10KV箱式变电站设计

10KV箱式变电站设计毕业设计供电09-1张书朋主要内容•摘要•第一章:箱式变电站的简介•第二章:10kV箱式变电站的总体结构设计•第三章:10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型•第四章:10KV箱式变电站二次系统设计•第五章:箱式变电站智能监控功能设计•结论•参考文献•致谢摘要•10KV箱式变电站是当今配电系统中最经济、最实惠、最科学、最安全的一种新型配电装置，主要用于6～10KV系统，为接受分配中压电能并向用户提供低压电能之用。箱站具有结构紧凑、占地少、可靠性高、安装简捷、标准化系列性强等特点，现在已被广泛地用于单位和住宅小区；道路交通等标准化重复性高的场所；油田、矿山及城市等施工不便的场所和需经常移动和临时供电的场所。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。箱式变电站是我国电网今后一个时期的发展方向，在变电站建设中要坚持简单、实用、可靠的原则，以达到保证电网安全、经济、可靠运行为目的。•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。第一章:箱式变电站的简介•1.1供配电技术的发展•1.2箱式变电站的类型、结构与技术特点•1.3箱式变电站的技术要求与设计规范•1.4本设计的应用场景•1.4.1居民小区负荷设计住宅小区共3栋楼，每楼2个单元，12层，每层4户，共288户。商业区共有商铺3家。•1.4.4负荷设计计算•（1）住宅区负荷计算•应用单位指标法计算，即：•Pjs=∑Pei*Ni(kW)•式中Pei——单位用电指标，kW/户。•Ni——单位数量，户数。•应用此方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷（PM）。PM=Pjs*η（η——同时系数，η值按照住户数量多少不同，取值也不同，一般情况下，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35）。•（2）商业区负荷计算•同居民住宅区的负荷计算方法：•PM=Pjs*η•式中η——同时系数，商业用户取0.7.•小区总负荷=住宅区负荷+商业区负荷=1728+63=1791KW•1.4.5变压器的选择•(1)同时系数：•住宅小区内居民由于作息时间不同，同时系数小些。取同时系数一般为：50户以下0.55，50～100户0.45，100户～200户0.40，200户以上0.35。•小区实际最大负荷PM=Pjs×η=1791X0.4=716KW•（2）选择配变容量•S＝P∑÷cosφ(kVA)•cosφ一般取值为0.8～0.9。•S＝P∑÷0.85=716÷0.85=842(kVA)，变压器总容量为842(kVA)，按此选择变压器•由于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。因此该小区可选用400KVA和500KVA两台变压器足矣。•一、美式箱变和欧式箱变的区别:•二、由于箱变的结构的不同使用的地方也不同，供电的网络也不同•因为美式箱变和欧式箱变的结构不同可靠性不同，因此适用的场合也不同。当美式箱变的容量选用的较小而小区的建筑面积较大时，应用的箱变会增加很多，从而使在架空线上支接的负荷点增多；当减少架空线的支接负荷点时必定要增加箱变的串接数量，从而使网络结构薄弱。要克服小容量箱变而带来的网络结构薄弱的问题，最好使用环网站解决。•1、美式箱变的适用地方•鉴于美式箱变的结构特点和优缺点，美式箱变适用于对供电要求相对较低的多层住宅和其他不重要的建筑物的用电。根据我们的实际使用情况看，美式箱变配上小型的环网开关站后，完全适用多层住宅的供电需求。因为就是箱变发生故障，对居民的影响不大，但不适应于小高层和高层。•2、欧式箱变的适用地方•欧式箱变适用于多层住宅、小高层、高层和其他的较重要的建筑物。综上所述，该场景主要选择欧式S11-10/0.4-500KVA(注：s11是设备型号，10/0.4是高压侧额定电压10千伏，低压侧0.4千伏，500KVA是额定容量500KVA)和S11-10/0.4-400KVA油浸式变压器（油变，应为相对来说干变是比较环保，对环境无污染，但油变的过负荷能力远远大于干变，而且干变的风冷却系统还需损耗箱变自身的电力）。本次主要选择欧S11-10/0.4-500KV油浸式变压器进行设计。第二章:10kV箱式变电站的总体结构设计•2.110KV配电设备及主材标准序列•2.2变压器•2.3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。