居民小区10kv箱式变电站 本科毕业设计.doc

山东科技大学学士学位论文 目录 摘要随着市场经济的迅速发展，人类对能源的需求日益增加，使得现有的电网设施越来越不能满足工业生产和日常生活的需求。在上世纪60-70年代，欧美等发达国家首先进行了电气技术革新，推出了一种户外成套变电所也称为箱式变电站，由于它具有组合灵活、运输方便、安装周期短、运行费用低、无污染等优点，受到了世界各国电力工作者的重视并得到了迅速发展，因此对箱式变电站的研究具有重要的理论和现实意义。本次设计主要研究10KV箱式变电站的设计，以我国现行的各规范规程等技术标准为依据，参照有关资料和书籍，首先通过分析提出两种主接线的方案，经过比较选择了一个相对本课题较佳的方案，然后通过负荷计算及供电范围确定了变压器的容量及型号，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器进行了选型，然后为降低能耗、改善电网电压质量进行了无功补偿的计算及补偿容量的确定，最后简要设计了智能监控系统。关键词：箱式变电站 一次系统 二次系统 ABSTRACT With the rapid development of market economy, human demand for energy is increasing, making the existing power grid facilities can not meet the increasing industrial production and daily life needs. In the 1960s and 1970s, Europe and other developed countries were the first electrical technological innovation, has introduced a complete set of outdoor substation, also known as box-type substation, because it has a combination of flexible, easy to transport, short installation period, operating costs low, pollution, etc., has been the worlds attention and power workers has been developing rapidly, and therefore has important theoretical and practical significance of the study of box-type substation.The design of the main box-10KV substation is designed to standardize the existing regulations of each country and other technical criteria, reference information and books, first proposed by analyzing the two main wiring scheme, after a relative comparison of the chosen topic a better solution, and then determine the capacity of the transformer and load calculations and models powered by the scope of the calculation results based on the maximum continuous operating current and short circuit calculations for circuit breakers, disconnectors, voltage transformers, current transformers, surge arresters were selection, and then to reduce energy consumption, improve the quality of the computing grid voltage and reactive power compensation capacity to determine compensation, the final design of the intelligent monitoring system briefly.Keywords: Box-type transformer substation, First system, Second system. 目录1绪论11.1 课题研究的背景11.2 国内外研究情况及其现状21.3课题研究的目的和意义41.4 课题解决的主要问题52 箱式变电站总体结构设计62.1 电气主接线的确定62.2住宅小区的负荷计算122.3变压器的选型162.4箱式变电站整体结构设计193短路电流计算203.1 短路的原因及其危害203.2 短路电流计算的目的和步骤213.3 短路电流的计算224 10KV箱式变电站一次系统设计及设备选型274.1 10KV箱式变电站一次系统设计的原则274.2 一次系统设备选型285 10KV箱式变电站二次系统设计425.1 二次系统的定义及分类425.2 断路器控制与信号回路425.3电气测量与信号系统446 无功补偿466.1 无功补偿的概念及原理466.2 无功补偿的合理配置原则466.3 低压配电网无功补偿的方法476.4 补偿容量的确定497 箱式变电站智能监控功能设计517.1 箱式变电站的监控内容517.2 配电网自动化的功能537.3 箱式变电站的智能监控方案54参考文献57致谢58附录 60山东科技大学学士学位论文 绪论 1绪论1.1 课题研究的背景用户供电系统的基础设计目标是为各电力用户的生活提供一个安全、可靠、合理、优质的供电环境。