毕业设计--高中压输配电设备中的充气柜.doc

毕业设计说明书题目：高中压输配电设备中的充气柜改良与制作产品设计工艺设计方案设计类型: 学 院： 电子信息工程学院 班 级： 自动1233 学 号： 12190333XX 姓 名： X X X 2015年 4月 20日【摘要】 高压输配电设备是工业生产、居民生活中不可缺少的高压设备中转站，也是一个国家电力发展水平的标志。充气柜（负荷开关柜）是高压内最重要的一类输配电设备，可以说负荷开关的改良就是充气柜的改革。传统的负荷开关均是采用空气气体压缩绝缘，气体不稳定，容易发生爆炸事件，且泄漏率大，不但达不到工业生产、生活的要求，更是频频发生安全事件，造成巨大的危害和损失。本文阐述了负荷开关采用SF6气体压缩绝缘的相关问题和充气柜的制作。首先针对负荷开关进行了详细的解说及改良的必要及意义，而后对充气柜从外部钣金到内部高压元件及接线过程进行了深入的阐述。【关键词】 充气柜 负荷开关 SF6 制作 目 录1、绪论11.1专题的背景及意义11.2 国内现状12、负荷开关23、充气柜(XGN36-12)33.1 XGN36-12外壳钣金制作43.1.1 外壳设计压力、温度要求43.1.2 外壳焊接要求53.1.3 外壳密封要求53.2 XGN36-12电气原理图的绘制53.3 XGN36-12一次、二次接线63.3.1安装接线图63.3.2 XGN36-12二次接线要求74、总结9参考文献10致 谢101、绪论1.1专题的背景及意义经济危机的出现，给全球输配电设备行业带来了一次重新“洗牌”的机会。全球经济危机发生后，除中国以外的新兴市场，由于受新的大型电力基础设施项目减少和新产能投资减少的影响，输配电设备的订单量正大幅萎缩，能否得到中国市场已成为全球输配设备企业兴衰的关键。国内输配电设备行业也因此获得了一个前所未有的发展机遇。 而且，由于受到国内特高压电网建设的刺激，我国输配电设备企业的制造技术正在快速赶上国际先进水平。依靠国内首个特高压输电项目“晋东南-南阳-荆门”特高压交流试验示范工程的带动，国内企业得到了一次受国家支持的自主研发的宝贵机会，目前已自主研制成功了世界上首套1000千伏、300万千伏安分相单体式特高压变压器和电压等级最高、容量最大的1000千伏、96万千伏高压并联电抗器等关键设备，实现了我国输变电行业技术的全面升级。 不过，在当前的中国输配电设备市场上，占据市场份额第一的是ABB公司，约占全国份额的20%，而国内最大的输配电设备企业中国西电集团在自己国家占的份额还不到5%。为了提高国内企业的市场份额，我们还要在输配电技术上加倍努力。1.2 国内现状中国西电集团党委书记、副总经理陈元魁说，通过特高压的研发，国内输配电设备企业在技术上已走到了世界的前列，除了在制造细节和设计细节方面还有疏漏外，主要的技术水平已不次于ABB、西门子公司。西电集团今年提出，2010年企业产值将突破200亿元，与2009年相比将增长28%以上。目前我国正计划投资4万亿元进行基础设施建设，其中相当大的一块是投入到电力工业和铁路建设中，这为输配电设备行业提供了一个庞大的国内市场需求。以电网为例，今年国家电网公司除了正常电网投资建设外，投资规模将比原计划大幅增长，初步预计两到三年内投资规模将达到1.16万亿元。南方电网公司方面，2010年到2011年初步计划每年新增投资约300亿元，2010年全网建设投资规模将达到900亿元左右。受此影响，今后相当长的一段时间内，中国将成为世界上输配电设备最大的市场。2、负荷开关负荷开关，顾名思义就是能切断负荷电流的开关。要区别于高压断路器，负荷开关没有灭弧能力，不能开断故障电流，只能开断系统正常运行情况下的负荷电流，负荷开关由此而得名。负荷开关的构造与隔离开关相似，只是加装了简单的灭弧装置。它也是有一个明显的断开点，有一定的断流能力，可以带负荷操作，但不能直接断开短路电流，如果需要，要依靠与它串接的高压熔断器来实现。在规定的使用条件下，可以接通和断开一定容量的空载变压器（室内315KVA，室外500KVA）；可以接通和断开一定长度的空载架空线路（室内5KM，室外10KM）；可以接通和断开一定长度的空载电缆线路。负荷开关在改良以前，均是采用空气压缩绝缘，但这样会出现很多问题：最主要的就是空气的绝缘系数不够高，达不到人们所需求的标准，面对超强电流电压的时候，开关有被击穿现象，十分危险。