35KV箱式变电站设计毕业设计(论文)

本 科 毕 业 设 计

题 目 35KV箱式变电站设计

英文题目The design of 35KV box type substation

学生 学 号

专 业电气工程及其自动化 指导教师

2013 年 11月

本 科 毕 业 设 计

专业WORD.

题 目 35KV箱式变电站设计

英文题目 The design of 35KV box type substation

学生签名

：

指导教师签名

：

专业WORD.

2013 年 11 月

本科毕业设计（论文）任务书

学生 班级 专业 电气工程及其自动化

导师 职称 单位

毕业设计（论

文）题目

35KV箱式变电站设计

毕业设计（论文）主要容和要求：

主要容：

（1）35KV箱式变电站的总体结构设计

（2） 箱式变电站主接线设计于一次设备选型

（3）二次系统设计

（4）箱式变电站智能监控功能设计

要求：

（1）深入了解课题研究的容，充分查阅有关设计书籍及手册，学习相关的理论知识。

（2）研究工艺过程，画出控制流程图。

（3）根据工艺做系统研究，设计控制系统。

（4）箱式变电站的发展应用。

（5）箱式变电站的结构分类，以及箱式变电站一次系统设计极其设备选型。

（6）二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。

（7）35kV箱式变电站的设计高压侧额定电压为35kV。

（8）低压侧额定电压为10kV，主变压器容量为5000kVA，主接线采用单母线分段接线。

毕业设计（论文）主要参考资料：

[1]黄绍平.成套电器技术[M].工程学院讲义（部资料），2002

[2] 费广标.35kV箱式变电站模式设计 [M].中国电力，2003

[3] 朱宝骅.一种新型箱式变电站-集成变配电站[J].电工技术杂志，2002.2

[4] 麦艳红.新型箱式变电站的应用与分析[J].广西水利水电，2001.1

[5] 熊作胜.关于35kv箱式变电站的技术改进[J].电气时代,2001.3

[6] 吕亚杰.箱变的结构及适用型分析[J].职业技术学院学报，2001.1

[7] 蔡心一，颜长斌.欧式、美式、国产式箱变的特性分析[J].电器，2001.1

[8] 高颂九.预装式变电站小区布点及容量选择分析[J].变压器,2002.11

[9] 磊.对箱式变电站设计的建议[J].农村电气化,2002.4

[10] 涤尘. 电气工程基础[M]. 理工大学,2002.1

[11] 输变电常用标准汇编[M].中国标准, 2001.3

[12] 电力系统一次接线[M].,电力工业,1995

[13] 贺家. 电力系统继电保护原理[M]. , 水利电力, 1994

[14] 健. 配电自动化系统[M]. , 中国水利电力, 1998

[15] 文成. 工厂供电[M]. , 机械工业, 1981

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毕业设计（论文）应完成的主要工作：

1．35kV箱式变站总体结构设计

2．主接线设计与一次设备选型

3. 二次系统设计

4．箱式变电站智智能监控功能设计

毕业设计（论文）进度安排：

序号 毕业设计（论文）各阶段容 时间安排 备注

1 查阅资料 9月15日-9月25日

2 35kV箱式变电站总体结构设计 9月25日-10月1日

3 主接线设计与一次设备选型 10月1日-10月5日

4 二次系统设计 10月5日-10月10日

35kV箱式变电站综合自动化系统及

微机监控系统设计

撰写毕业设计论文 6 10月15日-10月20日

5 10月10日-10月15日

课题信息：

课题性质： 设计■ 论文

课题来源： 教学 科研 生产 其它

发出任务书日期：

指导教师签名：

年 月 日

教研室意见：

教研室主任签名：

年 月 日

学生签名：

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摘 要

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，国开始出现简易箱式变电站，

并得到了迅速发展。

关键词：箱式变电站；结构；一次系统；二次系统

专业WORD.

ABSTRACT

Box-type transformer substation calls again outdoora transformer

substation, alsocall to dothe ctional transformersubstation. It

is adevelopmentto waitto 70's Europe and America western prosper in

the 60's of 20 centuriesthe nation relea a kind of outdoor the t

changes to give or get an electric shock of new change to give or get an

electric shock the equipments, becau it have the combination vivid, easy

to conveyance, move, install convenience, start construction

construction the period is shortandcirculate the expens low, free

from pollution, do notneedmaintenanceetc.advantage, sufferthe

international community electric power the worker the

middleof 90's of 20 centuries.The domestic starts appearing the simple

box-type transformer substation , and got the quick development.

Keywords：box-type transformer substation；construction； first system；

cond system

专业WORD.

目 录

1 绪论 ...................................................................... 0

1.1 供配电技术的发展 ..................................................... 0

1.2 箱式变电站的类型、结构与技术特点 ..................................... 0

1.2.1 箱式变电站的类型 ............................................... 0

1.2.2 箱式变电站的结构 ............................................... 0

1.2.3 箱式变电站的技术特点 ........................................... 1

1.3 箱式变电站的技术要求与设计规 ......................................... 3

1.3.4 箱体要求 ....................................................... 6

2 35kV箱式变电站总体结构设计 .............................................. 7

2.1. 箱式变电站对主接线的基本要求 ........................................ 7

2.2. 主接线的选择 ....................................................... 8

2.3. 高压接线方式 ........................................................ 9

2.4. 箱式变电站箱体的确定 ............................................... 9

2.4.1 箱体结构的确定 ................................................. 9

2.4.2 合理配置 ...................................................... 10

2.5. 箱式变电站总体布置 ................................................ 10

3 35kV箱式变电站设备选型 ................................................. 11

3.1设备选型 ............................................................ 11

3.1.1 箱式变电站设备选型应注意的方面 ................................ 11

3.1.2 设备选型的基本原理 ............................................ 12

3.1.3 高低压电器设备选择的要求 ...................................... 15

3.1.4 断路器的选型 .................................................. 17

3.1.5 熔断器的选型 .................................................. 18

3.1.6 互感器的选型 .................................................. 18

3.1.7 隔离开关的选型 ................................................ 19

3.1.8 开关柜的选型 .................................................. 20

4 35kV箱式变电站一次系统及二次系统设计 ................................... 20

4.1 主电路设计 .......................................................... 20

4.1.1 一次系统设计原则 .............................................. 20

4.1.2 一次系统设计 .................................................. 21

4.2 电气二次系统设计 .................................................... 21

4.2.1 二次系统定义及分类 ............................................ 21

4.2.3 二次系统设计 .................................................. 21

5 箱式变电站综合保护 ....................................................... 22

5.1 变电站综合自动化技术介绍 ............................................ 22

5.1.1 变电站综合自动化概述 .......................................... 22

5.1.2 变电站综合自动化的优越性 ...................................... 23

5.1.3 变电站综合自动化的基本功能 .................................... 24

5.2 变电站综合自动化系统的发展及结构形式 ................................ 25

5.2.1 变电站综自系统发展的基本趋势 .................................. 25

5.2.2 变电站综合自动化系统结构形式 .................................. 25

5.3 TDI-3000型变配电所微机保护及综合自动化系统 ......................... 26

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5.3.1 TDI-3000系统构成 ............................................. 27

