牵引变电所电气主接线课程设计

课程名称：供变电工程课程设计 设计题目： 牵引变电所电气主接线设计 院 系： 电 气 工 程 系 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 姓 名： 指导教师： 2010 年 月 日 - 1 - 课 程 设 计 任 务 书 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 学 号 开题 日期： 2010 年 3 月 10 日 完成日期： 2010 年 4 月 19 日 题 目 牵引变电所电气主接线设计 一、设计的目的 通过该设计，使学生初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的基础。 二、设计的内容及要求 1、按给定供电系统和给定条件，确定牵引变电所电气主接线。 2、选择牵引变电所电气主接线中的主要设备。如：母线、绝缘子、隔离开关、熔断器、断路器、互感器等。 选择时应优先考虑采用国内经鉴定的新产品、新技术。 3、提交详细的课程设计说明书和牵引变电所电气主接线图。 三 、 指导 教师评语 四 、 成 绩 指导教师 (签章 ) 年 月 日 - 2 - 牵引变电所课程设计原始资料 1、电力系统及牵引变电所分布图 SC= 1 0 0 0 0 M V Ax1= x2= 0 .0 12 1 2 万 k V AUd= 1 7 %L1L2L3L5L6L7L8L9L1 0A B C D E F甲乙至 地 方 1 1 0 k V变 电 站2 6 .3 万 k V AUd= 1 7 %丙L4 图例： ： 电力系统，火电为主 ： 地方 220/110kV 区域变电所 ： 地方 110/35/10kV 变电站 ： 铁道牵引 变电所 ： 三相高压架空输电线 图中： L1： 220kV 双回路 150kM LGJ-300 L2： 110kV 双回路 10kM LGJ-120 L3： 110kV 20kM L4： 110kV 40kM - 3 - L5： 110kV 60kM L6： 110kV 双回路 20kM L7： 110kV 30kM L8： 110kV 50kM L9： 110kV 60kM L10： 110kV 60kM 未标注导线型号者均为 LGJ-185，所有导线单位电抗均为 X=0.4/kM 牵引变压器容量如下（所有 Ud%=10.5） ： A： 2 3.15 万 kVA B： 23.15 万 kVA C： 23.15 万 kVA D： 21.5 万 kVA E： 21.5 万 kVA F： 21.5 万 kVA 2、电力系统对各牵引变电所的供电方式及运行条件 1 甲站对 A 所正常供电时，两回 110kV 线路中 ，一回为主供电源，另一回备 用。 A 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。 27.5kV 侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。 2 甲站对 B 所供电时， 110kV 线路还需经 B 所送至丙站。正常运行时 B 所内有系统功率穿越。当甲站至 B 的输电线路故障时， B 所由丙站供电，丙站内110kV 母线分段运行，输电线 L4、 L5 分别接入不同的分段母线上。正常运行时，丙站内 110kV 母线分段断路器断开。 B 所提供甲站至丙站的载波通道。 B 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线， 外部有公路直通所内。 27.5kV 侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。 3 C 所由丙站送出的两回 110kV 线 路 供电。但正常运行时，由甲站送至丙站（ L5）再由丙站送至 C 所的一回 110kV 线路（ L6）平时不向牵引负荷供电。只经过 C 所的 110kV 母线转接至某企业 110kV 变电站。 C 所内采用两台变压器，固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区 10kV 负荷供电（一回）。 C 所内设有 27.5/10kV 1000kVA 动力变压器一台。10kV 高压间内设有 4 路馈线，每路馈线设有：电流表、电压表、有功电度表、 - 4 - 无功电度表。设有电流速断和接地保护，继电保护动作时间 0.1 秒。 10kV 高压间设在 27.5kV 高压室一端，单独开门。 27.5kV 侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。 4 牵引变电所 D、 E、 F 由乙站供电。