10kV箱式变电站的设计与应用全解

箱式变电站的设计与应用摘要电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气自动化化以后，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

本次设计为青海油田培训中心实训基地箱式变电站的设计，根据甲方及相关专业提供的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定箱式变电所的位置和形式。

通过负荷计算，确定变压器的台数和容量。

选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，合理选择整定继电器保护装置等。

由于本人能力有限，设计过程中难免有考虑不足之处，尚请师傅们批评指正，以便能及时纠正错误，利于今后设计工作的进步和提高。

谢谢指导！目录第1章绪论 (3)第2章负荷计算及无功功率补偿计算 (4)第3章主变压器台数及容量的选择 (6)第4章变电所主接线方案的选择 (6)第5章变电所位置、型式的选择 (7)第6章高低压开关柜的选择 (8)第7章变电所高低压电气设备选择 (9)第8章继电保护的配置 (11)第9章总结 (13)第1章绪论1.1 电气设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kV及以下变电所设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。

工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。

作为从事工厂供电的设计人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.2 工程概况1.2.1 本工程为青海油田培训中心实训基地箱式变电站的设计。

1.2.2 负荷情况本工程主要用电负荷有实训场站、实验楼和焊工实训工房的用电，根据《供配电系统设计规范》GB50052-95规定，确定培训基地电力负荷为三级负荷。

1.2.3 电源状况实训基地内有一条6kV线路通过，从用电容量、电源的输送距离，以及考虑今后的发展规划来看，在满足供电电压偏差的允许值范围内，实训基地供电电源直接由6kV 架空线路T 接而来，线路采用铠装电缆直埋敷设。

第2章 负荷计算及无功功率补偿计算 2.1 负荷计算2.1.1负荷计算的目的负荷计算的目的是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是合理地进行无功功率补偿的重要依据。

计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。

如计算负荷确定过小，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。

由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

在进行负荷计算时，要考虑环境及社会因素的影响，并应为将来的发展留有适当余量。

2.1.2负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：有功功率： Kd Pe P ⨯= (2-1) 无功功率: ϕtg P Q ⨯= (2-2) 视在功率: ϕCos P S /= (2-3)计算电流: I S ϕ= (2-4) 2.1.3 用电负荷计算用电情况详见电力负荷计算表（表1）。

取∑=9.0p K ,∑=95.0q K ,根据表1可算出：883iP =∑kW , 678iQ =∑kVar则0.9883795i P K p P ==⨯=∑∑kW 0.95678644i Q K q Q ==⨯=∑∑kVar1046S ==≈kVA /795/10460.76Cos P S ϕ==≈表1：电 力 负 荷 计 算 表2.2 无功功率补偿计算无功补偿是用来提高电压质量、降低网损的有效措施之一，方法是给感性电路中的电感并联电容器，使感性负荷所吸收的无功功率大部分有电容器提供。

由于规范要求9.0≥ϕCos ,而由上面计算可知0.760.9Cos ϕ≈<，因此需要进行无功补偿。

各计算负荷合计795P =kW补偿前10.76Cos ϕ= 补偿后94.02=ϕCos()21ϕϕtg tg P Qc -⨯= (2-5)()()795[0.760.94]tg arcCos tg arcCos =⨯-7950.49389=⨯≈kVar选择补偿400kVar 电容器.第3章 主变压器台数及容量的选择根据电力负荷计算表，为减少电焊设备干扰以及变压器损耗，故选择2台6/0.4kV 电力变压器，一台为电焊机及修井机提供电源，另一台为实训场站、实验楼及检测工房等提供电源。

变压器容量选择分别为630KVA 和500KVA ，经计算变压器负载率均大于β=70%，符合经济运行要求，并留有二期建设余量。

第4章 变电所主接线方案的选择单母线接线（sing1e-bus configuration ）由线路、变压器回路和一组（汇流）母线所组成的电气主接线。

单母线接线的每一回路都通过一台断路器和一组母线隔离开关接到这组母线上，见图。

这种接线方式的优点是简单清晰，设备较少，操作方便和占地少。

但因为所有线路和变压器回路都接在一组母线上，所以当母线或母线隔离开关进行检修或发生故障,或线路、变压器继电保护装置动作而断路器拒绝动作时，都会使整个配电装置停止运行，运行可靠性和灵活性不高，仅适用于线路数量较少、母线短的牵引变电所和铁路变、配电所。