5.3.2 TDI-3000系统主要功能 ......................................... 27

5.3.3 瞬时电流速断保护的工作原理 ................................... 30

5.3.5瞬时电流速断保护的整定计算 .................................... 31

结束语...................................................................... 35

致 ........................................................................ 36

参考文献 .................................................................... 37

附录 A 35KV箱变自动化设计方案 .............................................. 38

附录 B 电气主接线图 ......................................................... 39

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1 绪论

1.1 供配电技术的发展

随着经济建设发展，中国当前城市建设发展迅速，其规模之大，围之广，均是空前的，

而无论是工业、农业、服务业或是家庭用户，都离不开电能，没有电能很多事情都不能进行，

所以供配电技术给予是由其他形式能源转换而来的，又可以转换成其他形式的能源而利用，

这就是自然规律中的能源双向流动性；电能的输送既简单又经济，又便于控制、调节和测量，

有利于实现生产过程中的自动化。因此，电能在现代工厂生产及整个国民经济生活中应用极

为广泛了我们很好怎么去认识电网中的知识，掌握一些电能的安全性和可靠性。

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。这种智能箱式变电站(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送电。

1.2 箱式变电站的类型、结构与技术特点

1.2.1 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 ”，一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，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，通过电缆或母线来实现电气连接。

1.2.2 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；

（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。

其中（1）型为美式箱变的原结构，它的特点是结构紧缩、简洁、体积小、重量轻。（2）

型和（3）型为（1）的变形。这种变型的理论根据是：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。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

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可用于户，适用于住宅小区、共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。

1.2.3 箱式变电站的技术特点

箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行

停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压

表等组成的。变压器一般采用 S9 或干式的等。箱式变中的电器设备元件，均选用定型产品，

元器件的技术性能均满足相应的标准要求。为了可靠实现五防要求，各电器元件之间采用了

机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接。操作采用

电动方式，不需另配电源，由 TV 引出即可。另外箱式变还都具有电能检测、显示、计量的

功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件，并有明显的接地标志。此外为适

应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，装有隔热材料，箱体底部和各室

之间都有冷却进出风口，采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备

的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。目前，国生产的箱式变的电压等级：

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 、

0.4 kV 时可从几百kVA～上万kVA、当额定电压比为 10、6/0.4 kV 时可从几十kVA～几千

kVA。

箱式变电站有如下特点：

（1）技术先进安全可靠

箱体部分采用目前国领先技术及工艺，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，封板采用铝合金扣板，夹层采用防

火保温材料，箱体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，对箱体湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。

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（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，每个箱体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，即35kV及10kV设备全部箱安装，组成全箱式变电所；也可

以采用35kV设备室外安装，10kV设备及控保系统箱安装，这种组合方式，特别适用于农网

改造中的旧所改造，即原有35kV设备不动，仅安装一个10kV开关箱即可达到无人值守的要

求。

（5）投资省、见效快

箱式变电站(35kV设备户外布置，10kV设备箱安装)较同规模综自变电站(35kV设备户外

布置，10kV设备布置于户高压开关室及中控室)减少投资40％～50％。

1.2.4 箱式变电站与常规变电站的对比分析

箱式变电站（在IEC及欧洲称为高压/低压预装式变电站）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。

三种类型的箱式变电站的特点如下:

（1）欧洲式：特点是防护性好，多了一个外壳，变压器散热不易，要降低容量运行；

（2）美国式：特点是变压器保持户外设备本质，散热好，结构紧凑，但是在我国10kV

电网系中性不接地系统，因此一相熔丝熔断时不能跳开三相负荷开关，造成非全相运行，危

及变压器及用电设备，并且不易实现配电自动化；

（3）中国式：从欧洲式派生而来，结合中国用户需要改进而成，但是符合中国电力部门

各种法规标准要求，可铅封电能计量箱，无功补偿，一应俱全。

箱式变电站与常规变电站性能比较见表1.1。

预装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

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的70-90%，所以预装式变电站其社会效益显著，市场前景广阔。

表1.1 箱式变电站与常规变电站性能对比表

序

对比项目 常规变站 组合式（箱变）变电站

号

设计工作 需要土建、电气二方面设土建工作仅一个安装基础，箱

1 计、工作量较大 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。

基建时间 6个月以上 预先基础做好以后，只需4-6

2 小时就可以安装完毕送电。

占地面积≥100 一般箱变12m2

3 （10kV800K为 ZBW174m2

例）

安装地点不能十分接近负荷中心，能贴近负荷中心，甚至直接置

4 和负荷中心距供电线路半径较长，电压降落于建筑物处，供电线路半径可以很

离 及电能损失较高。 短电压降落及电能损失较少，提高

了供电质量。

生产方式 土建施工后，现场装配。 大规模、工作化生产，质量容

5 量得到保证。

1.3 箱式变电站的技术要求与设计规

根据国家标准《高压/低压预装式变电站》（GB/T12467-1998） ，箱式变电站的技术要求

与设计规如下。

1.3.1 额定值

（1）额定电压：对高压开关设备和控制设备，按GB/T 11022。对低压开关设备和控制

开关设备，按GB/T 14048.1和GB 7251.1。

（2）额定绝缘水平：对高压开关设备和控制设备，按GB/T 11022；对低压开关设备和

控制设备，按GB/T 14048.1和GB 7251.1。低压开关设备和控制设备的最低额定冲击耐受电

压至少应为GB/T 16935.1—1997的表1中IV类过电压的给定值。

（3）额定频率和相数：按GB/T 11022、GB/T 14048.1和GB 7251.1。

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（4）额定电流和温升：额定电流按GB/T 11022和GB 7251.1。高压开关设备和控制开

