牽引變電所G電氣主接線的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、2010級(jí)牽引供電課程設(shè)計(jì)牽引供電課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題 目牽引變電所g電氣主接線的設(shè)計(jì)院/系(部)電氣工程系班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)教師完成時(shí)間摘 要牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路的核心部分。本次設(shè)計(jì)的課題是牽引變電所g電氣主接線的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的意義在于為電氣化鐵路設(shè)計(jì)合理實(shí)用的牽引供電技術(shù)，主要任務(wù)是牽引變電所主接線設(shè)計(jì)、選擇牽引變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)和電壓、電流互感器等，進(jìn)而確定電氣主接線。在認(rèn)真分析題目的基礎(chǔ)上，按照一定的順序進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，分析比較幾種牽引變壓器的接線形式，根據(jù)要求選出了一種最佳的接線形式，即yn，d11接線形式。然后，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)并考慮一定的裕量來(lái)計(jì)算牽引變壓器的安裝容量。最

2、后，計(jì)算高壓和低壓母線的短路電流，通過(guò)短路電流來(lái)選擇相應(yīng)的一次設(shè)備并進(jìn)行校驗(yàn)，最終基本完成了牽引變電所電氣主接線，實(shí)現(xiàn)了牽引供電系統(tǒng)的基本要求。關(guān)鍵字：牽引變壓器 一次設(shè)備 目 錄第1章 設(shè)計(jì)目的和任務(wù)要求11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 任務(wù)要求11.3 設(shè)計(jì)的依據(jù)11.4 任務(wù)分析3第2章 主接線方案的設(shè)計(jì)32.1 牽引變電所110kv側(cè)主接線42.1.1 主接線的確定62.1.2 牽引變電所的倒閘操作62.2牽引27.5kv側(cè)電氣主接線72.2.1 電氣主接線特點(diǎn)72.2.2 27.5kv側(cè)饋線接線方式72.2.3 27.5kv側(cè)母線接線方式9第3章 牽引變壓器選擇93.1 牽引變壓器的備用方

3、式93.2 牽引變壓器的接線型式93.3 牽引變壓器容量計(jì)算9第4章 短路計(jì)算114.1 短路計(jì)算的目的114.2 短路點(diǎn)選取114.3 短路電流計(jì)算12第5章 電氣設(shè)備選擇155.1 斷路器的選擇155.1.1 高壓側(cè)斷路器選擇165.1.2 低壓側(cè)斷路器選擇165.1.3 高壓側(cè)戶內(nèi)斷路器選擇175.1.4 低壓側(cè)戶內(nèi)斷路器選擇185.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇185.3 電流互感器的選擇與校驗(yàn)205.4 導(dǎo)線的選擇215.5 27.5kv側(cè)母線的選擇和校驗(yàn)22第6章 繼電保護(hù)236.1 導(dǎo)線繼電保護(hù)配置246.2 主變壓器繼電保護(hù)裝置配置24第7章 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償247.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?5

4、7.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償計(jì)算25第8章 防雷278.1 雷電過(guò)電壓的基本形式278.2 防雷措施278.3 防雷設(shè)施27第9章 結(jié)論27 第1章 設(shè)計(jì)目的和任務(wù)要求1.1 設(shè)計(jì)目的本次的課題是牽引變電所g電氣主接線的設(shè)計(jì)，目的是為了將所學(xué)習(xí)的知識(shí)更好地應(yīng)用于實(shí)踐之中。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，決定著電力機(jī)車能否正常順利運(yùn)行，因此本次設(shè)計(jì)意義重大。牽引變電所的設(shè)計(jì)主要包括變壓器的設(shè)計(jì)和保護(hù)監(jiān)測(cè)裝置。變壓器的設(shè)計(jì)主要是變壓器的接線形式、容量和臺(tái)數(shù)的確定。變壓器的容量確定要合理，如果選擇容量偏大則會(huì)造成損耗增加。選擇容量較小會(huì)使變壓器處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，影響變壓器的壽命。保護(hù)監(jiān)測(cè)裝置主要是在系

