干線鐵路牽引變電所設(shè)計

1、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 干線鐵路牽引變電所設(shè)計 Design of Traction Substation for Main Railway 2013 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電氣工程及其自動化學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年 5月 30日畢業(yè)設(shè)計成績單學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計題目干線鐵路牽引變電所設(shè)計指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱講師評 定 成 績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目干線鐵路牽引變電所設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱講師一、設(shè)計內(nèi)容針對鐵

2、路牽引供電的具體特點和干線鐵路客貨運輸?shù)木唧w要求，設(shè)計采用110KV三相供電的牽引變電所。該系統(tǒng)的設(shè)計包括主接線形式、主變壓器容量計算、短路計算、牽引供電設(shè)備選擇等部分組成，并進行適當(dāng)?shù)男阅?、運行分析。二、設(shè)計條件供電臂1=3, =111對/天，=170對/天供電臂2=3.5,=98對/天，=170對/天 其中，、表示區(qū)間數(shù)，、表示計算列車數(shù)，表示最大列車數(shù)。另有數(shù)據(jù)如下：供電臂1，列車全部運行時間；列車帶電運行時間；列車在內(nèi)消耗的能量為2788.3kVA.h。同上，有供電臂2的相關(guān)數(shù)據(jù)，；列車在內(nèi)消耗的能量為3015.7kVA.h。三、基本要求1、設(shè)計說明書字數(shù)：1萬字2、外文翻譯：3000

3、字以上3、掌握CAD畫圖四、主要技術(shù)指標和設(shè)計任務(wù)1、符合電氣化鐵路牽引供變電設(shè)計規(guī)范。2、滿足普通干線鐵路實際運行需求，并適應(yīng)其高速、重載、大運量的發(fā)展趨勢。3、確定供電方案，完成負荷計算、短路計算，選定牽引供電設(shè)備。4、繪制牽引變電所主接線圖、平面分布圖以及側(cè)視圖等相關(guān)圖紙。五、參考文獻 1 黃俊主編.電力電子變流技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，2004 2 莫正康主編.半導(dǎo)體變流技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社，19933 彭鴻才主編.電機原理與拖動M.北京：機械工業(yè)出版社，1998教研組主任簽字時間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計開題報告題目干線鐵路牽引變電所設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化一

4、、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電氣化鐵道發(fā)展很快，已成為今天最現(xiàn)代化的鐵道。其主要特點是：(1)電力機車效率高。采用火力發(fā)電的效率是蒸汽機車的4倍；如用水力發(fā)電，效率為蒸汽機車的10倍。(2)功率大。20世紀末最大功率電力機車可達10000馬力以上，是蒸汽機車的4倍，內(nèi)燃機車也難以比擬。由于牽引能力很強，在運輸繁忙的鐵道上采用，可以緩和運輸?shù)木o張情況。(3)加速快和爬坡能力強，特別適用于山區(qū)鐵路。據(jù)統(tǒng)計目前世界上已有五十多個國家和地區(qū)修建了電氣化鐵道。從發(fā)展來看，鐵路牽引動力以電力牽引為主，擔(dān)負運量的比重年年增加。我國電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，額定電壓25kV。牽引動力為電能，牽引供電設(shè)備將國家

5、電力系統(tǒng)輸送的電能變換為適合電力機車使用的形式，電力機車則完成牽引任務(wù)，因此牽引供電設(shè)備和電力機車是電氣化鐵路的兩大主要裝備，鐵路其他裝備和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)與之相適應(yīng)。二、課題的設(shè)計要求 干線鐵路牽引變電所設(shè)計，要求包括主接線形式、牽引負荷計算、短路計算、牽引供電設(shè)備選擇、繼電保護整定計算等部分組成。三、主要技術(shù)指標(或研究方法)牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)輸送來的三相高壓電變化成適合電力機車使用的電能。而電氣主接線反映牽引變電所設(shè)施的主要電氣設(shè)備以及這些設(shè)備的規(guī)格、型號、技術(shù)參數(shù)以及在電氣上是如何連接的，高壓側(cè)有幾回進線、幾臺牽引變壓器，有幾回接觸網(wǎng)饋電線。通

