石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

1、石家莊鐵道大學畢業(yè)設計石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計jiji計 design on yangquan north traction substation system for passenger dedicated line of shijiazhuang-taiyuan 2013 屆 電氣與電子工程學院 專業(yè) 電氣工程及其自動化 完成日期 2013 年 6 月 10 日畢業(yè)設計成績單學生姓名學 號20092434班 級0901-4班專 業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計指導教師姓名指導教師職稱教授評 定 成 績指導教師得 分評閱人得 分答辯小組組長得 分成 績：系

2、主任 簽字： 年 月 日畢業(yè)設計任務書題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計學生姓名吳長在學號20092434班級0901-4班專業(yè)電氣工程及其自動化承擔指導任務單位電氣與電子工程學院導師王碩禾導師職稱教授一、主要內容本次設計主要是按給定的石太客專既有條件，學習專業(yè)資料及相關技術規(guī)范并結合實際情況來進行陽泉北牽引變電所的設計，本設計包括：通過負荷、短路計算，選擇供配電方式、變壓器容量，完成高低壓設備和導線的選型，繪制主接線圖、用電平面布置圖，各個所平面布置圖等。二、基本要求1熟悉牽引供電系統(tǒng)基本知識以及石太客專相關技術規(guī)范；2自主完成石太客專陽泉北牽引變電所設計，包括設計圖紙及外文翻譯。三、主要

3、技術指標和設計任務1參考電氣化鐵路牽引供變電設計規(guī)范。2進行供電方案比較，完成變壓器容量計算、短路保護計算、選擇牽引電氣設備。3繪制cad牽引變電所主結線圖、變壓器原理圖等相關圖紙。4計算說明清晰完整，外文翻譯正確引用。四、應收集的資料及參考文獻1工廠供電.劉介才.m北京:機械工業(yè)出版社 2電力牽引供變電技術.賀威俊.m西南交通大學出版社 3電力牽引供變電技術.陳海軍.m中國鐵道出版社 4牽引供電系統(tǒng)分析.李群湛.m西南交通大學出版社 五、進度計劃 1. 3月 4 日3月9日 熟悉設計背景及編寫設計報告、任務書；2. 3月10日3月31日 收集資料，撰寫摘要，熟悉autocad軟件；34月1日

4、4月30日 完成相關計算和初步設計，并繪出工程圖草圖，交由導師審閱；45月1日5月30日 完成全部設計，繪出工程圖；56月1日6月13日整理設計書，準備答辯。研室主任簽字時間 年 月 日畢業(yè)設計開題報告題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計學生姓名 吳長在學號20092434班級0901-4班專業(yè)電氣工程及其自動化一、選題背景石太客運專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運網的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐，本次設計是進行陽泉北牽引變電所的設計滿足系統(tǒng)性能目標和可靠性、可用性、安全性和可維修性要求。本設計根據國內牽引供電系統(tǒng)發(fā)展現狀，采用分段供電，外加無功補償，經濟有效的解決壓降問題。二

5、、國內外發(fā)展動態(tài)國內外電氣化鐵路在不斷發(fā)展，鐵路電氣化已成為世界范圍內鐵路技術革命方向。目前開行時速200公里以上高速列車的國家已有日本、法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國、美國、俄羅斯，正在積極建設或規(guī)劃建設的還有瑞士、奧地利、丹麥、加拿大、澳大利亞、韓國、印度等國。近幾年來我國電氣化建設飛速發(fā)展，主要有：1969-1977年，我國寶成線的鳳州成都段、陽安線兩條電氣化鐵路建成投入運行，共計約940km。1980-1990年，我國電氣化鐵路建成投入共計約5940km，是1958-1961年的63倍，是1969-1977年的六倍多。截止到2008年十月我國電氣化鐵路總里程達到2

6、6000km，點氣化率達32.7%。 三、課題研究要求及內容本次設計主要是按給定的石太客專既有條件，學習專業(yè)資料及相關技術規(guī)范并結合實際情況來進行陽泉北牽引變電所的設計，本設計內容主要包括：進行負荷計算選擇變壓器容量、經過短路計算進行保護，選擇供配電方式，完成高低壓設備和導線的選型，繪制主接線圖、用電平面布置圖等。四、預期結果通過本次設計使石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)的設計各方面數據計算準確，有較強可行性。并且進一步理解交流電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的相關知識，增加實踐性，為以后的工作打下一個堅實的基礎。指導教師簽字時 間年 月 日摘 要目前我國基礎化鐵路建設已經基本建成，現在以及將來的短時間內的

