某高校新校区10kv变配电站设计_开题报告

当前由于城市电网改造和市场化建设，架空线改为电缆入地，城市变电站向小型化、节地、节能、无人值班发展，带来箱式变电站(即预装式变电站，以下简称箱变)的迅猛发展和大量应用。了解各种箱变的特性，发现并解决应用中出现的问题将有利于箱变更好地服务于配电网络的发展。

1、欧式箱变的研究现状及存在的问题。　　欧式箱变具备变(配)电站所需的功能，但和我国的供用电法规要求相比，缺少无功补偿和计量功能。其高压开关大多是充SF6气体绝缘开关和专为配套箱变、开闭所而设计RM6、CGC型等环网单元开关柜。欧式箱变体积小，一般高度不超过1.6m。有的把变压器室做成沉到地下的船型槽，以降低高度。        欧式箱变遵循的是IEC-1330标准，其特点之一是变压器在箱体内采取自然冷却方式；并将正常使用条件下，变压器在外壳内的温升和同一台变压器在外壳外的温升之差分为10K、20K、30K三个等级，规定了外壳级别有10、20、30三种。由于箱体内外的温升差值，箱变的负载能力必然小于内装的变压器容量，而就整台箱变的成本来说，变压器占重要成分，箱变的价格是按整台箱变的标称负载能力(kVA)定的，因此装配了大容量的变压器而只能依小容量的箱变出售，制造厂利润下降，这一点在我国行不通，因此都普遍采用在重载时吹风冷却的措施，避免降容。       20世纪80年代中期，前电力工业部进口了梅兰，日兰公司(现并人施耐德公司)箱变并分发给有关供电局试用，对在我国推广箱变，起了促进作用。 

