通過式牽引變電所電氣設(shè)計(jì)_畢業(yè)論文.doc

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì) 通過式牽引變電所電氣設(shè)計(jì) The Electrical Design of the Through Type Traction Substation 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目通過式牽引變電所電氣設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名樊 偉 指導(dǎo)教師職稱講 師 評(píng) 定 成 績 指導(dǎo)教師 得分 評(píng)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(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目通過式牽引變電所的電氣設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)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 一、設(shè)計(jì)的內(nèi)容 A.確定

2、該牽引變電所的高壓側(cè)電氣主接線的形式，并分析其正常運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行方式。 B.確定牽引變壓器的容量、臺(tái)數(shù)及接線形式。 C.確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線形式。 D.對(duì)牽引變電所進(jìn)行短路計(jì)算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇。 E.設(shè)置合適的過電壓保護(hù)裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝置。 F.用CAD畫出整個(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。 二、設(shè)計(jì)依據(jù)： 1.牽引變電所概述： (1)區(qū)域電網(wǎng)以雙回路110KV輸送電能，電力系統(tǒng)容量為3000MVA,選取基準(zhǔn)容量為100M j S VA,在最大運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值為0.23，在最小運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標(biāo) 幺值為0.25。 某牽引變電所B直接供電方式向

3、雙線區(qū)段供電，牽引變壓器類型為110/27.5KV，三相接線 ，兩供電臂電流歸算到27.5KV側(cè)電流如下表 牽引變電 所 供電臂長 度km 端子平均電流 A 有效電流 A 短路電流 A 穿越電流 A 18.3217195818148B 13.3144218637144 2.環(huán)境資料 本牽引變電所地區(qū)平均海拔為400米，地層以砂質(zhì)黏土為主，地下水位為5.5米。該牽引變 電所位于電氣化鐵路的中間位置，所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線，外部有公路直通所內(nèi)。 本變電所地區(qū)最高溫度為38，年平均溫度為21，年最熱月平均最高氣溫為33，年雷 暴雨日數(shù)為26天，土壤凍結(jié)深度為1.2m。 教研室主任簽字時(shí) 間 年 月 日 畢

4、業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題 目 通過式牽引變電所的電氣設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化 一、研究背景： 交通運(yùn)輸是是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，鐵路運(yùn)輸在我國五大交通運(yùn)輸體系（鐵路、公里、航空 、水運(yùn)和管道）占據(jù)主要地位。電力牽引是現(xiàn)代鐵路最先進(jìn)的牽引動(dòng)力，具有其他方式無法比擬 的優(yōu)勢(shì):它牽引力大，對(duì)環(huán)境影響小，沒有蒸汽機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車所產(chǎn)生的廢氣和油的污染，能源利 用率高，整備時(shí)間短，機(jī)車效率高，控制性能好，平穩(wěn)，舒適。既適用于高速旅客運(yùn)輸，也適合 重載運(yùn)輸。 牽引變電所是電氣化鐵路的心臟，其主要作用是將110kV三相交流電轉(zhuǎn)換成27.5（55）kV單項(xiàng) 交流電，并供電給電力牽引網(wǎng)

5、和電力機(jī)車。所以，牽引變電所是接受與分配電能并改變電能電壓 的樞紐。所以保證牽引變電所的安全高效運(yùn)行對(duì)電氣化鐵路來說是至關(guān)重要的，要確保牽引變電 所的安全高效運(yùn)行就需要合理的對(duì)牽引變電所進(jìn)行電氣化設(shè)計(jì)。牽引變電所根據(jù)在電網(wǎng)中的位置 、重要程度和電力系統(tǒng)向牽引變電所供電方式的不同可分為中心變電所、通過式牽引變電所和分 接式牽引變電所。本課程設(shè)計(jì)研究的就是分接式牽引變電所，它有兩路進(jìn)線并有系統(tǒng)功率穿越。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 1879年5月，德國西門子和哈爾斯公司建造了世界上第一條電氣化鐵路。100多年以來，隨著 電機(jī)電器制造工業(yè)、電子工業(yè)和電力工業(yè)的發(fā)展，電氣化鐵路運(yùn)輸以巨大的經(jīng)濟(jì)消息收到了世界

