牽引變電所課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 題 目 牽引變電所A的主接線設(shè)計(jì) 學(xué) 院 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 年 級(jí) 2006 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣062 學(xué) 號(hào) 20066730 學(xué)生姓名 黃宗青 指導(dǎo)教師 任麗苗 設(shè)計(jì)時(shí)間 2009年11月30日 目 錄1 設(shè)計(jì)原始資料21.1 題目21.2 題目分析32 設(shè)計(jì)過程32.1 參數(shù)定義32.2 牽引變壓器容量計(jì)算42.3 牽引變壓器類型選擇42.4 牽引變壓器運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算52.5 主接線設(shè)計(jì)62.6設(shè)備選型73.小結(jié)11參考文獻(xiàn)11附錄12附錄一 牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表12附錄二 牽引變電所A主接線圖13 1 設(shè)計(jì)原始資

2、料1.1 題目1.1.1 選題背景：包含有A、B兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1-1所示：圖1-1 牽引供電系統(tǒng)示意圖表1-1 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)項(xiàng)目A牽引變電所左臂負(fù)荷全日有效值（A）350右臂負(fù)荷全日有效值（A）300左臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）440右臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）390牽引負(fù)荷功率因數(shù)0.85（感性）牽引變壓器接線型式Y(jié)N,d11牽引變壓器110kV接線型式橋型接線10kv地區(qū)負(fù)荷容量(10kv)2*100010kv地區(qū)負(fù)荷功率因數(shù)0.80（感性）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)目2回路工作，1回路備用預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長40%圖1-1牽引

3、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。其中，電力系統(tǒng)容量分別為250MVA和200MVA。選取基準(zhǔn)容量為200MVA，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0.13和0.15；在最小運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標(biāo)幺值分別為0.15和0.17。對(duì)每個(gè)牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。圖1-1中，、長度為25km、40km、20km.線路平均正序電抗為0.4/km,平均零序電抗為1.2/km。 方案論證：牽引變電所A變壓器采用YN,d11接線，通過對(duì)計(jì)算容量、校核容量安裝容量等的計(jì)算，選擇變壓器的類型。為了保證電力牽引列車的正常運(yùn)行，牽引供

4、電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須進(jìn)行電壓損失計(jì)算。而電能損失的計(jì)算為采取措施減少牽引供電系統(tǒng)電能損失提供了條件。 1.1.3 過程(設(shè)計(jì))論述：先通過計(jì)算容量、校核容量，確定安裝容量，選擇變壓器類型；在計(jì)算全年電能損失和電壓損失；最后計(jì)算短路電流，選擇斷路器類型。 結(jié)果分析： 所計(jì)算得的電壓損失校核供電臂末端區(qū)間電力機(jī)車受電弓上的短時(shí)最低電壓，并滿足要求。結(jié)論或總結(jié)：這次的課程設(shè)計(jì)，由于能力和時(shí)間上有限，對(duì)于原本較復(fù)雜的牽引變電所設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單化，既只選擇了變壓器類型和斷路器類型進(jìn)行了計(jì)算。1.2 題目分析牽引變壓器初步選型：根據(jù)設(shè)計(jì)原始資料中給出的已知值，接線方式，確定出的備用方式，計(jì)算出變壓器的計(jì)算容量

5、和校核容量。在計(jì)算容量與校核容量的基礎(chǔ)，考慮備用方式確定出變壓器的安裝容量，確定出變壓器的型號(hào)。由變壓器的允許過負(fù)荷來判斷所選備用方式下安裝容量是否合適。計(jì)算牽引變壓器的運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)：計(jì)算出牽引變壓器功率損耗及全年電能損耗，在短時(shí)最大負(fù)荷工況下的電壓損失和不平衡度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來改善供電，減少能耗。 牽引變電所主接線設(shè)計(jì):采用內(nèi)橋結(jié)線2 設(shè)計(jì)過程2.1 參數(shù)定義Kt: 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般為0.9UN: 牽引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，即27.5kV Kt: 左供電臂負(fù)荷全日有效值，為350A UN:右供電臂負(fù)荷全日有效值，為300A:變壓器容量 A:電能損耗 U: 電壓損失: 阻抗: 牽

6、引變壓器過負(fù)荷倍數(shù)，取1.52.2 牽引變壓器容量計(jì)算牽引變電所的主變壓器采用YN，d11接線形式，主變壓器正常負(fù)荷計(jì)算： （kVA）(2-1)將=350A，=300A 代入（2-1）可以求得：S=22151.25（kVA）緊密運(yùn)行狀態(tài)下的主變壓器計(jì)算容量：（kVA）(2-2)將=440A，=390A 代入(2-2)可以求得：=28054.125（kVA）校核容量的確定：最大容量 S2max=KtU（2Imax +0.65Ix2） (2-3)代入數(shù)據(jù)=440A， =390A可求得：=26606.25 （kVA） (2-4) 代入數(shù)據(jù)可求得：=17737.5（kVA）2.3 牽引變壓器類型選擇為

