箱式变电站设备的选型设计

中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 1 页 1 引言 随着城市现代化建设的飞速发展 上海大屯能源股份有限公司供电网 络 配电网 不断更新改造 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 箱式变电站正是这种集成化程度高 工厂预安装 节能 节地的发展中设备 因而在供电网络中得到广泛应用 至 2002 年前 上海大屯能源股份有限公司供电网络三十年来一直使用 70 年代的产品 设备容量小 不同程度老化 事故发生率高 每年事故抢 修需耗费大量的人力 资金 物力 2002 年公司对电力设备进行大幅改造 引入箱式变电站 从 2002 年引进第一台箱式变电站到目前 6 年时间箱式变 电站数量已达 28 台 分别装设在生产 生活用电负荷较大 人口密集区域 供电可靠性高 先后投运了 630kVA 的箱变六座 一座 10kV 电源环网式 五座终端式 而且还计划连同线路配网自动化工程一起实现调度自动化 箱变投入后 已初步收到良好效果 事故率明显降低 生活用电负荷较大 人口密集区域 供电可靠性高 先后投运了 630kVA 的箱变六座 一座 10kV 电源环网式 五座终端式 而且还计划连 同线路配网自动化工程一起实现调度自动化 箱变投入后 已初步收到良 好效果 事故率明显降低 从箱式变电站试验验收检查和运行中我们发现 箱式变电站有很多优 点 但其结构中还存在很多不足 有的问题在各箱式变电站中重复出现 如设备与箱体间间距不够等 为了箱式变电站的发展 有必要将遇到的问 题提出 以便于诸多厂家设计人员在今后的箱式变电站发展应用中不断改 进 国家经济不断发展 人民生活水平明显提高 家用电器如空调 微波 炉 电磁炉等用电设备已逐步在普通家庭中普及使用 居民用电负荷剧增 投用多年的配电站设备已不能满足日益增长的用电负荷的需要 反映在如 下几方面 1 配电站内的变压器容量普遍偏小 原设计容量仅满足居民照明 生活用电需要 所以急待增容 2 投用多年的变配电站设备已老化 线路绝缘材料出现破损 线径 细 容量小 站内设备技术性能 工艺水平落后 操作手续繁琐 故障率 高 每年夏季均会发生多起设备烧毁 居民小区停电等事故 急需改造 3 配电室面积普遍偏小 不能满足设备增容及扩建改造的需要 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 2 页 4 随着公司的扩建 各式酒店 旅社 居民生活小区不断建设 急 需增设变配电站 5 随着近几年的公司建设发展 公司空地越来越少 地价越来越 高 人们对环境美化的要求不断提高 希望变配电站占地面积小 美观 原来变配电室的布设位置 式样很多已经影响城市的市容及城市规划建设 需要拆除 6 建造一所普通变配电站从土建到设备投运需要数月到一年 耗 时长 费用高 对居民的日常生活影响较大 已不适合城市高效快速发展 的要求 因此 以结构紧凑 占地面积小 布置灵活 噪音小 现场安装工作 量少 安装周期短 投资少等诸多优势占领欧美市场的箱式变电站于 2002 年引进大屯能源股份有限公司 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 3 页 2 箱式变电站简介 2 1 概念 箱式变电站简称箱站 又称户外成套变电站 又称高压 低压预装式变 电站 又称组合式变电站 它是集高压开关柜 变压器 低压开关柜于一 体 并在制造厂内装配完成的变电站 它起源于 20 世纪 60 年代 于欧美 等西方发达国家普遍使用的一种户外成套变电站 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 很快在很多国家应用 进入 20 世纪 80 年代初期 我国开始出现 简易欧式箱式变电站 电力部也相应制定了部颁标准 但应用并不广泛 到 90 年代末期 城网扩建加快 特别是农网改造工程的启动 箱式变电站 以其凸显的优势得以迅速研发 生产 制造技术及制造规模等都进入了高 速发展的快车道 箱式变电站被广泛应用于商务中心 居民住宅小区 车 站 港口 机场 仓库 公园 油田 工厂 矿山 市政工程 临时性施 工工地等 布置方式灵活多样 经过十几年的发展 我国箱式变电站的生 产厂已达数百家 全国年产量达数万台 国内箱式变电站的电压等级已达 到 35kV 箱式变电站已成为我国城市电网建设和农网改造的重要电力装 备 2 2 箱式变电站的结构 箱式变电站从来源和产品结构分为 欧式和美式两种 欧式箱站的最大特点是 组合 又称组合式箱站 组合式箱站一般 由变压器室 高压室 低压室组成 高压室有高压配电装置 高压真空 负荷开关 高压熔断器和氧化锌避雷器 电压互感器 电流互感器 支持 绝缘子 母线等组成 可以进行停送电操作并且有短路保护 低压室有低 压配电装置 低压空气开关 支持绝缘子 母线 电力电容器 低压电 流互感器 电流表 电压表及电度计量装置等组成的 组合式箱站是将高 压开关设备 配电变压器和低压配电装置用 3 个不同的隔室隔开 通过电 缆或母线来实现的电气连接 一个箱站内可放置 1 台或 2 台变压器 我公 司低压出线回路最多的达 9 条 箱站尺寸变化较大 可对变压器 高压开 