6、 各國的重視，得到飛速發(fā)展。在電氣化鐵路的早期發(fā)展階段，曾廣泛采用直流電力牽引，即電力 系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)牽引變電所降壓變成直流電，再通過牽引網(wǎng)給電力 機(jī)車使用。目前絕大多數(shù)國家都停止使用直流牽引變電技術(shù)。我國電氣化鐵路起步較晚，但是起 點(diǎn)較高。我國電氣化鐵路采用50kHz單相交流制，這是國際公認(rèn)的優(yōu)越的電流制。 牽引變電所隨著電氣化鐵路的發(fā)展而發(fā)展，目前國際上電氣化鐵路普遍采用BT供電方式。在 一些客運(yùn)專線上采用AT供電方式，這些先進(jìn)的供電方式對(duì)牽引變電所的性能提出了更高的要求。 對(duì)變電所的安全運(yùn)行和變電所的容量提出了更高的要求。現(xiàn)在客運(yùn)專線電氣化鐵路牽引變電所采 用單

7、相變壓器、室外補(bǔ)償電容裝置及室內(nèi)柜式27.5kV電氣設(shè)備。 三、研究方案： 1、按照鐵道部電氣化鐵路牽引變電所設(shè)計(jì)規(guī)范，參照設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。 2、提出牽引變電所的幾種接線方案，確定最優(yōu)的接線方案。 3、參照任務(wù)書選擇變電所的備用方式。 4、根據(jù)計(jì)算確定各種開關(guān)隔離器件的型號(hào)。 5、確定防雷接地設(shè)施的。 6、用畫圖軟件CAD繪制牽引變電所的一次設(shè)備的接線圖。 四、預(yù)期結(jié)果： 完成任務(wù)書要求包括用CAD繪制出電氣主接線圖，對(duì)主接線上的高壓側(cè)和低壓側(cè)器件根 據(jù)計(jì)算要求按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選型。 指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 年 月 日 摘 要 自20世紀(jì)80年代以來，我國的電氣化鐵道有了很大的發(fā)展。牽引變

8、電所是電氣 化鐵路的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電氣化鐵路的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系供 電系統(tǒng)和電氣化鐵路的橋梁，起著變換和分配電能的作用。主接線是變電所的重要 組成部分，是進(jìn)行變電所的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營管理的重要依據(jù)。在本次課程設(shè)計(jì)中 ，我們用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的牽引變電所結(jié)構(gòu)和接線方式。通過負(fù)荷計(jì) 算選取了主變壓器的型號(hào)和容量，同時(shí)對(duì)選擇了負(fù)荷側(cè)的接線方式。并運(yùn)用AutoCAD 軟件繪制出了主接線圖。再通過短路電流計(jì)算選擇了變壓器兩側(cè)斷路器、隔離開關(guān) 、電壓互感器、電流互感器、母線和避雷器等電氣設(shè)備的型號(hào)。同時(shí)介紹了在變壓 器霍西安路發(fā)生故障時(shí)運(yùn)行方式的切換方法。從而，完成了本次課程設(shè)

9、計(jì)。 關(guān)鍵詞： 牽引變電所 變壓器 主接線 Abstract Traction substation is an important component of the Electrified railway, it has a direct impact on the Electrified railway, used as intermediate links to connect power plants and users. it plays an important role in the transformation and distribution of Electrified r

10、ailway. Electrical wiring is the main link of the main substation, also, the main electrical wiring directly is related to the development of the entire electrical substation, equipment selection, distribution equipment layout, protection devices and automatic identification, so it is the decisive f

11、actors of electrical investment. This thesis introduces the structure and connection modes of single-phase traction substation. Firstly, it selects the type and capacity of main transformer through the calculation of load, meanwhile, it presents the connection mode of the main transformer in detail,

12、 and maps out main connection with AutoCAD. Calculating short-current is the key of this thesis, and breakers, isolating switch, voltage transformer, current transformer, bus, arrester are selected according to the results of calculation. At the same time, some electrical devices are introduced. At

