔离，并自动地重新安排运行方式，恢复所有非故障线的供电。包括：故障检测、故障隔离、初始电源恢复和配电线重新配置。2）母线自动分段在配电变电所一段发生永久性故障时，原来由这一母线供电的配电线必须切换到另一健全的母线上。这一系列的倒闸操作可以由配电网调度自动化系统来完成。3）冷负荷启动这是指在大于20min的停电以后，重新恢复配电线的供电时，为防止短时冲击性负荷超过配电线的允许值，采用切除部分用户负荷，并在配电线正常运行后逐步按次序恢复用户的自动恢复供电控制。（3）经济控制经济性控制的目的是为了有效的利用配电设备的能力，降低或推迟扩建资金的投入，减少运行费用。（4）质量控制质量控制的目的是保证供电的电压和频率，当然，这二者与整个电力系统的运行控制的关系是十分密切的。（5）负荷控制负荷控制是用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。其目的是降低用户对电网的负荷需求，鼓励用户在低谷时多用电，系统突然失去大电源时，缓解对电力系统的扰动，在停电后恢复供电时，减轻冷负荷时的冲击。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智能监控单元以16位微处理器为控制核心，外扩现场可编程芯片（PSD），组成最小CPU系统，硬件电路简单，设计、调试和扩展十分灵活方便。它集成模拟信号处理、开关量输入输出、串口通讯、人机接口等部分，通过对电量和非电量的采集、计算、判断来达到对系统进行监控的效果；通过串行口的连接和上位机进行通讯，以达到网咯化管理；通过送风、加热等措施监测和调节环境温湿度、变压器线包温度，使预装式变电站能够正常工作。输入板接收所有要采集的各个参数，经过互感器的交换，送到模拟块。模拟板吧输入板转送过来的各个参数滤波、放大等方法处理后，将转换后的数字量送CPU板计算处理。CPU板是整个单元的核心，它接收经过模拟