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 4 页 关 低压开关 柜型自由选择 所用高低压配电装置及变压器均为常规产 品 容易购买更换 变压器一般采用 S9 或 S11 或干式变压器等 高压室 变压器室和低压室设备布置有目字型或品字型 2 种布局方式 目字型布局 与品字型布局相比 目字型接线较为方便 我公司箱站目字型布局与品字 型布局都有 大多采用目字型 高 压 室 变 压 器 低 压 室 图图 2 2 12 2 1 目字型布局目字型布局 图图 2 2 22 2 2 品字型布局品字型布局 由于总体设计是按照免维护型考虑的 目字型布局箱站内操作走廊很 小 欧式箱变表面处里的方法较多 采用传统的喷漆 烤漆 喷塑等方法 进行处理 还有水泥板结构的壳体外贴上彩色瓷砖 或贴贴面等方法进行 表面处理 特别是置于住宅小区的箱变外观 与当地建筑物的风格协调统 一 美式箱站就是所谓的一体式箱站 它是以变压器为主体 把高压熔断 器及负荷开关装在变压器油箱内 构成一体式布置 这种型式的箱站体积 更小 其体积近似于同容量的普通型油浸变压器 仅为同容量组合式箱站 体积的 1 3 左右 美式箱站用在中性点直接接地系统 在美国 箱站的使 用量已达配电变电站的 90 在美国箱站符合 美国电力制造商协会 NEMA 和 美国国家标准局 ANSI 所颁布的最新标准 美式箱变的主要特点 1 过载能力强 允许过载 2 倍 2 个小时 过载 1 6 倍 7 个小时而 不影响箱变寿命 低压室 走 廊 高 压 室 变 压 器低压室 高压室 变 压 器低压室 变压器 高压室低压室 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 5 页 2 采用肘式插接头 可以十分方便高压进线电缆的连接 并可在 紧急情况下作为负荷开关使用 即可带电拔插 3 采用双熔断器保护 插入式熔断器为双敏熔丝 温度 电流 保 护箱变二次侧发生的短路故障 后备限流保护熔断器保护箱变内部发生的 故障 用于保护高压侧 4 变压器一般采用高燃点油 R TEMP 2 3 美式箱变的高压负荷开关 美式箱变的负荷开关是放入到变压器油箱内 采用二位置油浸式负 荷开关 T 型 和四位置油浸式负荷开关 V 型 是美式箱变的专用开关 油二位置为终端式 四位置为环网式 2 4 关于美式箱变的缺陷 两种位置开关都具有三相联动的旋转式机构 能在额定电流下进行切 换 但不能用来开断故障电流 T 型四位置开关可允许在变压器不励磁的 情况下保持环网连通 四位置开关需要使用专用的绝缘操作杆进行操作 可按任一个方向旋转 360 以选择供电方式 四位置开关转动机构中装有 加速弹簧 以确保快速开断或接通开关 减少供电中断时间 在操作前先 将开关位置指示牌调整到原位置和新位置之间 操作时要干脆利落 不要 在转动中途松开或停止 否则会产生有害电弧 也不能中途停顿后再反方 向转换 操作到新位置时应略转过指示开关 待听到 喀嗒 声 表示开 关已进入位置 这时才可松开操作杆 并将操作杆返回到正常位置 由于 此负荷开关是放在变压器油箱中 其关合位置只能根据外部操作面板的指 示来判断 而且其操作要通过专用的绝缘操作杆来进行 所以其操作较比 复杂 从这一点来看 其操作很不方便 此外 由于看不见负荷开关的开 断触头 即明显断开点 所以在开断后 给人们一种不放心的感觉 此外 其负荷开关一旦发生故障 更换 维修都将是十分困难 美式箱变在油箱中填充的油一般为 R TEMP 油 其燃点可达 312 并 且具有优良的电热特性 绝缘强度高 润滑性好 熄弧能力强 无毒 可 以进行生物分解 因此最大程度地减少了对环境和健康的危害 R TEMP 油 不象传统矿物油那样会形成沉淀物 而国产美式箱变绝大部分填充的都是 25 普通矿物油 此外 一般情况下美式箱变的油箱上部都充有惰性气体 以防止空气中的水份交换到油中去 而国产的美式箱变可能还没有企业进 行此项工作 由于负荷开关 熔断器与变压器铁心 线圈均在一个箱体内 以变压器油作为它们的共同绝缘和冷却介质 而负荷开关的开断 熔断器 遇短路电流而熔断的过程 将不可避免的产生电弧 使变压器油碳化 游 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 6 页 离 导致变压器油加速老化 油的性能就要降低 加之其密封性能达不到 要求 所以必须定期换油 其次 美式箱变由于其结构特点 也使输出路数的增加 受到一定程 度的限制 美式箱站箱体采用防腐设计和特殊喷漆处理 适用于各种恶劣环境 如多暴风雨和高污染地区 其箱体在喷漆前经过八道预处理工序 然后进 行七道喷漆和烘烤工序才算完成 而国内生产的美式箱变壳体几乎没有进 行特殊处理 采用酸洗后 静电喷涂处理 甚至有的企业连酸洗处理都不 进行 更有甚者 在外表面上只进行喷漆处理 可想而知 其外壳的防腐 能力如何 即便是静电喷涂处理 由于底表面进行处理时往往会出现一些 死角 而静电喷涂在这些没有处理好的部位上很难喷涂上粉末 所以必然 留下锈蚀的隐患 由于箱变要长年累月的在风吹 雨淋 日晒的户外环境 中工作 如果表面处理不好 锈蚀将十分严重 美式箱站执行的是 ANSI 美国标准免维护 20 年 而我国生产的美式箱 站 执行是 GB T17467 1999 