关设备的温升按GB/T 11022，低压开关设备和控制设备的温升，按GB 7251.1。

（5）额定短时耐受电流：对于高压开关设备和控制开关设备，按GB/T 11022；对低压

开关设备和控制开关设备，按GB 7251.1；对变压器按IEC 76-5和GB 6450。

（6）额定短路持续时间：对高压开关设备和控制设备，按GB/T 11022；对低压开关设

备和控制设备，按GB 7251.1。

（7）操动机构和辅助回路的额定电源电压：对高压开关设备和控制开关设备，按GB/T

11022；对低压开关设备的控制设备，按GB 7251.1。

（8）操动机构和辅助回路的额定电源频率：对高压开关设备和控制设备，按GB/T 11022；

对低压开关设备的控制设备，按GB 7251.1。

（9）预装式变电站的额定最大容量：预装式变电站的额定最大容量是设计变电站时指定

的变压器的最大额定值。

1.3.2 设计和结构

预装式变电站应设计成能够安全进行正常使用、检查和维护。

（1）接地：除按GB/T11022，还应符合以下规定。应提供一条连接预装式变电站的每个

元件的接地导体。接地导体的电流密度，如用铜导体，当额定短路持续时间为1s时不应超过

200A/mm2，当额定短路持续时间为3s时不应超过125A/mm2；但其截面积不应小于30mm2。它

的端部应有合适的接线端子，以便和装置的接地系统连接。

（2）辅助设备：对于预装式变电站的低压装置（例如照明、辅助电源等），适用时，按

GB/T 14821.1或GB7251.1防护等级：防止人员触及危险部件、并防止外来物体进入和水分

浸入设备的保护是必需的。

（3）主接线设计与一次设备选型预装式变电站外壳的防护等级应不低于GB4208—1993

中的IP23D更高的防护等级可以按GB4208予以规定。

（4）操作通道：预装式变电站部的操作通道的宽度应适应于进行任何操作和维护。该通

道的宽度应为800mm或更大些。预装式变电站部的快关设备和控制设备的门应朝出口方向关

闭，或者是转动的，这样不致减少通道的宽度。门在任一开启位置或开关设备和控制设备突

出的机械传动装置不应将通道的宽度减少到500mm。

（5）预装式变电站的选用导则

对于给定的运行方式，选用预装式变电站时，要按正常负荷条件和故障情况的要求来选

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择各元件的额定值。外壳级别的选择取决于周围温度和变压器的负荷系数。对某一额定外壳

等级，变压器的负荷系数取决于变电站安装处的周围温度。对变动的负荷，可按GB/T 17211，

采用一个修正系数。可以用本标准的附录D来确定外壳级别和变压器的负荷系数。

（6）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》中规定，耐火等级为二级的建筑物与变压器(油浸)之间最

小防火净距为10m。其面对变压器、可燃介质电容器等电器设备的外墙(符合防火墙要求)，

在设备总高加3m及两侧各3m的围不设门窗不开孔洞时，则该墙与设备之间的防火净距可不

受限制；如在上述围虽不开一般门窗，但设有防火门时，则该墙与设备之间的防火净距应等

于或大于5m。

配电装置的最低耐火等级为二级，箱式配电站箱体部一次系统采用单元真空开关柜结构，

每个单元均采用特制铝型材装饰的大门结构，每个间隔后部均设有双层防护板，即可打开的

外门，我们在设计工作中，主变与箱体之间最小防火

净距建议采用10m，以确保变电所安全运行。

（7）10kV电缆出线应穿钢管敷设

为求美观，变电所10kV箱式配电站箱体四围一般均设计为水泥路面，10kV线路终端杆

一般在变电所围墙外10m处。如果将电缆直埋，引至线路终端杆，将给检修带来很大不便。

因此10kV电缆出线应穿钢管敷设，以方便用户维护检修。如10kV线路终端杆距离变电所较

远，则箱体至变电所围墙段的10kV电缆出线必须穿钢管敷设。在电缆出线末端的线路终端杆

上装设新型过电压保护器，以防止过电压。

（8）操作通道

预装式变电站部的操作通道的宽度应适于进行任何操作和维护。该通道的宽度应为

800mm或更大些。预装式变电站部的开关设备和控制设备的门应朝出口方向，或者是转动的，

这样不致减小通道的宽度。门在任一开启位置或开关设备突出的机械传动装置不应将通道的

宽度减小到500mm。

1.3.3 使用条件

（1）正常使用条件

①外壳：预装式变电站应设计成能在按GB/T 11022规定的正常户外使用条件下使用。

②高压开关设备和控制设备：在外壳部按GB 7251.1规定的正常户外使用条件。

③变压器：外壳的变压器在额定电流下，其温升比无外壳条件下的要求高，会超过GB

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1094.2或GB 6450 规定的温度极限。变压器的使用条件应按安装地点外部的使用条件和外壳

级别来确定。变压器的制造厂或用户能够据此计算降低变压器的使用容量。

（2）特殊使用条件

高压开关设备和低压开关设备和控制设备在海拔超过1000m的地区按GB/T 11022的规

定。低压开关设备和控制设备在海拔超过2000m的地区按GB/T7251.1的规定。变压器在海拔

超过1000m的地区，按GB 1094.2或GB 6450的规定[11]。

1.3.4 箱体要求

（1）箱体照明、通风、防沙、散热应满足正常运行、维护要求，并应加装温度、湿度测

量表计、凝露器、烟雾报警装置，并将温度、湿度、凝露、烟雾报警探头信号接入综合自动

化系统，要考虑安装通讯设备的位置。

（2）箱顶应考虑自然排水功能。

（3）要抗紫外线辐射、抗暴晒性能好，不易导热可避免因外部温度过高而引起箱体温升

高。

（4）防潮性能好，不会因冷热突变而产生凝露。

（5）防腐、防裂、阻燃、防冻性能好。

（6）要机械强度高，耐压抗，抗冲击。

（7）对环境有良好的协调性，能美化环境，可适应各种气候条件，外形美观，结构紧凑，

箱体占地面积少，节约土地。

1.3.5 箱式变电站部电器设备

箱式变电站高压配电装置接线应尽量简单，既有终端变电站接线，也应有适应环网供电

的接线。 高压配电装置宜采用符合开关加熔断器组合结构，油浸式变压器容量在800kVA

及以上时，应采用能切断电源的装置与变压器瓦斯保护相

配合。 高压配电装置应具有防止误拉、合开关设备，带负荷拉、合刀闸，带电挂地线，

带地线合闸和工作人员误入带电间隔的五防措施。负荷开关和熔断器之间也应有可靠的连锁。

箱体门侧应附有主回路线路图、控制线路图、操作程序及注意事项。母线宜采用绝缘导线（或

绝缘母线）。高压进出线应考虑电缆的安装位置和便于进行试验。

变压器应采用损耗低、体积小、适合箱体安装的结构。根据不同的用户要求，可以采用

油浸式、干式或气体绝缘式、无载调压式或有载调压式。 变压器如有油枕，其油标应便于监

视。变压器的铭牌应面向箱门一侧。 容量315kVA及以上变压器，宜装设电接点温度计，以

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监测变压器上层油温（或气体温度）和启动通风冷却装置。

2 35kV箱式变电站总体结构设计

2.1. 箱式变电站对主接线的基本要求

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

专业WORD.