7、主要任務就是進行高鐵、地鐵等城市軌道交通的建設。中國也已經在高速鐵路的研究領域擁有了自己的一套獨立的設計、建設方法。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施的主要電氣設備以及這些設備的規(guī)格、型號、技術參數以及在電氣上是如何連接的，高壓側有幾回進線、幾臺牽引變壓器，有幾回接觸網饋電線。通過電氣主接線可以了解牽引變電所等設施的規(guī)模大小、設備情況。石太客運專線是我國鐵路“四縱四橫”快速客運網的重要組成部分，能夠連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐。線路位于河北、山西省境內，橫穿太行山山脈，區(qū)間隧道、橋梁眾

8、多，設計需要考慮山路坡度大的問題。本設計的任務是完成石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計：首先，經過方案比較確定本段牽引供電方案，區(qū)段供電方式，變壓器接線方式。其次，進行通過既有數據進行負荷計算，來選擇主變壓器安裝容量以及臺數。然后，進行短路計算，包括一次側短路計算、二次側短路計算。并以此來進行保護選擇，以及變電所中的斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等電氣設備必須依據短路計算的結果。最后,進行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補償分析。關鍵詞: 石太客專 牽引變電所 負荷計算 牽引供電方案 短路計算abstractat present our country basic railway co

9、nstruction has been basically completed, the present and the future in a short period of time is the main task of the high speed rail, subway, etc. the construction of urban rail transit. china has also on the study of high-speed railway has its own set of independent design, the construction method

10、.traction substation is the heart of the electrified railway traction power supply system, its main task is to transfer electrical power system of three-phase high voltage changes into electrical energy for use in electric locomotive. and reflect the main electrical wiring traction substation facili

11、ties the main electrical equipment and the equipment specification, type, technical parameter and how is in electrical connection, high side there are a few back into line, several sets of traction transformer, a few back to the catenary feeder. through the main electrical wiring can understand trac

12、tion substation facilities such as size, equipment.the shijiazhuang-taiyuan passenger dedicated railway line is an important part of “four vertical four horizontal” fast passenger transport network in our country. the aim of the graduate design is to finish the design of yangquanbei traction substat

13、ion for the shijiazhuang-taiyuan dedicated railway line:firstly, determine the traction power supply scheme.this design uses the at power supply mode, double track power and the connection form of three-phase vv.secondly, the load calculation is done to determine the main traction transformer capaci

14、ty and the numbers. traction substation main transformer is the core equipment, charging with the supply of the power system into a 220kv three-phase power conversion using the 27.5kv electric locomotive for power.then, the short-circuit calculation is done which including the calculation of the hig

15、h-pressure side of the transmission line short circuit, low-pressure side of the bus short-circuit and short circuit of traction.on the one hand, select substation circuit breaker, disconnecting switch, current transformers, voltage transformers and other electrical equipment must be based on the re

16、sults of short-circuit calculation; on the other hand,the verification of the bus mode of low-pressure side,as well as the selection and validation of lightning protection and grounding equipment have to rely on the data of short circuit calculation.finally, the harmonic analysis and reactive power

17、compensation analysis of the traction substation are done. key words: passenger dedicated line of shijiazhuang-taiyuan traction substation load calculation traction power supply scheme short-circuit calculation目 錄第1章 緒 論11.1 設計背景及意義11.2 國內外研究現狀11.3 主要設計內容2第2章 牽引變電所供電方案及主接線設計32.1外部電源供電介紹32.2接觸網的供電方案的

18、確定32.3向電力機車的供電方案42.4牽引變電所主接線方式選擇42.4.1電氣主接線設計的基本要求52.4.2變壓器接線的方案比較52.5牽引變電所位置的確定8第3章 牽引變壓器的選擇和負荷計算103.1 設計依據103.2 計算過程103.2.1 供電臂上、下平均電流的計算113.2.2 供電臂1、2有效電流的計算133.2.3 變壓器容量的計算143.2.4 變壓器校核容量的計算143.2.5 求變壓器的安裝容量16第4章 線路的保護計算174.1 短路計算示意圖及有關數據174.2 短路電流計算17第5章 開關設備選型及熱穩(wěn)定性校驗205.1 高壓斷路器205.2 隔離開關22第6章