高压 预装式变电站 国内标准 不同标 准下的箱站在要求 设备材料 设备制造技术 工艺 间距要求 变压器 材料等方面都存在很大差别 设计人员完全套仿国外产品 质量无法保证 比如 公司发电厂供电部近期购进某大变压器厂生产的一台美式箱站 变 压器 ZGS11 Z 630 10 Yn0型 负荷闸刀在箱体内一体式 箱站设计人员 在箱站安装时到施工现场 当我们问及箱站有关问题时 箱站设计人员竟 连安装在箱站测面的压力表是监测什么压力 如何观测 何种情况指示安 全压力位置 什么情况指示危险压力 压力阀在什么情况下动作 释放压 力 一概不知 这样的设计人员设计产品的科学依据是什么 这样的产品 质量能有保证吗 该箱站在交接试验时发现如下问题 1 变压器低压侧 零线拆除后 摇测变压器低压出线绝缘电阻仍然为零并且伴有放电声 2 380V 控制开关下侧查出两处错误接地 我们把箱站低压侧所有接地点拆开 查找接地点 箱站空间距离小 拆装均不方便 箱站出厂检查不到位给现 场带来很多麻烦 3 低压侧连接导线均为普通绝缘线 不阻燃 4 低 压开关间距离太近 低压开关壳体互相挤压 本来为免维护产品 可在新 装检查就发现问题 质量可想而知 另一台在铁路投用 4 年的美式箱站已 经出现变压器分接开关渗油问题 该分接开关安装在箱体侧面 分接开关 密封垫质量出现问题 出现渗油 无法处理 大屯能源股份有限公司供电 网络范围 28 台箱站中仅有 2 台美式箱站 目前 2 台都存在问题 电力设备 用电一般都不太均衡 而且负荷侧短路故障也是十分突出 一旦二次侧短 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 7 页 路故障达到一定数量级时 完全有可能造成插入式熔断器熔断而导致两相 运行 如果不能及时发现 就会诱发更大故障 因此此种保护不太理想 由于用电负荷侧的故障是随机的且不可预料 加之我们很多制造厂对低压 侧的配电开关选择不是很合理 所以很容易导致插入式熔断器的某相熔断 之现象 对于美式箱变的后备保护熔断器 主要作用是保护变压器一次侧 绕组发生的短路故障 换句话说 变压器的一次绕组短路造成限流熔断器 熔断后 这台箱变基本上就不可能再维修了 只能返厂 因此 此熔断器 熔断 一次侧短路都会给美式箱变带来无法修复的后果 整个箱站就不能 在短时间内恢复送电 影响正常供电 从目前两台美式箱站使用情况看 国产美式箱站仿制美国的产品 很多技术要求不清楚 在选材上就会有很 大的出入 质量达不到免维护 20 年的要求 设备都在箱体内又不能按常规 检修 由于以上种种原因 目前在选购箱站时我建议尽量选用欧式箱站或 进口美式箱站 待以后国产美式箱站质量提高或另一组熔丝改造可更换后 再大批购置 下文提出的有关箱站建议均为欧式箱站内容 美式箱变依靠插入式熔断器来进行油温保护 用一个温度计来显示油 温 当油温太高时 插入式熔断器保护 一个压力释放阀 用来释放油箱 内太大的压力 因此 应该经常检查在此两种情况下熔断器是否正常运行 巡视检查运行检视仪表 压力计 压力释放阀 油位计 油温表位置及外 壳是否发生渗漏油现象 2 5 箱站容量选择 选择箱变容量 以居民小区现有的负荷为依据 适当考虑负荷发展 选择箱变容量按照 5 年电力发展计划确定 箱壳高 低压室和变压器室应 设有自动照明装置 有防尘 防凝露措施 变压器室通风良好 装置高压 配电装置具有防误分 误合断路器 防止带负荷分合隔离开关 防止带电 挂 合 接地线 接地开关 防止带接地 开关 合闸 防止误入带电间 隔等 五防 功能 箱站外壳大多采用铝合金钢板或不锈钢体或聚苯乙烯 复合板 材料可以是金属 非金属或者两者结合 要求耐受一定的机械力 的作用和具有足够的机械强度 应能承受因内部故障电弧而引起的冲击力 壳顶一般都采用隔层结构 箱体采用双层密封 双层铁板间充入高强度聚 胺脂的隔热材料 具有隔温 防潮等特点 底盘钢架金属喷锌 有良好的防 腐性能 在外形设计时要尽量考虑与外界环境协调 箱式变电站一般用于 户外 因此在结构上必须采取一系列措施 要防止凝露 否则会引起闪络 放电 要防发热 否则轻则引起设备功率下降 重则烧毁设备 要防腐蚀 因为外壳在户外风吹雨淋之下很容易受到腐蚀 要防水 否则雨水进入箱 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 8 页 式变电站后 会影响设备正常工作 要防爆炸 主要是从人身安全方面考 虑 由于箱式变电站经常用在生活小区等场所 还要考虑它的外观 增加 美学特点 甚至还要进行人性化设计 如不能太高 以免影响人们的视线 也不能太低 以免有人爬到变电站顶上 造成危险 箱站中的电器设备元件 要求选用优质产品 元器件的技术性能均应 满足相应的标准规范要求 为了可靠实现五防要求 各电器元件之间采用 机械联锁 另外箱式变电站还具有电能检测 显示 计量的功能 并能实 现相应的保护 还设有专用的接地导件 并有明显的接地标志 箱体所有 大门及配电屏门均要接地 采用软铜带 联接可靠 柜内所有电器元件均应选用具有生产许可证并满足电力部门要求的正 规厂家产品 柜内的绝缘件应采用耐电弧 高绝缘材料 以保证设备的绝缘水平和 当一段故障时不至于延伸到其他间隔 箱站的配置应满足图纸设计要求 3 箱式变电站相关设备的选择 3 1 电气设备的选择 