近几年来，工业生产过程和设备与日俱进，自动化水平飞速提高，商业用电和人民生活用电更是日益丰富，这些都对供电系统提出了更高的要求，也使供电系统更加复杂。随着城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器已经越来越不适应人们的要求。因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。随着市场经济的发展，国家在城乡电网改建中，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，所以供配电系统要向节地节电、小型紧凑、安全可靠、智能控制的方向发展，箱式变电站作为电力系统输配电的末端环节，是具备这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛的应用。箱式变电站也称为组合式变电站，简称箱变，是一种能深入负荷中心作为受电和配电的新型成套设备。箱变是由高压开关设备、变压器、低压开关设备和功率补偿装置等组合在一个或者几个箱体内，从而构成紧凑型的变配电成套装置，来取代传统上的土建性变电站实现变配电功能，而且箱变可以与周围外界环境相匹配，有利于美化市容，因此越来越受到世界各国电力工作者的重视。1.2 国内外研究情况及其现状箱式变电站也称组合式变电站、户外成套变电站和预装式变电站。它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备。从结构上来说分为欧式箱变和美式箱变两种，在国外应用比较广泛，在西欧国家占变电站总数的70%以上，在美国所占比例达到90%以上，我国仅达到10%左右。进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易的箱式变电站，电力部门也制定了相应的部颁标准，但是应用并不广泛，直到90年代末期，特别是农网改造工程启动以后，科研开发、制造技术以及规模等都进入了高速发展，被广泛应用于城区、农村10110KV中小型变电站、厂矿及流动作业用变电站的建设与改造，因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高供电质量，特别适用于农村电网改造工程，被誉为21世纪变电站建设的目标模式。箱式变电站从结构上分为组合式变电站（即美式箱变）和预装式变电站（即欧式箱变）。美式箱变按照油箱结构分为共箱式和分箱式两种，欧式箱变采用环网型和终端型两类。美式变电站的结构形式基本上有三种：(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、熔断器分装在左右不同的两个油箱内。其中(1)为原始结构，后两种是它的变形。这种变形的依据是开关操作和熔断器的动作会影响整个箱变的使用寿命。因此分在不同的油箱内，使用难燃油作为绝燃介质，可用于户内或户外。美式箱变体积小占地面积小便于安放，容易与小区的环境相协调，可以缩短低压电缆的长度，降低供电配套的造价。但是供电可靠性低，无电动机构，无法增设配电自动化装置，而且没有电容器装置，当箱变过载或用户增容时，需要重建土建，增加工程的难度。美式箱变使用于对供电要求较低的多层住宅或其它不重要的建筑物的用电，配上小型的环网开关站以后完全可以满足多层住宅的需求，但是不适合小高层和高层。欧式箱变和美式箱变相比辐射较低，因为欧式箱变的变压器是放在金属的箱体内起到屏蔽作用，可以设置配电自动化，但是体积较大，不利于安装，对小区的环境布置有一定的影响，主要用于小高层、高层和一些较重要的建筑物。欧式箱变的总体结构主要包括三个部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，总体结构有组合式和一体式两种。组合式是高压开关设备、变压器和低压配电设备三部分个为一室，既由高压室、变电器室和低压室三部分组成，按照“目”字型或“品”字型布置，“目”字型接线方便，大多数采用这种布置。“品”字型结构较为紧凑，当变压器室排布多台变压器时一般采用这种结构。图1.1 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操作走廊国产箱变相比于美式箱变有了很大的改进，增加了避雷器、机械联锁等装置，使安全性大为提高，但外部构造接近于欧式箱变，因此可以称为欧美一体化箱变。不足之处在于国产箱变有独立的变压器室，由于高低压出线都在侧壁，所以变压器室不需要考虑防护栏等设施，但是设计者在设计时对顶盖设计不加隔热层，仅保留自然通风散热冷却方式，使变压器的散热水平大为降低，所以散热问题成为了值得探讨的问题。1.3课题研究的目的和意义电力是当今世界使用最广泛、地位最重要的能源。变电所是电力系统在实际运用中的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站是供电系统的枢纽，在生产和生活中占有特殊重要的地位。箱式变电站在我国已有30多年的发展历史，现在我国箱变的生产厂已有数百家，全国年产量也已达到上万台，技术日渐成熟，箱变的投资比土建变电站低，而且优点多，更易于实现自动化，目前我国箱变应用仅在10%左右，而外国已达到7090%，所以箱变的社会效益显著，市场前景广阔。