19、互感器的選型校驗保護及自動裝置配置256.1 220kv電壓互感器的選型和校驗256.2 220kv電流互感器的選型和校驗276.3保護及自動裝置配置296.3.1牽引變電所296.3.2分區(qū)所、at所296.3.3分區(qū)所兼開閉所29第7章 諧波分析無功功率補償與越區(qū)供電能力分析307.1諧波分析307.2無功功率補償分析307.3越區(qū)供電能力分析31第8章 結論與展望328.1結論328.2展望32參考文獻34致謝35附錄a外文資料及翻譯36a.1外文原文36a.2中文譯文41附錄b 相關設計圖紙44石家莊鐵道大學畢業(yè)設計第1章 緒 論1.1 設計背景及意義鐵路是物資運輸以及旅客中運輸的主要

20、交通工具，它對拉動國民經濟以及相關產業(yè)鏈的增長起到積極作用。尤其是干線鐵路的快速發(fā)展對我國中長期的現代化建設起到了無可替代的作用。在繁忙干線建設客運專線，實現客貨分線運輸，能夠大幅度提高鐵路運輸能力，分流既有線的大部分客車，緩解既有線運能緊張的局面，同時還可以滿足大經濟區(qū)、大城市的增量運輸的需求，騰出既有線用來發(fā)展貨物重載運輸，適應日益增長的運輸需要。電氣化鐵路以電力作為牽引動力。電力牽引具有高效節(jié)能、運輸成本低、運輸能力強、運輸速度高等特點。電氣化鐵路直接產生重大國民經濟效益和社會效益。石太客運專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運網的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐。電氣化鐵路以電

21、力作為牽引動力。電力牽引具有高效節(jié)能、運輸成本低、運輸能力強、運輸速度高等特點。電氣化鐵路直接產生重大國民經濟效益和社會效益。1.2 國內外研究現狀隨著時代的發(fā)展國內外電氣化鐵路也在不斷發(fā)展，牽引動力電氣化鐵路建設已成為世界范圍內鐵路技術發(fā)展的方向。我國電氣化鐵道于1961年8月15目寶成線寶雞-鳳州段建成通車開始起步，已走過了44年不平凡的歷程。到2004年底電氣化總里程已達19303km，電氣化總里程估計將超過德國，躍居世界第二位.我國電氣化鐵道發(fā)展初期。主要局限在隧道多、坡度大的山區(qū)鐵路.先后建成了寶成線、陽安線、襄渝線襄樊至安康、石太線石家莊-陽泉、寶蘭線寶雞-天水等電氣化鐵道。到19

22、80年底，共建成電氣化鐵道1676km。發(fā)展速度十分緩慢.改革開放后,國家確定了以經濟建設為中心的基本路線，電氣化鐵道建設迎來了蓬勃發(fā)展的春天，開始從山區(qū)向平原，由標準低的邊遠地區(qū)鐵路向主要長大干線發(fā)展.“六五”期間修建了京秦線、成渝線、貴昆線貴陽南至水城西、太焦線長治北至月山等電氣化鐵道.共計2506km，比過去20年修建的總和還多?！捌呶濉逼陂g修建了2764km電氣化鐵道。電氣化開始進入隴海和京廣繁忙干線，同時還修建了我國第一條以運煤為主、開行萬噸重載列車、年運量達1億噸的大秦電氣化鐵道。截止到2008年十月我國電氣化鐵路總里程達到26000km，點氣化率達32.7%。 國外方面：目前運行

23、的時速200公里以上高速列車的國家有日本、法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國、美國、俄羅斯，正在積極建設或規(guī)劃建設的還有瑞士、奧地利、丹麥、加拿大、澳大利亞、韓國、印度等國。從國外已運營和正在建設的高速鐵路來看，電力牽引采用工頻單相交流25 kv牽引制、最高運行速度為300 km/h及其以上的高速鐵路中，全部采用的是at供電方式。1.3 主要設計內容本設計的任務是完成石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設計：(1)經過方案比較確定本段牽引供電方案，區(qū)段供電的供電方式，變壓器接線方式1。(2)通過既有數據進行負荷計算，來選擇主變壓器安裝容量以及臺數。(3)進行短路計算，包括一次側短路計

24、算、二次側短路計算。并以此來進行保護選擇，以及變電所中的斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等電氣設備必須依據短路計算的結果。(4)最后，進行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補償分析2。第2章 牽引變電所供電方案及主接線設計2.1外部電源供電介紹山西電網是我國重要的火電基地，是我國北部“西電東送”的重要通道，電能輸出量高居全國第一，目前已經形成500千伏電網為骨干、重點負荷區(qū)以220千伏為環(huán)網的電網格局，全省共有500千伏線路11條計949公里，500千伏變電站5座，變電容量1200萬千伏安；220千伏線路124條計5232公里，220千伏變電站51座，變電容量1661.6萬千伏安。到20