5、統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)對(duì)線路起到保護(hù)作用，同時(shí)對(duì)線路中的電壓和電流進(jìn)行監(jiān)控等。此課題的設(shè)計(jì)完全符合電氣化鐵路供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，為牽引供電系統(tǒng)提供供電方案，解決實(shí)際問(wèn)題。更重的是此課題的設(shè)計(jì)使自己更加了解鐵路供電系統(tǒng)，為以后的工作打下了基礎(chǔ)。1.2 任務(wù)要求牽引變電所g電氣主接線的任務(wù)要求如下：(1)確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式，并分析其運(yùn)行方式。(2)確定牽引變壓器的容量、臺(tái)數(shù)及接線形式。(3)確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線的形式。(4)對(duì)變電所進(jìn)行短路計(jì)算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇。(5)設(shè)置合適的過(guò)電壓保護(hù)裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝置。(6)用cad畫(huà)出整個(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。

6、1.3 設(shè)計(jì)的依據(jù)包含有f、g兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖2-1中，牽引變電所中的兩臺(tái)牽引變壓器為一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。電力系統(tǒng)1、2均為火電廠，選取基準(zhǔn)容量sj為100mva，在最大運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標(biāo)幺值分別為0.20和0.22；在最小運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標(biāo)幺值分別為0.31和0.34。對(duì)每個(gè)牽引變電所而言，110kv線路為一主一備。圖1中，l1、l2、l3長(zhǎng)度分別為30km、50km、20km。線路平均正序電抗x1為0.4/km，平均零序電抗x0為1.2/km。 圖1-3 牽引供電系統(tǒng)示意圖基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1-4所示:表1-4 牽引變電所基

7、本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)目牽引變電所g左臂負(fù)荷全日有效值（a）500右臂負(fù)荷全日有效值（a）730左臂短時(shí)最大負(fù)荷（a）注700右臂短時(shí)最大負(fù)荷（a）980牽引負(fù)荷功率因數(shù)0.85(感性)10kv地區(qū)負(fù)荷容量（kva）2100010kv地區(qū)負(fù)荷功率因數(shù)0.87(感性)牽引變壓器接線型式自選牽引變壓器110kv接線型式自選左供電臂27.5kv饋線數(shù)目2右供電臂27.5kv饋線數(shù)目210kv地區(qū)負(fù)荷饋線數(shù)2回路工作，1回路備用預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長(zhǎng)30注：供電臂短時(shí)最大負(fù)荷即為線路處于緊密運(yùn)行狀態(tài)下的供電臂負(fù)荷。1.4 任務(wù)分析根據(jù)任務(wù)要求來(lái)選擇變壓器的接線方式，確定備用方式，一般選擇固定備用的方式，即一臺(tái)運(yùn)行

8、，一臺(tái)備用。通過(guò)給定的數(shù)據(jù)計(jì)算牽引變壓器的計(jì)算容量、校核容量以及安裝容量，進(jìn)而確定變壓器的容量。分析牽引變電所的短路點(diǎn)，計(jì)算出短路電流，通過(guò)短路電流來(lái)選擇高低壓側(cè)設(shè)備以及繼電保護(hù)裝置。最后，根據(jù)牽引變電所負(fù)荷平均有功功率來(lái)計(jì)算并聯(lián)電容的容量，選定電容的型號(hào)。本次設(shè)計(jì)的牽引變壓器的接線方式為yn，d11。第2章 主接線方案的設(shè)計(jì) 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。，電氣主接線要滿足下列基本要求：(1) 首先應(yīng)保證電力牽引負(fù)荷，運(yùn)輸用動(dòng)力、信號(hào)負(fù)荷安全、可靠供電的需求和電能質(zhì)量。主接線應(yīng)在變壓器接線方式、諧波無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓方

9、面采取有效的改善電壓質(zhì)量措施。(2) 具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便?，F(xiàn)代技術(shù)的自動(dòng)裝備和監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)提高主接線的運(yùn)行靈活性和可靠性都是很有利的。(3) 應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。在可能和充分論證的條件下，可采取按遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)主接線規(guī)模、分期實(shí)施投資、增加設(shè)備，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。(4) 應(yīng)力求接線簡(jiǎn)潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地。電氣主接線從電源系統(tǒng)接受電能，并通過(guò)出線或饋電線路分配電能，當(dāng)進(jìn)、出（饋）線數(shù)量較多的時(shí)候，常設(shè)置匯流母線為中間環(huán)節(jié)，用以聯(lián)系電源進(jìn)線和出線，并使運(yùn)行轉(zhuǎn)換方便，但也可采用無(wú)母線接線形式。采用不同形式的匯流母線即構(gòu)成不同的接線方式。本次