6、過電氣主接線可以了解牽引變電所等設(shè)施的規(guī)模大小、設(shè)備情況。牽引供電系統(tǒng)設(shè)計主要解決牽引供電變電所的分布、計算問題。干線鐵路牽引變電所的設(shè)計，它根據(jù)負荷計算確定牽引變電所的容量；通過現(xiàn)場勘測，選擇所址，確定變電所各項技術(shù)指標：如總平面布置要求、生產(chǎn)、生活房屋的配備、基點保護和自動裝置的配置、各種電氣設(shè)備的選型等；通過短路計算，并根據(jù)短路計算的數(shù)據(jù)選擇變電所中各種電氣設(shè)備，并進行熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定的校驗。牽引變電所設(shè)計還負責(zé)在以確定的供電方案的原則下，與電力部門洽商電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)的具體連接條件和相互配合的各項具體要求，以保證安全可靠、經(jīng)濟合理的對電氣化鐵道的供電。四、預(yù)計成果完成對變電所的整體

7、設(shè)計，包括其主接線、型式的設(shè)計，以及變電所中各種電氣設(shè)備的選擇和防雷接地裝置的設(shè)計。確保該變電所在能夠安全可靠的對牽引網(wǎng)供電的同時滿足經(jīng)濟合理性的要求。完成整個設(shè)計過程以后，將設(shè)計結(jié)果與實際運用相比較，各項指標均已符合要求，確定該設(shè)計具有實際可行性。指導(dǎo)教師簽字時間 年 月 日摘要干線鐵路采用直供加回流的供電方案，牽引變電所的進線是110kV三相供電。變電所內(nèi)部的主接線和電氣設(shè)備的選擇是該設(shè)計的兩個主要研究對象。本設(shè)計根據(jù)原始資料與要求選擇牽引變電所的電氣主接線圖；根據(jù)要求選擇短路點，對牽引變電所進行短路計算，計算出110kV側(cè)及27.5kV側(cè)短路電流與沖擊電流、周期分量電流，由短路計算的結(jié)果

8、來選擇牽引變電所的電氣設(shè)備并對其校驗，完成對牽引變電所一次的設(shè)計。對于牽引變電所的二次設(shè)備提出保護方案。關(guān)鍵詞：牽引變電所 電氣設(shè)備 電氣主接線圖AbstractThe Main Railway adopts the direct feed with a return line, the substation incoming line is 110kV three-phase power supply. That the main circuit of traction substation and the electric accessory choice is the two main

9、object of study in the design.The design based on the original material and the requirement of electric traction substations choose the wiring diagram, The design according to the requirement of traction substation short-circuit place to short-circuit calculation is calculated, and the lateral side

10、of 110kV and 27.5kV short-circuit current and current, periodic components, from the current short-circuit calculation result and the design requirement of traction substation traction substations electrical equipment and its calibration of traction substation, a design. The second forward for tract

11、ion substation protection scheme.Key words：Traction substation Electrical equipment The main electrical wiring diagram 目錄第1章緒論11.1電氣化鐵路國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2本設(shè)計的主要內(nèi)容1第2章牽引變電所電氣主接線設(shè)計22.1牽引變電所概述22.2電氣主接線的基本要求22.3供電方案32.4主接線圖方案設(shè)計4第3章主變壓器的容量計算與選擇63.1主變壓器容量的計算63.2供電臂1、2的平均電流計算63.3供電臂1、2的有效電流計算73.4變壓器容量計算83.5校核容量8第4章短

12、路計算104.1短路計算的相關(guān)概念、內(nèi)容和目的104.2短路點的選取104.3短路計算104.3.1一次側(cè)短路計算124.3.2二次側(cè)短路計算12第5章電氣設(shè)備的選擇145.1斷路器的選擇145.1.1110kV側(cè)斷路器的選擇145.1.227.5kV側(cè)斷路器的選擇155.2隔離開關(guān)的選擇165.2.1110kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇165.2.227.5kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇175.3熔斷器的選擇185.4電流互感器的選擇185.4.1110kV側(cè)電流互感器的選擇185.4.227.5kV側(cè)電流互感器的選擇195.5電壓互感器的選擇205.5.1110kV側(cè)電壓互感器的選擇205.5.227.5kV

13、側(cè)電壓互感器的選擇205.6自用變壓器的選擇215.7并聯(lián)無功補償裝置的選擇215.8母線的選擇215.8.1母線選擇時所依據(jù)的條件215.8.2110kV側(cè)母線的選擇225.8.327.5kV側(cè)母線的選擇245.9避雷器的選擇25第6章結(jié)論與展望266.1結(jié)論266.2展望26參考文獻27致謝28附錄29附錄A外文翻譯29附錄B設(shè)計圖紙36第1章緒論1.1電氣化鐵路國內(nèi)外現(xiàn)狀客運高速、提速或貨運重載都離不開牽引動力的現(xiàn)代化，歐美大多數(shù)發(fā)達國家從20世紀五、六十年代開始著手鐵路牽引動力現(xiàn)代化得建設(shè)。在15至20年間都先后完成了牽引動力現(xiàn)代化的過程。美國、加拿大基本都采用內(nèi)燃牽引，歐洲、日本、印