13、last, the reformation of Course design is completed.By checking various results of the calculation, the design of this thesis is reasonable and feasible. Keywords: Traction Substation Transformer Main connection I 目 錄 第1章 概述1 1.1 課題研究的目的意義1 1.2 電氣化鐵路的國內(nèi)外現(xiàn)狀1 1.3 論文研究的內(nèi)容 2 第2章 主接線的設(shè)計(jì)3 2.1 牽引變電所主結(jié)線的概述

14、3 2.1.1 電氣主接線基本要求3 2.1.2 高壓側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則與步驟4 2.1.3 高壓側(cè)主接線的基本方式4 2.1.4 牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇6 2.2 牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計(jì) 7 2.2.1 牽引變電所饋線側(cè)的幾種接線形式7 2.3.2 牽引變電所饋線側(cè)接線的選擇8 第3章 牽引變電所變壓器的選擇8 3.1 牽引變壓器的接線形式及選擇 8 3.2 牽引變電所的備用方式及選擇 8 3.3 牽引變壓器容量的計(jì)算 8 3.3.1 計(jì)算容量8 3.3.2 校核容量8 3.3.3 安裝容量和臺(tái)數(shù)8 第4章 牽引變電所的短路計(jì)算8 4.1 短路計(jì)算的目的 8 4.2

15、短路點(diǎn)的選取 8 4.3 短路計(jì)算 8 第5章 高壓設(shè)備的選擇8 5.1 備選擇原則 8 5.2 母線的選擇 8 5.2.1 110kV側(cè)進(jìn)線的選擇 8 5.2.2 27.5kV側(cè)母線的選擇 8 5.3 絕緣子和穿墻套管的選取 8 5.3.1 110kV側(cè)支柱絕緣子的選取 8 5.3.2 27.5kV側(cè)支柱絕緣子選取 8 5.4 27.5KV側(cè)穿墻套管選擇8 5.5 高壓斷路器的選取 8 5.5.1 110kV側(cè)斷路器選取 8 II 5.5.2 27.5 kV側(cè)斷路器選取 8 5.6 高壓熔斷器的選取及校驗(yàn) 8 5.7 隔離開關(guān)的選取及校驗(yàn) 8 5.7.1 110kV側(cè)隔離開關(guān)選取 8 5.7

16、.2 27.5kV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取 8 5.8.3 27.5kV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取 8 5.10 電流互感器的選取 8 5.10.1 110kV側(cè)電流互感器的選取 8 5.10.2 27.5kV側(cè)電流互感器的選取 8 第6章 繼電保護(hù)8 6.1 繼電保護(hù)的任務(wù)和要求 8 6.1.1 繼電保護(hù)的任務(wù)8 6.1.2 繼電保護(hù)基本要求8 6.2 電力變壓器繼電保護(hù)的選擇 8 第7章 防雷保護(hù)和接地裝置8 7.1 避雷裝置的選取 8 7.2 接地裝置的選擇 8 第8章 結(jié)論與展望8 8.1 結(jié)論 8 8.2 展望 8 參考文獻(xiàn)8 致謝8 附錄8 附錄A 外文翻譯8 附錄B 主接線圖8 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1

17、第1章 概述 1.1 課題研究的目的意義 交通運(yùn)輸是是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，鐵路運(yùn)輸在我國五大交通運(yùn)輸體系（鐵路 、公里、航空、水運(yùn)和管道）占據(jù)主要地位。電力牽引是現(xiàn)代鐵路最先進(jìn)的牽引動(dòng) 力，具有其他方式無法比擬的優(yōu)勢(shì):它牽引力大，對(duì)環(huán)境影響小，沒有蒸汽機(jī)車和內(nèi) 燃機(jī)車所產(chǎn)生的廢氣和油的污染，能源利用率高，整備時(shí)間短，機(jī)車效率高，控制 性能好，平穩(wěn)，舒適。既適用于高速旅客運(yùn)輸，也適合重載運(yùn)輸。 電力牽引的專用變電所。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽 引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路 線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電，因此牽引變電所是電氣化鐵

