通过式牵引变电所电气设计.doc
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1、2010级牵引供电课程设计牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所H电气接线设计院/系(部)电气工程系班 级方1010-7学 号 20106811姓 名吕文州指导教师王庆芬完成时间2013年12月20日摘要自20世纪80年代以来,我国的电气化铁道有了很大的发展。牵引变电所是电气化铁路的重要组成部分,它直接影响整个电气化铁路的安全与经济运行,是联系供电系统和电气化铁路的桥梁,起着变换和分配电能的作用。主接线是变电所的重要组成部分,是进行变电所的设计、施工和运营管理的重要依据。在本次课程设计中,我们用所学知识设计出符合任务要求的牵引变电所结构和接线方式。通过负荷计算选取了主变压器的型号和容量,同时对
2、选择了负荷侧的接线方式。并运用AutoCAD软件绘制出了主接线图。再通过短路电流计算选择了变压器两侧断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、母线和避雷器等电气设备的型号。同时介绍了在变压器霍西安路发生故障时运行方式的切换方法。从而,完成了本次课程设计。关键词: 牵引变电所变压器主接线目录第1章课程设计任务11.1设计的基本要求11.2设计的依据1第2章主接线的设计22.牵引变电所主结线的概述22.1.1电气主接线基本要求32.1.2高压侧主接线的基本方式32.1.3牵引变电所高压侧主接线的选择6第3章牵引变电所变压器的选择63.1牵引变压器的接线形式及选择63.2牵引变压器容量的计算83.2
3、.1计算容量83.2.2校核容量93.2.3安装容量和台数9第4章牵引变电所的短路计算94.1短路计算的目的94.2短路点的选取104.3短路计算10第5章高压设备的选择125.1电气设备选择原则125.2母线的选择125.2.1110kV侧进线的选择125.2.227.5kV侧母线的选择145.3高压断路器的选取155.3.1110kV侧断路器选取165.3.227.5 kV侧断路器选取165.4高压熔断器的选取及校验175.5隔离开关的选取及校验175.5.1110kV侧隔离开关选取185.5.227.5kV侧户外隔离开关选取185.5.327.5kV侧户内隔离开关选取195.6电压互感器
4、的选取195.7电流互感器的选取205.7.1110kV侧电流互感器的选取205.7.227.5kV侧电流互感器的选取21第6章防雷保护和接地装置226.1避雷装置的选取226.2接地装置的选择23第6章结论24参考文献25 第1章课程设计任务1.1设计的基本要求A. 确定牵引变电所的高压侧电气主接线的形式,并分析主变压器或110kv 线路故障时运行方式的转换。B. 确定变压器的容量、台数及接线方式。C. 确定牵引负荷侧电气主接线的形式。D. 对变电所进行短路计算,并进行电气设备选择。E. 设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装 置。F. 用CAD画出整个牵引变电所的电气
5、主接线图。1.2设计的依据A. 该通过式牵引变电所的供电电源电压为110kv,电力系统不要求在110kv侧 计费。电力系统容量为3100MVA,选取基准容量 为1000MVA,在最大运 行方式下,电力系统的电抗标幺值分别为为0.23;在最小运行方式下,电 力系统的标幺值为0.25.B. 该牵引变电所想接触网的供电方式为BT供电方式,且未单线区段,可以提 供变电所自用电,容量计算为1000KVA。C. 牵引变压器的额定电压为110/27.5kv,重负荷臂有效电流和平均电流为 230A和160A,重负荷臂的最大电流为570A;轻负荷臂有效电流和平均电流 为170A和120A。D. 环境资料:本牵引
6、变电所地区平均海拔为510米,地层以砂质粘土为主,地 下水位为5.5米,该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置,所内不设铁路 岔线,外部有公路直通所内。本变电所地区最高温度为38,年平均温度为21,年最热月平局最高气 温为33,年雷暴雨日数为26天,土壤冻结深度为1.2m。第2章主接线的设计2.牵引变电所主结线的概述牵引变电所(含开闭所、降压变电所)的电气主结线,是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线,并根据他们的作用和运行操作顺序,按一定要求连接的单线或三线结线图,称为电气主结线图。它不仅标明了各主要
7、设备的规格、数量,而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系,从而构成变电所电气部分主系统。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中,它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式,成为实际运行操作的依据;在设计中,主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外,电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外,电气主结线及其组成的电气设备,是牵引变电所的主体部分3 。2.1.1电气主接线基本要求(1)首先应保证可靠性,并力求经济性。牵引变电所是国