在本次设计中力求做到系统运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有灵活性，使设计更贴合世纪，更具有现实意义，以确保电力系统安全正常且更好的运行。电力工业的发展速度和它的经济合理性不仅关系到电力工业本身能源利用的经济和社会效益，同时也会对国民经济其他行业的发展产生巨大的影响。正确、合理的电力系统规划设计实施后可以最大限度的节约国家基础建设投资，促进其它行业的健康发展，提高其它行业的经济和社会效益，因而它的重要性是不可低估的。1.4 课题解决的主要问题 本次设计需要解决的问题有很多，主要有以下几个方面： （1）根据电力负荷对供电可靠性的要求对负荷统计，根据负荷统计的结果确定主变压器的容量和型号； （2）电气主接线的设计。电气主接线设计是整个变电所设计的核心技术，它对变电所内电气设备选择、布置，继电保护及自动装置的设计，起着决定性的作用，直接影响变电所以及电力系统安全、经济、稳定、可靠的运行； （3）电气设备的选型。通过电流校验条件来选择电气设备，需要选择的设备有高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器等； （4）二次系统的设计。完成断路器控制回路的设计，测量与保护回路的设计，包括防雷与接地保护的设计，整合各部分从而完成整体设计。 75山东科技大学学士学位论文 箱式变电站总体结构设计 2 箱式变电站总体结构设计2.1 电气主接线的确定2.1.1 主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求，概括的说就是八个字 “安全、经济、可靠、灵活”。 （1）安全包括设备安全及人身安全，要满足这一点，必须按照国家和行业对标准和规范的规定，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。（2）经济是指在满足了各种基本要求的条件下，尽量保证需要的设计投资最少，因此，主接线的设计应满足在基本的安全前提下，做到经济合理，主要应从投资小、占地面积少、电能损耗小等几个方面综合考虑。电气主接线的经济性是相对而论的，在资金充足时，对经济性的要求可以放低，如果两种主接线的可靠性和方便性差不多，则选择经济性较好的一种。 （3）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。电气主接线的可靠性不是绝对的，同样的形式在一些发电厂或变电所来说是可靠的，但对另一些发电厂或变电所则不一定能满足可靠性要求，所以在分析主接线图时，要考虑发电厂或变电所在整个系统中的地位和作用，也要考虑用户的负荷性质和类别。电气主接线可靠性的高低直接决定着经济损失的大小，可靠性越高停电时的经济损失越少，反之，则越多。（4）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。2.2.2 主接线的基本形式与选择1.主接线的基本形式 主接线的基本形式是指主要电气设备常用的几种连接方式，变配电站的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，是由各主要电气设备（包括变压器、开关电器、母线、互感器及连接线路等）按一定顺序连接而成的、接受和分配电能的总电路。接线方式主要分为有母线的接线形式和无母线的接线形式两大类，母线是汇流线，用以汇集电能和分配电能的，是发电厂和变电所的重要装置。变电所电气主接线的基本环节是电源（变压器）、母线和出线（馈线）。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。因此，现在变电所主要采用有汇流母线的接线形式。有母线的接线形式主要有：单母线接线、单母线分段接线和双母线接线。2.不同接线形式的比较与选择（1）单母线接线单母线接线是一种最原始、最简单的接线。单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上即所有电源及出线均接在同一母线上。供电电源是变压器或高压进线回路，母线即可以保证电源并列工作，又能使任一条出线路都可以从电源1或2获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关称作母线隔离开关，靠近线路侧的称为线路隔离开关，在实际变电所中，我们通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸。单母线接线的优点是清晰明了，所用设备少，操作简便，造价低。断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低，易扩建和采用成套式配电装置。缺点是灵活性和供电可靠性差，当母线或母线隔离开关等任一元件发生故障或检修时，必须断开它所连接的电源，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2.1。图2.1 单母线接线a）一路电源进线 b）两路电源接线在主接线中，断路器和隔离开关是配合操作的。断路器是电力系统的主开关，一般都是做成密封或者真空的，不能明显地看见回路已经断开。隔离开关刚好补充了它的这个缺点，隔离开关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，然后合断路器。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。