正常运行时， 110kV 线路在 E 所内断开，不构成闭合环网。 E 所内的牵引变压器正常运行时，接入由 D 所送来的电源线 L8 上， L8 故障时可转接至 F 所由 L9 供电。 D、 F 所均可能有系 统功率穿越。但正常运行时， F 所无系统功率穿越。 D 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。 27.5kV 侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电有地方 10kV 可靠电源。 5 E 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，有公路引入所内。 27.5kV 侧不设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电采用在 110kV 进线隔离开关内侧接入（ 3110 ） /0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装 置供电的可靠性。 6 F 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。 27.5kV 侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。该地区无地方 10kV 电源。 7 牵引变电所 A、 C、 E 110kV 侧要求计费，牵引变电所 B、 D、 F 27.5kV侧要求计费 ， 采用低压侧 (27.5kV 侧 )计费时， 110kV 侧仍需设电压监视。 8 各变电所设计时，一律按海拔 h1000m， I 级污秽地区，盐密 0.1毫克/厘米 2，最高环境温度 +40 考虑。 9 各牵引变电所均设置避雷针三座。 10 牵引变电所 B、 D 110kV 线路采用纵向平行引入方式； C、 E 110kV 线路采用横向相对引入方式； A、 F 110kV 线路采用 T 字型引入方式。 11 假定各牵引变电所馈线主保护动作时间 tb=0.1 秒， 27.5kV 母线采用 矩型截面硬铝母线，母线间距 a=40cm，母线跨距 l=120cm； 10KV 母线采用 矩 型截面硬铝母线，母线间距 a=25cm；母线跨距 l=100cm。 12 各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为 220V。 - 5 - 目录 第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求 . - 7 - 1.1 概述 . - 7 - 1.2 电气主接线基本要求 . - 7 - 1.3 电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤 . - 7 - 第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 . - 9 - 第三章 短路计算 . - 10 - 3.1 短路计算的相关概念、内容和目的 . - 10 - 3.2 短路点的选取 . - 10 - 3.3 短路计算 . - 10 - 第四章 设备及选型 . - 14 - 4.1 母线的选择及校验 . - 14 - 4.1.1 110KV 侧母线采用软母线 . - 14 - 4.1.2 27.5KV 侧母线选用矩形铝母线 . - 15 - 4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验 . - 17 - 4.2.1 110kV 侧支柱绝缘子选取 . - 17 - 4.2.2 27.5KV 侧支柱绝缘子选取 . - 17 - 4.2.3 27.5KV 侧穿墙套管选取 . - 18 - 4.3 高压断路器选取及校验 . - 18 - 4.3.1 110KV 侧断路器选取 . - 18 - 4.3.2 27.5kV 侧断路器选取 . - 19 - 4.4 高压熔断器的选取及校验 . - 20 - - 6 - 4.4.1 27.5kV 侧高压熔断器 . - 20 - 4.4.2 230V 处的熔断器 . - 20 - 4.5 隔离开关的选取及校验 . - 21 - 4.5.1 110kV 侧隔离开关选取 . - 21 - 4.5.2 27.5KV 侧户外隔离开关选取 . - 21 - 4.5.3 27.5KV 侧户内隔离开关选取 . - 22 - 4.6 电压互感器选取 . - 23 - 4.6.1 110KV 侧电压互感器选取 . - 23 - 4.6.2 27.5KV 侧电压互感器选取 . - 23 - 4.7 电流互感器选择 . - 23 - 4.7.1 110KV 侧电流互感器选择 . - 23 - 4.7.2 110KV 侧中性点接地电流互感器 . - 25 - 4.7.3 27.5KV 侧电流互感器选择 . - 25 - 4.8 避雷器的选取 . - 26 - 4.9 避雷针的选取 . - 27 - 电气设备一览表 . - 29 - 参考书目 . - 30 - 后记 . - 31 - 附电气主接线图 - 7 - 第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求 1.1 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。 1.2 电气主接线基本要求 电气主接线应满足安全性、可靠性、经济性和方便性四项基本要求。 1.3 电气主接线设计应遵循的 主要原则与步骤 在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤： 1. 应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针政策和有关的技术政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。 2. 主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术 - 8 - 经济比较，确 定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。 3. 根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。 4. 新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。 - 9 - 第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 根据原始资料易知， 已 站对 E 所正常供电时，两 回 110kV 线路中，一回为主供电源，另一回 备 用。 E 所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。 27.5kV 侧 不 需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。 牵引变电所 A110kV 侧要求计费 ，故低压（二次）侧需设电压互感器，高压侧同样需设电压互感器，按正常运行方式选择变压器容量。 该主结线图高压侧采用外桥结线，两回进线中，采用一回主供，一回备用。变压器采用两台三相主变压器，其绕组联结形式为 YNd-11 变压器，二次绕组有一相接地并与钢轨连接。由于该变电所的供电方式是单线双边供电 ，馈线有两条，考虑到经济性，牵引负荷母线不采用带旁路母线的单母线分段接线方式，但为了保证馈线供电的可靠性，采用 100%备用断路器馈线接线方式，每回馈线接两台断路器，一台运行，另一台备用。每个分段母线都设有单相电压互感器和避雷器，以便某分段母线检修或故障停电时，它们不致中断工作。 该牵引变电所的运行方式如下： 1 一次侧 两路 110KV进线，一路工作，一路备用，变压器相同， 1B工作， 2B全备用。当 110KV 进线 1 发生故障时，只需合上外跨桥上的隔离开关。 1B 发生故障时，若采用 110KV进线 1工作，也合外跨桥上的隔离 开关。设备的检修相同。 2 二次侧 当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关， 27.5KV 的馈线能继续工作。断路器及其他设备发生故障或检修相同。但馈线上的断路器采用 100%的备用，所以该断路器发生故障或检修时，只需合上另外一个。 - 10 - 第三章 短路计算 3.1 短路计算的相关概念、内容和目的 1 短路 ,是指供电系统正常运行情况外的，导电相与相或相与地之间负荷支路被旁路的直接短路或经过一个很小的故障点阻抗短接。 2 短路计算的主要内容是确定短路电流的大小，即最大短路电流的大小。 3 短路计算的目的，是通 过短路过程的研究及计算短路电流的量值，从而达到供电系统合理设计和安全可靠运行的重要因素。 3.2 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的大小，所以对一次侧设备的选取一般选取 110KV 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 27.5KV 低压母线短路点作为短路计算点。 