18、路的“心臟” 牽引變電所能否安全運(yùn)行，直接關(guān)系的電氣化鐵路的運(yùn)行情況。因此，對(duì)牽引變電 所的研究對(duì)電氣化鐵路的發(fā)展以及運(yùn)行都有著很重要的意義，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)也有直接 或間接的影響1。 1.2 電氣化鐵路的國內(nèi)外現(xiàn)狀 牽引變電所是電氣化鐵路的重要組成部分，目前電氣化鐵路廣泛采用單向工頻 供電法式。它是在20世紀(jì)50年代中期法國電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機(jī)車獲得 成功之后開始推廣的。從那時(shí)以來，許多國家都相繼采用。這種電流制在電力機(jī)車 上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來供應(yīng)直流牽引電動(dòng)機(jī)。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加 大，牽引網(wǎng)電壓也相應(yīng)提高。目前，較普遍應(yīng)用的接觸網(wǎng)額定電壓是25kV。采用工 頻單相交流制的

19、優(yōu)點(diǎn)是，消除了低頻單相交流制的兩個(gè)主要缺點(diǎn)（與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 頻率并行的非標(biāo)準(zhǔn)頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)）；牽引供電系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、 分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過的電流相對(duì)較小，從而使接 觸網(wǎng)導(dǎo)線截面減小、結(jié)構(gòu)簡化；牽引變電所的間距延長、數(shù)量減少；工程投資和金 屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營費(fèi)用減少；電力機(jī)車采用直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，也 遠(yuǎn)比交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能好，運(yùn)行可靠。采用工頻單相交流制的缺點(diǎn) 是，對(duì)電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對(duì)沿 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 電氣化鐵

20、路架設(shè)的通信線有干擾。但是，經(jīng)過技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較 ，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，我國電氣化鐵路采用工頻單相25kV交流制。 牽引變電所隨著電氣化鐵路的發(fā)展而發(fā)展，目前國際上電氣化鐵路普遍采用BT 供電方式。在一些客運(yùn)專線上采用AT供電方式，這些先進(jìn)的供電方式對(duì)牽引變電所 的性能提出了更高的要求。對(duì)變電所的安全運(yùn)行和變電所的容量提出了更高的要求 ?，F(xiàn)在客運(yùn)專線電氣化鐵路牽引變電所采用單相變壓器、室外補(bǔ)償電容裝置及室內(nèi) 柜式27.5kV電氣設(shè)備。變電所內(nèi)設(shè)置了接觸網(wǎng)自動(dòng)檢測裝置，即短路檢測裝置和反 向電壓檢測裝置。保證設(shè)備及作業(yè)人員的安全。采用饋線斷路器操作失靈保護(hù)，斷 路器箱體和變壓

21、器碰殼保護(hù)、接觸網(wǎng)熱保護(hù)技術(shù)，提高了運(yùn)營可靠性。采用遠(yuǎn)動(dòng)系 統(tǒng)，牽引變電所無人值班。牽引變電所保護(hù)系統(tǒng)全部采用數(shù)字化保護(hù)，動(dòng)作準(zhǔn)確、 可靠。保護(hù)設(shè)備部件集成化，體積小，占用空間少，故障串低，維修量少2。 1.3 論文研究的內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求并按照電氣化鐵路設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)牽引變電所進(jìn) 行設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括牽引變電所高壓側(cè)主接線和負(fù)荷側(cè)的主接線的設(shè)計(jì)，確定變 壓器的臺(tái)數(shù)和型號(hào)，提出兩種供電方式并對(duì)兩種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能比較選擇最優(yōu)的 供電方案。按照主接線圖等效電路進(jìn)行短路計(jì)算以便對(duì)對(duì)本牽引變電所的一次電氣 設(shè)備進(jìn)行選擇（如：斷路器、隔離開關(guān)、母線、互感器等）。對(duì)牽引變電所的防雷 和接地

22、進(jìn)行計(jì)算，CAD畫出電氣主接線圖。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第2章 主接線的設(shè)計(jì) 2.1 牽引變電所主結(jié)線的概述 牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結(jié)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(hào)和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們的作用和運(yùn)行操作順序 ，按一定要求連接的單線或三線結(jié)線圖，稱為電氣主結(jié)線圖。它不僅標(biāo)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)。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運(yùn) 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