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，能尽可能的缩下停电围。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。在主接线设计时，主

要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间

2.2. 主接线的选择

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。

专业WORD.

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35kV母线选用单母线接线方式，10kV采用单母线分段接线。

2.3. 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：如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。

2.4. 箱式变电站箱体的确定

2.4.1 箱体结构的确定

箱式变电站按结构主要有美式箱变和欧式箱变。欧式箱变造价低而美式箱变体积小，约

为同容量欧式箱变的1/3~1/5。常规土建变电站占地面积最大，欧式箱变次之，美式箱变常

专业WORD.

规土建变电站建造周期最长，欧式箱变次之。综合考虑一般35kV箱式变电站的箱体选择欧式

箱变。

2.4.2 合理配置

根据实际情况可以采用不同的箱变配置方案，一般将主变压器和电容器等充油设备，放

置在箱体外，设置两个箱体，一个35kV箱体，一个10kV箱体，其中一个箱体预留保护装置

的位置。考虑节省资金，也可以将35kV断路器等设备放于户外，只设置10kV箱体。

箱体的底座和骨架一般采用槽钢和角钢焊接而成，顶盖和四壁采用金属板衬阻燃材料压

制而成，能起到隔热的作用。根据当地实际情况，可在订货时对主体结构提出相应的要求。

我县地处盐碱地带，对设备的抗腐蚀性能要求较高，因此除主体框架采取了防腐工艺加工外，

箱体的整体外层衬板采用了0.5mm厚的不锈钢板。

维护走廊是箱变正常运行和检修中的重要环节，箱变的一个缺陷就是空间狭小，厂家从

成本和设备紧凑性考虑，维护走廊一般都尽量压缩。在选型时应该将维护走廊作为一项指标

来考虑，不然会给将来的运行和维护，造成很大麻烦。

箱体的密封和防尘是一个重要方面，特别是保护装置对防尘等指标要求较高，应引起重

视。

箱体的底板下面，一般作为电缆室，在考虑箱体基础的设计时，应顾及到电缆的安装和

维护方便，应考虑人员出入、通风以及照明等方面的要求。

2.5. 箱式变电站总体布置

35kV箱式变电站高压室额定电压35kV ，低压室额定电压10kV。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5部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室、监控室

（1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，门和顶盖用钢板制作。

（2）高压室：装备真空断路器。

（3）低压室：装备固定式低压配电屏、包括主开关柜等。

（4）变压器室：配备2500kVA油浸式变压器。

（5）监控室：装备计量柜、后台监控柜、通信柜等。

专业WORD.

3 35kV箱式变电站设备选型

3.1设备选型

3.1.1 箱式变电站设备选型应注意的方面

电气设备的选择是变电所电气设计的主要容之一，正确的选择电气设备的目的是为了使

导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济合理的运行。在进行设备选择时，

专业WORD.

应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约

投资，选择合适的电气设备。

在发电厂和变电所中，采用的电气设备种类很多，其作用和工作条件并不一样，具体选

择的方法也不同，但对他们的基本要求都是相同的。

电气设备的选择的一般要：

（1）满足工作要求。应满足正常运行、检修以及短路过电压情况下的工作要求。

（2）适应环境条件。阴干当地的环境条件进行校验。

（3）先进合理。应力求技术先进和经济合理。

（4）整体协调。应与整个工程的建设标准协调一致。

（5）适应发展。应适当考虑发展，留有一定的裕量。

（6） 电气设备能安全、可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，斌干短路条件校

验其动稳定和热稳定。

3.1.2 设备选型的基本原理

1．额定电压

电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。电器可以长期在其额定电压的

110%-115%下安全运行，这一电压成为最高允许工作电压。当在220KV及以下时其为

U

N

U

NS

1.05，当为330-500KV是，其为1.1 。

UUU

NNN

U

NS

另外，电气设备还有一个最高工作电压，即允许长期运行的最高电压，一般不得超过其

额定电压的10%-15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压，

即

UU

NNS

式中， －电气设备铭牌上所标示的额定电压（KV）；

U

N

－电网额定工作电压（KV）。

U

NS

110KV以下电压等级的电气设备绝缘裕度较大。因此，在非高海拔地区，按所在电网的额定

电压选择电气设备的额定电压即可满足要求。

2．额定电流

满足此条件的目的在于使电气设备的储蓄温度不超过长期发热的最高允许温度值。在额

定周围环境条件下，导体和电气设备的额定电压不应小于所在回路的最大工作电流，即

专业WORD.

II

Nmax

式中，－电气设备铭牌上所标示的额定电流（A）

I

N

I

max

－回路中的最大工作电流（A）

在决定时，应以变压器和线路的负荷作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状

I

max

态。在确定变压器回路的最大长期工作电流时，应考虑到变压器过负荷运行的可能性；母线

分段电抗器的最大长期工作电流应为保证该母线负荷所需的电流；出线回路的最大长期工作

电流处考虑线路正常过负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

表2.2 各支路最大持续电流

回路名称 最大长期工作电流

变压器回路 1.3~2倍的变压器额定电流

出线回路 1.05倍的最大负荷电流

续表

母联回路

分段回路 变电所应满足用户的一级负荷和二级负荷

汇流回路 按实际潮流分布计算

3. 环境条件

选择电气设备时，还应考虑其安装地点的环境条件，当气温、风速、污秽、海拔高度、

地震烈度、覆冰厚度等环境条件超过一般电气的基本使用条件时，应采取相应的措施。

（1）空气温度。标准的电气周围空气温度为40℃。若安装地点日最高温度高于40℃，但

不超过60℃，则因散热条件较差，最续工作电流应适当减少，则设备的额定电流应按下式修

正：

母线上最大一台变压器的

I

max

IKI()/()I

altNalalNN



式中，Ial—电气设备的额定电流经实际的周围环境温度修正后的允许电流（A）

专业WORD.