25、05年底，全省電力裝機容量達到2370萬千瓦。石太客專沿線有太原一廠(138.6萬千瓦)、二廠(63.4萬千瓦)、陽泉二廠(250萬千瓦)、陽光電廠(120萬千瓦)、娘子關(40萬千瓦)和娘子關二電廠(120萬千瓦)等電源點，擁有侯村500kv變電站和陽泉東等諸多220kv變電站，完全能夠滿足石太客專的牽引供電需要。依據山西省科電電力設計院設計的“陽泉北牽引變電所外部電源配套工程可行性研究”文件，本設計陽泉北牽引變電所，由溫池220kv地區(qū)變電站出雙回220kv架空線供電。如圖2-1所示。圖2-1 陽泉北牽引變電所供電分布圖陽泉北牽引變電所采用帶跨條分段的兩路進線接線方式，正常工作時用隔離開關

26、將跨條斷開。安裝兩組隔離開關的目的是便于它們輪流停電檢修。2.2接觸網的供電方案的確定根據設計資料可知石太客專是復線鐵路，在我國普遍采用復線一邊供電方式。因此本線采用單邊末端并聯(lián)供電。兩相鄰接牽引變電所之間毗鄰的供電臂上、下行接觸網電壓皆屬同相。在接觸網供電分段的末端用分區(qū)亭中的斷路器連接起來，形成復線單邊末端供電。單邊末端并聯(lián)供電時，機車由上、下行接觸網兩線路并聯(lián)供電，從而使每條接觸網中的電流減小，接觸網中的電壓損失和電能損失顯著減小，故目前普遍采用此種方式。在正常情況下，上、下行接觸網在at所、分區(qū)所處并聯(lián)，實現上下行接觸網并聯(lián)供電，在分區(qū)所設置越區(qū)開關，可實現越區(qū)供電。2.3向電力機車的

27、供電方案牽引網向電力機車的供電方式有直接供電(df)方式、帶回流線的直接供電(dn)方式、自耦變壓器供電(at)方式、吸流變壓器供電(bt)方式和同軸電力電纜供電(cc)方式等3。at供電方式也就是采用自耦變壓器的供電方式。這種方式由接觸網、鋼軌、正饋線和自耦變壓器組成供電回路，并在接觸網和正饋線之間每隔10-15公里并入一臺自耦變壓器，其中心抽頭與鋼軌連接。在at牽引變電所中，牽引變壓器將220千伏三相電降壓成單相55千伏，則鋼軌與接觸網間的電壓正好是自耦變壓器兩端的電壓的一半即27.5kv。如圖2-2所示，這里的回流線為負饋線f。at并聯(lián)于牽引網中，不僅克服了bt傳入方式中產生的bt分段方

28、式的缺陷，還使供電電壓成倍提高，牽引網阻抗減小，供電距離增長，一般可達10km(約為直接供電方式的170%200%)，牽引網上的電壓損失和電能損失都減小。還可以使鋼軌電位降低，從而抑制了通信干擾。能夠實現機車電流由左右兩側接觸我那個雙邊供電，越區(qū)供電能力大大加強。圖2-2 at供電方式牽引供電系統(tǒng)的設計應確保安全可靠，本線坡度大，近期運行5000t重載列車，at供電方式是一種適于高速、重載等大電流運行的牽引供電方式。因此采用at供電方式。2.4牽引變電所主接線方式選擇2.4.1電氣主接線設計的基本要求主接線是指由各種開關電器、電力變壓器、互感器、母線、電力電纜、并聯(lián)電容器等電氣設備按一定次序連

29、接的接受和分配電能的電路。它是電氣設備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據，也是運行人員進行各種倒閘操作和事故處理的重要依據。概括地說，對主接線的基本要求主要有四個方面的內容:安全、可靠、靈活和經濟。 安全包括設備安全及人身安全。要滿足這一點，必須按照國家標準和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術措施?？煽烤褪侵鹘泳€應滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，而且能盡可能的縮小停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應力求簡單清晰。靈活是指用最少的切換，能適應不同的運行方式，適應調度的要求，并能靈活、簡便、迅