（2）单母线分段接线单母线分段接线是采用断路器将母线根据电源数目和功率分段，一般是分成两段，分段断路器两侧一般装有隔离开关，供断路器检修用。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，不至使重要用户停电。在供电可靠性要求不高时，也可用隔离开关分段，任一段母线发生故障时，将造成两段母线同时停电，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。接线比较简单，操作方便，可靠性提高；且调度方便，扩建也较方便，缺点是当一段母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所有回路到要长时间停电。单母线分段接线方式连接的回路数一般比单母线接线方式增加一倍。这种接线方式一般在中小型变电所中被广泛采用。在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时，一般不采用。接线方式如图2.2。 图2.2 单母线分段接线（3）双母线接线双母线接线方式就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线都是工作线，而每一回路都可通过母线连接的断路器并列运行。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，各电源和回路的负荷可任意分配到某一组母线上，可以灵活调度，便于向母线左右任意一个方向扩建。缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、造价费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，不宜实现自动化；尤其当母线故障时，须切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的，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2.3所示。图2.3 双母线接线当进线回路数比较多或母线上连接电源较多时，输送功率较大，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也不允许影响用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时可以采用双母线接线。由上述各连接方式的优缺点比较知，单母线接线造价低但供电稳定性低，双母线供电稳定性高但其造价高而且接线线路复杂，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高压侧母线选用单母线接线方式，0.4kV低压侧采用单母线分段接线方式。2.2住宅小区的负荷计算2.2.1 电力负荷的含义和特性 电力负荷又称为电力负载，一般有两种含义：第一种是指耗用电能的用电设备或者用户，比如重要负荷、一般负荷、照明负荷、动力负荷等；第二种是指电力系统中所有用电设备消耗的功率，比如轻负荷、空负荷、重负荷等。电力负荷的具体含义视情况而定。因为用电设备的启动和停止完全是随机的，因此负荷也是随机变化的，但在某种程度上也有规律性，例如有些负荷随季节、企业工作制的不同而出现一定程度的有规律的变化。这种变化的规律性可用负荷曲线来描述。负荷曲线是指在某一段时间内用电设备有功、无功负荷随时间变化的图形分为有功负荷曲线（P）和无功负荷曲线（Q）。常用的是有功负荷曲线。每类负荷曲线按时间坐标长短的不同，可分为日负荷曲线、年负荷曲线等；按描述的负荷范围不同还可分为用户负荷曲线、地区负荷曲线和电力系统、发电厂负荷曲线等。2.2.2 电力负荷的分类 电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度可分为三类。1一级负荷符合下列情况之一时，为一级负荷：（1）中断供电将造成人身伤亡时；（2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。（3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作时。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。2. 二级负荷符合下列情况之一时，应为二级负荷：（1）中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。（2）中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。3.三级负荷 三级电力负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一级和二级负荷均应为三级负荷。各级电力负荷对供电系统的要求不同，对一级负荷应由两个独立电源供电，当一个电源发生故障时应由另一个电源及时供电。对一级负荷中特别重要的负荷，还要另加应急电源，以确保对其供电的可靠性。二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台，当发生电力变压器故障或电力线路故障时，不能中断供电或中断后能迅速恢复，在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一回6KV及以上专用架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的电缆段供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷；为了解决线路和变配电设备的检修以及突然停电后设备能安全停产问题，设备可用小容量柴油机发电站，其容量根据实际需要确定。