Kt—温度修正系数



al—电气设备的长期发热最高允许温度（℃）



—实际的周围环境温度，取所在地方最热月平均最高温度（℃）



N

—电气设备的额定环境温度（℃）

设备的额定环境温度一般取40℃，如周围环境温度高于40℃，但小于或等于60℃时，

其允许电流一般可按每增加1℃，其额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于40℃，每

降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大负荷不得超过其额定电流的20%。

裸导体的额定环境温度一般取25℃，如安装地点的环境温度在-5℃~ 50℃围变化时，其允许

通过的电流可按上市进行修正。

（2）海拔高度。在电气设备使用条件中，制造厂规定的基准海拔高度为1000没。当海拔

升高时，空气密度降低，散热条件变坏，是高压电器在运行中温升增加，但应空气温德随海

拔高度升高而递减，其值足以补偿海拔升高对电气温升的影响，因而高压电在高海拔地区（不

超过4000米）使用时，其额定电流可以保持不变。当海拔高度超过规定值时，由于大气压力

空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，显然对绝缘影响较小，但

对外绝缘影响较大。在海拔高度为1000~3500米的围，海拔高度每升高100米，电器最高工

作电压要下降1%，以此修正电器最高工作电压值。

4短路条件进行校

电气设备按短路故障情况进行校验，就是要按最大可能的短路故障（通常为三相短路故

障）时的动、热稳定度进行校验。但有熔断器和有熔断器保护的电器和导体（如电压互感器

等），以及架空线路，一般不必考虑动稳定度、热稳定度的校验，对电缆，也不必进行动稳定

度的校验。

在电力系统中尽管各种电气设备的作用不一样，但选择的要求和条件有诸多是相同的。

为保证设备安全、可靠的运行，各种设备均按正常工作的条件下的额定电压和额定电流选择，

并按短路故障条件校验其动稳定度和热稳定度。

1、热稳定校验

校验电气设备的热稳定性，就是校验设备的载流部分在短路电流的作用下，其金属导电

部分的温度不应超过最高允许值。如果满足这一条件，则选出的电气设备符合热稳定的要求。

作热稳定校验时，已通过电气设备的三项短路电流为依据，工程计算中常用下式校验所

选的电气设备是否满足热稳定的要求，即：

专业WORD.

22

ItIt

eqth

式中 ，——三相短路电流周期分量的稳定值（KA）；

I



—— 等值时间（亦称假想时间s），可由图4-1查得；

t

eq

——制造厂规定的在ts电器的热稳定电流（KA）；t为与Ith相对应的时间（s）。

I

th

短路计算时间。校验短路热稳定的短路计算时间应为继电保护动作时间top和断路器全

开断时间toc之和，即

ttt

kopoc

式中 ， —— 保护动作时间，主要有主保护动作时间和后备保护动作时间，当为主保护

t

op

动作时间时一般取0.05s；当为后备保护时间时一般取2.5s；

。 —— 断路器全开断时间（包括固有分闸时间和燃弧时间）

t

oc

如果缺乏断路器分闸时间数据，对快速及中速动作的断路器，取toc=0.1-0.5s,对低速

动作的断路器，取toc=0.2s。

校验导体和110KV以下电缆的短路热稳定性时，所用的计算时间，一般采用主保护的动

作时间加上相应地断路器的全分闸时间.如主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后

备保护的动作时间，并采用相应处的短路电流值。校验电器和110KV以上冲油电缆的短路电

流计算时间，一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。

2、动稳定校验

当电气设备中有短路电流通过时，将产生很大的电动力，可能对电气设备产生严重的破

坏作用。因此，各制造厂所生产的电器，都用最大允许的电流的幅值imax或最大有效值Imax

表示其电动力稳定的程度，它表明电器通过上述电流时，不至因电动力的作用而损害。满足

动态稳定的条件为

ish≤ imax或Ish≤ Imax

式中ish及Ish——三相短路时的冲击电流及最大有效值电流。

电气设备的选择除了要满足上述技术数据要求外，尚应根据工程的自然环境、位置（气

候条件、厌恶、化学污染、海拔高度、地震等）、电气主接线极短路电流水平、配电装置的布

置及工程建设标准等因素考虑。

3.1.3 高低压电器设备选择的要求

专业WORD.

（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。高压电器的选择和校验可按表3.1

所列各项条件进行。现仅对选择的特殊条件或简要步骤予以介绍。

表3.1 高压电器选择与校验条件

项目

额定电压 额定电流 开断电流 动稳定 热稳定

设备

高压断路器 I≥I

br∞

隔离开关 —

U≥UI≥I

N，etN N，etmax

负荷开关 I≥I

br∞

I≥I或

br∞

高压熔断器

I

sh

（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。

低压一次设备的选择校验项目如表

表3.2 低压一次设备的选择校验项目

断流能力

设备名称 电压（V） 电流（A）

（kA）

低压熔断器 — — √ √ √

低压刀开关 √ √ √ √ √

低压负荷开关 √ √ √ √ √

低压断路器 √ √ √ √ √

专业WORD.

i≥i

etsh

I≥It

t∞ima

22

短流电流校验

动稳定度 热稳定度

3.1.4 断路器的选型

（1） 35kv侧断路器的选择

流过断路器的最大持续工作电流：

(2S)

N

(23150)

I103.92A

max

（3U)(335)

N

额定电压选择：

UU35KV

NNS

额定电流的选择：

II103.92A

Nmax

开断电流选择： (点短路电流)

II2.68d

Nbrd11

选用ZN12-35型断路器，其技术参数如下表所示：

表3.3 ZN12-35型断路器的技术参数

断路器型额定电额定电最高工作额定断流极限通过热稳定电固有分闸

号 压KV 流A 电压KV 容量KA 电流KA 流KA 时间S

峰值 4S

ZN12-35 35 3000 40.5 6.6 17 6.6 0.06

热稳定效验：

ItQ

tk

2

It6.64174.24(KA)S

t

222

电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：

t0.150.060.040.25S1S

k

因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S，

222

QTI0.053.90.77(KA)S

npd2

QI10IIt2.68102.682.680.253.84(KA)S

pttk

11



"2222222





kk

1212



2

QQQ0.773.844.6(KA)S

knpp

2

所以，满足热稳定效验。

ItQ

tk

2

专业WORD.