30、速地倒換運行方式，使發(fā)生故障時停電時間最短，影響范圍盡可能縮減到最小。經濟是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設計投資最少。因此，主接線的設計應滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經濟合理。主要應從投資小、占地面積少、電能損耗小等幾個方面進行綜合考慮。它反映了牽引變電所的基本結構和功能。在設計中，主接線的確定對牽引變電所的電氣設備的選擇、配電裝置布置以及牽引變電所的技術經濟指標都具有重要的影響4?？偟膩碚f，對主接線的要求主要是可靠性和經濟性兩個方面。2.4.2變壓器接線的方案比較三相220kv側主變壓器的接線方式是本次設計中的重要設計設備，其接線方式的選擇對主接線有著非常大的影響，其接線形式有

31、單相v,v接線變壓器、三相v,v接線變壓器、三相yn,d11接線變壓器、斯科特接線變壓器等4。(1)單相v，v接線牽引變壓器接線原理電路圖如圖2-3所示。牽引變電所裝設四臺單相v,v接線變壓器，其中兩臺并聯(lián)運行，兩臺備用。單相v,v接線牽引變電所的特點：牽引變壓器容量利用率可達到100%；正常運行時，牽引側保持三相，所以可供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相負荷；主接線較簡單，設備較少，投資較??；對電力系統(tǒng)的負序影響比單相接線??；對接觸網的供電可實現雙邊供電。2-3 單相v，v接線牽引變電所的原理電路圖(2)三相v，v接線牽引變壓器接線原理電路圖如圖2-4所示。三相v,v接線牽引變電所保持了單相v,

32、v接線牽引變電所的主要優(yōu)點，最可取的是解決了單相v,v接線牽引變電所不便于采用固定備用及其自動投入的問題。同時，三相v,v接線變壓器有兩臺獨立的鐵芯和對應繞組通過電磁感應進行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的副邊電壓可以相同，也可以不相同，有利于實現分相有載或無載調壓5。圖2-4 三相v,v接線牽引變電所的原理電路圖(3)三相yn,d11接線牽引變壓器接線這種牽引變電所中裝設兩臺三相yn,d11接線牽引變壓器，一臺運行，另一臺固定備用。其原理如圖2-5所示。圖2-5 三相yn,d11接線牽引變壓器原理圖這種接線方式的特點：運行可靠方便；能很好的適應山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負載不

33、平衡的特點；制造相對簡單，價格較便宜；牽引變壓器容量不能得到充分利用；與采用單相接線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復雜一些，工程投資較多，檢修維護工作量也有所增加。(4)斯科特接線牽引變壓器圖2-6 斯科特接線牽引變壓器原理圖這種接線方式通過兩臺斯科特接線牽引變壓器把對稱三相電壓變換成對稱二相電壓，用其一相供應一邊供電分區(qū)，另一相供應另一供電分區(qū)。其原理如圖2-6所示。其特點是：當t1和t2兩個供電分區(qū)的負荷電流相等，功率因數也相等時斯科特接線變壓器的原邊三相電流對稱。牽引變壓器制造難度較大，一次側中性點不能抽出接地(因為接地時t變負荷會引起零序電流)，必須采用全絕緣線圈，造價高6。方案

34、比較結果：經比較，本設計選用三相v,v接線變壓器，相應的變電所應為三相v,v接線牽引變電所。當牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來，即構成橋形結線。四個連接元件僅需三個斷路器，配電裝置結構也較簡單。按中間橫向橋接母線位置不同可分為：內橋形 ,外橋形 。本次設計接線采用內橋接線方式。牽引變電所27.5kv側采用單母線隔離開關分段接線型式，饋線采用上、下行饋線斷路器互相備用的方式；設置兩組并聯(lián)電容補償裝置。2.5牽引變電所位置的確定(1)所址選擇原則：架空電源進線、饋出線上網走廊暢通；盡量少占農田，不占良田，公路便于引入所內，且力求短捷，便于設備運輸；

35、避免設在有嚴重污穢的地區(qū)；盡量避開高填方、拆遷大量建筑物、隧道及高架橋處、名勝古跡以及有地下設施的地區(qū)；牽引變電所的所址高程應在百年一遇的洪水位之上；其余所的所址高程應在五十年一遇的洪水位以上；確定所址時，考慮與電臺、雷達站、機場、弱電線路以及地下管道、電纜、儲油設施等鄰近設施和周圍環(huán)境的相互影響。根據以上原則結合實際情況進行陽泉北牽引變電所的選址。牽引變電所設置在露天，設置靠近負荷中心并且盡量離電源點近，這樣有利于減少電源線路的損耗7。分區(qū)所：每個供電臂的上、下行接觸網之間用兩臺斷路器相聯(lián)，正常運行時，斷路器閉合，實現供電臂上下行并聯(lián)供電。在每個供電臂的兩臺斷路器內側設有兩臺自耦變壓器，每臺

