12KV户外箱式环网柜的设计【说明书+CAD】
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附录三Circuit BreakerControl and selection of the circuit breakerCircuit breaker control mode selection and control mode of substation, the size of the substation and other factors. Substation control mode is different, different size, circuit breaker control mode also vary accordingly. According to the working voltage of control circuit, the circuit breaker control mode can be divided into two kinds of, heavy current and weak current control. According to the operation mode, can be divided into one control two kinds of control and line selection. So-called high voltage control, is from the control equipment of commands to the circuit breaker operating mechanism, the working voltage of the control circuit for dc 110 v or 220 v. According to the control site, divided into two kinds of centralized control and local control; According to the jump, switching circuit monitoring, divided into two kinds of lighting monitoring and audio surveillance; According to the connection of control circuit is divided into control switch has a fixed position is not corresponding to the connection with control switch contact automatic reset. Weak current control can be divided into the following two cases. 1.The working voltage of circuit breaker control circuit into two parts, low voltage and heavy current issue commands control equipment is working voltage weak current is usually 48 v. Command is issued, and then through the middle and weak electricity conversion link weak current signal conversion to high voltage signal, command, to the circuit breaker operating mechanism. Intermediate conversion links between circuit breaker and at the same structure and high voltage control circuit. This weak current control, is essentially the layout on the control panel of weak electrochemical control equipment. 2.From the control equipment to the working voltage of circuit breaker operating mechanism of all circuits are all elv. This way of command signal transmission distance is relatively close, the circuit breaker operation and power is large, it is not suitable for 220500 kv substation. Low voltage line selection control wiring is more complex, more operation steps, hard to ensure its reliability. 220-500 kv substation circuit breaker, do not recommend using low voltage line selection control. Common characteristic is due to the weak current control on the control panel using the miniaturization of the weak current control device, the control panel on the unit area can be assigned by the control loop. Under the condition of same number of controlled object, compared with the high voltage control, can reduce the area of the control panel, convenient monitoring and operational personnel; Reduced the master control room construction area, reduce the investment in civil engineering. This is a major advantage of the weak current control. But weak current equipment there is insufficient, low voltage terminal and weak current equipment of electrical insulation distance is small, be afraid of dust, especially under the condition of dust containing conductive material more dangerous; Weak current equipment terminals and screen after the weak current connection terminals and soft line connection with welding, due to close the distance between the