10、設(shè)計(jì)的饋線數(shù)目很少，只有兩條。而且牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺(tái)主變壓器，所以高壓側(cè)采用外橋型接線方式作為牽引變電所a的主接線。橋型接線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定得運(yùn)行靈活性，使用電氣少，建造費(fèi)用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線結(jié)線。具有很高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，并能達(dá)到可靠性要求。本設(shè)計(jì)采用100%完全備用，當(dāng)一套設(shè)備發(fā)生故障，經(jīng)過(guò)正確的倒閘操作順序，另一設(shè)備啟用，以提高供電可靠性。2.1 牽引變電所110kv側(cè)主接線(1)不分段的單母線接線單母線接線的的特點(diǎn)是整個(gè)的配電裝置只有一組母線，每個(gè)電源線和引出線都經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，

11、在運(yùn)行操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守以下操作順序：對(duì)饋線送電時(shí)必須先合1qs和2qs在投入1qf；如欲停止對(duì)其供電必須先斷開(kāi)1qf然后斷開(kāi)1qs和2qs。如圖2-1所示。圖2-1不分段的單母線接線單母線接線的特點(diǎn)是：(1)接線簡(jiǎn)單、設(shè)備少、配電裝置費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠性。(2)每回路斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時(shí)，僅該回路停電，其他回路不受影響。(3)檢修母線和與母線相連的隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時(shí)，將是全部電源斷開(kāi)，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。這種接線方式的缺點(diǎn)是母線故障時(shí)、檢修設(shè)備和母線時(shí)要造成停電。適用范圍：適用于對(duì)可靠性要求不高的1035kv地區(qū)負(fù)

12、荷。(2)單母線分段接線用斷路器分段的單母線分段接線圖。分段斷路器md正常時(shí)閉合，是兩段母線并列運(yùn)行，電源回路和同一負(fù)荷的饋電回路應(yīng)交錯(cuò)連接在不同的分段母線上。如圖2-2所示。這種接線方式的特點(diǎn)是：(1)兩母線段可以并列運(yùn)行，也可以分裂運(yùn)行。(2)任意一段母線或母線隔離開(kāi)關(guān)檢修，只該段停電，其他段可以繼續(xù)供電，減小了停電范圍。(3)對(duì)于用分段斷路器qfd分段，如果qfd處于閉合運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某段母線發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)使qfd及故障段電源回路的斷路器自動(dòng)斷開(kāi)，只該段停電；如果qfd處于斷開(kāi)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某段電源回路故障而使其斷路器斷開(kāi)時(shí)，備用電源自動(dòng)投入裝置使qfd自動(dòng)閉合，可以保證全部的出線繼續(xù)

13、供電。(4)對(duì)于用分段隔離開(kāi)關(guān)qsd分段，即qsd閉合工作狀態(tài)，當(dāng)某段母線故障時(shí)將造成全部停電，拉開(kāi)分段隔離開(kāi)關(guān)qsd后，非故障段母線即可恢復(fù)供電。這種接線方式的缺點(diǎn)：增加了分段設(shè)備的投入和占地面積；某段母線故障或檢修仍有停電問(wèn)題；某段的回路斷路器檢修，該回路停電；擴(kuò)建時(shí)，需向兩端均衡擴(kuò)建。適用范圍：廣泛應(yīng)用于10-35kv地區(qū)負(fù)荷、城市電牽引各種變電所和110kv電源進(jìn)線回路較少的110kv接線系統(tǒng)。(3)采用橋型接線當(dāng)牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來(lái)，即構(gòu)成橋形接線。橋型接線是一種無(wú)匯流母線接線，四個(gè)連接元件僅需三個(gè)斷路器，配電裝置接構(gòu)也較

14、簡(jiǎn)單。按中間橫向橋接母線位置不同可分為：內(nèi)橋形與外橋形。能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)用低，接構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或帶旁路母線的單母線接線。外橋接線：外橋接線的特點(diǎn)與內(nèi)橋接線相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開(kāi)時(shí)，只需斷開(kāi)它們前面的斷路器1qf或2qf，而不影響電源線路的正常工作。但線路故障或檢修時(shí)，將使與該線路連接的變壓器短時(shí)中斷運(yùn)行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外橋接線適用于電源線路較短、負(fù)荷不恒定、變壓器要經(jīng)常切換(例如兩臺(tái)主變中一臺(tái)要經(jīng)常斷開(kāi)或投入)的場(chǎng)合，也可用在有穿越功率通過(guò)的與環(huán)形電連接的變電所中。 2.1.1 主接線的確定110kv側(cè)接