箱站系统额定电压为 10kV 额定电流不小于配变 10kV 侧额定电流的 2 倍 10kV 电源从进线柜用高压电缆引入 柜内装有电缆头和 HY5W 12 7 50 金属氧化物避雷器 配变控制柜内 装有带接地连锁的 10kV 隔离开关 它 作为配变检修时与电源有明显断开点并安全接地 配变高压侧选用 FZRN25 12D T200 31 5 型户内交流高压负荷开关 熔断器组合电器 开关为弹簧储 能机构 可手动或电动跳 合闸 作为配变投 切使用 熔断器的熔丝额 定电流按配变高压侧额定电流的 1 5 倍选择 作为配变高压侧过负荷保护 变压器室内 安装 S9 型 S11 型或干式 10 0 4kV 低损耗变压器 1 2 台 变压器额定容量 Se 可按供电半径 500m 内供电台区内的最大负荷 Pmax 和经 济负载系数 计算 经计算大屯煤电公司一般选用 250 630kVA 为宜 选择两台配变时 应满足一台配变检修或事故时 另一台能保证对用户正常供电 箱变容量的选择对综合投资效益有很大影响 变压器容量选得过大 不仅一次性投资大 空载损耗也大 变压器容量选得过小 变压器负载损 耗增大 一方面变压器的最佳负载率 即效率最高时的负载率 不是在额 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 9 页 定状态下 而是在 40 70 之间 负载率过高 损耗明显增大 另一方面 由于变压器容量裕度小 负荷稍有增加 便需更换大容量箱变 频繁增容 势必会增加投资 影响供电 配变容量确定 当 5 年内电力发展明确 变动不大且当年负荷不低于 变压器容量的 30 时 SN KS PH cos 式中 SN 箱变在 5 年内所需配置容量 kVA PH 5 年内的有功负荷 kW KS 同时率 一般为 0 7 0 8 cos 功率因数 一般为 0 8 0 85 变压器效率 一般为 0 8 0 9 根据公式一般把 KS 0 75 cos 0 8 0 8 SN 0 75 PH 0 8 0 8 1 2 PH 通过对箱式变技术经济分析比较 选择了技术经济性能最佳的产品 3 2 配变型号选择 3 2 13 2 1 配变配变 配变选择的一个重要原则是运行损耗要小 目前 同容量的各种型号 配变的铜损基本上是一样的 铁损相差较多 如 S11 配变比 S9 配变的铁损 要减少 30 而非晶合金铁芯变压器 SH11 铁损仅为 S9 型变铁损的 1 4 但 S11 的价格比 S9 的要贵 而非晶合金变压器价格更贵 因此 在配变型号 的选择中 应认真分析其运行成本和初期成本 经科学分析 确定配变型 号的选择 配变损耗率计算公式为 A Pn S Sn 2 P0 S COS 100 对于 315KVA 容量的 S9 S11 SH11 型配变 在功率因素为 0 9 的情 况下 其损耗率如图所示 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 10 页 图图 3 13 1 S9S9 型与型与 S11S11 型配变损耗率对照曲线型配变损耗率对照曲线 从图中可以看出 三种型号的配变均有比较宽广的低损率区 且在负 荷率较大时 其损耗率基本一致 当负荷率小于 30 且负荷率越小时 SH11 S11 S9 型配变三者之间的损耗率差别越明显 其负荷率相对较高 此时 对于 SH11 S11 和 S9 配变而言 损耗率基本一致 因此选择 S9 型 配变有价格优势 从图中可以看到 只要平均负荷率达到 20 则对于 S11 型配变其损耗率仅为 1 09 且在负荷率为 20 70 范围内 损耗率基本上 保持不变 而对于 SH11 变压器而言 只要负荷率达到 7 其损耗率就小于 1 且在负荷率为 7 75 的范畴内 损耗率均小于 1 因此 从这个意 义上来说 只要选择同规格变压器中铁损较小的变压器 并不会由于负荷 率较低而出现损耗率增大的现象 因此 配变容量一次性到位 而不是逐 步增大是可行的 不过 由于价格上的原因 对于新建住宅小区 在进行 负荷 投资 损耗综合考虑的基础上 合理选择变压器型号 在箱式变中 变压器价格占整个箱变的比例 20 40 因此必须按整座箱变的价格 性能 比 而不是单纯的配变价格 性能比进行投资与回报的校验 变压器容量 即是指额定容量 也是铭牌上标注的容量 它是由在分 接开关位于主分接时 由额定空载电压与额定电流之乘积所决定的 这一 容量是在正常使用时 变压器能连续输出的最大容量 某变压器的实际输 出容量 则由其负载时的电压和电流所决定 自然空气冷却 AN 时 正 常使用条件下 变压器可连续输出 100 的额定容量 干式变压器具有较强的超铭牌运行能力 在应急情况下 变压器的实 际负载能力可超过额定容量 SC B 10 系列产品 当环境温度 20 时 可 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 11 页 长期过载 1 16 倍 若需过载 1 5 倍 其过载时间必须限定在 30 60 分钟 以内 或投入风机 使变压器在强迫风冷状态下运行 可持续 1 5 倍过载 运行 3 2 2 3 2 2 变压器联结方式变压器联结方式 通常采用常规的 联结组为 Yyn 12 的油浸式或干式变压器 近年来 根据市场的需求 逐渐采用 Dyn 11 联结方式 