terminal, when check line and cleaning pay special attention to prevent short circuit between terminals; In addition, there is low mechanical strength, off contact capacity small, poor anti-jamming performance shortcomings.High voltage control can be divided into high voltage one to one direct control and high voltage line selection control. Very few of the latter in the practical engineering applications. High voltage one to one direct control method has simple control circuit, power supply voltage of a single operation, the operation personnel easy to grasp, convenient maintenance, high reliability advantages, all kinds of used in substation is put into operation a major control method. High voltage control, because of the working voltage of control equipment is higher, to meet the requirements of insulation distance, control equipment, terminal equipment such as the volume is big, and within the unit area on the control panel can decorate less control goes back from them. In substation scale, more cases of the object, and the control panel. This not only increases the surface area of the main control room, increasing the cost of civil engineering, at the same time, due to the large surveillance plane, is unfavorable to the normal monitoring and operation. At present, the control method is: one to one direct control, station is not a conventional control panel, control was achieved by independent measurement device. The old station is also gradually according to the methods of modification. When in breaker control circuit design should pay attention to the following basic requirements. 1.Shall have the monitoring circuit of the control power. Circuit breaker control power is the most important, once lost power supply, circuit breaker cant operate. Whatever the reason, therefore, when the circuit breaker control power supply disappears, should sound and light signals, prompt the personnel on duty timely processing. 2.Should be regularly monitored circuit breaker jump, switching circuit integrity, when tripping or switching circuit malfunction, should signal circuit breaker control circuit disconnection. 3.Should be prevent electric lock circuit breaker jump, jump to the circuit breaker is very dangerous, easy to cause body damage, even caused an explosion of the circuit breaker, so blocking measures must be taken. At present, the microcomputer protection device and the operation of the circuit breaker loop in the default configuration, have prevent breaker jump electrical circuits. Practical application, use and can only use one to prevent the circuit breaker electric circuits of the jump. Design and operation, should strictly for manufacturer to design the part of the circuit. On February 2, 1997, 220 kv line A phase fault of A certain power plant, line on both sides of the right protection device, but when reclosing circuit breaker are produced on both sides jump phenomenon. Among them, the power plant side of circuit breaker open final in a row, hydraulic fell sharply, circuit breaker stay in us after rejected points. Due to the fault point not resection, the 220 kv circuit breaker failure protection action will bus coupler circuit breaker and all components of resection, on a bus a bus power outages. Accident examination revealed: fault line of the power plant side split-phase operation box, keep