23、及變電所一次設(shè)備 的運(yùn)行方式，成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)；在設(shè)計(jì)中，主結(jié)線的確定對(duì)變電所電氣設(shè) 備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計(jì)算、自動(dòng)裝置和控制方式選擇等都有重 大影響。此外，電氣主結(jié)線對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行靈活性 和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。此外，電氣主結(jié)線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所 的主體部分3 。 2.1.1 電氣主接線基本要求 (1)首先應(yīng)保證可靠性，并力求經(jīng)濟(jì)性。 牽引變電所是國家電力系統(tǒng)的級(jí)負(fù)荷，中斷供電將直接造成運(yùn)輸阻塞，甚至 造成人員生命傷亡、設(shè)備損壞，進(jìn)而導(dǎo)致的社會(huì)生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。因此，主結(jié)線 的接線方式必須保證供電的安全可靠性。 (2)具有必要的

24、運(yùn)行靈活性。 由于接觸網(wǎng)事故較多，檢修頻繁，牽引變電所的停、送電操作、倒閘作業(yè)較多 ，主接線的靈活，可減少操作程序，避免誤操作。 (3)應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)型。 經(jīng)濟(jì)型主要取決于匯流母線的結(jié)構(gòu)類型與組數(shù)、主變壓器容量、結(jié)構(gòu)形式和數(shù) 量、高壓斷路器配電單元存在數(shù)量、配電結(jié)構(gòu)類型和占地面積等因素。 (4)應(yīng)力求結(jié)線簡潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地4。 主接線整體結(jié)構(gòu)和各回路應(yīng)力求簡潔清晰、便于操作運(yùn)行。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè) 的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)量的增長迅速，牽引變電所增容、增加饋線的建設(shè)經(jīng)常存在。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2.1.2 高壓側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則與步驟 (1)應(yīng)以批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)

25、建設(shè)的方針政策和有關(guān)的技術(shù)政 策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點(diǎn)和實(shí)際調(diào)查掌握的各種基礎(chǔ)資料， 進(jìn)行綜合分析和方案研究。 (2)主結(jié)線設(shè)計(jì)與整個(gè)牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對(duì)電力牽引供電方案密 切相關(guān)，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點(diǎn)、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電 壓水平及補(bǔ)償措施、無功、諧波的綜合補(bǔ)償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級(jí)選擇等 重大綜合技術(shù)問題，應(yīng)通過供電系統(tǒng)計(jì)算進(jìn)行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定牽引 變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求5。 (3)根據(jù)供電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果提供的上述各種技術(shù)參數(shù)和有關(guān)資料，結(jié)合牽引變電 所高壓進(jìn)線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進(jìn)線繼電保護(hù)方式、自動(dòng)裝置與監(jiān)控二

26、次系統(tǒng)類型、 自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當(dāng)前運(yùn)量和發(fā)展規(guī)劃遠(yuǎn)景等因素，并全面考慮對(duì)主結(jié) 線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設(shè)計(jì)合理的電氣主結(jié)線。 (4)新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 2.1.3 高壓側(cè)主接線的基本方式 (1)單母線接線如圖2-1所示 圖2-1 單母線結(jié)線圖 單母線接線的特點(diǎn)是： 這種接線簡單、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。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)，該回路停電， 1SL2SL 1QS 2QS 1QF2QF 3QF 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 其他回路不受影響。檢修母線和與母線相連的隔離開關(guān)

27、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，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)荷。 (2)單母線分段接線 這種接線方式的特點(diǎn)如圖2-2所示 圖2-2 單母線分段結(jié)線圖 這種接線解決了斷路器的公共備用和檢修備用，在調(diào)試、更換斷路器和整定繼 電保護(hù)裝置時(shí)都可以不必停電，提高了供電可靠性。它廣泛應(yīng)用于牽引負(fù)荷和35kV 以上線路中，特別是負(fù)荷較重要，線路斷路器較多，檢修斷路器不允許停電的場合 。其主要的缺點(diǎn)是設(shè)備較多，接線較復(fù)雜，配電裝置的占地，面積大。 (3)橋形結(jié)線 當(dāng)只有兩條電源