为什么配电变压器宜选用 Dyn11 联结呢 因 Dyn11 结线方式的变压器 对中性线电流没有限制 可达变压器低 压侧之线 相 电流 从而能充分利用变压器的容量 发挥其设备能力 尤其适宜以单相负荷为主而出现三相不平衡的配电变压器 1 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 2 有利于抑制高次谐波电流 三次及以上高次谐波激 磁电流在原边接成 形条件下 可在原边形成环流 有利于抑制高次谐波 电流 保证供电波形的质量 3 有利于单位相接地短路故障的切除 因 D yn11 结线比 Y ynO 结线的零序阻抗小得多 使变压器配电系统的单相 短路电流扩大 3 倍以上 故有利于单相接地短路故障的切除 因此 新系 列配电变压器应优先选用 Dyn11 联结组别 我公司欧式箱站基本上都是选 用 Y ynO 结线组别的变压器 其原因是选择时不清楚 D yn11 结线的优点 在 GB50052 95 供配电系统设计规范 中第 6 0 7 条规定 在 TN 及 TT 系统接地型式的低压电网中 宜选 D yn11 结线组别的三相变压器作为配 电变压器 大屯煤电公司箱站中用的变压器为降压变压器 一般将 10kV 电压降至 380V 220V 公司变压器常用的容量为 250 630kVA 由于价格因素 大多 采用油浸变压器 在防火要求严格的场合 采用干式变压器 欧式箱变一 般将变压器放在封闭的箱体内 变压器运行时 将在箱变中产生大量的热 量向变压器室内散发 使变压器室的温度不断升高 特别是环境温度高时 温度升高更快 欧式箱变设计中 除变压器容量较小的箱变采用自然通风 外 一般都设计了测温保护 装设监测变压器上层油温和启动通风冷却装 置的电接点温度计 用强制排风措施加以解决 该系统主要由测量装置 测变压器室温 油温均可 然后通过手动和自动控制电路 投入排风扇 温度的整定值按允许温度的 80 90 设定范围进行设置 室内正常温度下 靠自然通风来散热 为了通风 变压器室的箱体上一般设置了百叶窗 S9 S11 型系列变压器和 SH 非晶态系列变压器是最新节能变压器 S9 变压器与现行国家标准 GB T6451 1995 的规定值相比 总损耗 主要是空 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 12 页 载损耗 下降了 15 25 而国产 SH 非晶态合金变压器的空载损耗仅为 S9 型同容量变压器的 20 比现行国标 GB T10228 1997 规定数值降低 3 4 因为居民小区利用小时较少 即轻载运行时间长 年空载损耗占变压 器总损耗比重较大 所以 SH 型非晶态合金变压器适合居民小区的用电特点 节能效用显著 变压器油箱内顶层的允许最高温度 按国标 GB1094 1 5 8 和 变 压器运行规程 规定 不超过 95 C 度 干式变压器线圈表面温度不超过 80 C 度的规定限值 为排风扇投入运行温度的最高设定上限 组合式变电站有许多种高压接线方式 常用的高压接线方案有 终端 双电源 环网等接线方式 3 3 额定容量及负载能力 变电站至配变处采用电缆连接 实际设计中 向变电站设计人员了解 变电站 10kV 母线的短路电流 就可以算出 d2 d3 点的短路电流 下面进行 短路电流计算 其 10kV 母线的稳态短路电流是 25 1kA 变电站至配变处是 采用电缆 长度 1km 10kV 变压器的型号是 S9 M 800kVA 10 5 10 5 0 4kV D Yn11 Uk 4 5 10kV 母线的阻抗标 么值 X1 5 5 25 1 0 2191 电缆线路的阻抗标么值 X2 0 08 1 100 10 52 0 072510kV 变压器的阻抗标么值 X3 4 5 0 8 5 625d 点的稳态短路电流 I2 5 5 0 2191 0 0725 18 86kA d3 点的稳态短路电流 I3 144 3 0 2191 0 0725 5 625 24 39kA 由上述的计算结果可以对开 关及电缆进行校验 非常方便 其实 变电站 10kV 母线的稳态短路电流一 般控制在 27kA 以下 因此高压开关的额定短路开断电流 有效值 选 31 5kA 额定动稳定电流 峰值 选 80kA 就可满足要求 而高压电缆的选择 必须先由上述方法计算出短路电流 然后进行热稳定校验 3 3 13 3 1 高压成套设备高压成套设备 一般适用于额定电流小于 630A 且不要求继电保护的地方选择 交流金属封闭开关设备 主开关采用真空式负荷开关 型号为 ZFN 12 用于开断和关合负荷电流 也可将负荷开关与高压熔断器联合使 用 代替昂贵的断路器 即用高压熔断器切断短路电流及过负荷电流而具 有承担断路器的功能 而负荷开关承担正常情况下回路的通断 真空式负 荷开关 熔断器组合电器 其上安装的高压熔断器可以保证任一相熔断器 熔断都可以使其主开关分闸 以避免缺相运行 此外还装有接地开关 其 与主开关相互连锁 即只有分开主开关后 才可合上接地开关 而合上接 地开关后 主开关不能关合 以此来保证维护时的安全 在柜内还装有高 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 13 页 压避雷器 整个开关的操作十分方便 只须使用专用配套手柄 