三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求。2.2.3 电力负荷的意义和计算方法计算负荷是整体供电设计计算的基本依据，计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电气原件和导线电缆的选择是否经济合理，如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处在过负荷状态下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化甚至引起火灾，同样会造成重大损失，因此，正确确定计算负荷意义非常重大。电力负荷的计算方法有以下几种：（1）需要系数法需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同是系数（一般取0.9），直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。（2）二项式法二分式法是将将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响，适用于机修类用电设备计算，其他各类车间和变电所施工设计也常采用，但二项式法计算结果一般偏大。（3）利用系数法采用利用系数法求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因此计算结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算较繁。（4）单位面积功率法多用于民用建筑，除此外在用电设备功率和台数无法确定或设计前期也采用此方法。根据民用建筑设计规范的规定，负荷计算方法选取原则是：一般情况下需要系数法用于初步设计及施工图设计阶段的负荷计算；而单位面积功率法和单位指标法用于方案设计阶段进行电力负荷估算。因此，本工程采用需要系数法来计算负荷。2.2.4 负荷的计算根据国家电网公司电力安全工程规范的有关规定和要求，居民小区的每户供电能力即单位用电指标至少要达到410kW。以此考虑，住宅小区在电气设计时，户住房面积在100及以下的，设计容量应为5kW左右；住户住房面积在100以上的，设计容量应为8kW左右。该小区有4栋5层住宅楼，无电梯。共计160户，占地面积约25000 m，属于三级负荷。居民每户住宅面积在70100，按照平均面积每户在80来计算负荷。 根据民用建筑电气设计规范3.4.2.1.描述：“在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计阶段，宜采用需要系数法。”用单位指标法确定计算负荷P (用于照明及家用电负荷)，即：P=PeiNi(kW) （2.1）式中Pei单位用电指标KW/户Ni户数 应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷(PM)。PM=P （2.2）式中为同时系数，不同的住户值不同，一般情况下，用户数量在25100户的同时系数取0.6；用户数量在101200户的同时系数取0.5；用户数量在200户以上的同时系数取0.35。该设计中有160户，故同时系数取0.5。我们按照每户最大的用电负荷为5KW/户考虑，所以：P=5 kW/户160户=800 (kW) （2.3）小区实际最大负荷 PM=P=800(kW)0.5400(kW) （2.4）其它共用照明负荷PL估算为20KW，所以综合最大负荷P为 P=PL+PM=400KW+20KW=420kw (2.5)选择配变容量S:SPcos(KVA) (2.6)cos为负荷功率因数，一般取值为0.80.9。SP0.85=4200.85=494 (KVA)，变压器总容量应为500 KVA，按此选择变压器。2.3变压器的选型2.3.1 变压器的类型选择 目前国内10kV及以下配电网主要采用的变压器类型有：油浸式配电变压器S9系列配电变压器，S11系列配电变压器，卷铁心配电变压器，非晶合金铁心变压器，干式变压器（浸渍绝缘和环氧树脂绝缘）等。非晶合金铁心变压器主要优点是空载损耗低，它的空载损耗值比同容量的新S9型配电变压器降低75%左右，节能效果非常明显。当前此类变压器的材料主要依赖进口，所以价格较高，相比S9系列变压器要高1.5倍左右，在电网内并未完全推广开，多数设计还是使用油浸式配电变压器S9系列和S11系列配电变压器。由于采用油浸式变压器的箱变时，当变压器容量在800kVA及以上时，需加装重瓦斯保护装置，将使箱变的设计变得相当复杂，而且不易操作，也增加了安全隐患。所以，通常变压器容量在800kVA及以上时要选择构简单，维护方便，又有防火、难燃等特点的环氧树脂绝缘干式变压器，干式变压器虽然较油浸式变压器价格高，但可以长期免维护，且不必加装重瓦斯保护装置，这两方面的特点也可以平衡变压器在价格上的差异。变压器型号通常由表示相数、冷却方式、调压方式、绕组线芯等材料符号及变压器容量、额定电压、绕组连接方式组成。本次变压器容量为500KVA，选用的油浸式变压器型号为S11-M-500/10，S表示三相，11为设计序号，M表示封闭，500表示额定容量（千伏安），10表示一次侧额定电压（千伏）。2.3.2 变压器的连接方式的确定箱式变压器为降压变压器。常见的变压器绕组有两种接法，即“三角形接线”和“星形接线”，联接组别的表示方法是大写字母表示一次侧的接线方式，小写字母表示二次侧的接线方式。