the coil spring prevention relay voltage polarity reverse, defend jump circuit fails to play a role, to cause the circuit breaker jump phenomenon: the client is due to its anti jump in the relay coil short-circuit current, and lead to defend jump circuit fails to play a role. Circuit breaker jump phenomenon is generally tripping and closing loop through to occurs at the same time. Jump prevention circuit design should make there was a jump circuit breaker, the circuit breaker lockout to trip position. 4.Jump, closing orders should be long enough, and when the tripping or closing, after the completion of the command pulse should be able to remove automatically. Usually consists of circuit breaker auxiliary contacts automatically disconnect jump, switching circuit. 5.For circuit breaker jump, switching state, should have a clear position signal, fault automatic tripping, automatic switching, should have obvious action signal. 6.The operation of the circuit breaker dynamic disappear or inadequate, for example, spring spring not taut, hydraulic or pneumatic pressure to reduce, etc., should be closed circuit breaker action, and a signal; SF6 gas insulated circuit breaker, when the SF6 gas pressure drops and circuit breaker cannot be reliable operation, should also blocking the action of circuit breaker, and a signal. In the case of lines or transformers trouble-free, pressure reduce atresia trip circuit. If you dont locking at this time, once a line or transformer failure, due to the circuit breaker pressure has been reduced, the main contactor has no arc suppression ability, may cause the circuit breaker explosion and its consequence is unimaginable. 7.Under the condition of meet the above requirements, makes every effort to control circuit wiring is simple, the equipment and use the least amount of cable. 断路器控制方式及选择 断路器的控制方式选择与变电所的控制方式、变电所的规模等因素有关。变电所的控制方式不同、规模不同，断路器的控制方式也相应而异。 按控制回路的工作电压，断路器的控制方式可分为强电控制和弱电控制两种。按操作方式，可分为一对一控制和选线控制两种。 所谓强电控制，就是从发出操作命令的控制设备到断路器的操动机构，整个控制回路的工作电压均为直流110V或220V。根据控制地点，分为集中控制与就地控制两种；按跳、合闸回路监视，分为灯光监视和音响监视两种；按控制回路接线分为控制开关具有固定位置的不对应接线与控制开关触点自动复位的接线。 弱电控制分为以下两种情况。 1.断路器控制回路的工作电压分成弱电和强电两部分，发出操作命令的控制设备工作电压是弱电一般是48V。命令发出后，再经过中间强弱电转换环节把弱电命令信号转换成强电信号，送至断路器的操动机构。中间转换环节和断路器之间的回路结构与强电控制相同。这种弱电控制，实质上只是把布置在控制屏上的控制设备弱电化了。 2.从控制设备到断路器的操动机构全部回路的工作电压均为弱电。这种方式的命令信号传输距离较近，断路器的操动功率又比较大，它不适用于220500kV变电所。 弱电选线控制的接线比较复杂，操作步骤较多，其可靠性难以保证。220500kV变电所的断路器，不推荐采用弱电选线控制。 弱电控制的共同特点是由于在控制屏上采用了小型化的弱电控制设备，控制屏上单位面积内可布置的控制回路多。在相同数量的被控对象情况下，与强电控制相比，可以减少控制屏的面积，方便运行人员监视和操作；减少了主控制室的建筑面积，降低土建工程投资。这是采用弱电控制的主要优点。但是弱电设备也存在着不足，弱电端子和弱电设备中的电气绝缘距离较小，怕积灰尘，特别是灰尘中含有导电物质的情况下更危险；弱电设备的端子和屏后的弱电连接端子与软线的连接多采用焊接，由于端子间距离较近，在查线和清扫时特别注意防止端子间的短路；另外，还有机械强度低，触点断开的容量小，抗干扰性能差等缺点。 强电控制分为强电一对一直接控制和强电选线控制。后者在实际工程中应用的很少。强电一对一直接控制方式具有控制回路简单，操作电源电压单一，运行人员容易掌握，维护方便，可靠性较高等优点，是国内投入运行的各类变电所中采用的一种主要的控制方式。 强电控制，因控制设备的工作电压比较高，为满足绝缘距离的要求，控制设备、接线端子排等设备体积都比较大，而在控制屏上单位面积内可布置的控制回路数却较少。在变电所规模大，被控对象多的情况下，所需的控制屏数量多。这不仅加大了主控制室的面积，增加了土建工程的费用，同时，由于监视面过大，也不利于正常的监视和操作。 目前，采用的控制方式是：强电一对一直接控制，站内不设常规的控制屏，通过独立的测控装置实现控制。老站也逐步按该方式进行改造。 断路器控制回路设计的基本要求 在断路器控制回路设计时应注意以下基本要求。 1.应有对控制电源的监视回路。断路器的控制电源最为重要，一旦失去电源，断路器便无法操作。因此，无论何种原因，当断路器控制电源消失时，应发出声、光信号，提示值班人员及时处理。 2.应经常监视断路器跳、合闸回路的完好性，当跳闸或合闸回路故障时，应发出断路器控制回路断线信号。 3.应有防止断路器“跳跃”的电气闭锁装置，发生“跳跃”对断路器是非常危险的，容易引起机构损伤，甚至引起断路器爆炸，故必须采取闭锁措施。目前，微机保护装置和断路器的操作回路的默认配置中，均有防止断路器“跳跃”的电气回路。实际运用时，用且只能用其中一处的防止断路器“跳跃”的电气回路。设计和运行时，应严格对厂家设计的该部分回路把关。 