动稳定效验：

i17KAi9.93KA

essh

满足动稳定效验，因此所选断路器合适。

3.1.5 熔断器的选型

熔断器额定电流的选择，除了根据环境条件确定采用户或户外、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。

（1）熔管额定电流

为了保证熔断器壳不致过热毁坏，要求熔断器熔管的额定电流 I不小于熔体的

N，f1

额定电流I即：

N，f2

I≥I（3.6）

N，f1N，f2

（2）熔体的额定电流

I=kI（3.7）

N，f2 max

式中I—熔断器所在电路最大工作电流；

max

k—可靠系数。为防止熔体误动作而考虑留有一定裕度。对于变压器回路k的取值，在

不计电动机自起动时k=1.1~1.3，记入自起动时k=1.5~2.0；对于电力电容器回路，一台电容

器时k=1.5~2.0，一组电容器时k=1.3~1.8。

（3）熔断器开断电流校验

I≥I（或I） （3.8）

br∞sh

对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值I进行校验；对于有限

sh

流作用的熔断器，在电流过最大值之前已截断，故不计非周期分量的影响，而取I（I）

∞k

进行校验。高压熔断器选用RW5-35/50如表

表3.4 高压熔断器技术参数

型号 额定额定溶丝额定额定开断电流 断路容量

电流 电压 电流

40A 6.3kA 200MVA 15MVA RW5- 35 50A

上限 下限

35/50

3.1.6 互感器的选型

专业WORD.

电流互感器

1、选择：根据电网额定电压等其他条件，查《常用设备手册》选择

35kv:LCZ--35

当电流互感器用于测量时，其一次侧额定电流应尽量选择比回路中工作电流大1/3左右，

以保证测量仪表最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。

电流互感器（CT）是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线

圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。作用是： 将一次回路的大电流变为二次

回路的小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便

宜和便于屏安装； 使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人

身的安全。

电压互感器

根据电网额定电压、一次电压、二次电压等条件，查《常用设备手册》，选择电压互感

器型号如下：JDJJ—35

电压互感器（PT）是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线

圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。作用是：将一次回路的高电压变为二次回

路的低电压，使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏安

装：使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。

3.1.7 隔离开关的选型

(2S)

N

(23150)

I103.92A

max

（3U)(335)

N

额定电压选择：

UU35KV

NNS

额定电流的选择：

II103.92A

Nmax

极限通过电流选择： (点短路电流)

ii6.83KAd

essh1

选用型，具体参数如下表

GW535

表3.5 型隔离开关的技术参数

GW535

隔离开关额定电压KV 额定电流A 极限通过电流热稳定电流KA

专业WORD.

型号 KA

峰值 4S

31.5 35 2000 100

GW535

热稳定效验：

ItQ

tk

2

It31.543969(KA)SQ4.6(KA)S

tk

2222

动稳定效验：

i100KAi6.83KA

essh

满足动稳定和热稳定要求，因此所选隔离开关合适。

3.1.8 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。

4 35kV箱式变电站一次系统及二次系统设计

4.1 主电路设计

4.1.1 一次系统设计原则

概括地说，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

专业WORD.

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，能尽可能的缩下停电围。为了满足可靠性要求，主接线应力求简单清晰。

电器是电力系统中最薄弱的元件，所以不应当不适当地增加电器的数目，以免发生事故。

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，影响围最小。因此，电气主接线必须满足

调度灵活、操作方便的基本要求。

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。在主接线设计时，主

要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线灵活、可靠，必须要选用高质量的设备

和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。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。

4.1.2 一次系统设计

35kV母线采用单母线接线，10kV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。层采用铝合金扣板箱体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。

4.2 电气二次系统设计

4.2.1 二次系统定义及分类

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，有交直流回路，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。

4.2.3 二次系统设计

全站智能化设计，保护系统采用变电站微机自动化保护装置，该系统做为分层、分布式

多CPU的综合自动化系统，包括了变电站所需的各种继电保护如变压器保护、35kV/10kV线

路保护、电容器保护等，具有变电站的测量、实时数据采集、运行工况监视、控制操作、自

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动控制与调节及全部远动功能。系统采用分布式控制系统，配置、扩展、组态灵活、控制管

理集中、功能分散，数据处理实时性强，传输安全可靠，操作灵活方便。

对于变电站的整个保护系统主要采用以下几个装置，它们都具有以下特点：

(1)装置有抗系统谐波的能力；

(2)装置有自检功能，自检出错报警及闭锁保护；

(3)装置出口及动作回路可设投切压板；

(4)装置保护动作出口与监控动作出口各自独立；

(5)装置集测量、计量、保护、控制功能于一体。

5 箱式变电站综合保护

5.1 变电站综合自动化技术介绍

5.1.1 变电站综合自动化概述

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理

技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及

远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测

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量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统各设备间相互交换