尤其是在使用一段时间之后，由于气体的泄露，负荷开关内气压降低，绝缘性能更是差强人意。此外，由于空气的密度较小，气体性质活泼不稳定，所以经常发生开关内部气体爆炸事件，导致不必要的人员伤亡和财产损失，严重影响了国际国内高中压输配电的整体水平。针对充气柜的这种种弊端，负荷开关的改良已经迫在眉睫、势在必行。FLN36-12(D)负荷开关是一种以 SF6 气体为绝缘和灭弧介质的双断口旋转型负荷开关，适用于10KV 的配电系统。每个开关充以 0.4bar 气压 SF6 气体后是永久密封的。开关垂直或水平安装不限，在环网柜内典型的安装方式是在电缆室和母线室之间置钢隔板水平安装。这种安装方式将母线与电缆接头之间相隔离以符合运行维护的最严格的安全要求。假若线路故障产生过大电流致使开关内部发生燃弧，在外壳后部有一个结构薄弱点，它将被冲开，随后柜上面的泄弧活门冲开并将过压气流导向柜外。其外形如图1所示，其结构如图2所示：图1 FLN36-12(D)负荷开关外形图图2 FLN36-12(D)负荷开关内部结构图3、充气柜(XGN36-12)“充气柜”其命名的由来就是指使用了含压缩气体绝缘的负荷开关的金属封闭环网开关设备，输配电行业内部甚至直接将充气柜直接称为负荷开关柜，可想而知负荷开关在充气柜内占据着非常重要的主体位置。因此，负荷开关的改革良也就意味着充气柜的改革。充气柜带来许多优势，其最大优势是不受外界环境影响，如凝露、污秽、小动物及化学物质等。另一个优势是使用压缩气体绝缘(如SF6、N，或空气)，有利于向小型化方向发展。充气柜有性能良好无油开关特别是免维护或少维护真空开关，大大减少了维护和检修工作量。XGN36-12充气柜外形如图3所示，其结构图如图4所示。图3 XGN36-12充气柜外形 （1 吊环；2 电显；3 短路接地故障指示器；4 压力表；5 铭牌；6 模拟线路图；7 继电器；8 熔断指示；9 挂锁装置；10 电缆室；11 RTU安装室；12 Ronis锁；13 断路器操作空；14 负荷开关操作孔；15 接地开关操作孔；16 隔离开关操作孔；17 分闸暗钮；18 合闸按钮；19 熔断器室。）图4 XGN36-12充气柜结构图3.1 XGN36-12外壳钣金制作制作充气柜首先便是制作柜体外壳，外壳一般有两种材料，一是镀锌板，二是敷铝锌板，根据不同地区要求选材不同。外壳制作需按中华人民共和国原国家劳动总局1981年颁发的压力容器安全监察规程和按设备投产后不能复查的条件进行设计、制造，以确保材料、结构、焊接工艺及检验等的安全可靠性。其中，有几个方面的因素需要注意：3.1.1 外壳设计压力、温度要求(1) 外壳的设计温度 在额定运行条件下外壳可能达到的最高温度。户内通常为环境温度的上限加上流过额定电流所造成的外壳温升。户外还应考虑日照和使用地点的环境条件的影响。 (2) 外壳的设计压力 用来确定外壳厚度的压力。它至少等于内部故障时气体释放前的压力。(3) 对外壳和部件强度，无论是否通过计算确定，均应进行规定的试验。3.1.2 外壳焊接要求对焊接外壳的焊缝，除无法探伤部位外，应按规定进行无损探伤检查；关键部位焊缝及两种材料拼焊的焊缝应全部进行探伤；其它应探焊缝长度不少于其对接焊缝总长度的20%。壳体的焊接质量要求严格，可采用激光焊或氩弧焊，焊完一点要进行检查。对焊接外壳的焊缝，除无法探伤部位外，应按以下规定进行无损探伤检查。(1) 关键部位焊缝以及两种材料拼焊的焊缝需全部进行摊上；(2) 其它焊缝探伤长度不少与其对接焊缝总长度的20%。3.1.3 外壳密封要求外壳要求高度密封。对于动静密封采用相应的密封方法，可采用橡胶圈密封。3.2 XGN36-12电气原理图的绘制高压开关柜电气回路由主回路和辅助回路（二次回路）两部分构成。主回路用于接受和分配电能。它是高电压，大电流回路。二次回路由计量表计，继电器，控制开关，信号器具等二次元件相互连接而成，它是低电压，小电流回路。充气柜的安装主要是柜内元件间二次线路的连接。由于高压柜内元件多，线路复杂，因此在接线之前都会绘出原理电路图及安装接线图展开图，方便接线时清楚，快捷地找到相应的连接回路。原理电路图有两种绘制方法：将一个二次元件的组成部分集中绘在一起，二次元件以整体的形式在电路图中表示出，称为原理图；将一个二次元件的各个组成部分分别绘在其相应的回路中，称为展开图。原理图主要用于二次回路的工作原理，它是安装接线设计的原始依据。