3.3 短路计算 电路简化图如图 3-1所示 图 3-1 额定电压与平均电压之间的关系如表 3-1所示： 表 3-1 短路计算用电网平均电压 额定电压 Ue(Kv) 220 110 35 25 10 6 平均电压 Up(Kv) 230 115 37 27.5 10.5 6.3 、上图系统电力变压器的总容量为： 6 3 0 0 0 2 1 5 0 0 0 2 1 5 6 0 0 0S K V A 降 - 11 - 系统供电电源容量： 10000S M V A系 156000 1 0 0 % 1 . 5 6 % 3 %10000000SS 降系 因此，在降压变压器低压侧发生短路时，供电电源视为无限大容量供电状态。 、在上述前提条件下，周期分量电流有效值的标幺值* *1ZI X,其中*X为线路总阻抗的标幺值，与线路的长度成正比，*ZI与线路的长度成反比，因此选取线路 L7、 L8，而不取线路 L9、 L10。取其中较大的作为选择断路器的参考依据。 、取 100jS M VA, jX X PUU 发电机： 41 * 11000 . 0 1 1 1 010000jFeSXXS (可忽略 ) 220KV输电线：2* 221 1 0 00 . 4 1 5 0 0 . 0 5 6 7 12 2 3 0jPSX X LU 220/110KV变压器：3*% 1 7 1 0 0 0 . 2 6 9 81 0 0 1 0 0 6 3jd beSUXS 220/110KV变压器：4*% 1 7 1 0 0 0 . 2 6 9 81 0 0 1 0 0 6 3jd beSUXS 1100KV输电线：5* 221000 . 4 8 0 0 . 2 4 1 9115jPSX X LU 110/27.5KV变压器：6* % 1 0 . 5 1 0 0 0 . 71 0 0 1 0 0 1 5jd beSUXS 110/27.5KV变压器：7* % 1 0 . 5 1 0 0 0 . 71 0 0 1 0 0 1 5jd beSUXS 由于其次边 230V 处接有一熔断器，因 此其次边短路时会自动熔断，且其次边并未与变压器构成环网，于是计算时可以不予考虑。 、计算 、 d1处发生三相短路时，等值计算网络图 3-2如下： - 12 - 图 3-2 * 110 . 0 5 6 7 1 0 . 2 6 9 8 0 . 2 4 1 9 0 . 7 0 . 7 8 3 522X 周期分量电流有效值的标幺值：* *11 1 . 2 7 60 . 7 8 3 5ZI X 周期分量电流有名值：*1001 . 2 7 6 2 . 6 7 93 2 7 . 5Z Z jI I I K A 取 1.8chK ，则有： 冲击电流 1 . 0 5 1 . 8 1 . 0 5 1 . 8 2 7 . 1 6 0c h Z m Zi I I K A 1 . 6 1 1 . 6 1 1 . 6 1 2 . 6 7 9 4 . 3 1 3c h Z ZI I I K A 、 d2、 d3、 d4处发生三相短路时，等值计算网络图 3-3如下： 图 3-3 由于 d2、 d3、 d4都是直接在 110KV侧短路，且属于并联运行，于是此三 处短路电流值相同 (此处计算 d2) 。 * 10 . 0 5 6 7 1 0 . 2 6 9 8 0 . 2 4 1 9 0 . 4 3 3 52X 周期分量电流有效值的标幺值：* *11 2 . 3 0 70 . 4 3 3 5ZI X - 13 - 周期分量电流有名值：*1002 . 3 0 7 1 . 1 5 83 1 1 5Z Z jI I I K A 取 1.8chK ，则有： 冲击电流 1 . 0 5 1 . 8 1 . 0 5 1 . 8 2 3 . 0 9 5c h Z m Zi I I K A 1 . 6 1 1 . 6 1 1 . 6 1 1 . 1 5 8 1 . 8 6 4c h Z ZI I I K A 、对牵引变电所主变压器： 110KV 侧额定电流：1115000 7 8 . 7 33 3 1 1 0ee eSIAU 27.5KV 侧额定电流：2 215000 3 1 4 . 9 23 3 2 7 . 5ee eSU 短路计算值一览表见表 3-2： 表 3-2 数据 额定电流 各短路点的短路电流值 eI(A) ZI(KA) chi(KA) chI(KA) 27.5Kv 78.73 2.679 7.160 4.313 110Kv 314.92 1.158 3.095 1.864 - 14 - 第四章 设备及选型 4.1 母线的选择及校验 4.1.1 110KV 侧母线采用软母 线 1 按最大长期工作电流选择母线截面 根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于xuI，即.maxxu gII；最大长期工作电流按变压器过载 1.3倍考虑， 则 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 1 0 2 . 