28、回路和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線間用橫向母線將它們連接 起來，即構(gòu)成橋型結(jié)線。橋型結(jié)線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內(nèi)橋形和 外橋形兩種，如圖2- 3所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線路側(cè)。 內(nèi)橋形結(jié)線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入 運(yùn)行都比較方便。橋形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運(yùn)行，1QS和2QS是斷 開的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時(shí)，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他 三個(gè)元件（另一線路和兩臺(tái)主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內(nèi)橋結(jié)線當(dāng)任一線路故障或 檢修時(shí)不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠(yuǎn)比變壓器故障多，故這種界限在 牽

29、引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)內(nèi)橋結(jié)線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng) 中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時(shí)，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開 2SL 1SL 1QS 1QF 9QS 5QF QF QS 2M1M 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常 工作時(shí)隔離開關(guān)將跨條斷開，安裝兩組隔離開關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。 圖中外橋形結(jié)線的特點(diǎn)與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開 時(shí)，只要斷開它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障 或檢修時(shí)，將是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)

30、工 作。因而外僑形結(jié)線適用于電源線路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例 如兩臺(tái)主變中一臺(tái)要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒 電網(wǎng)連接的變電所中。 橋型結(jié)線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，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結(jié)線。即在初 期按橋形結(jié)線，將來有可能增加電源線路數(shù)時(shí)再擴(kuò)展為其他結(jié)線形式 (a) 內(nèi)橋形 (b) 外橋形 圖2-3 內(nèi)橋和外橋結(jié)線圖 2.1.4 牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇 本次設(shè)計(jì)是通過式牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應(yīng)該選擇橋型接 線。兩回路電源引入線分別經(jīng)斷路器接入兩臺(tái)主變壓器

31、。本次設(shè)計(jì)要求的供電距離 比較長，牽引負(fù)荷的變化比較劇烈，考慮到這些情況后，牽引變電所高壓側(cè)適合采 用外橋接線。并且外橋接線中，兩臺(tái)主變壓器，只有3組斷路器，斷路器數(shù)量比較少 、配電裝置簡單、清晰。無復(fù)雜的倒閘作業(yè)且具有一定的運(yùn)行靈活性、供電可靠性 ，使用電器少，建設(shè)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 接線。即在初期按橋型結(jié)接線。將來有可能增加電源線路回路時(shí)再擴(kuò)展為其他接線 形式。所以在本次設(shè)計(jì)中，在查閱相關(guān)資料后得出采用外橋接線是最適合本次設(shè)計(jì) 的結(jié)論。 1SL 2SL 1QS 2QS 1QF QF 1B 2B 2QF 2SL1SL QF 1QF 2QF 2B1B 畢業(yè)設(shè)

32、計(jì) 7 2.2 牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計(jì) 牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主接線的基本形式和要求對(duì) 牽引負(fù)荷側(cè)也都適用。但是牽引負(fù)荷也有其特殊性，牽引負(fù)荷側(cè)通過饋線給接觸網(wǎng) 供電，由于接觸網(wǎng)沒有備用，而且接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空線路更為頻繁，因此 牽引負(fù)荷側(cè)對(duì)斷路器的類型和備用方式比較高6。 2.2.1 牽引變電所饋線側(cè)的幾種接線形式 (1)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。 圖2-4 饋線斷路器100%備用 (2)饋線

33、斷路器50%備用的接線 如圖2- 5所示。這種接線每兩條饋線設(shè)一臺(tái)備用斷路器，通過隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換，備用斷路器 可代替其中任一臺(tái)斷路器工作。當(dāng)每相母線的饋出線數(shù)目較多時(shí)，一般很少采用此 種法方法。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖2-5 饋線斷路器50%備用 (3)帶旁路母線和旁路斷路器的接線 如圖2- 6所示。一般每2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一 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)目較多的場合，以減少 備用斷路器的數(shù)量。 圖2-6 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線 2.3.2 牽引變電所饋線側(cè)接線的選擇 本次設(shè)計(jì)要求有六路饋線，數(shù)目比較多。從供電可靠性、靈活性和