14、度等多以電力牽引為主。到了20世紀80年代以后，由于新型半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了交流傳動電力機車和內(nèi)燃機車，由于機車的牽引功率加大，使機車數(shù)量逐漸減少。牽引變電技術(shù)得到顯著發(fā)展和提高。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上129個國家擁有鐵路118萬公里，電氣化總計25萬公里，分布在66個國家和地區(qū)，均電化率23%。其中最大的一些路網(wǎng)有：美國23萬朵公里，加拿大7.3萬多公里，俄羅斯8.6萬多公里，中國近8萬公里，印度6萬多公里。變電所是對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。在電能作為社會生產(chǎn)和生活中最為重要的能源和動力的今天，變電所的作用是很重要的。當(dāng)前我國進行的輸變電建設(shè)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，對未

15、來電力工業(yè)的發(fā)展有重要的作用。因此為長遠計，產(chǎn)品技術(shù)要先進，產(chǎn)品質(zhì)量要過硬，應(yīng)達到3040年后也能適用的水平，而且產(chǎn)品要國產(chǎn)化?，F(xiàn)階段我國主要是常規(guī)變電所，常規(guī)變電所即采用傳統(tǒng)模式進行設(shè)計、建造和管理的變電所，一般為有人值班或駐所值班，有穩(wěn)定的值班隊伍。我國的近期目標是既要充分利用原有設(shè)備，又要滿足安全經(jīng)濟運行的要求。國外的變電所研究幾經(jīng)遠遠超過我國，他們在變電所的運行管理模式上，已經(jīng)做到無人值守。1.2本設(shè)計的主要內(nèi)容主變壓器的選擇，根據(jù)數(shù)據(jù)并依據(jù)公式，計算出變壓器所需的容量。此是設(shè)計的第一步，也是關(guān)鍵的一步。后面的負荷計算和短路計算都得依靠這一步。短路計算，采用短路容量法，包括高壓側(cè)短路和

16、低壓側(cè)短路。一方面根據(jù)短路計算來選擇變電所中的高壓斷路器，隔離開關(guān)，電流互感器，電壓互感器等電氣設(shè)備。另一方面低壓側(cè)電氣設(shè)備的校驗，以及避雷和接地裝置的選擇和校驗，都得根據(jù)短路計算的結(jié)果來完成。第2章牽引變電所電氣主接線設(shè)計2.1牽引變電所概述牽引變電所的電氣主接線是指牽引變電所內(nèi)一次主設(shè)備的聯(lián)接方式，也是變電所接受電能、變壓和分配電能的通路。它反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。為了簡單明了，在主接線圖中通常用單線表示三相電路。牽引變電所的電氣主接線，是指由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的設(shè)備文字符號和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們

17、的作用和運行操作順序，按一定要求連接的單線或三線結(jié)線圖，稱為電氣主接線圖。它不僅標明了各主要設(shè)備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設(shè)備的連接方式和各電氣回路的相互關(guān)系，從而構(gòu)成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主接線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設(shè)計中，主接線的確定對變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主接線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質(zhì)量、運行靈活性和經(jīng)濟性起著決定性作用。此外，電氣主接線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所的主

18、體部分。2.2電氣主接線的基本要求電氣主接線應(yīng)滿足的基本要求有可靠性、靈活性、經(jīng)濟性。1.可靠性可靠性是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，保證供電可靠性是電氣主接線最基本的要求。停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更加嚴重，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，故障停電的經(jīng)濟損失是實時電價的數(shù)十乃至數(shù)百倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和社會影響更是難以估計。因此主接線的接線形式必須保證供電可靠性。電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電所來說是可靠的，而對另一些發(fā)電廠和變電所則不一定滿足可靠性要求。所以在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮發(fā)電廠和變電所在

