10KV箱式变电站设计方案

1 10式变电站设计 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， 2 配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、 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 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、 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 3 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。 10压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、 10电站平面布置初步设计图和详细设计图。 根据毕业设计任务书所提供的原始数据，以相关技术规范、规程为标准，参考相关专业书籍，结合具体学习的特点，准确的知识资料，通过严密的全面的分析，对变电站的主要电气设备、电气主接线、保护装置及接地网进行初步设计。在设计过程中，我们应该注意紧密结合变电站的生产实际与其它电力系统课程相关资料之间的联系。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。 了解并掌握 10压变电站的国内外现状特点和发展前景，查阅资料，结合电力系统方向所学专业课程以及他人的设计、研究成果， 掌握变电站设计的过程和方法，并归纳、创新出自己的研究方案。根据各地不同情况，在借鉴已建 10压变电站设计经验的基础上，对 10压变电站所址的选择、电气主接线、二次接线的设计、电气设备的平 面布置、电气设备选型、防火、防雷、接地、防电磁辐射、防噪声等方面提出一系列设计思路。 主变容量和型号的选择是根据负荷发展的要求。包括主变压器型号的选择，冷却方式，有无励磁，有载还是无载调压方式。 根据以上研究思路，本论文共分为七章。 第一章简要介绍选题背景、选题目的和意义、国内外的研究现状、论文的研究思路和方法。第二章分析了 箱式变电站的类型、结构与技术特点。第三章研究了 10式变电站的总体结构设计。第四章研究了 10式变电站一次系统设计与设备选型。第五 4 章研究了 10式变电站二次系统设计。第六章研 究了箱式变电站智能监控功能设计。第七章对全文做了总结，并提出了本论文有待进一步研究的问题。 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 做 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各为一室，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。 5 H V T M L V T L H V L T Z H L T M L 字 布 置b 品 字 布 置图 1 欧式预装式变电站的整体布置形式 压室； 压室； 压器室； 作走廊 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 35压侧为 10变压器的容量：当额定电压比为 35/10 、 6 、 0.4 可从几百 万 额定电压比为 10、 6/0.4 可从几十 千 式变电站（在 欧洲称为高压 K/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%，是一种新型的装备。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。 6 表 1 箱式变电站与常规变电站性能对比表 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（ 12467以及适合的工艺流程。 本设计的主要任务 （ 1） 10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 序号 对比项目 常 规变电站 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 3 占地面积（ 10 例） 100 一般箱变 12 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： 1 7 投资费用 2： 1 8 和环境协调性 和环境不协调 和环境协调一致 /度 ,不挡视线 ,美化环境。 7 （ 4）箱式变电站智能监控功能设计 3 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会误动、发生事故时不会拒动，能尽可能的缩小停电范围。为了满足可靠性要求，主接线应力求线路简单清晰。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。 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个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。 8 Q Q W Q 1 出 线 2 出 线 3 出 线 4工 作 电 源 备 用 电 源母 线 W 1Q S 1Q F 2Q S 2Q 出 线 1 出 线 2 出 线 3 出 线 4a ）b ）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，所以严禁带负荷操作。 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。 9 电 源 1 电 源 2Q F 1Q S 1Q F 2Q S 2Q W B 1 W B 2Q 出 线 1 出 线 2 出 线 3 出 线 1 出 线 2 出 线 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，只把该回路停电；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。 电 源 1 电 源 2Q F 1 Q F 3 Q F 2W B 1W B 2Q F Q F Q F Q 1 出 线 2 出 线 3 出 线 4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 10 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 10线选用单母线接线方式， 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。限流熔断器当其中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： 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，即两个换进和环出间隔和 一个变压器回路间隔。其中，负荷开关 隔离故障线段时，能及时恢复回路的连续供电；同负荷开关 连的熔断器在高压 /低压变压器发生内部故障时起保护作用； 变压器 变压器容量、接线组别的确定 箱式变压器为降压变压器，一般将 10至 380V/220V 变压器容量一般为 160 1 600常用的容量为 315 630器身为三相三柱或三相五柱式结构、 结，熔断器连接在 “ ”外部。三相五柱式 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防雷特性。对于 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 结变压器更利于抑制高次谐波电流； 结变压器的零序阻抗较之 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 结变压器要求中性线电流不超过二次绕 11 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 统中，推广 结变压器。但是 结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于 而制造成本稍低于 结的变压器。变压器联结方式如图 5。 . . . . B b U aU c . . . aU c 器 Y y n 0 联 结 组 变 压 器 D y n 1 1 联 结 组图 5 变压器的 结和 结 综合考虑 10式变电站变压器的容量确定为 1600为三相五拄 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 抗电压为 =采用油浸式变压器。由于三相五拄 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 50接组别采用 在 10线上 将 10压降低为 变压器的散热处理 12 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。10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。 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 1 a 2 时间 0 b 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， 13 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 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 20。