1997年2月2日，某电厂220kV出线A相故障，线路两侧保护装置正确动作，但在重合时两侧断路器均产生“跳跃”现象。其中，该电厂侧的断路器连续开断后，液压急剧下降，断路器停留在合位后拒分。由于故障点未切除，该厂220kV断路器失灵保护动作将母联断路器及一条母线上的所有元件切除，一条母线停电。事故检查发现：故障线路的该电厂侧分相操作箱中，防跳继电器电压保持线圈极性接反，防跳回路未能起到作用，致使断路器产生“跳跃”现象：对端则由于其防跳继电器中的电流线圈短路，而导致防跳回路未能起到作用。 断路器的“跳跃”现象一般是跳闸、合闸回路同时接通时才发生。“防跳”回路的设计应使得断路器出现“跳跃”时，将断路器闭锁到跳闸位置。 4.跳、合闸命令应保持足够长的时间，并当跳闸或合闸完成后，命令脉冲应能自动解除。通常由断路器的辅助触点自动断开跳、合闸回路。 5.对于断路器的跳、合闸状态，应有明显的位置信号，故障自动跳闸、自动合闸时，应有明显的动作信号。 6.断路器的操作动力消失或不足时，例如弹簧机构的弹簧未拉紧，液压或气压机构的压力降低等，应闭锁断路器的动作，并发出信号；SF6气体绝缘的断路器，当SF6气体压力降低而断路器不能可靠运行时，也应闭锁断路器的动作，并发出信号。 在线路或变压器无故障情况下，压力降低时应闭锁跳闸回路。如果此时不闭锁，一旦线路或变压器发生故障，由于断路器压力已降低，主触头已无消弧能力，可能引起断路器爆炸，其后果不堪设想。 7.在满足上述要求的条件下，力求控制回路接线简单，采用的设备和使用的电缆最少。 学士学位论文- I -12KV 户外箱式环网柜的设计户外箱式环网柜的设计摘摘 要要目前，户外箱式环网柜正朝着高安全性，低成本，维修方便的方向发展，近年来出现的新型户外箱式环网柜就是其中的一个。在户外箱式环网柜的总体设计、生产制造和实际运用方面,现在我们国家的水平和外国的先进水平还是有着巨大的差距,我国在规划生产制造户外箱式环网柜的方面还是存在着很多的问题和缺陷。 本文针对于 12KV 户外箱式环网柜进行设计。首先，对户外箱式环网柜做出简单的论述，分析了该功率户外箱式环网柜的方案布局及工作原理，然后根据这些设计准则按照给定参数要求进行选型，并对所选择的户外箱式环网柜各主要组成部件进行选型。本次设计是对 12KV 户外箱式环网柜的优化设计，把传统的 12KV 户外箱式环网柜进行了结构上的优点进行改进继承，从而让这些种类的 12KV 户外箱式环网柜的应用场合更加广阔和灵便，而且对此种柜型的选择定型有对比参考的意义。关键词关键词 户外箱式环网柜；钣金箱体；断路器 学士学位论文- II -Design of 12KV Outdoor Box Type Ring Network Cabinet AbstractCurrently, Outdoor Ring Main Units is moving in high security, low cost, easy maintenance direction, in recent years new outdoor ring network cabinet box is one of them. In Outdoor Ring Main Units of the overall design, manufacturing and practical application, it is now the level of foreign advanced level in our country is still a huge gap between our country in terms of planning and manufacturing of outdoor box-type RMU still exist a lot of problems and defects.This paper is designed to 12KV Outdoor Ring Main Units. Firstly, Outdoor Ring Main Units made simple exposition, analysis of the power of outdoor box-type RMU program layout and working principle, and based on these design guidelines in accordance with the given parameters required selection, and selected the outdoor ring main Units of each major component parts selection. This design is to optimize the design of 12KV Outdoor Ring Main Unit, the traditional 12KV Outdoor Ring Main Units were the advantages of structural improvements inheritance, allowing 12KV Outdoor Ring Main Units of the application of these types of occasion broader and flexible, but also for the choice of this type cabinet styling contrasting reference significance. 学士学位论文- III -Keywords Outdoor Ring Main Units, sheet metal box,circuit breaker 学士学位论文- IV -目目 录录摘要.IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 研究目的和意义 .11.2 户外箱式环网柜国内外研究现状 .21.3 本课题研究的主要内容 .51.4 本章小结.5第 2 章 户外箱式环网柜总体结构的设计.62.1 户外箱式环网柜主要功能.62.2 户外箱式环网柜结构设计.62.3 户外箱式环网柜要参数 .72.4 户外箱式环网柜 主要特点 .82.5 本章小结.9第 3 章 各主要零部件设计及主要配套附件选型.103.1 钣金箱体的设计 .103.2 断路器的选型 .103.3 电流表的选型 .123.4 电压表的选型 .133.5 电压互感器选型.143.6 一体式电流互感器选型.143.7 操作机构选型.153.8 可分离式连接器选型.163.9 避雷器选型.173.10 电磁锁选型.173.11 本章小结.18第 4 章 电路设计及注意事项.194.1 重合闸机构电路.194.2 防跳闸回路.204.3 智能分界开关控制器.204.4 使用环境.224.5 本章小结.22结论.23 学士学位论文- V -致谢 .24参考文献 .25 学士学位论文- -1第第 1 章章 绪论绪论1.1 研研究究目目的的和和意意义义 随着国际标准化（ISO）的实施，世界户外箱式环网柜以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19 世纪 80 年代，美国一家专业生产户外箱式环网柜的公司将新开发的户外箱式环网柜应用到欧美市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国的这家生产户外箱式环网柜的公司之后，日本的古来森公司也看到了户外箱式环网柜的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制户外箱式环网柜，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场1。