19、系統(tǒng)中的地位和作用、用戶的負荷性質(zhì)和類別、設(shè)備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。2.靈活性電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：(1)操作的方便性。電氣主接線應(yīng)該在服從可靠性的基本前提下，接線簡單，操作方便，盡可能的操作步驟少，以便于運行人員掌握。(2)調(diào)度的方便性。電氣主接線在正常運行時，要能根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式。并且在發(fā)生事故時，要盡快的切除故障點，使停電時間最短，影響范圍最小。(3)擴建的方便性。對將來要擴建的發(fā)電廠和變電站，電氣主接線一定要滿足擴建的方便性。3.經(jīng)濟性在設(shè)計主接線時，主要矛盾就在可靠性和經(jīng)濟性之間。因為可靠性越高對

20、設(shè)備的要求越高，則投資越大。通常設(shè)計應(yīng)該滿足可靠性和經(jīng)濟性的前提下做到經(jīng)濟合理經(jīng)濟性主要從以前幾個方面考慮：(1)節(jié)省一次投資。主接線應(yīng)簡單清晰，節(jié)省開關(guān)電器數(shù)量，選用廉價電器或輕型電器。(2)占地面積少。(3)電能損耗少。 在發(fā)電廠變或變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟合理地選擇電壓器的型號、容量和臺數(shù)。2.3供電方案目前鐵路的運力不斷加大，電氣化鐵路的負荷也在不斷增加。牽引變電所的設(shè)計要求簡單實用，所以根據(jù)實際的運行要求選擇直供加回流的供電方案。我國鐵路供電的電壓等級主要是110kV高壓供電，所以本設(shè)計擬采用110kV三相供電。這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相YNd11接線牽引變壓器，可

21、以兩臺并聯(lián)運行；也可以一臺運行，另一臺固定備用。YN結(jié)線的優(yōu)點是牽引變壓器的容量較大，一般只能由110kV或者220kV電網(wǎng)供電，而該電壓等級的電網(wǎng)為中性點直接接地系統(tǒng)。三相牽引變壓器高壓側(cè)繞組結(jié)成YN型，便于與系統(tǒng)運行方式配合。同時中性點接地還具有能降低低壓側(cè)繞組的絕緣造價等優(yōu)點。從電機學(xué)原理的角度看，當(dāng)三相變壓器的副邊繞組為三角形接線時，可以提供三次諧波電流的通路，從而保證變壓器的主磁通和電勢為正弦波。另外可以對接觸網(wǎng)實行兩邊供電。主變壓器進線是三相110kV ，出線是每相27.5kV，供電方式采用直供加回流如圖2-1所示。在方案中選擇容量合適的主變壓器是很重要的，容量過小，容易過負荷；容

22、量過大造成浪費，試運營成本增加。主變壓器的進線是三相進線，兩臺變壓器互為備用，之間用橋式連接。饋線端是接27.5kV側(cè)直接給接觸網(wǎng)供電。低壓側(cè)采用單母線分段。在方案確定后緊接著要做的工作就是設(shè)計并確定主接線圖。主接線圖的設(shè)計會把這些設(shè)計思想反映在接線和設(shè)備的選用上。然后根據(jù)主接線圖進行有關(guān)計算，最后選定高壓設(shè)備。變電所RCT圖2-1 直供加回流示意圖2.4主接線圖方案設(shè)計該變電所電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選出的一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的重要組成部分，它表明變電所內(nèi)的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設(shè)備以最

23、優(yōu)化的接線方式與電力系統(tǒng)連接，同時也表明在變電所內(nèi)各種電氣設(shè)備之間的連接方式。該變電所的電氣主接線包括110kV高壓側(cè)、27.5kV低壓側(cè)以及變壓器的接線。因各側(cè)所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。電氣主結(jié)線的基本結(jié)線形式有但母線結(jié)線，雙母線結(jié)線，橋形結(jié)線和簡單分支結(jié)線。高壓側(cè)兩條進線，兩路主變壓器之間用內(nèi)橋式連接。牽引負荷側(cè)電氣結(jié)線特點主要有：1.每路饋線設(shè)有備用斷路器的單母線結(jié)線；2.具有公共備用斷路器的結(jié)線；3.但母線分段帶旁路母線結(jié)線。在該主接線圖中，低壓側(cè)用了單母線分段如圖2-2所示。母線斷路器隔離開關(guān)圖2-2 單母線分段示意圖第3章主變壓器的容量計算與選擇3.1