36、自耦變壓器通過電動隔離開關聯(lián)接，互為備用。當正在運行的自耦變壓器故障時，通過斷路器跳閘，使故障自耦變壓器退出運行。在每回進線上均設置氧化鋅避雷器用于過電壓保護。不同供電臂通過電動隔離開關實現越區(qū)供電。柱上式分區(qū)所：供電臂的上、下行通過接觸網電動隔離開關實現供電臂上下行并聯(lián)供電。at所：at所與分區(qū)所的接線方案類同，通過2臺斷路器實現上、下行并聯(lián)供電，自耦變壓器通過電動隔離開關接在2臺并聯(lián)斷路器之間。根據以上方案確定陽泉北牽引變電所位于東凌井與井陘北牽引變電所之間。牽引變電所按不設自耦變壓器，at所設兩臺自耦變壓器，一臺運行，一臺備用；分區(qū)所設四臺自耦變壓器，兩臺投入運行，兩臺備用。分區(qū)所兼開閉

37、所：從上下行接觸網引入兩路電源，一主一備工作方式；母線為單母線分段接線方式，饋線采用帶旁路母線的接線型式。陽泉北牽引變電所的大體位置可以確定下來，如圖2-7所示。圖2-7 牽引變電所位置第3章 牽引變壓器的選擇和負荷計算3.1 設計依據鐵路等級：客運專線，近期兼顧貨運；正線數目：雙線；速度目標值：遠期最高速度；近期最高運營速度，中速列車，貨車最高速度；最小曲線半徑：；正線線間距：一般為；到發(fā)線有效長度：1050m，雙機1080m；牽引種類：電力；機車類型：客運：高速列車，動車組；中速列車，；貨運：大功率交流電力機車；牽引質量：客運：高速列車，中速列車；貨運：列車最小追蹤間隔：客車，貨車牽引供電

38、方式：、單相、；客車列車類型：電動車組(單列8輛編組、重聯(lián)16輛編組)、電力機車(18輛編組)；一般分為三個步驟進行:求出計算容量，然后求出校核定量。這是為確保牽引變壓器安全運行所必需的容量。根據計算容量和校核容量，再考慮其他因素(如備用方式等)，最后按實際系列產品的規(guī)格選定牽引變壓器的臺數和容量，稱為安裝容量和設計容量8。3.2 計算過程根據設計要求，陽泉北牽引變電所采用雙線區(qū)段上、下行并聯(lián)供電，主變壓器采用固定備用方式。供電臂1是指從陽泉北到東凌井，供電臂2是指從陽泉北到井陘北。主變壓器容量計算相關的原始資料如下：供電臂1 對/天，對/天供電臂2 對/天，對/天 其中，表示區(qū)間數，表示計算

39、列車數，表示最大列車數。3.2.1 供電臂上、下平均電流的計算首先計算供電臂上、下的基本參數9。上下供電臂能耗帶電運行計算： (3-1)式中，為供電臂帶電運行能耗； 計算時間間隔； 牽引網額定電壓； 對應區(qū)段上的電流；列車通過上(下)行供電臂的點點運行平均電流為： (3-2) 式中，列車區(qū)間帶電運行時分供電臂上(下)行的總能耗為(列車自用電能耗暫忽略不計)： (3-3)列車計算能耗如表3-1所示：表3-1 計算能耗數據供電臂12列車全部運行時間上行1211下行10.510列車用電運行時間上行88下行77.5列車在內的能耗上行2875.51866.3下行2483.61736.3 雙線區(qū)段上(下)

40、行供電臂列車平均電流： (3-4)式中，列車在供電臂內上(下)行方向的全部運行時間。 列車在內的能耗。 上(下)行供電臂同時存在的平均列車數，即 (3-5)式中，上(下)行供電臂的列車對數(對/日)； 為全日時間，即1440min。 上(下)行供電臂列車用電平均用電概率，即 (3-6) 式中，上(下)行供電臂列車用電運行時間。 供電臂的平均電流計算方法： (3-7) 供電臂1：供電臂2： 按以上計算出的基本參數，可計算供電臂1、2的平均電流。從而可得：供電臂1：供電臂2：3.2.2 供電臂1、2有效電流的計算供電臂1、2有效電流： 式中：( )供電臂1的有效電流計算：供電臂2的有效電流計算：3