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行户外箱式环网柜的研发工作。现在国外等著名户外箱式环网柜的品牌中，都有户外箱式环网柜的销售，全世界户外箱式环网柜的应用越来越广泛。需要进行关注的一点是，环网柜的前景市场已经不再只是在欧洲和日本，市场已经发展到了北美洲大陆，因此户外箱式环网柜是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的户外箱式环网柜销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一2。 在研究机械发展的方面是不断随着时代的进步而发展的，所以具备相关的专业基础知识是必须要有的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。现在的趋势是大家对理论基础愈来愈看重，并且对专业领域的发展和合并相关分化的专业也更加重视。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品3。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。 户外箱式环网柜自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在电力方面，但传统的户外箱式环网柜由于安全系数不高，维修困难，有好多工厂仍然采用传统的环网柜，而以往传统的户外箱式环网柜的安全系数比较低，容易引发事故，所以此次设计的户外箱式环网柜，在传统的户外箱式环网柜的基础上进行改进创新，应用合理的结构，从而来克服以往的户外箱式环网柜所不能克服的问题，对后续的户外箱式环网柜的设计制造有一定的参 学士学位论文- -2考意义和价值4。 在现代社会中，电是我们生产和生活中，不可或缺的能源，现代人几乎无法想象没有电的生活是什么样的情形。而无论是家庭用电还是工业用电，都离不开电气设备的作用。电气设备保证了我们正常的生产和生活。而环网柜就是其中非常重要的一环5。环网柜（Ring Main Unit）实质上就是在金属做成的柜子中或者其他不导电的材质做成的柜子中，把分配和输送电力的电气设施装备（高电压开启关闭装置）放在柜子里或者柜子中的分段隔间里，里边的起作用的部件就是熔断器和负荷开关装置，它的优点是价格便宜、设施简单、大小适中、并能使供电安全性提高以及供电电压范围也得到提高6。所以在城市中的居民社区、摩天大楼、大规模的公共建筑、工业区等电力需求很大的使用中心地区的变压电站配送电场所中。 这种柜型已经得到了大规模的使用，虽然环网柜研发出的时间很短，这其中的原因在于，从输送电力的方面来看，大部分的输配电力的变压器以中、小型的为主要类型，且大部分不会大于 1250KVA，近些年崛起的工厂厂区和公共事业部门的建筑物就适合于这方面，在用电时并不会时常区开关高压开关，一般都是平稳长时间的进行送电。所以说对于这些用电场所来说，环网柜的性能并不是完全没有缺点，但是绝对可以保证正常的使用。而且因为经济环境的发展城市也在进行大范围的建设，很多超级建筑物会不断出现在城市中，而输送电源的设施大部分就建在楼下，因为防火消防的硬性需求，输电设备要做到“无油化”，由于建筑面积的使用要做到最大利用，所以输送电装置设施要做到“小型化”，所以各种环网柜或实现真空化的电路断路器，实现“无油化”变压器、互感器就应用于各种高层建筑中7。环网柜相比于主要安装断路器的开关柜来讲更具有优势，在使用中更加安全可靠，故障率低维修简单，框架结构更简洁，而且使用费用低廉。环网柜的出现使负荷开关有了新的要求，这样在需求的影响下新型的性能指标更好但体积却缩小的负荷开关就被研发出来，这样又使得环网柜又取得了新的发展进步，当下新型的环网柜不仅性能更加完善而且发展出更多新的功用的系列，这就更加加大了使用环网柜的场合和应用范围。所以为了方便用电，环网柜得到了越来越多的应用，也提高了用电的安全和稳定性，它代表了未来用电设备的发展趋势，同时也得到了越来越多的应用和推广。1.2 户户外外箱箱式式环环网网柜柜国国内内外外研研究究现现状状 当前国际社会，将 SF6 气体应用于环网柜使其作为发挥绝缘作用或者主要绝缘作用由其承担的应用，不管是国内或国外都得到了大范围的使用， 学士学位论文- -3因为 SF6 气体的绝缘性能良好且不易分解，化学特征表现为惰性。不过SF6 气体却是造成全球气温变暖的温室效应气体中的一类，如果释放到大气中会对生态环境造成很大的危害，造成气温上升的后果。随着环保观念深入人心，而我国是联合国气候变化框架公约和京都议定书两项公约的签订了协议的国家。国家电网公司在 2011 年 8 月发布的国家电网第一批重点推广新技项目中，在其中的“十二五”规划中把发展新型无 SF6 气体采用固体介质作为绝缘物质的 12KV 固体柜列入其中，其中写到到 2015 年新建造的或者改造的工程中固体柜要达到 25%以上8。而随着经济的发展，工业产值迅猛提高，这就对供电系统提出了更高的要求，固体柜因其对环境友好性好，操作安全可靠，不会占据过大的土地面积且易维修的优点就成为了新的风尚。 在上世纪的六十年代户外箱式环网柜的生产方法就已经出现在国外的公司中，而到了七十年代其技术就已经发展完善很全面了，八十年代中期，泰国金衫公司的户外箱式环网柜的完全系数非常高。八十年代中期后的一、两年，户外箱式环网柜的发展到了鼎盛时期，从而诞生了世界上一些著名的户外箱式环网柜厂家，1987 年，日本最大的户外箱式环网柜生产公司把户外箱式环网柜投放市场，获得成功。美洲的 BDJE 公司也将新开发的户外箱式环网柜投入亚洲市场取得了巨大的成功9。从 1965 年户外箱式环网柜被发明出以来，又经过了二百多年的发展和完善，在全球的各个地区的电力行业都得到了大规模的应用。有着鲜明特征的工业界第三次巨大革命把新型材料和全新的生产技术带到了生产中来，这促进了户外箱式环网柜发展到了一个全新的水平。随着时代的发展，户外箱式环网柜在国外将会得到越来越广泛的应用和发展10。现阶段在中国和其他国家比较普遍的户外箱式环网柜有以下几种，其中具有代表性的产品如图 1-1 六单元环网柜、图 1-2 三单元环网柜所示。 图 1-1 六单元环网柜 学士学位论文- -4 图 1-2 三单元环网柜 同时本次设计的主要技术参数参考资料，如表 1-1 所示。表 1-1 环网柜的技术参数 学士学位论文- -51.3 本本课课题题研研究究的的主主要要内内容容 对于户外箱式环网柜的设计，首先从方案的总体拟定开始的，而后再开始进行详细的各部分结构的构想与设计，各部分的具体构想与设计大体上是由下面几个方面来进行的：1.到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类户外箱式环网柜的原理及结构，挑选相关内容记录并学习；2.调查整理户外箱式环网柜的框架结构和指标数据；3.确定设计总体方案；4.确定具体设计方案； 5.将户外箱式环网柜的装配图和各部分零件图进行绘图制作； 6.说明书的整理。 环网柜的主要使用问题输送电能要进行解决，这就要借助于 CAD 和Pro/E 等绘图软件来把钣金件的外部设计完成，以及内部框架及气箱机构 序号名称单位数值1额定电压kv122额定电流A6303额定频率HZ504标称短时间内可承受工作电压kV425额定雷电冲击耐受电压（峰值）kV75真空426标称短时间内可承受工作电压（断口）隔离kV48真空757标称短时间内可承受工作电压（断口）隔离kV858额定短路开断电流kA209标称短时间开关电流（峰值）kA5010额定短路耐受电流持续时间S411额定短路耐受电流kA2012额定峰值耐受电流kA5013标称操作的先后分-0.3S-合分-180S-合分14标称发生短路开关次数次3015机械寿命次10000 学士学位论文- -6等的设计，部分应用市场提供的成品，简化设计过程。