就可实现 全部开关的关合分断 同时还可以通过透明窗口观察到主开关的分合状态 低压出线每个屏柜装有隔离闸刀 便于检修 每条出线开关应配手动操作 机构 可柜外进行开关分合操作 3 3 23 3 2 低压成套设备低压成套设备 低压配电室内 根据使用场合不同 一次主接线图由进线柜 出线柜 计量柜和无功补偿柜组成 进线柜中装有主开关 可采用 M F DW15 ME AH 等型号 用于控制 整个低压系统的供电和保护 出线柜中装有分路开关 可采用 TG NS SM30 DZ20 等型号 用于控制低压出线端的供电和保护 计量柜 主要用于对用户消耗电能的计费 内装计量电度表 由于涉及经济利益的 计算 无功补偿柜主要是对供电系统的功率因数进行补偿 补偿容量一般 为变压器容量的 10 30 内装电容器和自动投切装置等 每路出线通过电 缆出线 为了更好的保护变压器运行安全 往往采取对变压器上层油温进 行监视的措施 当油温达到危险温度时 其可以自动停止低压侧工作 断开 低压侧负荷 当然其动作值可以根据要求自行设定 计量配置 采用低压 总计量 低压出现均设计量的多路计量功能 3 4 低压出线结构设计 欧变低压室的输出路数 在结构设计上根据变压器容量大小和用户使 用需求的不同而不同 变压器容量小 用户需求输出路数较少的可少设 而变压器容量大 用户要求输入出路数多的 可考虑设计路数多一些 低 压出线一般可从 4 回 10 回 按需要进行安装 公司箱站低压出线最多 6 回 在供电系统中危害最大的故障是短路 而为了正确选择和校验电气设 备 避免在短路电流作用下损坏电气设备 必须要计算短路电流 3 5 导体载流量和变压器短路电流 1 导线和电缆的载流量和允许装接变压器容量 其中变压器负载率取 0 6 电缆之间净距为 100mm 导体温度 90 敷设温度 土壤中 35 土 壤热阻系数 2 0 m W 2 变压器低压侧短路电流及断路器选择 在低压配电系统中用作保护 电器的有断路器和熔断器两种 目前使用最多的是断路器 用它作为配电 线路的短路保护和过载保护 但是 在选用低压断路器时存在不少问题 其中突出的问题是没有进行短路电流计算 配电线路短路保护电器的分断 能力应大于安装处 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 14 页 表表 3 13 1 电缆载流表电缆载流表 导线型导线型 号号 mm2 mm2 环境温度环境温度 35 35 时时 的最大安全电流的最大安全电流 A A 允许装接允许装接 变压器容量变压器容量 kVA kVA 电缆型号电缆型号 mm2 mm2 校正后的额校正后的额 定载流量定载流量 A A 允许装接变压允许装接变压 器容量器容量 kVA kVA LGJ 70 241 6900 YJV 3 7 0 180 5200 LGJ 95 294 8400 YJV 3 9 5 216 6240 LGJ 12 0 334 9600 YJV 3 1 20 245 7000 LGJ 15 0 391 11200 YJV 3 1 50 274 7900 LGJ 18 5 452 13000 YJV 3 1 85 310 8900 LGJ 24 0 536 15400 YJV 3 2 40 357 10200 YJV 3 3 00 400 11500 YJV 1 4 00 493 14200 YJV 1 5 00 558 16100 YJV 1 6 30 623 17900 的预期短路电流 选择断路器应先计算其出口端的短路电流 但有的设计 者却没有进行短路电流计算 所选短路器的极限短路分断能力不够 不能 切断短路故障电流 表 3 2 可作参考 表中短路电流有效值指变压器 10kV 侧短路容量按 200MVA 考虑 Ics 表 示额定运行短路分断能力 Icw 表示额定短时耐受电流 3 6 电缆选型 电缆尽量选用 YJV 型交联聚乙烯电缆 YJV 型交联电缆与 VV 型聚氯乙 烯电缆相比 虽然价格略贵 但具有外径小 重量轻 载流量大 寿命长 的显著优点 YJV 型电缆寿命可长达 40 年 而 VV 型电缆仅为 20 年 利用 高压电缆沟从地下进出线 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 15 页 表表 3 23 2 断路器配型表断路器配型表 变压器容量变压器容量 kVA kVA 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 变压器额定电流变压器额定电流 A A 304 380 479 608 760 957 1215 1519 1899 2431 3039 3798 油浸变压器短路油浸变压器短路 阻抗阻抗 4 4 4 4 4 4 5 4 5 6 6 6 6 6 短路电流有效值短路电流有效值 kA kA 7 9 11 14 17 19 24 22 27 34 41 50 两台并列短路电两台并列短路电 流有效值流有效值 kA kA 14 17 21 26 32 35 44 41 50 61 72 85 Ics kA 50 50 50 50 50 50 50 50 65 65 65 长征长征 电气厂电气厂 CB11CB11 框框 架式断路架式断路 器器 Icw kA 50 50 50 50 50 