由于原理图中的各元件之间的联系是以整体连接来表示的，所以在二次元件比较多的时，绘图，读图都比较麻烦，也不便施工。因此，在实际工作中用的较多的展开图，而不是原理图。展开图的特点是将交流回路与直流回路划分开，交流回路又分电流回路与电压回路；直流回路分直流操作回路及信号回路等。展开图的阅读顺序：（1）先读交流回路，后读直流回路；（2）直流电流的流通方向是从左至右，即从正电源经触点至线圈回到负电源；（3）元件动作顺序是从上到下，从左至右。3.3 XGN36-12一次、二次接线3.3.1安装接线图安装接线图简称接线图，接线图是用来表示成套装置或设备中各元件之间的连接关系的图形，主要用于二次回路的安装接线，线路检查，线路维修和故障处理。在实际应用中，接线图通常要与原理电路图，二次元件位置图一起配合使用，接线图有时也与接线表配合使用。（1）二次元件的表示方法二次元件都有标准的电气图例符号及标注符号（见电气符号说明，标注文件说明）（2）接线端子在二次回路的安装接线中，对同一屏（板，盘）上的元件相互连接，直接用导线连接即可；而屏（板，盘）外的导线或设备与屏（板，盘）上的二次设备相连时，必须通过端子排，端子排由专门的接线端子板组合而成。接线端子板分为普通端子，连接端子，试验端子和终端端子等形式。（3）连接导线的表示方法接线图中端子之间的连接导线如下图5所示，有两种表示方法：a、连接线表示法，端子之间的连接导线有实际线条表示。b、中断线表示法，端子之间的连接导线不连线条，而只在每个端子处标明连接导线对方端子代号，即采用“对面标号法”来标注端子。用连接线表示法来表示连接导线，在线路比较复杂，线路导线较多的情况下，二次回路变的相当复杂，不易辨识。因此，在配电装置二次回路的接线中多用中断线表示法，即“对面表示法”来绘制，对安装几检修都很方便。（a）连接线表示法 （b）中断线表示法图5 连接导线的表示法3.3.2 XGN36-12二次接线要求1、 二次配线的一般要求（1）按图施工，接线正确。（2）导线与电气元件间采用螺栓连接，插接，焊接或压接等，均应牢固可靠。（3）盘，柜内的导线不应有接头，导线芯线不应有损伤。（4）电缆芯线和所配导线的端部应标明回路编号，编号应正确，字迹清晰且不易脱色。（5）配线应整齐，清晰，美观，导线绝缘应良好，无损伤。（6）每个接线端子的每侧接线宜为1根，不得超过2根。对于插接式端子，不同截面的两种导线不得接同一端子上；对于螺栓连接端子，当接两根导线时，中间应加平整片。（7）二次回路接地应设专用螺栓。2、二次回路导线的要求（1）开关柜中的测量，控制，保护回路应采用额定绝缘电压不低于500V的铜芯绝缘导线，当设备，仪表和端子上装有专用于连接铝芯的接头时，可采用铝芯绝缘导线。（2）电流回路的铜芯绝缘导线截面不应小于2.5mm2，其他回路截面不应小于1.5mm2（3）对于电子元件回路，弱电回路，当采用焊接连接时，当满足载流量和电压电压降及有足够的机械强度的情况下，可采用截面不小于0.5mm2的铜芯绝缘导线。3、屏内，屏外接线的要求（1）屏的内部连接导线，一般采用塑料绝缘铜芯导线，屏内同一安装单位各设备之间的连接一般不过端子排。（2）屏外部接线一般采用整根控制电缆，当控制电缆的敷设长度超过制造长度，或由于屏的迁移而使原有电缆长度不够，或更换电缆故障段时，可用焊接法连接电缆，也可借用其他屏上的端子连接。（3）屏上的控制电缆应接到端子排，实验盒或实验端上，至互感器或单独设备的电缆，允许直接接到这些设备上。（4）控制电缆及其接到端子和设备上的绝缘导线和电缆芯应有标记。4、引入开关柜的电缆及其芯线的要求（1）引入开关柜的电缆应排列整齐，编号清晰，避免交叉，并应固定牢固，不得使所接的端子排受到机械应力。（2）铠装电缆在进入开关柜后，应将钢带剪掉，切断处的端部应扎紧，并应将刚带接地。（3）用于静态保护，控制等逻辑回路的控制电缆，应采用放蔽电缆，其屏蔽层应按设计要求的接地方式接地。（4）橡胶绝缘的芯线应设外套绝缘管保护。（5）开关柜内的电缆芯线，应按垂直或水平方向有规律地配置，不得任意歪斜，交叉连接，备用芯长度应留有适当余量。（6）强，弱电回路不应使用同一电缆，并应分别成束分开排列。5、二次回路导线，电缆的其他要求（1）直流回路中具有水银接点的电器，电源正极应接到水银侧接点的一端。（2）在绝缘导线和电缆可能受到油侵蚀的地方，应用耐油绝缘导线和电缆。