7、了滿足鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，牽引變壓器要留有一定余量，預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長為40%。（kVA）(2- 5)可以求得：=31011.75（kVA）于是根據(jù)所得容量，查詢附錄一，可選擇型三相雙繞組牽引變壓器。2.4 牽引變壓器運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算 牽引變壓器的全年電能損失：由已知可求得=191.3A，=169.6A，代入下式 （2-6）可得在牽引變電所中，若一臺(tái)運(yùn)行，則全年實(shí)際負(fù)載電能損失： （2-7），得出=71.5（）全年實(shí)際空載電能損失=0.876，其中=38.5kw，=33.726所以全年?duì)恳儔浩鞯膶?shí)際總電能損失=105.23 牽引變壓器在短時(shí)最大負(fù)荷下的電壓損失：歸算到27.5kv側(cè)，三相結(jié)線牽

8、引變壓器的電抗值引前相和滯后相最大電壓損失： (2-8)代入數(shù)值可得=1164.24V，=1655.64V電壓損失2.5 主接線設(shè)計(jì) 電氣主接線基本要求電氣主接線應(yīng)滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性三項(xiàng)基本要求：(1) 靈活性主接線的靈活性主要表現(xiàn)在正常運(yùn)行或故障情況下都能迅速改變接線方式，具體情況如下：1) 滿足調(diào)度正常操作靈活的要求，調(diào)度員根據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，能方便、靈活地切除或投入線路、變壓器或無功補(bǔ)償裝置，使電力系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)、最安全的運(yùn)行狀態(tài)。2) 滿足輸電線路、變壓器、開關(guān)設(shè)備停電檢修或設(shè)備更換方便靈活的要求。設(shè)備停電檢修引起的操作，包括本站內(nèi)的設(shè)備檢修和系統(tǒng)相關(guān)的廠、站設(shè)備檢修引起的

9、站內(nèi)的操作是否方便靈活。3) 滿足接線過渡的靈活性。一般變電站都是分期建設(shè)的，從初期接線到最終接線的形成，中間要經(jīng)過多次擴(kuò)建。主接線設(shè)計(jì)要考慮接線過渡過程中停電范圍最少，停電時(shí)間最短，一次、二次設(shè)備接線的改動(dòng)最少，設(shè)備的搬遷最少或不進(jìn)行設(shè)備搬遷。4) 滿足處理事故的靈活性。變電所內(nèi)部或系統(tǒng)發(fā)生故障后，能迅速地隔離故障部分，盡快恢復(fù)供電操作的方便和靈活性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。(2) 可靠性根據(jù)變電所的性質(zhì)和在系統(tǒng)中的地位和作用不同，對(duì)變電所的主接線可靠性提出不同的要求。主接線的可靠性是接線方式和一次、二次設(shè)備可靠性的綜合。對(duì)主接線可以作定量計(jì)算，但需要各種設(shè)備的可靠性指標(biāo)、各級(jí)線路、母線故障率等

10、原始數(shù)據(jù)。一般情況下，在主接線設(shè)計(jì)時(shí)尚缺乏準(zhǔn)確的可靠性計(jì)算所需的原始資料，而且計(jì)算方法各異，也不成熟，故通常不作定量計(jì)算，其結(jié)果也只能作參考。通常采用定性分析來比較各種接線的可靠性。(3) 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性是在滿足接線可靠性、靈活性要求的前提下，盡可能地減少與接線方式有關(guān)的投資。主要內(nèi)容如下：1) 采用簡單的接線方式，少用設(shè)備，節(jié)省設(shè)備上的投資。在投產(chǎn)初期回路數(shù)較少時(shí)，更有條件采用設(shè)備用量較少的簡化接線。能緩裝的設(shè)備，不提前采購裝設(shè)。2) 在設(shè)備型式和額定參數(shù)的選擇上，要結(jié)合工程情況恰到好處，避免以大代小、以高代低。3) 在選擇接線方式時(shí)，要考慮到設(shè)備布置的占地面積大小，要力求減少占地，節(jié)省配電裝