24、主變壓器容量的計算原始計算資料：供電臂1=3, =111對/天，=170對/天供電臂2=3.5,=98對/天，=170對/天 其中，、表示區(qū)間數(shù)，、表示計算列車數(shù)，表示最大列車數(shù)。另有數(shù)據(jù)如下：供電臂1，列車全部運行時間；列車帶電運行時間；列車在內(nèi)消耗的能量為2788.3kVA.h。同上，有供電臂2的相關(guān)數(shù)據(jù)，；列車在內(nèi)消耗的能量為3015.7kVA.h。3.2供電臂1、2的平均電流計算供電臂列車平均電流： (3-1)供電臂存在的平均列車數(shù)：（T=1440min） (3-2)供電臂平均電流： (3-3)供電臂1：將原始計算資料中所示的相應(yīng)初始數(shù)據(jù)代入以上公式，得到如下相關(guān)數(shù)據(jù)：=2.4=446

25、.128A=1.62=515.94A供電臂2：=2.4=438.65A=1.57=492.66A3.3供電臂1、2的有效電流計算供電臂1、2的有效電流： (3-4)其中，（） (3-5)供電臂列車平均用電概率： (3-6)供電臂1的有效電流計算：將原始計算資料中所示的相應(yīng)初始數(shù)據(jù)代入以上公式，得到如下相關(guān)數(shù)據(jù)：=0.385=1.31=1.31515.94A=675.88A供電臂2的有效電流計算：=0.321=1.34=1.34492.66A=660.16A3.4變壓器容量計算變壓器容量計算：S= (3-7)其中為三相變壓器的溫度系數(shù)，一般近似取=0.94；為牽引變電所牽引母線額定電壓，取27.

26、5kV。 =43035kVA3.5校核容量三相YNd11接線變壓器最大負荷為 (3-8)經(jīng)圖表查得：=A對應(yīng)于最大列車數(shù)的供電臂2列車用電平均概率：=0.57=1.15=854.62AA將以上所需數(shù)據(jù)代入公式(3-8)得， =71408kVA則校核容量為： (3-9)其中k為過負荷倍數(shù)，取1.5，代入公式(3-9)得，kVA將計算容量和校核容量進行比較， 并結(jié)合實際情況，選用安裝容量為50MVA的變壓器，一臺投入使用，一臺固定備用。表3-1 SF9-50000/110的技術(shù)數(shù)據(jù)型號連接組標號空載損耗(kW)負載損耗(kW)空載電 流(%)阻抗電壓(%)高壓側(cè)額定電壓(kV)低壓側(cè)額定電壓(kV

27、)SF9-50000/110YNd1144.0194.40.510.511027.5第4章短路計算4.1短路計算的相關(guān)概念、內(nèi)容和目的1.短路,是指供電系統(tǒng)正常運行情況外的，導(dǎo)電相與相或相與地之間負荷支路被旁路的直接短路或經(jīng)過一個很小的故障點阻抗短接。2.短路計算的主要內(nèi)容是確定短路電流的大小，即最大短路電流的大小。3.短路計算的目的，是通過短路過程的研究及計算短路電流的量值，從而達到供電系統(tǒng)合理設(shè)計和安全可靠運行的重要因素。4.2短路點的選取因短路計算的主要內(nèi)容是確定最大短路電流的大小，所以對一次側(cè)設(shè)備的選取一般選取110kV高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側(cè)設(shè)備和牽引饋線斷路器的選取一

28、般選取27.5kV低壓母線短路點作為短路計算點。4.3短路計算短路等效電路圖如圖4-1所示。k-1k-2圖4-1 短路等效電路圖短路計算公式如下：基準電流： (4-1)電力系統(tǒng)電抗標幺值： (4-2)電力變壓器的電抗標幺值： (4-3)電力線路的電抗標幺值： (4-4)三相短路電流周期分量有效值： (4-5)三相短路容量： (4-6)其中，表示基準容量，取100MVA；表示電力變壓器容量，取50 MVA；表示基準電壓；表示變壓器短路電抗，取10.5；表示架空線的單位阻抗，取。由上述公式可得，確定基準值：取一次側(cè)基準電壓=115kV，二次側(cè)基準電壓=27.5kV，則 電力系統(tǒng)的電抗標幺值：取斷路

29、器的斷流容量=1500MVA架空線路的電抗標幺值：取架空線長度=7.8km 電力變壓器的電抗標幺值： 4.3.1一次側(cè)短路計算總阻抗標幺值：三相短路電流周期分量有效值：三相短路次態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流：三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：三相短路容量：4.3.2二次側(cè)短路計算總阻抗標幺值： 三相短路電流周期分量有效值：三相短路次態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流： 三相短路沖擊電流及第一周期短路全電流有效值： 三相短路容量： 第5章電氣設(shè)備的選擇5.1斷路器的選擇5.1.1110kV側(cè)斷路器的選擇選用LW25-110/1000型的斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-1：表5-1 LW25-110/1000的技術(shù)數(shù)據(jù)型號