信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。

变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线，是提高变电站

安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要

技术措施。

国外变电站综合自动化公司主要有：

德国：西门子、ABB、AEG

美国：GE、西屋

瑞士：BBC

法国：阿尔斯通

日本：三菱电气、关西

1975年，日本关西、三菱公司开始研究，1979年12月SDCS-1在那须其竹克里变电站投

运。1985年德国西门子公司的LSA678在德国汉诺威投运。

国主要有：

四方：CSC2000

南瑞集团：BSJ-2200

南瑞继保：RCS-9000

国电南自：PS6000

许继集团：CBZ-8000

电子：DF3000

惠安：PowerComm2000

德威特：DVPS-600

1987年由清华大学电机工程系研制的我国第一套变电站综合自动化系统在威海的望岛

变电站（35KV城市变）投运。90年代我国的变电站综合自动化蓬勃发展。目前技术已比较成

熟。

5.1.2 变电站综合自动化的优越性

（1） 提高变电站的安全、可靠运行水平。

（2） 提高供电质量，提高电压合格率。

（3） 提高电力系统运行、管理水平。

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（4） 缩小占地面积，减少总投资。

（5） 减少维护工作量，减少值班人员劳动量

5.1.3 变电站综合自动化的基本功能

1 监视和控制功能

（1）数据采集（模拟量、状态量、脉冲量采集。在厂站端的遥测信息按重要程度分别在3--20s

在调度中心实现更新）。

（2）事件顺序记录（SOE，断路器及保护动作顺序记录）。

（3）故障记录（35KV以下配电）、故障录波和测距（110KV以上输电）。

（4）操作控制（操作防误、操作权限控制。五防：①防带负荷拉、合隔离开关；②防误入电

间隔；③防误分、合断路器；④防带电挂接地线；⑤防带地线合隔离开关）。

（5）安全监视（测量越限告警、越限记录，装置异常监视）。

（6）人机联系（显示数据及画面、输入数据、人控操作、诊断与维护）。

（7） 打印功能。

（8） 数据处理与记录。

（9）谐波分析与监视。

2 微机保护功能

微机保护功能是变电站综合自动化系统最基本、最重要的功能。高压输电线主保护、后

备保护；主变压器主保护、后备保护；母线保护、配电线路保护、无功补偿电容器组保护、

小电流接地系统单相接地选线。

3 其他安全自动装置控制功能

（1） 电压、无功综合控制（有载调压变分接头调整，无功补偿装置）。

（2） 低频减载控制。

（3） 备用电源自动投入控制（明备用，暗备用）。

（4） 时钟对时功能

（5） 各种装置的自诊断功能

4 通信功能

（1） 现场级通信：系统部的现场级通信。解决监控主机与各子系统及各子系统之间的数据

通信、信息交换问题。

（2） 与上级调度通信：综合自动化系统兼有RTU（远程终端单元）全部功能，可将采集的

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模拟量、开关量等信息及事件记录等上传至调度中心，同时接受调度中心下达的各种操作、