41、.2.3 變壓器容量的計算本設計采用三相接線變壓器，接線變壓器由兩臺單相變壓器連接而成，其兩臺變壓器計算容量分別為：因此： 3.2.4 變壓器校核容量的計算對應于的供電臂1列車用電平均概率為 按雙線有上行車或有下行車的概率為經查得：又 從而得出， 則供電臂1的校核容量對應于的供電臂2列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車的概率為經查得： 從而得出：則供電臂2的校核容量3.2.5 求變壓器的安裝容量牽引變壓器的安裝容量，是在計算容量與校核容量的基礎上，再考慮備用方式，最后按其系列產品確定的牽引變壓器臺數與容量。為了確定牽引變壓器的安裝容量，除了其計算容量與校核容量外，主要考慮因素是備用方式。

42、本設計采用的是4臺三相變壓器，每2臺同時運行，構成v,v接線型式，其余2臺備用。牽引變壓器容量應能承擔全所最大負荷，滿足鐵路正常運輸的要求。因此所選變壓器容量應比校核容量略大一些，確定變壓器容量為和 10。如表3-2所示。表3-2 變壓器容量的技術參數計算容量校核容量變壓器容量2548.7535720826589.531500第4章 線路的保護計算為了進行所選電氣設備的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定校驗，必須進行相應的短路計算。短路計算時電網電源容量按無限大容量考慮；計算短路電流要考慮周期分量衰減時，在三相短路的暫態(tài)過程中，不同時刻短路電流周期分量的有效值的計算，所以用運算曲線法計算

43、；計算中取用系統(tǒng)最大運行方式的綜合電抗11。4.1 短路計算示意圖及有關數據電力系統(tǒng)短路中最常見的短路類型是單相接地短路，短路后最不嚴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。由于采用的是完全備用方式，主變壓器單臺運行，牽引變壓器高壓側三相接地短路短路電流與點的三相接地短路電流相等，最終在計算可能通過各種電氣設備和母線最大電流時，計算短路點的三相接地短路電流即可12。關于短路計算考慮簡化計算，電網電源容量按無限大考慮。計算中，取系統(tǒng)最大運行方式的綜合電抗。沖擊系數按表4-1選取。表4-1 沖擊系數電壓等級220kv27.5kv1.801.70各級繼電保護時間配合按表4-2選取。

44、表4-2 沖擊系數 計算點123、451501000500201561060560264.2 短路電流計算(1)牽引變壓器高壓側()發(fā)生三相接地短路時，：短路電路圖4-1如下所示：圖4-1 220kv側三相短路取電網電源為無限大功率電源，內阻抗為零，線路電抗標幺值為：短路點的起始次暫態(tài)電流標幺值為：短路點處的基準電流為： 短路點的起始次暫態(tài)電流有名值為： 短路點的沖擊電流為： (2)牽引變壓器低壓側()發(fā)生三相接地短路時，短路電路圖如下：圖4-2 27.5kv側三相短路由于,所以可以忽略，短路后在計算時也可以忽略不計，所以：變壓器電抗標幺值：線路電抗標幺值同上，沒變電壓標幺值為：線路和線路的并

45、聯(lián)標幺值為：短路點的起始次暫態(tài)電流標幺值為：短路點處的基準電流為： 短路點的起始次暫態(tài)電流有名值為： 短路點的沖擊電流為： 短路計算結果如表4-3所示：表4-3 短路計算結果電壓等級220kv27.5kv (ka)11.06585.5436 (ka)28.16913.328第5章 開關設備選型及熱穩(wěn)定性校驗 開關設備包括斷路器、熔斷器、隔離開關和負荷開關等電器。選擇標準見下表所示，根據表5-1中條件，選擇合理的開關設備并校驗。表5-1 開關電器的選擇與校驗 選擇項目校驗項目 額定電壓 額定電流 開斷電流 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 斷路器 隔離開關 負荷開關 熔斷器表5-1中 分別為開關電器的額定電壓、額

46、定電流和額定開斷電流； 分別為開關電器工作點的線路額定電壓、最大負荷電流和三相短路電流穩(wěn)態(tài)值；分別為開關電器的動穩(wěn)定電流峰值、熱穩(wěn)定電流及其試驗時間；假想時間，繼電保護整定時間(s)；斷路器動作時間(s)；考慮短路電流非周期分量熱影響的等效時間。5.1 高壓斷路器對于開斷電路中負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用環(huán)境、負荷種類及使用技術條件選擇斷路器的類型和型號，及戶外或戶內，以及滅弧介質的種類。對三相系統(tǒng)中，廣泛采用少油式斷路器，交流牽引負荷側由于故障跳閘頻繁，從減少運行維修工作量考慮，較普遍采用真空斷路器13。(1)牽引主變壓器高壓側(220kv)我們選擇的是戶外少油斷路器。型號選