30、額定電流(A)額定開斷電流(kA)動穩(wěn)態(tài)電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)LW25-110/10001000256325高壓側(cè)最大長期允許工作電流：工作電壓與工作電流：=110kV =I=1000A額定開斷電流校驗：110kV母線三相穩(wěn)態(tài)短路電流：LW25-110/1000斷路器的額定開斷電流：因為，所以符合要求。動穩(wěn)定校驗：110kV母線短路三相沖擊電流：LW25-110/1000斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流：因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：110kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。LW25-110/1000斷路器的4s短路熱容量： 因為I=1250A額定開斷電流校驗：27.

31、5kV母線三相穩(wěn)態(tài)短路電流：LN2-35II斷路器的額定開斷電流： 因為，所以符合要求。動穩(wěn)定校驗：27.5kV母線短路三相沖擊電流：LN2-35II斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流： 因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：27.5kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。LN2-35II斷路器的4s短路熱容量：因為動穩(wěn)定校驗：110kV母線短路三相沖擊電流：GW4-110D/600斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：110kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。GW4-110D/600斷路器的5s短路熱容量：因為I=1250A動穩(wěn)定校驗：27.5kV母線短

32、路三相沖擊電流：GN2-35/1250斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：110kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。GN2-35/1250斷路器的6s短路熱容量：因為=27.5kV滿足電壓要求。最大斷流容量：滿足開斷能力，所以該型號熔斷器滿足要求。5.4電流互感器的選擇5.4.1110kV側(cè)電流互感器的選擇選用LZWB6-110GYWZ型的電流互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-6：表5-6 LZWB6-110GYWZ的技術(shù)參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流比(A)動穩(wěn)態(tài)電流(kA)1s熱穩(wěn)定電(kA)LZWB6-110GYWZ110600/511545高壓側(cè)最大長

33、期允許工作電流：工作電壓與工作電流：=110kV =I=600A動穩(wěn)定校驗：110kV母線短路三相沖擊電流：LZWB6-110GYWZ斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：110kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。LZWB6-110GYWZ斷路器的1s短路熱容量：因為I=1600A動穩(wěn)定校驗：27.5kV母線短路三相沖擊電流：LB6-35斷路器的動穩(wěn)態(tài)電流因為，所以符合動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗：110kV母線短路熱容量：為斷路器分斷時間，一般取0.25s。LB6-35斷路器的3s短路熱容量：因為，所以符合熱穩(wěn)定要求。通過以上校驗可知，27.5kV側(cè)所選LB6

34、-35型的電流互感器完全符合要求。5.5電壓互感器的選擇5.5.1110kV側(cè)電壓互感器的選擇選用JCC6-110型的電壓互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-8：表5-8 JCC6-110的技術(shù)參數(shù)型號原線圈額定電壓(kV)副線圈額定電壓(kV)1級額定容量(VA)2級額定容量(VA)3級額定容量(VA)最大容量(VA)JCC6-1103005005002000由于電壓互感器裝于110kV側(cè)只是用于電壓監(jiān)視，并不需要起保護作用，因為如果110kV側(cè)發(fā)生故障或事故，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用JCC6-110型準確級1級，額定容量300VA的電壓互感器便可以滿足要求

35、。5.5.227.5kV側(cè)電壓互感器的選擇選用JDJJ-35型的電壓互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-9：表5-9 JDJJ-35的技術(shù)參數(shù)型號原線圈額定電壓(kV)副線圈額定電壓(Kv)1級額定容量(VA)2級額定容量(VA)3級額定容量(VA)最大容量(VA)JDJJ-351502506002000由于電壓互感器裝于27.5kV側(cè)不僅要用于電壓監(jiān)視，而且還要起到保護作用，用于保護牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準確級需要3級，因此選用JDJJ-35型準確級3級，額定容量600VA的電壓互感器便可以滿足要求。5.6自用變壓器的選擇選用SC10-100/27.5-0.4型的變壓器器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表