•2.4箱体要求第三章:10KV箱式变电站一次系统设计与设备选型•3.110kV箱式变电站一次接线图•3.2短路电流的计算：•K-1进线侧短路电流计算，6~10kV短路容量为500MVA•(1)选择基准值。•取基准容量=100MV·A，基准电压=10.5kV，基准电流=/=100MV·A/(10.5kV)=5.5kA。•(2)计算各电抗标幺值•系统电抗=/=100MV·A/500MV·A=0.2•(3)总阻抗标幺值•(4)三相短路电流周期分量有效值•(5)短路冲击电流•取短路冲击系数，（6）短路全电流有效值•47.5KAkA)18.1(21.27.5)1(2122t11=-´+´=-+=impimKII•K-2出线侧短路时，系统短路容量为500MvA•（1）选择基准值。•取基准容量=100MV·A，基准电压=0.4kV，基准电流（2）计算各阻抗标幺值•变压器系统阻抗=/=100MV·A/500MV·A=0.2•（3）短路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量•1）总电抗标幺值•=+=0.2+9=9.2•2)三相短路电流周期分量有效值：•3）其他三相短路电流：•(短路冲击电流)•（短路最大电流）•4）三相短路容量：••3.3设备选型•3.3.2断路器的选型•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型真空断路器.•（1）ZN23-10型断路器额定电压Un=10kV，额定电流630A，额定短路开断电流30kA，额定峰值耐受电流63kA，热稳定电流有效值30kA，额定短时耐受电流63kA。•断路器动稳定校验：断路器额定峰值耐受电流63kA大于三相短路冲击电流60kA，满足要求。•热稳定校验：t=*4=10000≥=（稳态值）*4=9025，满足要求。•综上所述，一次侧断路器满足要求•（2））ZN28-04型断路器额定电压Un=0.4kV，额定电流200A，额定短路开断电流25kA，额定峰值耐受电流40kA，热稳定电流有效值20kA，额定短时耐受电流40kA。•断路器动稳定校验：断路器额定峰值耐受电流40kA大于三相短路冲击电流39.84kA，满足要求。•热稳定校验：t=*4=1600≥=(稳态值)*4=979.69，满足要求。•综上所述，二次侧断路器满足要求，断路器选择完毕。•3.3.3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。•（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•3.3.4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。•1）GW14-10/200型隔离开关额定电压Un=10kV，额定电流200A，，额定峰值耐受电流40kA，热稳定电流有效值12.5kA，额定短时耐受电流40kA。•动稳定校验：由上表可知隔离开关额定峰值耐受电流40kA大于三相短路冲击电流26.33kA，满足要求。•热稳定校验：t=*4=625≥=（稳态值）*4=400，满足要求。•综上所述，隔离开关一次侧满足要求。•2）GN19-04C/20型隔离开关额定电压Un=0.4kV，额定电流200A，，额定峰值耐受电流50kA，热稳定电流有效值31.5kA，额定短时耐受电流50kA。•动稳定校验：由上表可知隔离开关额定峰值耐受电流50kA大于三相短路冲击电流39.84kA，满足要求。•热稳定校验：t=*4=3969≥=（稳态值）*4=979.69，满足要求。•综上所述，隔离开关二次侧满足要求，隔离开关选择完毕。•3.3.5开关柜的选型•3.3.6避雷器的选择•为防止侵入的雷电波过电压，当进出线电缆与电线杆上架空线连接时，要求在电线杆上装设HY5WS-17/50型避雷器，若电缆长度超过50M时，环网柜内的相应进出线柜中加装HY5WS-17/50型避雷器（乐清樊高电气有限公司）•注：•H复合型材料（外套——硅橡胶）•Y金属氧化物避雷•5标称放电电流（8/20波形）•W无间隙•S配电型避雷器•17避雷器额定电压（17kV）•50避雷器残压（50kV在8/20波形下，电流幅值5kA的条件下残压50kV）第四章: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•4.3断路器控制与信号回路•4.4电气测量与信号系统第五章: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。•5.2配电网自动化的功能•5.3箱式变电站的智能监控方案•5.4箱式变电站设计中应注意的问题•5.4.1主变压器与箱体之间应满足最小防火净距•《35～110kV变电站设计规范》中规定，耐火等级为二级的建筑物与变压器(油浸)之间最小防火净