8、家电力系统的级负荷,中断供电将直接造成运输阻塞,甚至造成人员生命伤亡、设备损坏,进而导致的社会生产无法正常运行。因此,主结线的接线方式必须保证供电的安全可靠性。(2)具有必要的运行灵活性。由于接触网事故较多,检修频繁,牵引变电所的停、送电操作、倒闸作业较多,主接线的灵活,可减少操作程序,避免误操作。(3)应具有较好的经济型。经济型主要取决于汇流母线的结构类型与组数、主变压器容量、结构形式和数量、高压断路器配电单元存在数量、配电结构类型和占地面积等因素。(4)应力求结线简洁明了,并有发展和扩建余地。主接线整体结构和各回路应力求简洁清晰、便于操作运行。同时随着经济建设的高速发展,铁路运量的增长迅速
9、,牵引变电所增容、增加馈线的建设经常存在。2.1.2高压侧主接线的基本方式(1)单母线接线如图2-1所示图2-1单母线结线图单母线接线的特点是:这种接线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠。每回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时,该回路停电,其他回路不受影响。检修母线和与母线相连的隔离开关时,将造成全部停电。母线发生故障时,将是全部电源断开,待修复后才能恢复供电。这种接线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电;适用范围:适用于对可靠性要求不高的1035kV地区负荷。(2)单母线分段接线这种接线方式的特点如图2-2所示图2-2单母线分段结线图
10、这种接线解决了断路器的公共备用和检修备用,在调试、更换断路器和整定继电保护装置时都可以不必停电,提高了供电可靠性。它广泛应用于牵引负荷和35kV以上线路中,特别是负荷较重要,线路断路器较多,检修断路器不允许停电的场合。其主要的缺点是设备较多,接线较复杂,配电装置的占地,面积大。(3)桥形接线当只有两条电源回路和两台主变压器时,常在电源线间用横向母线将它们连接起来,即构成桥型结线。桥型结线按中间横向桥接母线的位置不同,分为内桥形和外桥形两种,如图2-3所示。前者的连接母线靠近变压器侧,而后者则连接在靠近线路侧。内桥形结线的线断路器分别连接在两回电源线路上,因而线路退出工作或投入运行都比较方便。桥
11、形母线上的断路器QF在正常状态下合闸运行,1QS和2QS是断开的。当线路1SL发上故障时,1QS和2QS合闸,故障线路的断路器1QF跳闸,其他三个元件(另一线路和两台主变压器)仍可继续工作。(QF)的检修或故障将造成环网断开。为避免这一缺陷,可在线路短路器外侧安装一组跨条,如图中的虚线所示,正常工作时隔离开关将跨条断开,安装两组隔离开关的目的是便于它们轮流停电检修。图中外桥形结线的特点与内桥刚好相反,当变压器发生故障或运行中需要断开时,只要断开它们前面的断路器1QF或2QF,而不影响线路的正常工作。但线路故障或检修时,将是与该线路连接的变压器短时中断运行,须经转换操作后才能恢复工作。因而外侨形
12、结线适用于电源线路较短、负荷不稳定、变压器需要经常切换(例如两台主变中一台要经常断开或投入)的场合,也可用在有穿越功率通过的与唤醒电网连接的变电所中。桥型结线能满足牵引变电所的可靠性,具有一定的运行灵活性,使用电器少,建造费用低,在结构上便于发展成单母线或具有旁路母线得到那母线结线。即在初期按桥形结线,将来有可能增加电源线路数时再扩展为其他结线形式(a) 内桥形 (b) 外桥形图2-3内桥和外桥结线图2.1.3牵引变电所高压侧主接线的选择本次设计是通过式牵引变电所,变电所有系统功率穿越,所以应该选择桥型接线。两回路电源引入线分别经断路器接入两台主变压器。本次设计要求的供电距离比较长,牵引负荷的
13、变化比较剧烈,考虑到这些情况后,牵引变电所高压侧适合采用外桥接线。并且外桥接线中,两台主变压器,只有3组断路器,断路器数量比较少、配电装置简单、清晰。无复杂的倒闸作业且具有一定的运行灵活性、供电可靠性,使用电器少,建设费用低,在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线接线。即在初期按桥型结接线。将来有可能增加电源线路回路时再扩展为其他接线形式。所以在本次设计中,在查阅相关资料后得出采用外桥接线是最适合本次设计的结论。第3章牵引变电所变压器的选择牵引变压器是牵引供电系统的重要设备,担负着将电力系统供给的110kV或220kV三相电源变换成适合电力机车的27.5kV的单向工频交流电。由于牵引负
14、荷具有极度不稳定,短路故障多、谐波含量大等特点,运行环境比一般电力负荷恶劣的多,因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强。根据这些特点对牵引变压器的接线方式和安装容量尽心选择。3.1牵引变压器的接线形式及选择(1)YNd11接线变压器这种牵引变电所中装设两台三相YNd11联结牵引变压器,可以两台并联运行;也可以一台运行,另一台固定备用。其原理电路和相量关系分别如图3-1(a)和(b)所示三相联结牵引变电所的优点是:牵引变压器低压侧保持三相,有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力;能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时,另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况;(a) (b