36、5-10：表5-10 SC10-100/27.5-0.4的技術(shù)參數(shù)型號額定電壓(kV)額定容量(kVA)負載損耗(W)阻抗電壓(%)SC10-100/27.5-0.427.5100100065.7并聯(lián)無功補償裝置的選擇選用TBB35-1200/1200AKW型的并聯(lián)電容器成套裝置，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-11：表5-11 并聯(lián)電容器成套裝置的技術(shù)參數(shù)裝置型號系統(tǒng)額定電壓(kV)裝置額定容量(kvar)裝置額定電流(A)配置電容器型號配置油浸式串聯(lián)電抗器型號配置干式空芯串聯(lián)電抗器型號TBB35-1200/1200AKW35120018BFM38.5-1200-3WCKSQ-72/35CKGKLQ-35

37、-24/1334-65.8母線的選擇5.8.1母線選擇時所依據(jù)的條件按最大長期工作電流選擇母線截面： (5-1)式中，為相應(yīng)于母線工作的環(huán)境和其放置方式下，母線長期允許載流量；為母線在電路中的最大長期工作電流。三相短路沖擊電流在中間相產(chǎn)生的電動力最大，其值為： (5-2)式中，為兩導(dǎo)體的軸線間距離，取160mm；為導(dǎo)體的兩相鄰支持點間距離，取900mm。母線在作用時的彎曲力矩為： (5-3)母線的截面系數(shù)為： (5-4)式中，為母線截面的水平寬度；為母線截面的垂直高度。最大計算應(yīng)力為： (5-5)動穩(wěn)定度校驗條件： (5-6) 式中，為母線材料的最大允許應(yīng)力，硬鋁母線(LMY型)，； 為母線通

38、過時所受到的最大計算應(yīng)力。短路發(fā)熱的假想時間為： (5-7) (5-8)式中，為短路時間；為短路保護裝置實際最長的動作時間，取0.6s；為斷路器的斷路時間，取0.25s。短路時導(dǎo)體加熱系數(shù)為： (5-9)式中，為導(dǎo)體的截面積()；為三相短路穩(wěn)態(tài)電流(A)；為負荷時導(dǎo)體加熱系數(shù)()。母線熱穩(wěn)定度校驗條件： (5-10)式中，為導(dǎo)體在短路時的最高允許溫度，鋁的最高允許溫度為200；為導(dǎo)體在短路后所達到的最高溫度。5.8.2110kV側(cè)母線的選擇高壓側(cè)最大長期允許工作電流：LMY型矩形硬鋁母線，截面積為，每相母線條數(shù)為單條，母線放置方式為平放，允許載流量為480A，大于高壓側(cè)最大長期允許工作電流，故

39、選截面的鋁母線。動穩(wěn)定度的校驗：母線在三相短路時所受的最大電動力為： 母線在作用時的彎曲力矩為： 母線的截面系數(shù)為： 母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為： 允許應(yīng)力為： 由此可見該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求。熱穩(wěn)定度的校驗：短路發(fā)熱的假想時間為： 設(shè)該母線正常運行時最高溫度為，查鋁導(dǎo)體曲線圖，對應(yīng)的 短路時導(dǎo)體加熱系數(shù)為： 用去查鋁導(dǎo)體曲線圖可得 母線熱穩(wěn)定度校驗條件： 因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。5.8.327.5kV側(cè)母線的選擇低壓側(cè)最大長期允許工作電流：LMY型矩形硬鋁母線，截面積為，每相母線條數(shù)為單條，母線放置方式為平放，允許載流量為1168A，大于高壓側(cè)最大長期允許工作電流，故選

40、截面的鋁母線。動穩(wěn)定度的校驗：母線在三相短路時所受的最大電動力為： 母線在作用時的彎曲力矩為： 母線的截面系數(shù)為： 母線在三相短路時所受到的計算應(yīng)力為： 允許應(yīng)力為： 由此可見該母線滿足短路動穩(wěn)定度的要求。熱穩(wěn)定度的校驗：短路發(fā)熱的假想時間為： 設(shè)該母線正常運行時最高溫度為，查鋁導(dǎo)體曲線圖，對應(yīng)的。 短路時導(dǎo)體加熱系數(shù)為： 用去查鋁導(dǎo)體曲線圖可得 母線熱穩(wěn)定度校驗條件： 因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。5.9避雷器的選擇選用Y5W5177/439 ZnO避雷器作為110kV交流電氣設(shè)備過電壓保護；該避雷器額定電壓為177kV 、最大雷電沖擊殘壓(5kA)為439kV、最大陡度沖擊殘壓峰值為48