Y（y）为星形接法，D（d）为三角形接法，n表示中性点有引出线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧电压向量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。其器身为三相（绕组）三柱（铁芯）或三相五柱结构、Dyn11或Yyn0联结，。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不稳定偏移，负载电压质量可得到保证，在绕组外部的线路上不会产生三次谐波电压及零序电压，这种变压器具有很好的耐雷特性，损耗相对较小。但是制造工艺复杂，机械强度较差，一次侧耐压要求高。这种接线组别的变压器适用于一次侧采用负荷开关熔断器组合的电器场合和三相四线制供电、照明负荷所占比重大的场合。Yyn0变压器的优点是一、二次绕组机械强度大，能经得住较大的短路电流，消耗材料少，制造工艺简单，缺点是中性线短线和较大的三相不平衡负荷都会引起很大的中性点电位偏移，对于二次侧入侵的雷电过电压抵御能力差，这种变压器适用于配电变压器一次侧采用跌落式熔断器，三相四线制供电，同时有动力负荷和照明负荷的场合。变压器联结方式如图2.4。图2.4 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500kVA，虽然从理论上讲，Dyn11接法比Yyn0接法在性能上优越，但在这种容量不大的配电变压器上，这种优越性并不突出，而且后者接法结构简单，所以本次设计采用Yyn0接法。2.3.3 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，另一种是将变压器安装在封闭隔室内。本次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。为了防止日照辐射使室温升高，四壁添加隔热材料、双层夹板结构，顶盖设计成带隔热材料的结构，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来控制，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。为防止灰尘对绝缘的影响，可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作为动作的整定值。2.4箱式变电站整体结构设计10kV箱式变电站高压室额定电压为10kV ，低压室额定电压为0.4kV。主变压器额定容量为500kVA，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、防雷、防雨和防小动物等措施及占地面积小、操作方便，安全可靠、可移动等特点。箱式变电站整体结构主要包括4部分，分别为结构框架、高压室、低压室、变压器室。 （1）结构框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，四壁和顶盖采用金属板内衬阻燃材料压制而成，起到隔热的作用，根据具体情况，可以在订货时对主体结构提出相应的要求。（2）高压室：里面装高压柜，装备真空断路器，包括三工位（合闸、分闸、接地）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、电容柜等。（4）变压器室：配备500kVA油浸式变压器。室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇，用来散热。 山东科技大学学士学位论文 短路电流计算 3短路电流计算 3.1 短路的原因及其危害在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路，所谓短路就是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。产生短路的原因很多，主要有以下几个方面：（1）元器件的损坏，比如绝缘材料的老化，设计、安装及维护不周带来的设备缺陷发展成短路；（2）气候条件恶劣，比如雷击造成的避雷动作，架空线路由于大风或者导线被冰雪覆盖引起的电杆倒塌等；（3）人为原因，运行人员违规操作，比如带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就上电压等；（4）其它外界原因，比如挖沟挖到电缆，鸟兽跨接在裸露的载流线上等；在三相系统中，短路的形式分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路、三相短路。由电力系统的运行经验表明，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路很少发生，但一旦发生三相短路，情况就会比较严重，应给予足够的重视，因此，对三相短路的研究具有重要的意义。在短路电流计算过程中，都以最严重的情况为依据，因此本设计的短路电流计算也是以三相短路为目标来计算。在供电系统中发生短路故障时，短路电流会比额定电流大几十倍，一般能达到数千安，短路电流通过电气设备时会产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升，可能会损坏设备及电缆，在短路点附近电压下降，造成这些地方供电中断或者影响电动机正常工作，当短路点离发电厂很近时，会使发电机失去同步，从而影响整个电力系统的运行。3.2 短路电流计算的目的和步骤1.