15、線選用單母線分段接線。理由：兩母線可以并列運(yùn)行也可以分開(kāi)運(yùn)行，任一段母線檢修時(shí)，只該段母線停電，其他段可以繼續(xù)運(yùn)行，具有一定的可靠性和靈活性。2.1.2 牽引變電所的倒閘操作圖2-2 單母線分段如圖2-2所示，正常運(yùn)行時(shí)，qs7、qf、qs8，其他斷路器隔離開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，變壓器t1通過(guò)l1得電，使得變壓器向27.5kv側(cè)輸送電能。當(dāng)需要檢修時(shí)，假如仍然需要在l1得電，先斷開(kāi)qf1，然后斷開(kāi)qs3和qs5，再閉合qs4，然后合qs6、qf2，最后閉合qf，即可滿足檢修時(shí)供電需要。檢修結(jié)束時(shí)，先斷開(kāi)qf2，然后斷開(kāi)qs6和qs4，再斷qf,后閉合qs3和qs5，最后閉合qf1，即可恢復(fù)正常供電。當(dāng)l

16、1線路故障需要由l2線路供電時(shí)，先閉合qs2，閉合qf，故障線路qf1跳閘，再斷開(kāi)qs1，最后qf2閉合即可滿足l1故障時(shí)的供電。如l1線路恢復(fù)正常，可以先斷開(kāi)qf2、qf，再斷開(kāi)qs2，閉合qs1，最后閉合qf1即可恢復(fù)正常供電。由此可以看出采用外橋型接線對(duì)于線路發(fā)生故障時(shí)比較有利，可以在停電瞬間通過(guò)互感器自動(dòng)檢測(cè)跳開(kāi)故障線路斷路器，然后閉合備用線路斷路器，保證線路故障時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使?fàn)恳儔浩骼^續(xù)運(yùn)行，有利于系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。2.2牽引27.5kv側(cè)電氣主接線牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主接線基本形式多數(shù)對(duì)牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線也是適用的。但考慮牽引負(fù)荷及牽引供電系統(tǒng)的

17、下列特點(diǎn)，有針對(duì)性的在電氣接線上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行靈活性。2.2.1 電氣主接線特點(diǎn)牽引27.5kv電氣主接線的特點(diǎn)有以下幾種。(1)由于接觸網(wǎng)沒(méi)有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線路更為頻繁，因此牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線對(duì)接觸網(wǎng)饋線斷路器的類型與備用方式較一般電力負(fù)荷要求更高。(2)牽引側(cè)電氣接線與牽引變壓器的類型（單相或三相）和接線方式以及主變壓器的備用方式有關(guān)，在采用移動(dòng)式變壓器做備用的情況下，與移動(dòng)變壓器接入電路的方式有關(guān)。(3)與饋線數(shù)目、電氣化鐵路年運(yùn)量、單線或復(fù)線，以及變電所附近鐵路其他設(shè)施如大型樞紐站、電力機(jī)車段和地區(qū)負(fù)荷等的供電要求有關(guān)。2.2.2 27

18、.5kv側(cè)饋線接線方式牽引變電所27.5kv側(cè)饋線的接線方式一般有下列三種：(1)饋線斷路器100%備用的接線饋線斷路器100%備用的接線如圖2-4所示。這種接線當(dāng)工作斷路器需檢修時(shí)，此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同的場(chǎng)合。即由備用斷路器代替。斷路器的轉(zhuǎn)換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。(2)饋線斷路器50%備用接線饋線斷路器50%備用接線如圖2-5所示。這種接線每?jī)蓷l饋線設(shè)一臺(tái)備用斷路器，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)的，備用斷路器可代替其中任何一臺(tái)斷路器工作。當(dāng)每相母線的饋出現(xiàn)叔模具較多時(shí)一般很少采用此種方法。(3)帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線如圖2-6所示。一

19、般2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過(guò)旁路母線，旁路斷路器可以代替任意饋線斷路器工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場(chǎng)合，以減少備用斷路器的數(shù)量。圖2-4 饋線斷路器100%備用圖2-5饋線斷路器50%備用圖2-6 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線經(jīng)過(guò)分析比較，最終選擇饋線斷路器50%備用的方式，因?yàn)檫@種接線方式簡(jiǎn)單、操作方便而且供電可靠性比較高，更重要的是這種方式比100%備用的方式要更具有經(jīng)濟(jì)性。2.2.3 27.5kv側(cè)母線接線方式牽引變壓器低壓側(cè)向兩個(gè)供電臂供電。因?yàn)閱文妇€接線操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好而且能滿足一定的可靠性。綜合考慮之后，選擇單母線接線方式。第3章 牽引變壓器選擇3.

