10KV箱式变电站设计

摘要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、无人值守的方向发展。

其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。

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。

根据现代化建设的要求，建议居民住宅小区要首选小型化箱式配变，因为独立配电室投资高，配电房与居民小区住房不相协调，影响整体美观和建设标准的一致性，况且其建设位置因与住房争地盘，也较难设计在负荷中心，造成供电半径向一侧伸展，供电结构不合理，电压质量差，线损增大；杆上变压器一般在路旁，10kV线路采用架空引入，低压采用架空沿墙敷设或地下电缆配电，也影响了小区的环境形象，还容易出现电力事故，很不安全，供电质量难以保证，低压线损高，杆上变压器不能满足负荷增长的需要。

关键词：箱式变电站结构一次系统二次系统前言箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，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，国内开始出现简易箱式变电站，并得到了迅速发展。

我现在本设计的主要任务：1．10KV箱式变电站的总体结构设计；2．箱式变电站主接线设计与一次设备选型；3．二次系统设计；4．箱式变电站智能监控功能设计。

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1 600kVA。

主接线采用单母线分段接线。

一、箱式变电站的类型、结构与技术特点（一）箱式变电站的类型箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。

美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，区别欧式预装式变电站。

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。

欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、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。

（二）箱式变电站的结构美式预装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。

欧式预装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各为一室，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，如图1所示。

“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。

但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”布置较为有利。

图1 欧式预装式变电站的整体布置形式HV—高压室；LV—低压室；TM—变压器室；ZL—操作走廊二、箱式变电站的总体结构设计（一）电气主接线的确定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.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。

接线方式如图2：QF电源QS母线WB QSQF出线1出线2出线3 出线4工作电源备用电源QSQF出线1 出线2 出线3 出线4a）b）图2 单母线接线a）一路电源进线 b）两路电源接线在主接线中，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。

接线如图图3 单母线分段接线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。

接线方式如图4所示。

电源1电源2QF1QF3QF2WB1WB2QF QF QF QF出线1 出线2 出线3 出线4图4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。

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。

（二）变压器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160～1 600KVA，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。

变压器联结方式如图5。

..A B Ca b c UU..U UU变压器Y yn0联结组变压器Dyn11联结组图5 变压器的Yyn0联结和Dyn11联结综合考虑10kV箱式变电站变压器的容量确定为1600kVA，因为三相五拄Dyn11连接变压器带三相不对称负载能力强，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；此外，这种变压器还具有很好的耐雷特性。

因此变压器的连接组别为三相五柱Dyn11，阻抗电压为U d =7.0%，采用油浸式变压器。

由于三相五拄Dyn11联结，如果熔断器一相熔断后，会造成低压侧两相电压不正常，为额定电压的1/2，会使负载欠压运行。

因此将熔断器连接在“△”内部。

因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。

而站用变压器容量确定为50kVA，连接组别采用Dyn11，接在10kV母线上将10kV电压降低为0.2kV 供箱式变电站本身使用。

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10kV 箱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)。