15、)图3-1三相连接牵引变压器原理电路三相联结变压器在我国采用的时间长,有比较多的经验,制造相对简单,价格也较便宜;一次侧YN联结中性点可以引出接地,一次绕组可按分级绝缘设计制造,与电力系统匹配方便。对接触网的供电可实现两边供电。(2)单相联结牵引变压器单相牵引变电所的优点:牵引变压器的容量利用率可达100%;主结线简单,设备少,占地面积小,投资省等。缺点:不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电;对电力系统的负序影响最大;对接触网的供电不能实现两边供电。这种联结只适用于电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。(3)单相V,v牵引变压器单相V,v牵引变压器的
16、优点:牵引变压器容量利用率可达到100%;正常运行时,牵引侧保持三相,所以可供应牵引变电所自用电和地区三相负载;主接线较简单,设备较少,投资较省;对电力系统的负序影响比单相联结小;对接触网的供电可实现两边供电。缺点:当一台变压器故障时,另一台必须跨相供电,即兼供左右两边供电臂的牵引网。(4)三相V,v联结牵引变压器不但保持了单相V,v联结牵引变电所的主要优点,而且完全克服了单相V,v联结牵引变电所的缺点。最可取的是解决了单相V,v联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题。同时,三相V,v联结牵引变压器有两台独立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传递;两台的容量可以相等,也可以不相
17、等;两台的二次侧电压可以相同,也可以不相同,有利于实现分相有载或无载调压。为牵引变压器的选型提供了一种新的连接形式。(5) 通过上面的介绍,本次接线适合选用YN,d11接线变压器,这种变压器高压侧采用Y接线,低压侧采用接线,这种接线对供电系统的负序影响小。并且低压侧采用接线,产生的谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流,从而不致注如公共的高压高压电网中。基于这些优点,我国电气化铁路中直接供电和BT供电中普遍采用YN,d11接线方式。3.2牵引变压器容量的计算牵引变电所容量的计算需要如下原始资料:通过区段的每日列车对数;车通过牵引变电所两边供电分区的走行时分、给电走行的时分和能耗;线路资料如
18、供电区长度、区间数、信号系统等。由此进行列车电流与馈线电流的计算。因为该牵引变电所一边馈线电流,另一边,并且采用YNd113.2.1计算容量牵引变电所主变压器采用接线,主变压器的正常负荷计算: 将, 代入可以求得:3.2.2校核容量紧密运行状态下的主变压器的计算容量为:将 , 代入上面公式可以求得:牵引变压器过负荷能力规定,对于YNd11变压器按150%负荷倍数K确定校核容量: 因为计算容量大于校核容量所以选取计算容量作为变压器的安装容量考虑到未来运力发展的要求牵引变压器应有一定的余量即安装容量为:可以求得3.2.3安装容量和台数根据上述变压器容量计算的结果,并且参照压器技术参数表,选择两台S
19、FY-40000/110变压器,一台工作,另外一台作为固定备用。当工作变压器需要进行检修时,或者排查故障时,只需要进行一系列的倒闸作业就能让备用变压器投入使用从而不至于中断供电影响铁路的运行。第4章牵引变电所的短路计算4.1短路计算的目的(1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算。(2)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。(3)在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。(4)在选择继电保护方式和进
20、行整定计算时,需要短路电流提供依据。4.2短路点的选取因短路计算的主要内容是确定最大短路电流,所以对一次侧设备的选取一般选取高压母线短路点作为短路计算点;对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取低压母线短路点作为短路计算点。4.3短路计算电路简化图如图 4-1:在图中,点为高压母线短路点,点为低压母线短路点。图4-1短路故障简化图取,变压器和线路的阻抗标幺值分别为: 式中:为变压器电抗电压;为系统容量;为变压器额定容量;为线路单位电抗;为线路长度;短路回路的的等值电抗为短路电流标幺值:短路电流有效值:点发生短路,各个短路电流的计算: 点发生短路:,,点短路电流标幺值: 点短路点短路电流有效值
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