（3）在日光直射环境下，橡胶或塑料绝缘导线应采用防护措施。6、端子排的要求（1）屏内与屏外二次回路的连接，同一屏上各安装单位之间的连接以及连接回路等，均应经过端子排。（2）屏内设备与直接接在小母线上的设备连接一般经过端子排（3）各安装单位主要保护的正电源一般经过端子排，其负电源应在屏内设备之间接成环形环的两端分别接在端子排，其他回路一般均在屏内连接。（4）电流回路应经过实验端子。预告及事故信号回路和其他需断开的回路，一般经过特殊端子或实验端子。（5）端子排配置应满足运行，检修，调试的要求，并尽可能适当地与其他屏上设备的位置相对应。每个安装单位应有独立的端子排，在同一屏上有几个安装单位时，各安装单位端子排的排列与屏面布局相配合。（6）每个安装单位的端子排，一般按下列回路分组，并由上到下（或由左至右）按下列顺序排列：a、交流电流回路按每组电流互感器分组，同一保护方式的电流回路一般排列在一起。b、交流电压回路按每组电压互感器分组。c、信号回路按预告，位置，事故及指挥信号分组。D、控制回路按熔断器配置原则分组。e、转接端子排顺序为：本安装单位端子，其他安装单位的转换端子，最后是小母线转接用的转换端子。（7）当一个安装单位的端子过多，或一个屏上仅有一个安装单位时，可将端子排成组地布置在屏的两侧。（8）每一个安装单位的端子排应有顺序号，并应尽量在最后留2-5个端子作为备用，当条件许可时，各组端子排之间也宜留有1-2个备用端子。在端子排两侧两端应有终端端子。正负电源之间的端子排，以及经常带电的正电源与合闸或跳闸回路的端子排，一般以一个空端子隔开。（9）一个端子的每端一般接一根导线，导线截面一般不超过6mm2。（10）端子箱的端子排列，应按交流电流回路，交流电压回路和直流回路组成排列。（11）每组电流互感器的二次侧，一般在配电装置端子箱内经过端子联结成星形或三角形接线方式。接线原理图如图6所示。经过外壳设计组装机元件安装接线之后，充气柜就制作完成了。待品质出厂检验之后，就可以运用到生产之中了。（C-电缆开关 De-直接电缆联接带接地 Sv-母线分段(真空开关 ) D-直接电缆联接F-负荷开关-熔断器组合电器 V-真空开关 Be-母线接地 SL-母线分段（负荷开关）M-计量柜 CB-真空断路器 注：Sv总是与母线提升相连（总宽650mm）图6 接线原理图4、总结我选毕业实践报告的题目是高压输配电设备，之所以选择这个题目，一是因为供配电系统是我们在校学习课程；二则是因为我在实习期间的工作内容与之相符。在报告的写作过程中，我遇到了很多棘手的问题。首先是题目的拟定，开始不知道要从哪方面着手写，也不知道改定什么样的题目，最后终于老师的指导下，确定了本论文的题目。 经过多次查阅资料和网上搜索之后，确定了论文的初稿。当时心里很高兴，觉得终于是写完了，也觉得比想象中的要简单很多，几天就能完成。所以没有再做修改，就直接发给了指导老师。老师将初稿修改后及时反馈给我，看了之后才发现论文中的论文漏洞很多，特别是论文的格式。而就设计的论文侧重点来说，提出了几点建议，如不要全盘覆盖高压输配电设备方面的内容，用一个类型作为典型来表达你的创新点就可以了。至此，我发现，要干好一件事并非那么简单，但也不是很难，敷衍了事是万万不可的，对待任何事情都要认真去思考，用思想来完成任务。在整个毕业实习的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对于出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。在工作中要学会与人合作的态度，认真听取别人的意见，这样做起事情来就可以事倍功半。 参考文献1覃国明. 供配电技术. 中国电力出版社，20072王宁会.电气工程师（供配电）实务手册.机械工业出版社，20063. 致 谢实践报告的顺利完成，首先要感谢深圳金能源电器有限公司的晏学海师傅和学院朱志伟老师，没有他们的帮助和指导，我不可能在短时间之内完成这篇论文。另外，还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这是论文得以完成的基础，也是我面对工作的资本。除此以外，周围同学朋友的帮助，也是我灵感的来源，大家的讨论和交流让我的实践一次比一次完善。感谢深圳金能源电器有限公司给我的实习机会！感谢学院三年来的培养！ 11