34、經(jīng)濟(jì)性考慮 本次接線選用單母線帶分段旁路母線旁路的方式比較實(shí)用。這種接線能減少備用斷 路器的數(shù)量。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作?？紤]到27.5k V母線在故障時(shí)進(jìn)行檢修，所以27.5kV進(jìn)線側(cè)，采用加真空短路器的供電方式。采 用這種供電方式通過旁路母線和斷路器相互配合進(jìn)行刀閘操作，就可以對(duì)故障母線 進(jìn)行檢修了。 2.4 兩種方案的提出及選擇 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 (1)方案一 高壓側(cè)采用外橋形接線兩臺(tái)40000kVA牽引變壓器，一臺(tái)正常使用，一臺(tái)作為固定備 用，一次側(cè)接在110kVA進(jìn)線低壓側(cè)采用單母線帶旁路母線的接線方式； 方案二高壓側(cè)采用420000kVA牽引變壓器，每兩臺(tái)一組

35、并聯(lián)運(yùn)行；另外一組作 為固定備用。 兩供電臂電流在三相YN,d11接線牽引變壓器中的分配關(guān)系： 22 2 1212 212 339 caxxxpp IIII I 22 2 2112 212 339 bcxxxpp IIII I 22 2 1212 111 339 abxxxpp IIII I 式中、為兩供電臂有效電流，、為供電臂的平均電流。在牽引變電 1x I x2 I p1 I p2 I 所中，一臺(tái)牽引變壓器運(yùn)行，則全年的實(shí)際負(fù)載能力為 （） 222 dcaxbcxabx d 2 e () 0.876 3 P III A I 4 10 kWh/a 式中，為每臺(tái)牽引變壓器的額定短路損耗（kW）

36、為每臺(tái)牽引變壓器27.5k d P 2 e I V側(cè)繞組的額定電流（A） 全年空載電壓損失為： （kWh/a） 00 0.876AP 式中，為每臺(tái)變壓器的額定空載損耗（kW）。 0 P 全年?duì)恳儔浩鞯目倱p失為： 0Td AAP 若改為兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，則每臺(tái)通過供電臂電流的一半，負(fù)荷損耗只有單 臺(tái)運(yùn)行時(shí)的1/4，所以兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的總負(fù)荷損耗只有單臺(tái)運(yùn)行時(shí)的1/2，其全年總負(fù) 載電能損失為： （） 222 2 () 0.146 dcaxbcxabx d e P III A I 4 10 kWh/a 兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)全年實(shí)際空載損耗為： （） 0 0.876 2 d AP 4 10 kWh/a 兩臺(tái)

37、運(yùn)行時(shí)全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總電能損失為： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （） 0Td AAP 4 10 kWh/a 根據(jù)上面公式計(jì)算出第一種方案全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總電能損失為： （） 0 55.358 Td AAP 4 10 kWh/a 其中負(fù)載損耗為22.07（）空載損耗為為33.288（） 0 A 4 10 kWh/aP 4 10 kWh/a 同理方案二的全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總損耗為 （） 0 50.73 Td AAP 4 10 kWh/a 其中負(fù)載損耗為2.55（）空載損耗為為50.73（） 0 A 4 10 kWh/aP 4 10 kWh/a 雖然方案一的全年電能損耗大于方案二，但是方案二的空載損耗比方

38、案二大的 多，綜合考慮方案一要比方案二經(jīng)濟(jì)很多。 (2)另外方案一用兩臺(tái)牽引變壓器，而方案二用四臺(tái)牽引變壓器，所以方案二要 采取兩天變壓器并聯(lián)運(yùn)行，第二種運(yùn)行方式對(duì)技術(shù)要求比較高，其主接線和負(fù)荷接 線也比方案一負(fù)載很多。另外就是方案二要比方案一增加兩倍的投資，比如各種高 低壓開關(guān)器件、主變壓器、互感器以及母線都比方案一多選擇兩倍，所以綜合考慮 還是方案一更適合本次設(shè)計(jì)，所以選擇兩臺(tái)牽引變壓器單臺(tái)運(yùn)行的方式是合理的7 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第3章 牽引變電所變壓器的選擇 牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110kV或220 kV三相電源變換成適合電力機(jī)車的27.5kV的單向