20、1 牽引變壓器的備用方式牽引變壓器的備用方式有移動(dòng)備用和固定備用兩種。移動(dòng)備用是整個(gè)供電段管轄的幾個(gè)牽引變電所設(shè)置一臺(tái)或數(shù)臺(tái)可以動(dòng)的公共備用變壓器，供運(yùn)行中的牽引變壓器檢修或故障時(shí)使用。固定備用是在每個(gè)牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺(tái)數(shù)不變、而增大變壓器容量，使在正常情況下一臺(tái)工作，一臺(tái)備用（稱為固定全備用）。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的全面比較，在一般牽引變電所設(shè)有或不設(shè)專用鐵路岔線作為變壓器搬運(yùn)、檢修的情況下，對(duì)于三相牽引變壓器采用固定全備用的方式都是有利和可取的。特殊情況下需作具體比較。對(duì)于單相或v形接線的牽引變電所，一般增加一臺(tái)固定備用變壓器，在牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線只需增加一路電源進(jìn)線

21、及斷路器與配電間隔，比較簡(jiǎn)單。而采用移動(dòng)備用變壓器的情況下，對(duì)單相或v,v形接線的單相變電所牽引側(cè)電氣接線的構(gòu)成，將產(chǎn)生較大影響。3.2 牽引變壓器的接線型式牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的核心部分，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110kv三相電變換成適合電力機(jī)車使用的27.5kv的單相電的任務(wù)。由于牽引負(fù)荷具有不穩(wěn)定性、短路故障多、諧波含量大等諸多不利因素，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣，因此要求牽引變壓器具有一定的過(guò)負(fù)荷能力和抗沖擊電流的能力。綜合考慮后選擇了yn,d11接線形式的牽引變壓器。3.3 牽引變壓器容量計(jì)算牽引變壓器容量計(jì)算的一般分為三個(gè)步驟：首先，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)求出牽引變壓器供應(yīng)牽引負(fù)荷所必需

22、的最小容量，稱為計(jì)算容量。其次，按列車緊密運(yùn)行時(shí)供電臂的有效電流與充分利用牽引變壓器的過(guò)負(fù)荷能力，求出所需要的容量，稱為校核容量。這是為確保牽引變壓器安全運(yùn)行所必需的容量。最后，根據(jù)計(jì)算容量和校核容量，在考慮其他因素（如備用方式等），最后按實(shí)際系列產(chǎn)品的規(guī)格選定牽引變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，稱為安裝容量或設(shè)計(jì)容量。(1)牽引變壓器的計(jì)算容量： 其中：重負(fù)荷供電臂有效電流（a） 輕負(fù)荷供電臂有效電流（a） 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般取0.9 牽引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，取27.5kv將，代入上式得。(2)牽引變壓器的校核容量： 其中：重負(fù)荷供電臂緊密運(yùn)行時(shí)有效電流（a）將，代入上式得(3)中期變壓器

23、容量估算為了滿足鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，牽引變壓器要留有一定的余量，預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長(zhǎng)30%，則：由于牽引變壓器容量計(jì)算數(shù)值較大，綜合考慮之后選擇4臺(tái)較小容量的變壓器進(jìn)行并聯(lián)，2臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用。2臺(tái)并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是可以減小牽引變壓器的阻抗，減小了電壓的損失，所選變壓器的型號(hào)為，其參數(shù)如表3-2所示：表3-2 變壓器參數(shù)額定容量(kva)額定電壓(kv)額定電流(a)損耗(kw)阻抗電壓(%)空載電流(%)高壓低壓高壓低壓空載短路31500411027.516566038.514810.52第4章 短路計(jì)算4.1 短路計(jì)算的目的短路計(jì)算的目的如下：(1)在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定某一