50 50 50 65 65 65 Ics kA 50 50 50 50 50 50 50 50 65 65 65 65 YSA1YSA1 框架式断框架式断 路器路器 Icw kA 50 50 50 50 50 50 50 50 65 65 65 65 Ics kA 55 55 55 55 55 55 55 55 55 65 75 100 ABBABB 公司公司 F F 系系 列框架式列框架式 断路器断路器 Icw kA 55 55 55 55 55 55 55 55 55 65 75 100 Ics kA 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 施耐施耐 德德 M M 型框型框 架式断路架式断路 器器 Icw kA 65 65 65 65 65 65 65 65 75 75 75 75 4 箱式变电站选型设计箱式变电站选型设计 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 16 页 4 1 优点 1 供电电压可靠 箱式变电站常布置安装在负荷中心 从而缩短了 低压馈电线路的供电半径 减少了线路的电压降和电能损失 提高了供电 电压质量 老电力设备供电时用户末端负荷高峰时电压常常仅有 180V 左 右 压降约 20 远远达不到国家规定的有关标准 严重影响居民的正常 生活用电 通过安装箱站 对该生活小区供电系统改造 用户末端电压可 达到 220V 保证供电电压质量 从而满足了日益增加的居民生活用电的 需要 2 占地面积少 由于箱站设备大部分布置安装在箱体内 设计紧凑 设备间的绝缘距离大大减少 缩小了占地面积和空间 采用箱式变电站 箱体的占地面积仅为同规模变电站所占面积的 1 10 节省了大量土地 3 安装简便快速 箱站建造时 首先由用户根据供电实际需要 统 计提供负荷大小 流变变比 出线数量 进线数量 每条进出线电流大小 等要求 由设计人员根据变电站的需求进行设计 计算变压器容量 确定 变压器型号 设计出一次主接线图和箱站设备的布置图 然后根据计算设 计结果直接选择箱式站的规格和型号 被选定箱式站的所有设备均在制造 厂组装 并经调试和出厂试验合格 现场安装仅需箱体定位 电缆连接 保护定值校验 传动试验及设备交接调试 一般从安装到运行仅数天到数 十天左右时间 与常规土建变电站的建设过程相比 安装过程简化 设备 安装简单 工作量大大减少 如 某 35KV 开关箱站 改造前为 35KV 变电 站 段母排 设备多 设计前将原来的负荷大小 系统图纸接线情况提 供给设计人员 待箱站厂家调试出厂现场安装后 有现场施工人员对 8 台 35KV 真空开关 2 台 35KV 压变柜 一台 35KV 直降变及 12 根电缆 继保调 试 检修调整后 遇到些设备质量问题耽误至 20 多天完成施工任务 若 6KV 箱站现场调试 假如没有设备质量问题 一般仅需 2 天完成施工任务 现场即可送电 4 投资省 效益高 箱式站的经济性有 3 个方面 1 造价低 征 地费 土建费 安装费及其他费用都大大节省 仅投资购买设备费用 2 安装快 提前投运 提前收益 3 运行维护费用低 在箱式变电站中 由 于无油设备的大量投用 从根本上解决了常规变电所中的设备漏油问题 质量好的箱式变电站可实行状态检修 减少维护工作量 每年可节约大量 的运行维护费用 整体经济效益可观 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 17 页 5 组合方式灵活 箱站结构紧凑 各部门可根据实际需要自由组合 一些布局模式 每个箱体构成不同的独立系统 箱站没有固定的模式 组 合方式灵活多变 满足供电需求 箱站的应用逐渐改变了在电杆上安装变压器 蜘蛛网式的布线方式 人们的生活环境更加美化 箱式变电站是城网建设与改造 农网建设与改 造乃至今后变电站建设发展的主要方向 由于箱站发展较快 产品质量参 差不齐 箱式变电站在使用过程中也暴露出了一些不足 如箱体内空间狭 小 设备间隔的安全裕度不够 检修空间小等 现将这些问题进行汇总 希望能为单位有关负责人提供箱站技术要求时多一份参考 设计时周全考 虑 长远打算 不仅考虑占地面积等还要顾及运行维护方便 这样箱站长 期运行才能更加安全 更加完美 厂家设计人员在箱站设计中如发现用户 单位提供的技术要求中存在不足之处 应及时和用户单位联系 反馈 指 出不足 提出一些安装 维护及安全方面的建设性建议和参考 避免不安 全的问题重复出现 使箱式站在快速的发展中得到不断地改进与完善 4 2 存在问题存在问题 公司供电系统于 2002 年引进第一台箱式变电站 到目前已有 26 台欧 式箱式变电站 除今年投运一台 35KV 箱式开关站配有继电保护外 其余均 无保护 只是设备材料上较早期的好些 有必要将箱式变电站存在的问题 列出 以供诸多厂家参考 问题如下 1 箱站内设备来自不同的小厂 几乎每批 或台 箱站内设备 都 来自不同厂家 大多数是不知名的一般厂家 有很多箱式变电站实际上就 是某组装厂对不同设备的组装体 这种组装在一起的一般厂家生产的设备 在质量上不能每一样都得到保证 某一设备出现问题 则影响整个箱站安 全运行 使箱站运行存在隐患 我们在交接试验中就发现某箱站的所有氧 化锌避雷器不合格 