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 (4060右，而限流熔断器则可保证在 10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。 箱式变电站总体布置 10式变电站高压室额定电压 10低压室额定电压 变压器额定容量为 1600在 10线上。采用电缆或架空进、出线。在结构设计上具有防压、防雨防老鼠等小动物措施及占地面积小、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 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 1600浸式变压器。室顶装有由温度监控仪控制启动的轴流风扇。 4 10式变电站一次系统设计与设备选型 10式变电站一次系统设计 14 10线采用单母线接线， 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 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， 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 变选用 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。 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50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 应而可在应 下安全工作。 3）电器的额定电流 I 是指 在额定周围环境温度 0 下，电器的长期允许电流 I 即 . （ 2） 由式可以推算，当电器的环境温度 高于 40 （但不高于 60 ）时，环境温度每升高 1 ，应减少允许电流 当使用环境低于 40 时，每降低 1 ，允许电流增加 （ 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 15 条件 ii （ 3） 或 II （ 4） 式中 设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值（ 设备允许通过电流的峰值及其有效值（ 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 2 （ 5） 式中 I 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（ t厂家给出的热稳定计算时间，一般为 4s、 5s、 1s 等。 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。 16 表 3 高压电器选择与校验条件 （ 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。 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 I 2隔离开关 负荷开关 I 高压熔断器 I 或 17 表 4 低压一次设备的选择校验项目 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方便等因素。先对几种断路器的技术性能和运行维护方面的特点简要介绍如下。 少油断路器开断电流大，对 35下可采用加并联以提高额定电流； 10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（ 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； 体灭弧、绝缘性能好，所以断开电压做得较高；断开距离小。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， 不 需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。综合考虑 10式变电站 10真空断路器， 采用 术参数如表 5 所示。 设备名称 电压（ V） 电流（ A） 断流能力 （ 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 18 表 5 真空断路器的技术参数 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 其改进型 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 小于熔体的额定电流 ： （ 6） （ 2）熔体的额定电流 k （ 7） 式中 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=入自起动时 k=于电力电容器回路，一台电容器时 k=组电容器时 k= （ 3）熔断器开断电流校验 类别 型号 额定 电压 定 电流 A 断流 容量 稳定 电流峰值 稳定 电流 有 分闸 时间 合闸 时间 陪用 操动 机构 开断 电流 空 0 630 63 25（ 4s） 5 真空 00 20 20（ 4s） 0 19 I （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 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（ 行校验。高压熔断器选用 5 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 熔丝额定电流 额定开断 电流 断路容 量 上限 下限 0/25 10 25A 40A 005 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 级表，相应的户感器的准确等级不低于 ；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 500宜用 ；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的，相应的电流互感器可用 3 级的。 ，限定二次绕组接入的总负荷 高压电流互感器选用 技术数据如表 7 所示，低压电流互感器选用 0 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 1级 3级 （C） 00/5 ， 1/3 75 135 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（ ） 1 级 3级 00 400 （ 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635内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式； 110220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 技术参数如表 9 所示。 21 表 9 电压互感器技术参数 型号 额定电压（ 副绕组 1额定容量（ 最大容量 （ 原绕组 副绕组 辅助绕组 3 0/3 150 250 600 1200 隔离开关的选型 隔离开关高压侧选用 00，低压 侧选用 0 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 （ 额定电流 （ A） 极限通过电流峰值 （ 热稳定电流 5s 0 00 50 00 10 200 40 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。 10关柜选用 。 5 10式变电站二次系统设计 22 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。 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。 断路器控制与信号回路 概述 断路器控制方式按控制地点可分为：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； 23 （ 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。 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A。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分合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控制和远方转换开关。 （ 3） 10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。 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。 电气测量与信号系统 24 （ 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 +压 ,然后再经各种电量变送器将交流参数变为直流。一 5V,10一 20 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 4 （ 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。 0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