24、接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。(2)在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。(3)在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)地的安全距離。(4)在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需要短路電流提供依據(jù)。4.2 短路點(diǎn)選取電力系統(tǒng)短路中最常見(jiàn)的短路類型是單相接地短路，短路后最不嚴(yán)重的短路類型是兩相不接地短路，短路電流最大的三相接地短路。短路計(jì)算示意圖如圖4-2所示。由于采用的是完全備用方式，主變壓器2臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，牽引變壓器高壓側(cè)三相接地短路短路電流與k-1點(diǎn)

25、的三相接地短路電流相等，最終在計(jì)算可能通過(guò)各種電氣設(shè)備和母線最大電流時(shí)，計(jì)算短路點(diǎn)k-1、k-2和k-3的三相接地短路電流即可。4-2 短路計(jì)算示意圖 4.3 短路電流計(jì)算(1)確定基準(zhǔn)值取則由(2)計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值。線路電抗標(biāo)幺值 變壓器的電抗標(biāo)幺值 (3)計(jì)算在最大運(yùn)行方式下的短路電流短路等效電路圖如圖4-3所示。圖4-3 短路等效電路圖 電力系統(tǒng)1和2的電抗標(biāo)幺值分別為在短路點(diǎn)k-1處:總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流 三相短路容量 在短路點(diǎn)k-2處：總電抗標(biāo)幺值 三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流 三相短路容量 在短路點(diǎn)k-3處：總電抗標(biāo)幺

26、值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流三相短路容量 最大運(yùn)行方式下短路計(jì)算表如表4-4所示：表4-4 最大運(yùn)行方式短路計(jì)算表計(jì)短路算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/mvak-13.133.133.137.984.73625k-26.366.366.3616.229.60303k-31.521.521.522.801.6628 (4)計(jì)算在最小運(yùn)行方式下的短路電流短路等效電路圖如圖4-5所示。圖4-5 短路等效電路圖在最小運(yùn)行方式下時(shí)只有電力系統(tǒng)1工作，其電抗標(biāo)幺值為，三相短路電流周期有效值其他三相短路電流 三相短路計(jì)算容量三相短路電流周期有效值 其他三相短路電流 三相短路容量 三相短路電

27、流周期分量有效值 其他三相短路電流 三相短路容量 最小運(yùn)行方式下短路計(jì)算表如表4-6所示：表4-6 最小運(yùn)行方式短路計(jì)算表計(jì)短路算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/mvak-11.091.091.092.781.65217k-23.333.333.338.495.03159k-31.401.401.402.581.5325第5章 電氣設(shè)備選擇5.1 斷路器的選擇對(duì)于開(kāi)斷電路中負(fù)荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應(yīng)按使用環(huán)境、負(fù)荷種類及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類型和型號(hào)，及戶外或戶內(nèi)，以及滅弧介質(zhì)的種類。對(duì)于10至220kv三相系統(tǒng)中，廣泛采用少油式或者斷路器。5.1.1 高壓側(cè)斷路器選擇牽引主變壓器

28、高壓側(cè)（110kv）選擇的是戶外少油斷路器。三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為,最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面的數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號(hào)為： 校驗(yàn)斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性：斷路器的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值， 校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，,，因此選擇滿足要求。的參數(shù)表如表5-1-1所示：表5-1-1 的參數(shù)型號(hào)額定電壓 (kv) 額定電流(ka)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka)11012004115.85.1.2 低壓側(cè)斷路器選擇牽引主變壓器低壓側(cè)（27.5kv）選擇的是戶外少油斷路器，三相短路電流 ，最大負(fù)荷電流為： 根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號(hào)為表5-1-2 的參數(shù)型號(hào)額定電壓 (kv) 額定電流(ka)動(dòng)穩(wěn)定

29、電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka)11012004115.8 校驗(yàn)斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性：短路器的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值，校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗(yàn)時(shí)間，,，所選滿足要求。的參數(shù)表如表5-1-2所示： 5.1.3 高壓側(cè)戶內(nèi)斷路器選擇 電力變壓器高壓側(cè)選擇的是戶內(nèi)真空斷路器， ， 根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號(hào)為：校驗(yàn)斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性：， 所選滿足要求校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗(yàn)時(shí)間，, 。所選滿足要求 的參數(shù)表如表5-1-3所示：表5-1-3 的參數(shù)型號(hào)額定電壓 (kv) 額定電流(ka)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka)27.5 60025105.1.