41、3kV。27.5KV側(cè)的避雷器選用Y5C442/117鐵道專用串聯(lián)間隙ZnO避雷器,用來保護相應(yīng)電壓等級，電氣設(shè)備免受大氣過電壓和某些操作過電壓的危害；系統(tǒng)額定電壓為27.5kV，避雷器額定電壓為42kV，工頻放電電壓不小于72kV。第6章結(jié)論與展望6.1結(jié)論牽引變電所與供變電系統(tǒng)其他供電裝置的設(shè)計，不僅要滿足正常運行方式下的各種工作狀態(tài)及運行條件的要求，而且還應(yīng)在故障條件下如何縮小或限制故障的范圍或限制及影響，并保證電氣設(shè)備在故障狀態(tài)下安全可靠地工作。牽引變電所的設(shè)計首先必須滿足安全可靠的要求，這一點是至關(guān)重要的，所有的要求必須都要以此為前提。為了保證對電氣化鐵路的不間斷供電，在設(shè)計外部供電

42、方式時，首先要考慮變電所的供電的可靠性，即盡可能設(shè)置備用電源或?qū)崿F(xiàn)環(huán)形供電；其次要使用電功率的損耗小，并盡可能減少投資。從供電的可靠性出發(fā)，牽引變電所應(yīng)盡量采用環(huán)形供電和兩側(cè)供電。但是如果牽引變電所不能從兩側(cè)取得電源時，也可以采用一邊供電，但必須設(shè)雙回路輸電線，以保證供電的可靠性。另外，變壓器容量的選擇應(yīng)該適當(dāng)?shù)拇笠恍?，以能夠滿足以后擴容改造需求。還有就是鐵道的提速，對電氣設(shè)備及安全供電提出的要求越來越高，狀態(tài)檢修、無人值班的運行方式勢在必行，但是，這些以電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測為基礎(chǔ)。牽引變電所綜合監(jiān)測系統(tǒng)能夠提高鐵道供電系統(tǒng)運行、管理自動化水平，能夠防止意外事故發(fā)生，必將具有廣闊前景。由于時間

43、的原因，本次設(shè)計中仍然還有許多的不足。如：比如本次設(shè)計中沒有討論繼電保護、無功補償、避雷裝置等內(nèi)容。6.2展望電氣化鐵路是今后高速鐵路發(fā)展的趨勢，牽引變電所是電鐵中重要的部分。隨著新技術(shù)，新設(shè)備的進步，今后變電所的設(shè)計會向大容量，簡單化，綜合一體化發(fā)展。在設(shè)計中對牽引變電所主變壓器的容量選擇是一個很核心的步驟，實際中客運專線的運力變化和以后專線的發(fā)展趨勢在很大程度上影響著牽引變電所的設(shè)計。在以后設(shè)計中充分考慮這些因素也是做好設(shè)計的關(guān)鍵。帶回流線的直接供電方式有望在回流質(zhì)量和在減少對附近通信線路的干擾方面進行改進。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提高，我國的電氣化鐵道必將迎來一個全新的未來

44、。參考文獻1 李群湛編.牽引供變電系統(tǒng)分析M.成都:西南交大出版社，2002.2 劉介才主編.工廠供電M.北京:機械工業(yè)出版社，1997.3 曹建猷主編.電氣化鐵道供電系統(tǒng)M.中國鐵道出版社，1984.4 袁則富譯.電氣化鐵道供電M.成都:西南交大出版社，1989.5 賀威俊編.電氣化鐵道供電工程M.中國鐵道出版社，1983.6 鐵道部電氣化工程局第一工程處組編.牽引變電所-電氣化鐵道施工手冊M.北京:中國鐵道出版社，2000.7 鞠平主編.電力工程M.機械工業(yè)出版社，2009.8 鐵道部電氣化工程局電氣化勘察設(shè)計院組編.牽引供電系統(tǒng).電氣化鐵道設(shè)計手冊M.中國鐵道出版社，1988.9 Won-Cheol Yun，Zhong Xiang Zhang Electric power grid interconnection in Northeast Asia Energy Policy 34 J，2006.10 Protective Relay A.R VanC.WarringtonJ，1974.致謝經(jīng)過幾個月的努力和崔躍華老師的辛勤指導(dǎo)，本人完成了電氣化鐵道牽引變電所供變電系統(tǒng)的設(shè)計，此次畢業(yè)設(shè)計既是對幾年來所學(xué)專業(yè)知識的一次系統(tǒng)總結(jié)，做到了理論的系統(tǒng)化