47、擇如下：工作點的線路額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為： 最大負荷電流為： 根據上面數據和附錄可選擇的斷路器型號為：校驗斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以，滿足要求。校驗斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗時間，假想時間：滿足要求。(2)牽引主變壓器低壓側(27.5kv)我們選擇的是戶外少油斷路器。型號選擇如下：工作點的額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據上面數據和附錄可選擇的斷路器型號為：校驗斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值 滿足要求。校驗斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流斷路器的試驗時間假想時間：滿足要求。(3)電力變壓器高壓側我們選擇的

48、是戶內真空斷路器。型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據上面數據及附錄可選擇的斷路器型號為：校驗斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求。校驗斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗時間,假想時間所以，滿足要求。5.2 隔離開關牽引變壓器220kv隔離開關型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據上面數據和附錄可選擇的隔離開關型號為： 型的隔離開關校驗隔離開關的動穩(wěn)定性：隔離開關的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求校驗隔離開關的熱穩(wěn)定性：隔離開關的熱穩(wěn)定電流，隔離開關的試驗時間假想時間 ,所

49、以，滿足要求。牽引主變壓器27.5kv隔離開關型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：根據上面數據和附錄可選擇的隔離開關型號為：校驗隔離開關的動穩(wěn)定性：隔離開關的動穩(wěn)定電流峰值所以，滿足要求。校驗隔離開關的熱穩(wěn)定性：隔離開關的熱穩(wěn)定電流 隔離開關的試驗時間 假想時間所以，滿足要求。電力變壓器27.5kv隔離開關型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據上面數據和附錄可選擇的隔離開關型號為：校驗隔離開關的動穩(wěn)定性：隔離開關的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求校驗隔離開關的熱穩(wěn)定性：隔離開關的熱穩(wěn)定電流，隔離開關的試驗時間假想時間所以，滿足

50、要求。選擇的開關型號見表5-2所示：表5-2 選擇開關型號電壓220kv27.5kv斷路器隔離開關第6章 互感器的選型校驗保護及自動裝置配置本次課程設計只做220kv側a、b、c三相的儀用電壓、電流互感器選擇與校驗。根據設計需要選擇每相上的儀表種類、個數和連接方式，然后決定測量用電壓、電流互感器的連接、選型與校驗(設計中假設儀表盤距電壓、電流互感器安裝點30m)。表6-1電流、電壓互感器選擇與校驗選擇校驗電壓電流熱穩(wěn)定動穩(wěn)定電流互感器電壓互感器-式中，電流互感器熱穩(wěn)定倍數； 電流互感器動穩(wěn)定倍數； 、分別為二次側每相負荷(儀器、儀表)容量及電壓互感器每相額定容量； 工作點線路額定電壓。6.1

51、220kv電壓互感器的選型和校驗(1)電壓互感器的選型假設二次負荷為：一個饋線上共有一個有功瓦時計，一個無功電度表，一個電壓表測母線電壓，一個絕緣監(jiān)視裝置?；ジ衅鹘泳€形式及負載連接圖類為接線形式。220kv側的電壓互感器是用于計費，并不需要起保護作用，因為如果220kv側發(fā)生故障時，其他地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將故障切除，所以選擇準確級0.5級的電壓互感器。它的基本數據見表6-2：表6-2 220kv側的電壓互感器型號型號額定電壓(kv)額定容量(va)最大容量(va)原邊副邊1級3級50010002000(2)電壓互感器的校驗由于電壓互感器的主接線中是與主回路并聯(lián)，主接線及主回路發(fā)生短路時，電壓互感器不會通過短路電流，所以對電壓互感器不需要校驗短路時的穩(wěn)定型，只需進行容量校驗就可以了。電壓互感器二次負荷統(tǒng)計表如表6-3所示：表6-3電壓互感器二次負荷統(tǒng)計表儀表名稱儀表電壓線圈數儀表總數儀表所需功率ab相bc相每個總計有功瓦時計111.51.50.380.9250.571.38750.571.3875無功電度表111.51.50.380.9250.571.38750.571.3875電壓表114.54.5104.5總計5.642.781.142.78