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变压所设计
本科生毕业论文(设计)开题报告
题目10KV组合式变电站设计(变压所设计)
专业12春电气工程与自动化
学习中心文成学习中心096
姓名李武学号712096202011
指导教师卢允伟
2014年04月12日
论文摘要
本课题的主要内容包括组合式变电站的发展应用,组合式变电站的结构分类,以及组合式变电站一次系统设计及其设备选型,二次系统设计,以及组合式变电站的智能监控系统。
10kV组合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1250kVA。
主接线采用单母线分段接线。
关键词:
箱式变电站;结构;一次系统;二次系统
目录
第一章组合式变电站简介1
1.1供配电技术的发展1
1.2组合式变电站的类型、结构与技术特点1
1.2.1组合式变电站的类型1
1.2.2组合式变电站的结构1
1.2.3组合式变电站与常规变电站的对比分析2
1.3组合式变电站的技术要求与设计规范2
1.4本设计的主要任务3
第二章10kV组合式变电站的总体结构设计3
2.1电气主接线的确定3
2.1.1主接线的基本形式4
2.1.2主接线的比较与选择4
2.1.3高压接线方式5
2.2变压器5
2.2.1变压器容量、接线组别的确定5
2.2.2变压器的散热处理5
2.2.3采用负荷开关—熔断器组合电器保护变压器6
2.3组合式变电站总体布置6
第三章10KV组合式变电站一次系统设计与设备选型6
3.110kV组合式变电站一次系统设计6
3.2设备选型6
3.2.1高低压电器设备选择的要求7
3.2.2断路器的选型7
3.2.3高压熔断器的选择7
3.2.4互感器的选型8
3.2.5隔离开关的选型8
3.2.6开关柜的选型8
第四章10kV组合式变电站二次系统设计9
4.1二次系统的定义及分类9
4.2二次系统总体方案9
4.3断路器控制与信号回路9
4.3.1概述9
4.3.2控制回路设计9
4.3.3信号回路设计10
4.4电气测量与信号系统10
第五章组合式变电站智能监控功能设计10
5.1组合式变电站的监控内容10
5.1.1电参量监测与保护11
5.1.2防凝露保护11
5.1.3变压器室温度保护11
5.1.4参数在线数字化显示和设定12
5.1.5系统组网与集中化管理13
5.2配电网自动化的功能13
5.3组合式变电站的智能监控方案13
5.3.1硬件设计及工作原理14
5.3.2软件设计14
结论14
参考文献15
1第一章组合式变电站简介
1.1供配电技术的发展
组合式变电站又称户外成套变电站,也有称做箱式变电站,它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备,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,受到世界各国电力工作者的重视。
进入20世纪90年代中期,国内开始出现简易组合式变电站,并得到了迅速发展。
随着市场经济的发展,国家在城乡电网建设和改造中,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,所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、安全、无人值守的方向发展,组合式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品,因而在城乡电网中得到广泛应用。
我现在在浙江省文成县供电公司工作,在这里我学到了在学校没有的知识,让我感触很深,与此同时,由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展,因此不仅要求箱变安全可靠,同时要求具有“四遥”(遥测、遥讯、遥调、遥控)的智能化功能。
这种智能组合式变电站(简称智能箱变)环网供电时,在特定自主软件配合下,能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能,从而保证在一分钟左右恢复供电。
1.2组合式变电站的类型、结构与技术特点
1.2.1组合式变电站的类型
组合式变电站有美式组合式变电站和欧式组合式变电站。
美式组合式变电站在我国叫做“美式箱变”,区别欧式组合式变电站。
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。
欧式组合式变电站是将高压开关设备、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。
1.2.2组合式变电站的结构
美式组合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作为绝燃介质,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。
欧式组合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个为一室,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
1.2.3组合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3~35kV、低压侧为0.4~10kV。
变压器的容量:
当额定电压比为35/10、6、0.4kV时可从几百kVA~上万kVA、当额定电压比为10、6/0.4kV时可从几十kVA~几千kVA。
组合式变电站(在IEC及欧洲称为高压/低压组合式变电站)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%,是一种方兴未艾的装备。
组合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70-90%,所以组合式变电站其社会效益显著,适用范围更广。
组合式变电站与常规变电站性能比较见表1-1。
表1-1组合式变电站与常规变电站性能对比表
序号
对比项目
常规变站
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4-6小时就可以安装完毕送电。
3
占地面积(10kV800K为例)
≥100
一般箱变12m2
ZBW174m2
4
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/ZBW17高度1.6米,不挡视线,美化环境。
1.3组合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/低压组合式变电站》(GB/T12467-1998),以及适合的工艺流程。
1.4本设计的主要任务
(1)10KV组合式变电站的总体结构设计
(2)组合式变电站主接线设计与一次设备选型
(3)二次系统设计
(4)组合式变电站智能监控功能设计
210kV组合式变电站的总体结构设计
2.1电气主接线的确定
2.1.1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误动、发生事故时不拒动,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。
2.1.2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。
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,所以不能带负荷操作。
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。
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,只停该回路;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。
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10kV母线选用单母线接线方式,0.4kV采用单母线分段接线。
2.1.3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:
SF6负荷开关、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,即二个环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。
其中,负荷开关QLA和QLB在隔离故障线段时,能及时恢复回路的连续供电;同负荷开关QLC相连的熔断器F在中压/低压变器发生内部故障时起保护作用;QLC对溶断器和变压器还起隔离和接地作用。
2.2变压器
2.2.1变压器容量、接线组别的确定
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。
其器身为三相三柱或三相五柱结构、Dyn11或Yyn0联结,熔断器连接在“△”外部。
三相五柱式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偏移,负载电压质量可得到保证,这种变压器具有很好的耐雷特性。
对于Dyn11联结变压器来说,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Yyn0联结变压器更利于抑制高次谐波电流;Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的小得多,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Yyn0联结变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的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TT和TN系统中,推广Dyn11联结变压器。
但是Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘要求稍低于Dyn11,从而制造成本稍低于Dyn11联结的变压器。
2.2.2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,另一种将就压器安装在封闭隔室内。
10kV组合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。
2.2.3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。
2.3组合式变电站总体布置
10kV组合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1250kVA,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。
组合式变电站主要包括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1250kVA油浸式变压器。
室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。
310KV组合式变电站一次系统设计与设备选型
3.110kV组合式变电站一次系统设计
10kV母线采用单母线接线,0.4kV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,ZN23-10型真空断路器,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SC9型干式站变,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。
3.2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50HZ)等方面的要求;对一些断路电器如开关、熔断器等,还应考虑起断流能力。
(2)按短路条件校验
1)动稳定校验
2)热稳定校验
3.2.1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。
(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。
3.2.2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护方便等因素。
综合考虑10kV组合式变电站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
3.2.3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RN1(及其改进型RN3、RN5、RN6)或RN2等项目外,还包括熔管的额定电流和熔体的额定电流选择。
3.2.4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)容量和准确度等级的选择:
3.2.5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3-8所示。
表3-8高低压隔离开关技术数据
型号
额定电压
(kA)
额定电流
(A)
极限通过电流峰值
(kA)
热稳定电流
s4
5s
3.2.6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。
10kV开关柜选用XGN6-10-101型。
410kV组合式变电站二次系统设计
4.1二次系统的定义及分类
组合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
(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。
4.3断路器控制与信号回路
4.3.1概述
断路器控制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。
4.3.2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A050V,3A。
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合分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与远方自动转换开关。
(3)10KV及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操作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。
4.3.3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。
4.4电气测量与信号系统
(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。
(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。
(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0-5V或4
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