2、美式箱变的研究现状及存在的问题。　 美式箱变的真正名称是“台置式变压器”(pad· mountedtransformer)。在美国教科书上配电变压器就分为两大类：一类是“杆装式变压器”(pole－mounted transformer)，另一类就是这种安装在平台(包括地上)上的台置式变压器，其高压侧内部装有避雷器和熔断器。1995年，我国科锐公司将此产品介绍到中国，起名为“美式箱变”。   　 美式箱变是一种和我国国情不相适应的产品，存在以下问题。      (1) 中性点接地问题。美国10kV电网为中性点接地系统，而我国为中性点不接地系统，按照国标及IEC－420标准，当高压组合电器的熔断器任何一相熔断时必须由联动机构撞开三相负荷开关，以避免缺相运行。如此规定的原因是由于箱变是无人进行运行监视的设备，较长时间维持不对称运行状态，会使低压侧有的工作相严重偏离正常工作电压(偏高或偏低由线圈接线方式而定)，从而导致低压侧所接电气设备损坏。此类箱变如不进行改进，则不适用于我国10kV中性点不接地电网系统。      (2) 短时耐受电流时间过短。美式箱变中油浸式负荷开关的额定短时耐受电流，不论是GE、Cooper还是美国ABB公司的产品，都只能达到12kV／2s。由于我国电力系统迅猛发展，电网愈联愈大，短路容量增加，10kV电气设备额定短时耐受电流至少需要16kV／3s以上，而美国ABB公司不能解决此问题。这可能是引起美式箱变在我国曾经发生的多起爆炸和火灾事故的原因之一。       (3) 不符合我国中压开关“无油化”政策。中压开关“无油化”是我国国策，目前全国无油化率已经达到80％以上。而美式箱变又将多油式负荷开关带入电网中来，并且与之串联的保护用主熔断器是“爆炸式”(英文原文)。虽有限流式后备熔断器，但位于油箱内，正常动作全由插入式主熔断器来完成，而熔断器位于上层油中，油温升高散热不利，并且随负载而变化，其保护特性变差。另外，该熔断器动作时无限流功能，极易造成事故扩大以致油箱炸开。       (4) 散热不利。当高压侧为环网结构时，由于负荷开关浸在油箱内，此时油箱已被变压器加热，负荷开关散热不利，而此时串在环网电路中的两台负荷开关中所流过的电流是“穿越功率”，此功率远远大于箱变本身变压器的功率(特别是靠近电源侧的箱变)，和变压器热量相互影响造成温升过高。国内某地区使用中就发生过“箱壁烫手”的现象。        (5) 实现遥控操作的困难。10kV配电网络中，为了达到高供电可靠率，发展“故障定位，自动切除功能”的配电网自动化是必然方向。而美式箱变的“四工位”负荷开关，在手动切换操作时还得仔细找正位置，要实现遥控操作找正位置在机构上、可靠性上都是十分困难的。         　　由于以上原因，国内有识之士提出要限制美式箱变在电网中的应用，以实现可持续发展。    3 、箱变设计中应注意的问题   　　在南方一些地区，箱变的应用正在日益普及，但是有些产品的结构不太合理，既浪费材料(特别是铜母排)，又增加事故隐患。现提出主要几点，和用户单位、设计部门及电力部门专业同志研讨。     （1） 箱变的主保护   　　当前，箱变能够得到广泛的推广使用，得益于高压(12kV)侧组合电器(负荷开关+高压限流熔断器)一箱变主保护的发明和不断完善。其功能是在变压器内部发生故障时，高压侧的开关电器快速、及时地切断电源，避免变压器内部故障扩大。在油浸变压器中，由于液体的不可压缩性，绝缘油在电弧作用下所分解的气体(85％以上为氢和乙炔等可燃性气体)膨胀而将油箱炸开，因此主保护电器的特性配合至关重要。1989年国际配电网会议提供的资料表明，如果能够在20ms内切除故障，变压器油箱不会被炸开。断路器因为有继电保护动作时间，再加上断路器固有动作时间和燃弧时间，一般全开断时间不少于60ms，不能有效的防止油箱炸开、故障扩大。高压限流熔断器则具有速断功能，可在10ms内熔断而切除电源，防止故障扩大。   　　欧洲一些电力公司的实践更能证明这一点。德国RWE公司在其城乡电网中使用的46000台配电变压器均用高压限流熔断器保护。在1977～1987年间，变压器发生87次故障，均及时切除，没有油箱炸开。而法国电力公司取消用高压熔断器保护，在1960～1970年间，7500台配电变压器中发生50次变压器故障导致油箱炸开的事故。因此法国的两大电力设备供应商——阿尔斯通和梅兰·日兰都在完善组合电器上下功夫，后者开发了专为箱变量身定制的RM6型产品。在1991年国际配电网会议上，比利时也提供了有力的证据。比利时对40000台配电变压器观察了10年以上，统计资料表明，在此期间，没有出现一次箱体炸开事故。国内箱变运行情况也表明，不论进口或国产产品，用组合电器保护的箱变都没有发生过油箱炸开事故。      　　必须指出，不论IEC标准和国标规定，在装有限流元件的回路中，由于已经免除了动热稳定作用的威胁，不再需要做动热稳定试验，标准中已经肯定了限流熔断器的卓越保护功能并列入法制规定。   （2） 低压总开关是否有存在的必要   　　箱变本身是一个紧凑、宜简不宜繁的电气设备，过去由于IEC及国标都列出了在箱变中装定型开关柜的条款，因此生产厂都是将PGL、GGD定型低压开关柜装入箱变。在电气一次接线上有一个总开关柜，然后再有分路馈线柜、电容补偿柜，每一个柜的塑壳断路器前还有隔离开关，这些措施都是在元器件可靠性较差时采用的。但是近几年来，特别是城乡电网改造开展的近三年来，我国的电器设备有了很大改进，馈线用塑壳断路器的开断能力增强，且塑壳断路器的可靠性也有长足进步，很多产品是免维护的。此外，总开关的下部接线端子处、闸刀的刀口处以及母排的搭接处都是抗温升的薄弱环节，采用上述传统作法，不仅体积大，耗铜材、元器件用量大，还增加了不少抗温升薄弱环节和事故隐患。在当前元器件突飞猛进发展的基础上，我们可以从主接线上、结构上将箱变改进得更为合理、节材、节能、安全可靠，使箱变得到更好的推广使用。   　　为此最新颁布的电力行业标准DL／T537－2002《高压／低压预装箱式变电站选用导则》中第5、7条“对由电器元件组装而成的开关设备和控制设备的要求”一节中，对其结构、安装、接线、试验作出了相关要求和规定，并给出了认可的标准依据。    （3） 单台箱变的容量问题   　　我国电网的线路损耗比先进国家高出1～2个百分点，其中欧、美一些国家低压供电电压还是110V，这些国家采取的措施都是“高电压、密布点”。伸长高压配电线，缩短低压配电线，对单独的用电点则是采取高压线路送到门口，杆上吊一个杆变，低压线直接进入户内，当容量不够时则再加一个杆变。而公共电缆配电网中，所用的箱变单台容量都很小，一般在315kV左右。有鉴于此，我国城乡电网改造采取的技术政策也是“高电压、密布点”，从理论上来讲每伸长1 km 10kV线路，缩短1km 0.4kV线路，线路损耗将降至1／700，因此城市中单台配电变压器容量不宜超过315kVA，低压出线长度不宜超过200m。但有些地区不仅箱变单台容量很大，还出现双变压器构成的箱变，是很不合理的。   