39、工頻交流電。由于牽引負(fù)荷具有極 度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點(diǎn)，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣的多， 因此要求牽引變壓器過負(fù)荷和抗短路沖擊的能力要強(qiáng)。根據(jù)這些特點(diǎn)對(duì)牽引變壓器 的接線方式和安裝容量盡心選擇8。 3.1 牽引變壓器的接線形式及選擇 (1)接線變壓器 N Y ,d11 這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺(tái)三相 聯(lián)結(jié)牽引變壓器，可以兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)固定備用。 N Y ,d11 其原理電路和相量關(guān)系分別如圖3-1(a)和(b)所示 (a) (b) 圖3-1 三相連接牽引變壓器原理電路 N Y ,d11 A B C A B C UA IB . . . IA . UB . IC

40、 . IC . Iab . Ia 3 1 Ib . Ib . Ib . Ib . Ib . Ibc . Ib . Uc . Ua . Ua . Uc . Ica . 3 2 3 2 3 1 3 1 3 1 Ia . Ub . b(z)a(y) w2 w2 w2 b a UB UA UC . . . Ub . Ua . UC . Ib . Ia . w1 w1 w1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 三相聯(lián)結(jié)牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)是： N Y ,d11 牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力 ； 能很好的適應(yīng)當(dāng)一個(gè)供電臂出現(xiàn)很大牽引負(fù)荷時(shí)，另一供電臂卻沒有或只有 很小牽引負(fù)荷的不均衡運(yùn)行情況

41、； 三相聯(lián)結(jié)變壓器在我國采用的時(shí)間長，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對(duì)簡 N Y ,d11 單，價(jià)格也較便宜； 一次側(cè)YN聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)可以引出接地，一次繞組可按分級(jí)絕緣設(shè)計(jì)制造，與電 力系統(tǒng)匹配方便。對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。 (2)單相聯(lián)結(jié)牽引變壓器 單相牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器的容量利用率可達(dá)100%；主結(jié)線簡單，設(shè) 備少，占地面積小，投資省等。 缺點(diǎn)：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電；對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響最大 ；對(duì)接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)兩邊供電。 這種聯(lián)結(jié)只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可 靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合。 (3)單相V，v牽引變壓器 單相V，v牽

42、引變壓器的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；正常運(yùn)行時(shí) ，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載；主接線較簡單 ，設(shè)備較少，投資較??；對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)??；對(duì)接觸網(wǎng)的供電可 實(shí)現(xiàn)兩邊供電。 缺點(diǎn)：當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的 牽引網(wǎng)。 (4)三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器 不但保持了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的主要優(yōu)點(diǎn)，而且完全克服了單相V，v聯(lián) 結(jié)牽引變電所的缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所不便于采用固定 備用即其自動(dòng)投入的問題。同時(shí)，三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器有兩臺(tái)獨(dú)立的鐵芯和對(duì) 應(yīng)繞組通過電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；

43、兩臺(tái)的容量可以相等，也可以不相等；兩臺(tái) 的二次側(cè)電壓可以相同，也可以不相同，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。為牽引 變壓器的選型提供了一種新的連接形式。 (5)通過上面的介紹，本次接線適合選用YN，d11接線變壓器，這種變壓器高壓 側(cè)采用Y接線，低壓側(cè)采用接線，這種接線對(duì)供電系統(tǒng)的負(fù)序影響小。并且低壓 側(cè)采用接線，產(chǎn)生的諧波電流在其三角形接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 注如公共的高壓高壓電網(wǎng)中。基于這些優(yōu)點(diǎn)，我國電氣化鐵路中直接供電和BT供電 中普遍采用YN,d11接線方式。 3.2 牽引變電所的備用方式及選擇 牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時(shí)，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵 路的正常運(yùn)輸。在大運(yùn)量的雙線區(qū)段，牽引變壓