介于本工程数量较少、母线不长等情况，高低压母线均采用单母线接线形式。

第5章变电所位置、型式的选择5.1 变电所位置变电所所址选择应满足下列几条要求：1）接近负荷中心；2）接近电源侧；3）进出线方便；4）运输设备方便；5）不应设在容易积水、剧烈震动或高温的场所；6）不应设在有爆炸危险的区域内；7）其他等等从上面几条综合确定，变电所设在实验楼与实训战场之间的空地比较合理，靠近负荷中心，且与原有6KV架空线路较近，便于引线。

5.2 变电所型式的选择5.2.1 箱式变电站概述及应用箱式变电站又称户外成套变电站，也称做组合式变电站，因其具有组合灵活、便于运输、迁移、安装方便、施工周期短、运行费用低、占地面积小、无污染、免维护等优点，受到广泛重视。

因其易于深入负荷中心，减少供电半径，提高末端电压质量，特别适用于农村电网改造，被誉为21世纪变电所建设的目标模式。

5.2.2箱式变电站特点1 、技术先进安全可*靠，箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，可保证在－40℃～＋40℃的恶劣环境下正常运行。

箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式变压器、干式互感器、真空断路器(弹簧操作机构)等国内技术领先设备，产品无裸露带电部分，为全绝缘结构，完全能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。

2 自动化程度高全站智能化设计，保护系统采用变电所微机综合自动化装置，分散安装，可实现"四遥"，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。

3 工厂预制化设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，作出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电所建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。

4 组合方式灵活箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，我们可以全部采用箱式。

5 投资省、见效快、占地面积小以上例来说明，因选用箱式变电站无房建工程量，符合国家节约土地的政策。

鉴于以上特点，此6/0.4kV变电所采用箱式变电所，运行维修方便，占地面积少。

变电所布置紧凑合理。

第6章高低压开关柜的选择高低压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高低压成套配电装置，1）高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。

本设计6kV设备选用XGN15-12(F) 箱式固定交流金属封闭开柜。

结构特点：1、采用的负荷开关是独立单元，内部充以六氟化硫气体作为绝缘介质，长寿命，高参数，无污染，少维护；2、外壳选用优质钢板或根据用户的需要采用敷铝锌板，具有耐腐蚀、搞氧化、外形结构新颖、美观等优点；3、弹簧储能操作，三相可自动跳脱，五防联锁与操作机构一体，联动安全可靠；4、开关柜可方便构成环网供电单元及其它接线方式,且可无限延伸;5、采用六氟化硫负荷开关，综合性能安全可靠，无油、无毒，不会发生火灾爆炸危险；6、柜体结构简单，操作方便，体积小，重量轻，外形美观。

2）低压开关柜有固定式和抽出式两大类型。

本设计0.4kV设备选用GGD2系列交流低压开关柜。

GGD型交流低压配电柜适用于变电站、发电厂、厂矿企业等电力用户的交流50Hz，额定工作电压380V，额定工作电流1000-3150A的配电系统，作为动力、照明及发配电设备的电能转换、分配与控制之用。

GGD型交流低压配电柜是根据能源部，广大电力用户及设计部门的要求，按照安全、经济、合理、可靠的原则设计的新型低压配电柜。

产品具有分断能力高，动热稳定性好，电气方案灵活、组合方便，系列性，实用性强、结构新颖，防护等级高等特点。

可作为低压成套开关设备的更新换代产品使用。

第7章变电所高低压电气设备选择7.1 开关柜的选择=27.0kA，选择分断能力为30kA的低压开关柜及相关低压元器件。

低压母线Id37.2 6kV进线电缆截面选择计算6kV侧变压器计算电流：(500630)6)108.7I=+= Ajs（1）按持续允许电流选择70mm 2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直埋，土壤热阻为2.0℃·m/w 的情况下的载流量为：()2010.79158.8js I ⨯=A >（2）按经济电流密度选择年最大负荷利用小时=4000h ，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm 2结论：经计算用70mm 2电缆满足要求，故选YJV 22-10kV -3×70mm 2电缆。