控制、定值修改等命令。

5.2 变电站综合自动化系统的发展及结构形式

5.2.1 变电站综自系统发展的基本趋势

1 保护监控一体化

这种方式在35kV及以下的电压等级中已普遍采用，今后在llOkV及以上的线路间隔和主变

三侧中采用此方式也已是大势所趋，它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定的进行信

息采集以及对设备状态进行控制，极提高了性能效率比。其目前的缺点也是显而易见的：此

种装置的运行可靠性要求极高，否则任何形式的检修维护都将迫使一次设备的停役。可靠性、

稳定性要求高，这也是目前11O千伏及以上电压等级还采用保护和监控分离设置的原因之一。

随着技术的发展，冗余性、在线维护性设计的出现，将使保护监控一体化成为必然。

2 人机操作界面接口统一化、运行操作无线化

无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个

手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行操作控制，所有相关的量化数据将显示在可视

无线终端上。

3 就地通讯网络协议标准化

强大的通讯接口能力，主要通讯部件双备份冗余设计(双CPU、双电源等)，采用光纤总线

等等，使现代化的综合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的、互相协调工

作的整体。

4 数据采集和一次设备一体化

除了常规的电流电压、有功无功、开关状态等信息采集外，对一些设备的在线状态检测

量化值，如主变的油位、开关的气体压力等等，都将紧密结合一次设备的传感器，直接采集

到监控系统的实时数据库中。高技术的智能化开关、光电式电流电压互感器的应用，必将给

数据采集控制系统带来全新的模式。

5.2.2 变电站综合自动化系统结构形式

由前面变电站综合自动化技术的发展历程可以知道其发展形成的结构形式，根据综合自

动化系统的设计思想和安装的物理位置的不同，其硬件结构可以分为很多种类。但从国外变

电站综合自动化系统发展的过程来看，其结构形式可以分为集中式结构形式、分层分布式结

构形式，分层分布式结构形式又分为集中组屏、分散安装、分散安装与集中组屏相结合等几

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种。

集中式结构形式可以及时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集、

实时监控、制表、打印、时间顺序记录等功能；能完成对变电站主要设备和进、出线的保护

任务；系统还有自诊断和自恢复功能，结构紧凑，体积小，可大大节省占地面积；造价低，

实用性强，适合小型变电站的新建和对老站的改造。但是存在好多不足:每台计算机的功能较

集中，如果一台计算机出现故障，影响面大，可靠性降低；所用的软件复杂，修改工作量大，

系统调试麻烦；组态不灵活，对不同主接线会有不同规模的变电站，软硬件都必须另行设计，

工作量大，不利于批量生产；集中式与传统式相比不直观，调试和维护不方便，程序设计麻

烦，只适合于保护算法比较简单的情况。所以不选择集中式的结构形式。

分层分布式结构形式，所谓分布式是指在结构上采用主、从CPU协同工作方式，各功能模

块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，

解决了集中式结构中计算机处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模

块的正常运行。整个变电站的一、二次设备可分为三层，即变电站层，单元层（或间隔层）

和设备层，如下图（3-1）所示，每一层完成不同的功能，每一层由不同的设备或子系统组成。

变电站称为2层，单元层为1层，设备层为0层。设备层主要指变电站的变压器、断路器、隔离

开关、电压互感器和电流互感器等一次设备。变电站综合自动化系统主要位于单元层和变电

站层。单元层一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制部件和继电保护部件。测量、控制

部件负责该单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；继电保护部件

负责该线路或变压器或电容器的保护、故障录波等。因此单元层本身是由各种不同的单元装

置组成，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能组合在一起的装置称为

保护单元，而把测量和控制功能组合在一起的装置称为控制单元。两者统称为间隔级单元。

这些独立的单元装置直接通过局域网络或串行总线与变电层联系；也可设有数采管理机或保

护管理机，分别管理各测量、监视单元和保护单元，然后集中由管理机与变电层通信。因此，

单元层本身实际上就是两级系统的结构。管理机承担者上传下达的重要任务，对下它可以管

理各种间隔单元装置，对上则通过设立开放式结构的站级网络接口，将数据传送给监控主机

或调度端。

变电层包括全站性的监控主机、工程师机、远动控制机等。该层设现场总线或局域网，

供各主机之间与间隔层之间交换信息。

5.3 TDI-3000型变配电所微机保护及综合自动化系统

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5.3.1 TDI-3000系统构成

TDI-3000型变配电所微机保护及综合自动化系统是专门为铁路电力变配电所研制的，集

保护、测量、控制、通信于一体的新型铁路变配电所综合自动化系统。系统采用分层分布式

结构，运用面向对象的设计思想，本着分散控制、集中监控的原则设计，能适用于各电力变

配电所综合自动化系统的实际需求，完成各变配电所变压器、进线、馈线、自闭贯通线、母

联、电容器、调压器等一次设备的保护、测量、控制、报警功能。系统包括当地监控后台、

通信管理单元、间隔单元。

通信网络

所通信采用10/100M工业以太网进行数据交换，保证了通信大量数据的吞吐能力及效率； 综

合自动化系统的所通信支持分层分布式控制，符合ISO相关国际标准；综合自动化系统的所

通信媒质全部采用屏蔽线缆，通信容量大，抗干扰能力强保护配置

TDI-3000型变配电所微机保护及综合自动化系统以一次设备为对

象配置保护测控，保护测控装置主要包括：

TDI-3611电铁线路保护测控装置

TDI-3612电铁贯通线保护测控装置

TDI-3641电铁电容器保护测控装置

TDI-3661电铁调压器保护测控装置

系统具备双重闭锁功能：保护测控单元之间重要的闭锁功能都由硬线接线实现，同时软件联

动闭锁功能作为硬线闭锁的后备。

5.3.2 TDI-3000系统主要功能

TDI-3000型变配电所微机保护及综合自动化系统在变配电所设置国际知名品牌工业计

算机与22英寸液晶显示器，并配置当地监控软件，完成当地监控功能。

当地监控后台完成的主要监控功能如下：

(1)测量量监视及处理功能

实时监视所各电压、电流、功率、温度等测量量，并显示在画面上；对各测量量形成实

时数据，并实现越限告警。

（2）信号量监视及处理功能

实时监视各信号及保护出口，并在画面中显示变位点的变位状态；实时监视各保护测控

单元的保护信号、自检报告、事件报告，并发出预告报警、事故报警、设备故障报警等信息，

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提示维护人员及时处理。

（3）控制功能

维护人员可实现的控制功能有：断路器、隔离开关的合闸/分闸操作；调压器的党委调节；

软压板的投入/退出操作；开关的程控操作；信号复归；保护测控单元复归；保护测控单元定

值修改及查询；定值区切换。

（4）画面显示功能

当地监控软件提供人性化的画面显示，能实时监视变配电所的开关运行状态，多窗口动

态显示各种故障信息、信息告警信息，显示故障录波、负荷录波及谐波分析信息；动态显示

全所的遥测量

（5）权限管理功能

系统操作员根据实际需要给安全等级不同的维护人员、值班人员设定不同的操作权限，

当维护人员进行各种控制操作时必须首先输入密码，只有通过了监控软件的权限和密码检查

后方可进行，以确保系统的安全性。

（6） 数据存储功能

可将各保护测控单元的自检报告、事件报告、故障报告、整定值存为计算机文件或存入

数据库，以实现数据的备份或转储。

系统维护功能

当地监控软件中的系统维护软件可完成整个系统数据的建立及修改、画面建立及修改、

历史数据库的管理、系统运行参数的定义、修改及系统程序的维护。

系统维护软件人机界面友好，使用方便，所有数据的建立、修改、画面的建立均无需编

程，而是采用人机对话方式用专用工具直观编辑。不需编程的专业知识，用户便可组态完成

所需系统的建立、修改。

（7） 中央信号报警功能

当微机保护测控装置出口动作、告警信号出口动作、重要遥信变位时会启动所中央信号

报警装置，发出警铃、警笛报警音响信号，人工语音同步播报。

（8）通信管理单元功能

TDI-3011远动通信单元及工业以太网交换机、接口转换设备等通信设备，完成变配电所

部网络和外部网络的互连，收集变配电所所有保护/测控/IED装置/其它智能设备等的信息，

并上正确执行调度及当地监控后台下达的各种控制命令。

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TDI-3011远动通信单元同时具有双机热备功能。综合自动化系统配置的各种通信管理单

元具有通信规约的转换与系统外的隔离功能，防止将系统外部故障引入系统部。与PSCADA

调度所系统通信、与PMMIS综合维修段系统通信、与相邻电力远动监控终端RTU通信（可选）、

所数据通信、与其它智能设备通信的功能。主要间隔单元设备功能

TDI-3611线路保护测控装置

三段低电压闭锁方向过流保护：每段低电压闭锁或方向闭锁可单独投退，具有后加速功

能；

三相一次自动重合闸功能：有保护启动和不对应启动重合闸方式两种，重合闸还具有检

同期和检无压功能，弹簧长时间未储能闭锁重合闸；两时限低周减载功能：具有低压闭锁和

无流闭锁功能，低周减载一时限经滑差闭锁，二时限不经滑差闭锁，出口跳闸或告警可选择；

两段零序过流保护功能：零序过流动作告警或跳闸可选择；过负荷告警功能：过负荷告警或

跳闸可选择；小电流接地选线功能：可选用基波或5次谐波零序功率方向判断，选线后发告

警信号；

母线绝缘监察功能：可监视系统某相接地；失压保护功能：母线失压跳闸；

监控功能：装置具有遥信功能、遥控功能，以及脉冲电能采集功能；

GPS时钟同步输入；

具有操作箱、控制回路断线、故障录波、信号、PT断线检测等功能；面板上具有汉字液

晶显示和键盘，还具有运行、告警、跳位、合位、保护跳闸和保护重合闸指示灯； 装置通过

CAN总线与TDI-3011通讯，可完成远方监视、控制和操作功能。

TDI-3612溃线保护测控装置

三段低电压闭锁方向过流保护：

每段低压闭锁、方向闭锁可单独投退，并具有后加速功能； 三相一次自动重合闸功能，

重合闸具有检无压功能；备用电源自投功能：当装置工作于备供侧时设有备自投功能；同期

合闸功能：具有检频差、检角差、检压差和检无压功能；零序过流保护功能：零序过流动作

告警或跳闸可选择；过负荷告警功能：过负荷告警或跳闸可选择；小电流接地选线功能：可

选用基波或5次谐波零序功率方向判断，选线后发告警信号； 失压保护功能：母线失压跳闸；

监控功能：装置具有遥信功能、遥控功能，以及脉冲电能采集功能；

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GPS时钟同步输入；

具有操作箱、控制回路断线、故障录波、信号、PT断线检测和绝缘监察等功能；面板

上具有汉字液晶显示和键盘，还具有运行、告警、跳位、合位、护跳闸和保护重合闸指示灯；

装置通过现场总线与TDI-3011通讯，可完成远方监视、控制和操作功能。

5.3.3 瞬时电流速断保护的工作原理

瞬时电流速断保护又称Ⅰ段电流保护，它是反应电流增大而能瞬时动作切除故障的电流

保护。

图形符号： Ｉ＞

当系统电源电势一定，线路上任一点发生短路故障时，短路电流的大小与短路点至

电源之间的电抗（忽略电阻）及短路类型有关，三相短路和两相短路时，流过保护安装地点

的短路电流可用下式表示

5-1

5-2

(3)

I

k

E

s

XXl

s1