某箱站变压器在投运两年后出现变压器严重漏油现象 某箱站未安装氧化锌避雷器 投运后加装 某 SF6 箱站竟然未安装 SF6 压 力监测表 安装质量达不到运行安全要求 某箱站母排间距小于标准间距 虽然招标要求选用优质产品 但由于采购人员利益驱使 购进设备总是普 通产品或小厂产品 设备质量影响箱站安全运行 损坏后空间狭小 维护 操作困难 2 箱体与设备间距不够 交流耐压试验达不到要求 欧式箱站高压 侧很多采用高压真空负荷开关加限流熔断器组成 交接试验时我们常遇到 高压真空负荷开关交流耐压试验间距不够现象 不能按标准耐压值分闸 42KV 合闸 27KV 或厂家要求耐压值加压 加压时高压真空负荷开关常出现 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 18 页 与距离很近的柜体金属隔板放电现象 乃至造成设备耐压值低于标准电压 值或低于厂家要求耐压值 箱式变电站已做成成品如何更改 与厂家多次 交涉总是不了了之 这是箱式变电站投用的又一大安全隐患 3 维护检查某个设备需全站停电 由于箱站设备间距太近 为了维 护人员人身安全 每次检修试验时需全站停电 扩大了停电面积 给居民 生活带来不便 造成影响 4 电缆拆装不方便 箱站内空间较小 对线径较粗的电缆如 185 电 缆 弯曲半经不够 安装和拆卸均不易操作 影响设备的日常维护 5 箱体挡板设计不合理 检修不方便 10kV 开关柜内相对狭小 有 检修 试验工作时需拆开开关柜后的箱板 一是后箱板上固定螺丝较多 拆卸不方便 拆卸几次后有的螺丝会出 现 滑丝 现象 时间久了 箱板难以固定 二是各开关的后箱板排列紧 密 距离较近 容易误拆误入 是安全隐患 6 设计结构不合理 有的箱站高压真空开关单独配联动的负荷闸刀 负荷闸刀标有单独的交流耐压值和负荷闸刀接触电阻值 可在现场试验时 根本无法单独测量 负荷闸刀接触电阻没有位置可以测量 交流耐压也不 能单独打 耐压一打就放电 还有一座箱站使用 SF6 开关 箱站结构使试 验人员不能测量每台开关的回路电阻 今后如遇设备故障会出现无法掌握 开关内部的连接情况不能投运的问题 7 母排为裸露的母排 箱站技术要求上明确标注 母线宜采用绝缘 导线 或绝缘母线 箱站内母线几乎均为裸露母线不安全 8 散热问题 箱站结构紧凑 散热问题是现有箱式变站存在的主要 问题之一 温升是太阳辐射热量经箱体传入箱内及箱内变压器 开关等设 备运行发出热量引起的 箱体内温升过高影响塑壳断路器分断 使得断路 器不能正常开断负载及短路电流 引发故障 变压器室空间小 导致变压 器室室温很高 加之变压器在运行过程中要产生大量的热量 此时通过自 然通风散热已经很难满足要求 有时室内温度超过 50 严重增加了运行 设备的损耗和故障率 虽然安装了自排风扇 在变压器上层油温超过整定 值时 启动风扇 但是 由于室外温度很高 散热效果受影响 变压器室 装有换气孔孔数太少 整个变压器封闭在箱门内散热效果较差 利用风扇 来散发热量并不能完全解决变压器的温升 因此变压器容易老化 9 操作空间小 35kV 开关箱内操作走廊宽度为 1 0m 10kV 开关箱 内操作走廊宽度为 0 8m 并且有操作机构突出 实际空间只有 0 6m 操作 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20122012 届毕业论文 设计 届毕业论文 设计 第 19 页 杆为活动拔插式 长度为 0 5m 操作人员在拉合隔离开关时只有在操作杆 旁侧进行操作 极为不便 10 密封问题 由于箱式变电站长期在户外运行 其运行状况受环 境因素影响较大 箱站密封主要通过密封圈的密封面之间的弹性变形达到 密封要求 此方法的密封效果与密封面结构及密封圈本身的材质有关 日 晒雨淋后材质比较差的密封圈易随时间的推移而变质老化 失去原有弹性 失效而起不到密封作用 运行中发现某箱站密封圈质量问题 2002 年投运 的一台箱站 4 年后出现漏雨和设备锈蚀现象 11 线路停电无法验电 不符合操作规程 箱式变电所的10kV出线 开关柜为带机械闭锁的全封闭开关柜 线路侧都装有接地隔离开关 馈线 是电缆出线 一端在柜内连接 经箱底地埋 另一端在变电所墙外的第一 基钢管塔上 当线路停电检修时 停电操作应是 运行的开关由运行转为 冷备用 然后在线路侧验电 再合上线路侧接地隔离开关 汇报调度操作 结果 开关柜为机械闭锁 在未合上接地隔离开关前不能打开开关柜门 无法验电 另一端电缆头在变电所所外钢管塔上 按操作责任分 操作队 人员无权登塔验电 12 防火问题 箱式变电站为无人值守变电站 箱站内部出现异常 不易发现 如 设备过热 火灾事故等 致使事故得不到及时处理 引起 故障升级或损失加剧 箱站内只有人工灭火器没有自动灭火系统 不利于 火灾的扑救 并且未安装防火 烟雾报警装置 若发生设备起火 后果不 堪设想 13 凝露问题 箱式变电站的外壳很多采用钢板结构 铝板结构或 复合材料 由于气温急剧变化 使箱内 外温度差发生剧变而引起箱式站 内部发生凝露现象 由于箱体内空间较小 设备与外壳 设备间间距较近 容易发生闪络故障 箱式变电站在霉雨季节或大雾天气 空气湿度大 加 上设备运行脏污 使箱站安全性降低 闪络故障发生率增加 14 SF6开关气体监测问题 SF6箱站是靠SF6气体绝缘的 一旦SF6 气体漏完