11、置征地的費(fèi)用。電氣主接線設(shè)計(jì)依據(jù) (1)變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模變電所根據(jù)十幾年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器；當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，330500kV樞紐變電所也可裝設(shè)34臺(tái)主變壓器；終端或分支變電所如只有一個(gè)電源時(shí)，可只裝設(shè)一臺(tái)主變壓器。(2)變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用電力系統(tǒng)中的變電所有系統(tǒng)樞紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所三種類型。一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個(gè)大電源，進(jìn)行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為330500kV；地區(qū)重要變電所，電壓為220330kV；一般變電所多為終端和分支變電所，電壓為110kV，但也有220kV。(3)負(fù)荷大小和重要性 對(duì)于一級(jí)負(fù)荷必

12、須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證對(duì)全部一級(jí)負(fù)荷不間斷供電。 對(duì)于二級(jí)負(fù)荷一般要有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個(gè)電源失去后，能保證全部或大部分二級(jí)負(fù)荷的供電。(4)系統(tǒng)備用容量大小 裝有兩臺(tái)及以上主變壓器的變電所，其中一臺(tái)事故斷開，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所70%的全部負(fù)荷，在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。 系統(tǒng)備用容量的大小將會(huì)影響運(yùn)行方式的變化。例如：檢修母線或斷路器時(shí)，是否允許線路、變壓器停運(yùn)；故障時(shí)允許切除的線路、變壓器的數(shù)量等。設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)充分考慮這個(gè)因素。2.6設(shè)備選型短路電流計(jì)算與選擇設(shè)備：圖2-1 短路計(jì)算等值電路圖已知Se1=250

13、MVA，Se2=200MVA，L3=20,L2=40。由于RT<<XT，所以計(jì)算時(shí)可以忽略RT，短路后，Rm,Xm,也可以忽略。(1) 先算110KV側(cè)圖2-2 轉(zhuǎn)移阻抗計(jì)算等值電路圖由已知可以求得：Xl3=X1×L3=8，Xl2=X1×L2=16。所以，設(shè)網(wǎng)絡(luò)中，則， 根據(jù)以上兩式，可得：，由圖可得總阻抗由此，可算出各支路轉(zhuǎn)移阻抗：則，計(jì)算電抗：所以，總計(jì)算電抗 （2-9）短路電流有效值由于110KV時(shí)，沖擊系數(shù)Kch=1.8,所以，沖擊電流 （2-10）短路電流最大有效值(2)在計(jì)算27.5KV側(cè)圖2-3 轉(zhuǎn)移阻抗計(jì)算等值電路圖與上圖比較可以看出多了XT，同

14、樣設(shè)網(wǎng)絡(luò)中，則 ，根據(jù)以上兩式，可得：，由圖可得總阻抗:由此，可算出各支路轉(zhuǎn)移阻抗：則計(jì)算電抗： 所以總計(jì)算電抗：短路電流有效值：由于27.5KV時(shí)，沖擊系數(shù)Kch=1.7,所以，沖擊電流: （2-11）短路電流最大有效值110KV斷路器選用SW-110/1200型戶外少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表： 表2-1 110kV少油斷路器型號(hào)額定電壓（KV）額定開斷電流（KA）最高工作電壓（KV）額定工作電流（A）短路關(guān)合電流（KA）動(dòng)穩(wěn)定電流（KA）4s熱穩(wěn)定電流（KA）金屬短接時(shí)間（s）固有分閘時(shí)間（s）合閘時(shí)間（s）全開斷時(shí)間（s）SW-110/120011015.81261200414115.

15、80.10.040.20.07驗(yàn)證： 少油斷路器滿足使用要求，而且SW-110/1200型戶外少油斷路器價(jià)格也合理，所以選擇此斷路器正確。 3.小結(jié)通過對(duì)本次的課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)牽引供變電技術(shù)這門課的認(rèn)識(shí)，使我對(duì)上學(xué)期所學(xué)到的知識(shí)得到了鞏固和進(jìn)一步的加深學(xué)習(xí)了解，使我基本掌握了牽引變電所設(shè)計(jì)的步驟和原則、原理接線圖、短路計(jì)算，也對(duì)設(shè)備的選型有了一定的了解，為將來從事這方面的工作打下了基礎(chǔ)；同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中也感到了自己的很多不足，還需要進(jìn)一步的深入了解和學(xué)習(xí)。在此，也非常感謝老師在這次設(shè)計(jì)中對(duì)我的指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 李彥哲,胡彥奎,王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)M.蘭州:蘭州大學(xué)出版 社,2006.2 賀威俊,簡克良.電氣化鐵道共變電工程M.北京:鐵道出版社,1983.3 簡克良.電力系統(tǒng)分析. 成都：西南交通大學(xué)出版社，19934 賀威俊，高仕斌.電力牽引供變電技術(shù). 西南交通大學(xué)出版社，1993附錄附錄一 牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表設(shè)備型號(hào)額定容量（kVA）100001500020000315004000020000額定電壓（kV）高壓110110110110110110低壓27