短路电流计算的目的为了减少短路对电力系统的危害，必须采用限制短路电流的措施，合理设计电网，比如在线路上装设电抗器，另外，在发生短路电流故障时，要做到迅速将短路的部分与系统其它部分隔离开，使无故障部分恢复运行，要做到这些都离不开对短路故障的分析和短路电流的计算。短路电流计算的目的主要有以下几个方面：(1)短路电流计算为选择和校验各种电气设备的动稳定和热稳定性提供依据；(2)短路电流计算为设计和选择发电厂和变电站的电气主接线提供依据；(3)在设计户外高压配电装置时需要按照短路电流来校验软导体的相间和相对地的安全距离；(4)接地装置也需要用短路电流。2.短路计算的步骤在工程设计中，短路电流的计算一般使用曲线法。步骤如下：（1）选择短路计算点。在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的点，称为短路计算点。（2）画等值网络图：首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗；选取基准容量和基准电压（一般取各级的平均电压）；将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗；绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。（3）化简等值网络：为计算不同短路点的短路电流值，将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。（4）求计算电抗(将各转移阻抗按各发电机额定功率归算)。（5）查运算曲线查出各供给的短路电流周期分量标幺值。（6）计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。（7）计算短路电流周期分量有名值。3.3 短路电流的计算 具体短路电流计算如下：（1）基准值的选择通常选基准容量基准电压一般取用各级的平均电压，即： 基准电流：= (3.1)= (3.2)（2）各元件的电抗标幺值的计算 短路电流计算一般略去元件的电阻，故仅计算元件的电抗标幺值。电力系统的电抗标幺值 （3.3）式中为电力系统的电抗值，为电力系统的容量，查资料得出，对中型城市，一般取300MVA，所以 （3.4） 电力变压器的电抗标幺值 （3.5） 式中为电力变压器的额定容量，%为阻抗电压（也称短路阻抗），它表示将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压与额定电压的比值百分数，查表可知：，即 （3.6）电力线路的电抗标幺值 （3.7）式中为线路电抗，为导线单位长度的电抗，为导线长度，查表知电缆的，取0.5km，即 （3.8）画出系统的等值电抗图为0.338.114K-2K-10.042(3) 对k-1点的总电抗标幺值、短路电流和短路容量的计算总电抗标幺值 （3.9） 三相短路电流周期分量有效值 （3.10）各三相短路电流在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值始终不变，所以三相短路次暂态电流和稳态电流 （3.11）三相短路冲击电流以及第一个周期短路全电流有效值 (3.12) (3.13) 三相短路容量 （3.14）(4) 对k-2点的总电抗标幺值、短路电流和短路容量的计算 总电抗标幺值 （3.15） 三相短路电流周期分量有效值 （3.16） 各三相短路电流在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值始终不变，所以三相短路次暂态电流和稳态电流 （3.17）三相短路冲击电流以及第一个周期短路全电流有效值 (3.18) (3.19) 三相短路容量 （3.20）以上计算结果综合见下表： 表3-1 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流（kA）三相短路容量（MVA） k-1点14.814.814.837.722.3268.8k-2 点16.9716.9716.9731.2218.5011.78 山东科技大学学士学位论文 10KV箱式变电站一次系统设计及设备选型 4 10KV箱式变电站一次系统设计及设备选型4.1 10KV箱式变电站一次系统设计的原则箱式变电站的一次系统是由发电机、送电线路、变压器、断路器等设备组成的完成发电、输电、变电、配电功能的系统。它们是电力系统的主体，其功能是将发电机所发出的电能，经过输变电设备，逐级降压送到配电系统，而后再由配电线路把电能分配到用户。箱式变电站一次系统设计的原则是：（1）变配电站采用计算机监测与控制后对一次系统接线没有影响，一次系统接线方式及供电方案仍按有关要求与规定进行设计。（2）变配电站采用计算机监测与控制后，应发挥计算机的图形显示功能，模拟盘可以简化或者取消。（3）变配电站采用计算机监测与控制后，可以实现无人或少人值班，值班室面积可以减小，分散值班可以集中于一处值班。10kV高压侧母线采用单母线接线，0.4kV低压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，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S11型油浸式站变，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。4.2 一次系统设备选型4.2.1 电气设备选择的一般条件电器选择是变配电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时应根据工程实际情况，按照有关设