30、4 低壓側(cè)戶內(nèi)斷路器選擇電力變壓器低壓側(cè)選擇的是戶內(nèi)真空斷路器，三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為： ，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號(hào)為：校驗(yàn)斷路器的動(dòng)穩(wěn)定性：，校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：，,，所選滿足要求。 的參數(shù)表如表5-1-4所示：表5-1-4 的參數(shù)型號(hào)額定電壓 (kv) 額定電流(ka)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka)27.5 60025105.2 隔離開(kāi)關(guān)的選擇(1)牽引變壓器110kv隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)選擇如下：，根據(jù)上面數(shù)據(jù)，可選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定性：， 校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定性：，,，所選滿足要求選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)如表5-2-1所示：表5-2-1 參數(shù)型號(hào)額定電壓(kv)額定電

31、流(a)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka) 1106305020(2)牽引主變壓器27.5kv隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)選擇如下： ，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為：校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定性：隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定電流峰值， 校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定電流，隔離開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)時(shí)間,，所選滿足要求選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)如表5-2-2所示：表5-2-2 參數(shù)型號(hào)額定電壓(kv)額定電流(a)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka) 27.512508031.5(3)電力變壓器27.5kv隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)選擇如下：，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為：校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定性：， 校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)

32、定電流，,，所選滿足要求選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)如表5-2-3所示：表5-2-3 參數(shù)型號(hào)額定電壓(kv)額定電流(a)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka) 27.56305020(4)電力變壓器10kv隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)選擇如下：，根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)為：校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)穩(wěn)定性：， 校驗(yàn)隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開(kāi)關(guān)的熱穩(wěn)定電流，,，所選滿足要求。選擇的隔離開(kāi)關(guān)型號(hào)如表5-2-4所示：表5-2-4 參數(shù)型號(hào)額定電壓(kv)額定電流(a)動(dòng)穩(wěn)定電流(ka)熱穩(wěn)定電流(ka) 10100050405.3 電流互感器的選擇與校驗(yàn)(1)110kv側(cè)電流互感器選用型電流互感器，其參數(shù)如表5-3-1所示：

33、表5-3-1 110kv側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kv)額定電流比(a)動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(ka)lcwd2-1101102600/52.53535動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)：,因?yàn)?滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：滿足熱穩(wěn)定要求。因此，所選電流互感器滿足要求。(2)27.5kv側(cè)電流互感器選用型電流互感器，其參數(shù)如表5-3-2所示：表5-3-2 27.5kv側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kv)額定電流比(a)動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(ka)lcwd6-35 110/1.731000/52.545 45動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)：,因?yàn)?滿足動(dòng)穩(wěn)定要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)：滿足熱穩(wěn)定要求。因此，所選電流互感器

34、滿足要求。對(duì)電壓互感器選擇時(shí)依據(jù)的技術(shù)條件為：(1)額定電壓，所選電壓互感器的額定一次側(cè)電壓必須與電壓互感器接入處電網(wǎng)的額定電壓相一致；互感器的額定二次側(cè)電壓符合測(cè)量?jī)x表和繼電器的額定電壓，一般等于或。接成開(kāi)口三角形的輔助二次繞組電壓側(cè)有、等。(2)根據(jù)用途、負(fù)載的性質(zhì)性質(zhì)電壓互感器的類型及接線方式。所以，110kv側(cè)電壓互感器選jcc6-110 27.5kv側(cè)電壓互感器選jdjz-27.55.4 導(dǎo)線的選擇本次設(shè)計(jì)高壓側(cè)采用橋型接線，所以高壓側(cè)沒(méi)有母線，但是要對(duì)進(jìn)線進(jìn)行選擇，一般采用鋼芯鋁絞線。在低壓側(cè)屋內(nèi)配電裝置中一般采用矩形截面的硬鋁母線。這是因?yàn)樵诮孛娣e相同的條件下，矩形截面比圓形截面

35、的周長(zhǎng)大。故矩形截面母線散熱面積大，冷卻效果好。110kv側(cè)進(jìn)線選擇(1)最大負(fù)荷持續(xù)工作電流（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇進(jìn)線截面式中：為經(jīng)濟(jì)電流密度。牽引變電所經(jīng)濟(jì)電流密度對(duì)于牽引負(fù)荷側(cè)。所以有選標(biāo)準(zhǔn)截面，即選lgj-300型鋼芯鋁線。校驗(yàn)發(fā)熱條件：查表可知lgj-300的允許載流量(環(huán)境溫度為40度)，因此滿足發(fā)熱條件。校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度：查表知110kv架空鋼芯鋁線的最小截面積，因此該線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。5.5 27.5kv側(cè)母線的選擇和校驗(yàn) 供電系統(tǒng)短路時(shí)，短路電流特別是短路沖擊電流將使相鄰導(dǎo)體之間產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，有可能使電器和載流部分遭受嚴(yán)重破壞。為此，要使電路元件能承受短路時(shí)最大電動(dòng)力的作