需要解决的问题包括： 1.建立完善的机械结构，使其能完成要求的所有动作，并有良好的可维护性； 2.使系统具有较高稳定性； 3.使系统的操作安全和使用可靠程度得到提高。1.4 本章小结本章小结本章的主要内容是概述了户外箱式环网柜的功能功用和发展轨迹以及将来主要的发展脉络方向等。客观介绍了，环网柜的发展方向及历程。以及介绍了几种环网柜类型，确定了设计方案。 学士学位论文- -7第第 2 章章 户外箱式环网柜总体结构的设计户外箱式环网柜总体结构的设计2.1 户外箱式环网柜主要功能户外箱式环网柜主要功能智能装置提供 RS485 或其他通讯接口,可与外接 RTU 可靠通讯.提供后备电源,保证交流失电 24 小时内正常工作.实现三遥 功能,具体要求是:遥信:包括各进,出线开关位置,交流失压,SF6 气体气压低,电池电压低等;遥测:包括各进,出线三相电流和三相电压等;遥控:环网柜自带智能装置应提供 I/O 扩展接口和通讯接口,受外接 RTU 控制,完成各路开关合,分闸操作11。2.2 户外箱式环网柜结构设计户外箱式环网柜结构设计 本次设计的 12KV 户外箱式环网柜组成主要有钣金箱体、SF6 负荷开关,套管线缆接头,电缆配套零件,带电指示器,短路指示器等，如图 2-1 即为该户外箱式环网柜的结构简图。图 2-1 钣金外围的四视图结构简图 除去钣金框架之外，该户外箱式环网柜，还需要：指示灯、急停开关、 学士学位论文- -8控制器、流量表、压力表、上箱体、电器安装柜、侧板、门板、顶板等物料， 如表 2-1 所示。表 2-1 配件物料表2.3 户户外外箱箱式式环环网网柜柜要要参参数数 户外箱式环网柜的主要参数有，如表2-2 所示。表 2-2 环网柜的参数表 本次设计的 12kV 户外箱式环网柜,它的技术要求除了要遵循国家主要标准外，还得满足额外的技术要求。电缆附件技术参数：能耐受 105kV 的序号名称数量材料1顶板10235A/焊接件2门20235A/焊接件3门锁20235A/焊接件4侧板20235A/焊接件5电器安装柜10235A/焊接件6上箱体10235A/焊接件7压力表68流量表69控制器310急停开关311指示灯27项 目单位参 数额定电压kV12额定电流A630频率Hz50额定短路关合电流kA63额定热稳定电流kA25额定热稳定时间s2额定动稳定电流kA63雷电冲击耐压、相对地kV75断口kV1101min 工频耐压、相对地kV42断口kV48电缆截面范围mm250300外壳防护等级不低于 IP33 学士学位论文- -9电压冲击,正负两种极性都要达到 10 次，不能被击穿，不出现闪电。耐受直流电压 52kV(负极性),15min,不能被击穿，不出现闪电。局部放电15kV 下放电量10pc。2.4 户户外外箱箱式式环环网网柜柜主主要要特特点点户外箱式环网柜应具备以下基本特点: 1.采用 ABB Safe 模块,免维护设计。 2.用于野外，不导电，完全封闭构型，可徒手操作，安全且可靠，不用维修，占地面积小，轻巧紧凑，容易安装，容易上手操作对于多数环境都可以安全运行，而且不进水，没有水雾, SF6 气室防护等级 IP6712。 3.体积小,便于安装和操作。 4.喷涂烤漆的工艺和程序要与国际标准相符合，实现防止锈蚀的能。 5.采用没有气味、没有伤害性且不导电的 SF6 气体作为其中放导电的物质,铜排母线,连接机构,各个开关,完全放置于 SF6 气体包裹中,真正实现户外型,全绝缘,全密封结构.SF6 气体每年的泄漏量不会超过其总量的千分之 0.25,箱体上安装有计量气体压力的压力表和出现气压过低的报警设施,气体的压力可以随时进行计量观察，可以经过 RTU 远程传输到控制枢纽。 6.线缆接头使用完全不导电的能直接用手触摸的电缆头，实现了接线的安全和方便。 7.环网柜要必须有十分可靠的防止错误使用的能力。 8.能够实现配网自动化。 9.箱体材料为电镀铝锌的钢制面板，在提升，搬运和装配是不能出现大的形状变化或者破碎毁伤。 10.外壳颜色:军绿色,并与周围环境相协调。 11.仓门打开要超过九十度，而且能把仓门固定在一定位置。仓门要具有密闭的功能不能存在缝隙，具有开关用的把手，门栓和不会生锈，锁眼不能封堵的锁具。 12.箱体要具备用于通风降温的通风渠道和隔离热源的设施，从而使在普遍情况下进行使用过程中,全部的电气设备的最大问对都不会超过所允许的最大值。 13.箱体必须具有完善的封闭自身的功能，防止野生动物进入柜体中和防止漏雨进水的功能设施。 14.箱门内部表面要画出主要电路图的接线回路图,并且明确写出使用的方法和要小心操作的事项。在容易看到位置来安装设置信号灯及仪表，这样能容易观察仪表的数据和方便更换故障的零件仪表。安装电缆的仓室 学士学位论文- -10要容易安装人员进行调试安装和维护。2.5 本章小结本章小结 本章介绍了环网柜的特点和参数，重点介绍了环网柜的功能和操作方式，和主要参数的拟定。包括户外箱式环网柜的特点和主要功能，其中遥信，遥测，遥控功能的介绍。 学士学位论文- -11第第 3 章章 各主要零部件设计及主要配套附件选型各主要零部件设计及主要配套附件选型3.1 钣钣金金箱箱体体的的设设计计环网柜的主要使用问题是输送电能要进行解决，这就要借助于 CAD和 Pro/E 等绘图软件来把钣金件的外部设计完成，以及内部框架及气箱机构等的设计，本次设计的钣金框架如下图 3-1 所示。 图 3-1 钣金箱体3.2 断断路路器器的的选选型型 断路器能把发生故障的线路进行安全切开分断的功用就是其所具备的分离断路能力，可以将其划分成最大分断性能 Icu 和一般使用分断能力 Ics 目前可以实现 Icu=Ics 即 100% ，以前是 Ics 小于 Icu 通俗的进行解说就是断路器可以安全分离断路的最大的断路电流，但是如果短路电流超过了断路器的最大能力范围那么断路器就失去了自身具备的能力，会发生伤亡等不可设想的恶果。分断能力计算的方式就是（变压器的容量/电压）/变压器出口到断路器上口部分的电阻，这样计算到数值就是其发生短路是的电流大小，断路器的分断能力就是要比这个数值大，从而使得额定短路分断能力比 Icn 大：在常规情况里，断路器必须能在最大的短路电流是安全可靠地将其断开能。额定极限短路分断能力 Icu：在常规的使用中和性能条件下，开关在在关闭的情况下能够承受的标称短时间的冲击电流第一个峰值的电流。额定运行短路分断能力 Ics：在标称电压以及通常使用和性能条件下，开关可以安全的通过最大的短路电流的最大值能12。额定短时耐受电流 Icw：在通常使用和性能条件下，在一段可以保证的短时间中，开关在关闭情况下所能承载的标称的电流的实际值。塑壳断 学士学位论文- -12路器选型与其分离短路电流的性能，要和电路发生短路时位置的短路电流大小有关，安装断路器的位置必须是短路电流的最大值要小于断路器的分离断路能力，与所带负荷的大小关系不大。计算安装位置的短路电流的数值（KA），然后选择断路器；如果不会计算，断路器要安装在电力容量大的位置比如说发电厂等地方，可以选择 50KA，这样会安全一些。如果在通常情况下，选用 25-35KA 也可以了。分断能力的大小和短路保护能力的数值大小并不是完全相同的一个定义，两者是不同的定义值。 图 3-2 断路器分断能力是指这个断路器可以安全断开电路的最大电流。超过此电流断路器可能发生爆炸、触头熔接而无法断开电路等现象，一般远高于短路动作值。一般断路器来一下分断电流就报废了。具体来讲断路器短路动作值要与它的型号类别来定。一般远小于 10000A。通常在进行分断试验时,分断能力在 60KA 的断路器,会在其电流提高 10-20KA 时会进行工作。通常工作时间在 10ms 之内(但不是一定的确定值) 正常发生短路时,各种类型的断路器的工作时间一般都不是相同的，一般情况下不会超过 20-30ms。如果电流提高到了 53KA，通常 60KA 的断路器是不能正常工作的，这就造成了断路器的毁损。