二、^范文提纲

一、绪论

（一）、供配电技术的发展

（二）、箱式变电站的类型、结构与技术特点

1、箱变的类型

2、箱式变电站的结构

3、箱式变电站的技术特点

（三）、箱式变电站的技术要求与设计规范

1、箱式变电站额定值

2、箱式变电站的设计和结构

3、箱式变电站的使用条件

4、箱式变电站的箱体要求

5箱式变电站内部电器设备

（四）本课题的主要任务

二、10kV箱式变电站的结构设计

（一）电气主接线的确定

  1、主接线的形式

2、箱式变电站对主接线的基本要求

3、高压接线方式

（二）箱式变电站箱体的确定

1、箱体结构的确定

2、箱体的合理配置

（三）变压器的确定

1、变压器容量的确定

2、变压器的散热处理

三、10kV箱式变电站参数计算及设备选型

（一）10kV箱式变电站一次系统设计

（二）设备选型

1、高低压电器设备选择的要求

2、断路器的选型

3、高压熔断器的选择

4、互感器的选型

5、隔离开关的选型

6、开关柜的选型

四、10kV箱式变电站二次系统设计

（一）二次系统的定义及分类

（二）二次系统总体方案

（三）断路器控制与信号回路

1、概述

2、控制回路设计

3、信号回路设计

（四）电气测量与信号系统

五、箱式变电站智能监控功能设计

（一）箱式变电站的监控内容

1、电参量监测与保护

2、防凝露保护

3、变压器室温度保护

4、参数在线数字化显示和设定

5、系统组网与集中化管理

（二）配电网自动化的功能

（三）箱式变电站的智能监控方案

1、硬件设计及工作原理

2、软件设计

3、信号回路设计

（四）电气测量与信号系统

三、参考文献

 [1]  黄纯华,葛少云《工厂供电》天津大学出版社，2001.6

[2] 黄纯华《发电厂电气部分课程设计参考》

 [3]  张桂珠《大城市变电站的发展》中国电力教育,2011,25(3)：15-16   

[4]  张国兵,冯明利,管霄《我国变电站设计的研究与发展趋势》科技与生活  2012，19(17)：210  

 [5]  Roostaee. S，Hooshmand. R，Ataei. M．Substation automation system using IEC  61850．IEEE The 5th International Power Engineering and Optimization Conference，2011，8(5):339-397 

 [6] 马丽英，苏小林《国内数字化变电站现状》电力学报,2011,26(2)：127-129 

[7] 马淑娟《浅谈智能化变电所配电系统》科技论坛,2011,(32)  

 [8] 赵智大《高电压技术》北京：中国电力出版社，2013.5 

[9] 刘贞、殷小虹《智能变电站的实现》科技前沿，2009（11）

 [10] Naildu MS.et al.Hing-voltage Engineering[M].New Delhi Tata  McGraw-Hill,Publ.2005

[11] 西安交大《电厂、变电所电气主接线设计》西安交通大学出版社. 

 [12] Kuffel E.et al.Hing-voltage Eundemnetals[M] New York,pergamon  press.1984