36、用，電路元件必須具有足夠的電動(dòng)穩(wěn)定度。以下是對(duì)本設(shè)計(jì)所選擇的的母線的校驗(yàn)。27.5kv側(cè)母線的選擇如下低壓側(cè)計(jì)算電流 低壓母線水平平放，檔距為900mm，檔數(shù)大于2，相鄰兩相母線的軸線距離為160mm，查附錄表17得到，母線選lmy-10010mm。校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度：按公式校驗(yàn) 式中為母線材料的最大允許應(yīng)力(pa)，硬鋁母線(lmy)型，。為母線通過(guò)時(shí)，所受到的最大計(jì)算應(yīng)力。上述最大計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算：m為母線通過(guò)時(shí)，所受到的彎曲力矩，當(dāng)母線檔數(shù)大于2時(shí)，w為母線的截面系數(shù)，母線水平放置，為發(fā)生三相短路時(shí)兩導(dǎo)體之間產(chǎn)生的電動(dòng)力=256n 經(jīng)校驗(yàn)低壓母線滿足動(dòng)穩(wěn)定度。校驗(yàn)熱穩(wěn)定度：按式，a為母線截面

37、積，單位為；為滿足熱穩(wěn)定度條件的最小截面積，單位為；c為材料熱穩(wěn)定系數(shù)，可由附錄表7查得；為母線通過(guò)的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為a；短路發(fā)熱假想時(shí)間，單位為s。低壓母線通過(guò)的三相短路穩(wěn)態(tài)電流為，低壓母線截面, 因此，以上低壓母線選擇適當(dāng)。第6章 繼電保護(hù)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的必不可少的技術(shù)措施之一。繼電保護(hù)裝置是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電器元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：(1) 自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。(2) 反應(yīng)電

38、器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作與斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或減負(fù)荷。由此可見(jiàn)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。繼電保護(hù)利用電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行或故障時(shí)各物理量的差別來(lái)判斷故障和異常，并通過(guò)斷路器跳閘將故障切除或發(fā)出信號(hào)。繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。6.1 導(dǎo)線繼電保護(hù)配置采用平行雙回線路橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)。電流保護(hù)作為橫聯(lián)方向差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)。6.2 主變壓器繼電保護(hù)裝置配置變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其

39、故障和不正常運(yùn)行的情況，從反應(yīng)各種不同故障的可靠、快速、靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護(hù)、異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)如下：主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。后備保護(hù)：過(guò)電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相間故障）、過(guò)負(fù)荷保護(hù)（反應(yīng)由于過(guò)負(fù)荷而引起的過(guò)電流）。異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測(cè)變壓器的油溫，防止變壓器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動(dòng)（用變壓器一相電流的70%來(lái)啟動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)，防止變壓器油溫過(guò)高）。第7章 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償在牽引變電所牽引側(cè)設(shè)計(jì)和安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，既是減少牽引負(fù)荷諧波影響的一項(xiàng)措施，又是提高牽引負(fù)荷功率因數(shù)的一種對(duì)策。7.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?1)提高功率因數(shù)(2)吸收諧波電流，具有濾波作用(3)改善電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量(4)減少電力系統(tǒng)的電能損失。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置提供的容性電流，不僅提高了牽引負(fù)荷的功率因數(shù)，而且使流經(jīng)電力系統(tǒng)和牽引變壓器的電流值小于未補(bǔ)償時(shí)的電流值。根據(jù)電能損失與電流值的二次方成正比的關(guān)系，顯然并聯(lián)電容補(bǔ)償后可以減少電力系統(tǒng)的電能損失。7.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償計(jì)算牽引變電所功率因數(shù)取值：補(bǔ)償前，牽引側(cè)，牽引變壓器高壓側(cè)；補(bǔ)償后，牽引變壓器高壓側(cè)；并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償度。牽引變壓器二次側(cè)母線線電壓。設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)