另外在特殊情景下断路器还要具有防备雷击的能力，但是雷击都是瞬间完成的，所以段落器可能并不会进行工作。但这种情形下可能会对产品的自身造成损坏。框架电流是选择断路器时重要的指标参考，它是说断路器的主要的外接出头能承受的最大的标称电流。又称为标称连续电流在置顶条件下，电气设备在稳定长时间工作下，内部各组件的温度上升值不会大于规定最大情形下的电流值13。“框架电流”与“额定电流”不同。断路器框架电流：断路器可以承受的最大电流。断路器额定电流：断路器在工作电流下是不会发生动作的。如断路器 CM1-100，额定电流有（10），16，25，32，40，50，63，80，100，但其框架电流都为 100。阐述整定电流是继电保护中的非常专业的工作术语。就是通俗讲，整定值其实是认为给出的，意为继电保护是否跳闸时与实际电流来进行比较的标准值，根据电路、电网的承载能力大小计算出的数值，断路器产品图片如图 3-2 所示。 学士学位论文- -13断路器操作机构的技术参数，如表 3-1 所示。表3-1断路器操作机构的技术参数3.3 电电流流表表的的选选型型电流比数表需要和电流表互感器进行配套使用，那么其测量值就可以变为 300、400、600(A)。那么怎样进行交流电流表和电压表的选型，主要从一下的两个具体要求方面来讲解。1TI-A 型电流表(直通)15、30、75、150、250、300、450、500、600V 等规格。电压表比数表需要和电压互感器进行配套使用，那么其测量的数值就可以达到6000、10000、110000V 以上。这样选择是不行。但是电磁式仪表的数值刻度不是均分而成的，所以要获得尽量精确的测量值，就要把测量值得区间定位到整个表盘的前 2/3 位置才最精确。在选择仪表时还要注意了解有关仪表的误差和准确度的含义。一般吧仪表由于本身结构的不完善，元件间的摩擦及外磁场的影响，或者安装不当和测量方法上的缺点，导致测量结果与实际值之间的查表叫做仪表的误差。电流表产品图片如图 3-3 所示。 图 3-3 电流表序号名称单位数据1额定操作电压VAC220,AC100，DC220，DC110，DC48，DC242储能电机功率M403储能电机额定电压VAC220，AC100,DC220，DC110，DC48，DC244过流脱扣线圈电流A5 学士学位论文- -143.4 电电压压表表的的选选型型电压表的功用是来测量整个要检测电路中的电压的数值，是将其并联到这个被检测电路的回路中的。按照其测量回路中电压的类型不同可以分为三种直流电压表、交流电压表和交直两用电压表。而按照测量数值大小又可以分成毫伏表、伏特表。按照工作原理又可以分为磁电式、电磁式和电动式等。电压表的选型使用与前文中电流表的方式方法基本相同，主要从被测量电路、要求的测量数值大小、精度高低和仪器的售价是否合理等来统筹考虑。对测量精度高低不做规定时，一般多用电磁式电压表。而对测量精度高低和仪器灵敏程度要求高时的，就多常采用磁电式多量程电压表，通常情况下使用最多就是具有测量电压功能的万用表。电压表使用方法及注意事项： 1.电压表使用时肯定是要与其检测的电路相并联； 2.为避免电压表过量程毁坏，其最大测量值要比检测电路的电压值大的多； 3.磁电式电压表使用其来测量直流电压时，不能把两个接线端“+”、“”极性标记标反，否则会出现错误； 4.电压表自身是具有电阻的，所以为了提高检测的精度，要尽量选取较大的内阻，其阻值越大，那么测量的结果越准确。测量高电压时要使用电压互感器。电压互感器的初级线圈并接在被测电路上，次级线圈额定电压为 100 伏，与量程为 100 伏的电压表相接。电压表指示值乘以电压互感器的变压比，为所测实际电压的数值。图所示为带有电压互感器的测量接线图。电压互感器在运行中要严防次级线圈发生短路，通常在次级线圈中设置熔断器作为保护。电压表产品图片如图 3-4所示。 学士学位论文- -15图 3-4 电压表3.5 电压互感器选型电压互感器选型 要根据实际情况来决定安装 10KV 完全不导电的，全封闭的，直接用手可以碰触的电压互感器。来实现电网配送电源智能自主的要求，可用于提供计量/测量用电压信号、开关电动操作机构电源。 电压互感器与变压器的功能其实是相似的，都可以实现改变电路上电压值的大小。但是变压器改变电路上电压的大小，是为了方便输送电能，方便用户的使用。所以会将其能力做到很大，通常会达到千伏甚至兆伏为单位的大小；而电压互感器改变电压，主要是给继电保护装置和测量用的各种仪表提供电能，或在线路出现异常时保证贵重的设备仪器不被故障损坏，所以一般情况下，做的都很小，最大数值可能也不超过一千伏安14。 电压互感器与变压器在内部的构造上是基本一致的。它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。两个绕组都装在或绕在铁心上。两个绕组和中间的铁心之间都是不能导通电流的，使两个绕组以及绕组与铁心之间都有存在着隔断电流的电气设备。电压互感器使用过程中，一次绕组N1 并联接在线路上，二次绕组 N2 并联接仪表或继电器。所以即使是一次电压很高的情况，也不用担心安全性，因为二次电压是很低的，不会造成伤害，进行工作的人和各项仪表也是安全的如图 3-5 所示。 图 3-5 电压互感器3.6 一体式电流互感器选型一体式电流互感器选型电流互感器是可以在任何模块中任意安装的，但是要注意的是，箱体的电缆室中要安装的类型是一体式的。电流互感器的基本原理和变压器是 学士学位论文- -16基本相似的。电流互感器内部有绕组和不与外接连接的铁心构成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量 ，二次侧不可开路。在电能的整个产生、变压、输送、分配和使用过程中电流的大小始终是动态变化的，多大多小的电流都存在。所以一般情况下都会转变成一致的不改变的电流，另外高电压的输电线路之间测量都是具有危险性的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用。如图 3-6 所示。 图 3-6 一体式电流互感器3.7 操作机构选型操作机构选型1.电动操作机构：机构操作电压可选 DC24V/DC48V/AC2202.弹簧储能操作机构3.手动机构或手动电动一体机构操作机构是柜体中主要的组成部分，所以可靠性与安全性要多加注意，重点在于操作的可靠性，如果机构操作不可靠，那么会造成难以想象的要种后果，应电气设备，本身就存在一定危险性，所以无必要保证的就是机构操作的可靠与安全。下图就是一种操作机构的示意。如图 3-7 操作机构所示。 图 3-7 操作机构 学士学位论文- -173.8 可分离式连接器选型可分离式连接器选型 采用硅橡胶插头，对出线套管接点进行全封闭、全绝缘、全屏蔽的防护。有效提高设备的绝缘裕度，减少相间距，易于扩展，拆装灵活，螺栓式连接，安全可靠。可分离连接器的功能就是连接两个电气线路，而且具有随时进行分离和连接的特点，这样就可以在故障发生时避免更大的损失，快速分离两个电气系统，避免更严重的后果发生。连接方式可以分为直接插入和旋转式插入，分离方式为电磁式自动分离和直接拔出的分离方式。其插座是完全密闭的，并且即使受到 850高温火焰的烧蚀也能短时间内承受住，其内部有专门的防止烧蚀的结构15。图 3-8 可分离连接器可分离连接器主要有两种不同构造功能的结构，一种是用螺纹来进行固定的多块瓦片，用拉线来实现与其他电气设备的分离，另一种为钢球锁紧，用拉线分离。前者，国内和国外产品有着较大的差距。国外产品可以进行近百次的操作而国内产品只有其一半左右的工作寿命。其中的差距就在于用拉线进行分离操作时，会对锁紧部分造成很大的磨损，而且操作费力，难以操作。国内这类产品以为对结构和工艺的不了解，寿命都很低。所以产生了第二种类型的产品型的产品-钢球锁紧。然而钢球锁紧是直接进行插入，所有操作都要借助于双手的力量或者加点润滑脂方便操作，力气小的人依然很难操作。连接器是由插头和座充组成，采用直接插入内部、圆周钢球来实现位置固定和拉来实现两个电气系统分离的结构形式，具有插拔方便快捷、固定和分离灵活的特点。目前现有可分离连接器还是有一定需要完善解决的问题，在对比脱落连接器基础上，全新设计了直接插拔、圆周钢球固定的新方式。这中方式将两种单一的连接方式的优点整合到了一个连接骑上。利用润滑脂加上卡扣旋转实现了插合的灵活方便，插合后同时再利用钢球进行全面的固定此时卡口被释放固定作用就轻 学士学位论文- -18松实现。综合和两种方式的优点，实现升级。分离式直接拉线就可以分离两个电气系统。由于该结构的螺旋槽是贯穿到外壳端面的。故也可以实现直插式的插合，使产品同时具备直插和旋转插合的功能。如图 3-8 可分离连接器所示。 3.9 避雷器选型避雷器选型 采用硅橡胶护套，无间隙金属氧化锌避雷器，动作特性稳定，绝缘性能好，有效地保证配电线路的过电压保护，避免设备过电压而严重损坏、造成事故等。避雷器是在发生雷击或者异常高电压时保护电气设备的起保护作用的装置。它安装的位置是在设备和大地之间，接入到达地之中，将电流导入大地之中。而正常情况下，各部件和整体设备运行是的电流电压并不会触发避雷器工作，相当于电阻巨大对地面实际为不连接状态。而一旦出现异常情况，如异常的高电压，会损坏设备时，避雷器就会立即工作，电阻急速减小，把异常高压电流引导到大地之中，从而使设备得到及时保护。而异常情况度过之后当，避雷器的电阻又会迅速变回高电阻状态，使设备恢复正常的运行。所以避雷器发挥做用就是通过自身电阻值发生变化，将异常电流和杂波引入地下，从而起到保护通讯和设备的功能。避雷器的作用不仅仅只是雷击是来保护设备，也可在异常出现的高电压时保护设备不被烧毁。避雷器就是避免电路回路中的设备被异常出现的高电压毁坏的一个常用设备。在雷击、错误操作出现的高电压等情况下都能发挥应有的16。如图 3-9 避雷器所示： 图 3-9 避雷器3.10 电磁锁选型电磁锁选型 电磁锁就是利用线圈通电产生磁力的原理来生产制作的，其实其本质与电磁铁并无太大区别，当把电流他输入到电磁铁内部时，就会因为电生磁的原理，将仓门紧紧的吸附到门板上，使之无法强行打开。电磁锁产生强大的磁力吸附到门板上只不够需要通过微弱的细小电流即可，确认无特 学士学位论文- -19殊情况下，只需断开电能供给就可以顺利打开仓门。电磁锁的内部构造十分的简单，几乎没有多余的结构，只需用绝缘介质将整个空腔填满即可，这样就起到了保护电磁锁的功能。电磁锁只需微弱的电流就可以正常的工作，若要打开仓门，只需要确认无异常情况，断电就可使之失去效能打开仓门。17。因为电磁锁结构简单，那么其可靠性就很高，所以适合应用于电缆仓门等有电的情况之下，当然适用于环网柜仓门。防止在不知情的情况下，在通电的状态下强行打开仓门，造成意外的触电事故。电磁锁虽小，但起到的作用非常大，能保护操作人员收到触电伤害。电磁锁，主要由锁头、安装支架、锁扣板三部分组成。如图 3-10 所示： 图 3-10 电磁锁3.11 本章小结本章小结 本章介绍了电器元件的选型，断路器的选型，电压表，电流表的选用以及钣金框架的设计。电压表，电流表等电气元件选用的注意事项，使用场合和原则介绍。 学士学位论文- -20第第 4 章章 电路设计及注意事项电路设计及注意事项4.1 重合闸机构电路重合闸机构电路重合闸机构就是断路器机构，下面介绍一下分合闸原理。 机构储能回路：+KMZK1WK1(11-12)M(1-2)WK1(21-22）WK2(13-14)WK3(11-12) Sd(3-4)ZK1KM:只要电缆仓门合上，电源送电，机构就自动储能，与什么时候分合闸无关。储能完成后，WK1(23-24)闭合，白色的储能灯亮，提示储能完成。 合闸回路：ZK1 合闸后，S3 转至就地位置，当 S1 按下，合闸回路启动，电源从+KMZK1S3(3-4)S1S(11-12)TBJ(21-22)HQ(1-2) ZK1KM，合闸完成。分闸回路：当合闸完成后，按下分闸按钮 S2，分闸回路启动，电源从+KMZK1S3(3-4)S2S(23-24)TQ(1-2)ZK1KM. 分闸完成。如图 4-1 断路器原理，图 4-2 微动开关图所示：图 4-1 断路器原理图 学士学位论文- -21图 4-2 微动开关4.2 防跳闸回路防跳闸回路当断路器合在有故障的线路时，继电保护将动作，跳开开关，切断故障线路。为了防止在合闸后合闸按钮的触点粘牢，使开关断开故障线路后再次将断路器重合在有故障的线路上，造成多次重合损毁电气设备，故而加装的防跳跃保护装置。保护装置主要由方跳跃继电器实现。当线路跳闸或人为按下 S2 分闸后，KM（A1-A2)得电，继而使得KM（11-14）常开触点变为常闭触点，由于 S1 的你黏连，导致电源从+KM ZK1S3(3-4)S1KM(11-14)TBJ(A1-A2)ZK1-KM,TBJ(A1-A2)线圈得电，使常开触点 TBJ（11-14）变常闭，实现 TBJ 的自保持，常闭触点 TBJ(21-22)变常开，使得电源无法经过 HQ，从而就不会合闸，防止了故障的再次发生。4.3 智能分界开关控制器智能分界开关控制器 用户分界开关柜主要用于电缆网供电的用户进线的责任分界点处，快速隔离故障点，减小停电范围，提高供电可靠性。该柜具有全封闭，全绝缘，免维护，体积小，安全可靠，安装简便，操作方便等卓越性能，大大减少占地面积。主要用于控制和用户侧的变压器，线路等负载12。智能分界开关控制器是为了能够准确地检测高压线路中的分合闸情况，它是用新型的高科技芯片和单片机相结合而研发出的智能产品，相对传统产品有了天翻地覆的变化。它可以对整个电路进行安全监测，并将实时情况远程发送还能控制分合闸等，灵活容易进行操作。所以它的特点就分厂 学士学位论文- -22适合于环网柜，因为其的智能型，就可以减小意外情况下带来的伤害和损失，减小收到影响的范围，这在小区供电，工业厂区供电非常的适合。使停电的时间和范围都得到大幅度的减少，而且还保证了安全，又便宜又实用的解决了配电问题的自主智能化。 遥信、遥控、遥测灵活配置。三种实现功能的装置都是单独单独设计的，任何其中一个损坏都不会影响其他部分的功能。确保三种远程功能实现，需要的是：遥信：各种线缆及其开关所在的位置，SF6 气体的压力大小，电池电量的多少等；遥测:各条电缆的进线出现的三相电流和电压等；遥控:环网柜本身具有的智能控制装置会有 I/O 接口用于通讯和拓展功能,而且接受外部接入的 RTU 的控制,实现各条线路的开合以及分合闸。三种装置的配合不是一成不变的，可以根据实际情况下遇到的情况进行具体的组合应用，达到最好的应用效果。超过了期自身的检测范围也没有关系，可以通过技术手段来提高其检测的最大值。电源也能实现自主智能的管理，应为其自身存在着智能控制的模块，即使出现各种突发情况，也可以智能的自动进行调节，而不再需要人员来到场亲自进行操作，无形中减少了工作量，也保证了人员的安全，不会意外的发生触电事故。使用屏幕来显示数据信息，方便容易检查，按钮式操作，简单可靠。可以在控制中心进行远程遥控，不许人员亲自到达现场进行操作，降低了维护费用和维护时间，也提高了安全性。 智能分界开关控制器，以及通信模块，该设备具有故障检测功能，保护控制功能和通信功能。如下图 4-3 智能开关控制器 图 4-3 智能分界开关控制 户外箱式环网柜的电气元件，及使用的事项的引用标准如表 4-1 所示。 学士学位论文- -23表 4-1 引用标准4.4 使用环境使用环境 户外箱式环网柜，虽然具有良好的使用性能，但对使用环境，仍然给具有具体要求，在使用时要注意这些要求，防止必要的意外和事故，下面给出使用环境的注意事项： 1.环境温度最低温度：-40 度；最高温度：+40 度；日平均相对温度：95；月平均相对温度：90；2
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