3 53 3 1 1 0egeeSI I AU 由电力牵引供变电技术附录二附表 3 查出铝母线（ LMR 型） 15 3 的允许载流量为 156A（环境温度为 25 时），大于最大工作电流，故 初选 15 3=45mm2截面的铝母线（单条平放）。 2 校验母线的短路热稳定性 要求短路最终温度Z，应先求出起始温度S，根据Z，利用曲线 ()Af ，找出对应的SA值，再由21 d Z SQ A AS 求出 ZA ，再次利用曲线 ()Af 找出对应的Z， ()Af 曲线如图 4-1所示。 - 15 - ()Af 图 4-1 短 路 发 热 的 曲 线 . m a x 200( ) ( )gs x uxuI I 21 0 2 . 3 52 5 ( ) ( 8 0 2 5 ) 4 8 . 6 7156 C 短路电流计算时间 0 . 1 0 . 2 0 . 3j s b gt t t s 2222 2 22 2101 . 1 5 8 1 0 1 . 1 5 8 1 . 1 5 8 0 . 3 0 . 4 0 2 31 2 1 2ddZ t tZdI I IQ t k A S 2 2 21 . 1 5 8 0 . 0 6 4 0 . 0 8 5 8f i Z f iQ I T K A S 式中fiT根据电力系统分析书表 6-3取得。 短路电流热效应： 2d Z f iQ Q Q 0 . 4 0 2 3 0 . 0 8 5 8 0 . 4 8 8 1 K A S 由s =48.67 C，在电力牵引供变电技术图 6.6中查得铝曲线 4sA 0 .3 5 1 0 4 6 4z s z f i2 211A A ( Q Q ) 0 . 3 5 1 0 0 . 4 8 8 1 1 0 0 . 3 7 4 1 1 0S 45 在电力牵引供变电技术中查表 6.6 可得 4zA 0 .4 1 0 4 1 0，对应铝母线曲线的纵坐标为 50 ，即z xu6 0 2 0 0 ，表明所选截面的母线能满足热稳定性。 4.1.2 27.5KV 侧母线选用矩形铝母线（室内选硬母线） 1 按最大长期工作电流选择母线截面 根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于xuI，即.maxxu gII；最大长期工作电流按变压器过 载 1.3倍考虑，则 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 由电力牵引供变电技术附录二附表 3查出铝母线 40 4的允许载流量为456A（环境温度为 25 时），大于最大工作电流，故初选 40 4=160mm2 截面的铝母线（单条平放）。 2 校验母线的短路热稳定性 要求短路最终温度Z，应先求出起始温度S，根据Z，利用曲线 ()Af ， - 16 - 找出对应的SA值，再由21 d Z SQ A AS 求出 ZA ，再次利用曲线 ()Af 找出对应的Z。 母线在最大负荷时的温度； . m a x 200( ) ( )gs x uxuI I 24 0 9 . 3 92 5 ( ) ( 7 0 2 5 ) 6 1 . 2 7456 C 2222 2 22 2102 . 6 7 9 1 0 2 . 6 7 9 2 . 6 7 9 0 . 3 2 . 1 5 31 2 1 2ddZ t tZdI I IQ t K A S 2 2 22 . 6 7 9 0 . 0 6 4 0 . 4 5 9 3f i Z f iQ I T K A S 短路电流热效应： 2d Z f iQ Q Q 2 . 1 5 3 0 . 4 5 9 3 2 . 6 1 2 K A S 由s =61.27 C，在电力牵引供变电技术图 6.6中查得铝曲线 4sA 0 .3 9 1 0 4 6 4z s z f i2 211A A ( Q Q ) 0 . 3 9 1 0 2 . 6 1 2 1 0 0 . 4 0 0 2 1 0S 160 在电力牵引供变电技术中查表 6.6 可得 4zA 0 .4 0 0 2 1 0，对应于铝母线曲线的纵坐标为 65 ，即z x u6 5 2 0 0 ，表明所选截面的母线能满足热稳定性。 3 校验母线的机械稳定性 设母线采用水平排列平放，则冲击电流 chi 7.160 kA 已知： a=40cm， l=120cm， h=40mm， b=4mm则 4 0 0 4 924 4 0abbh 1xK 三相短路时，相间电动力为： ( 3 ) ( 3 ) 2 7 2 6 7c h x 1200lF 1 . 7 3 i k 1 0 1 . 7 3 7 . 1 6 0 1 0 1 0 2 6 6 . 0 7 Na 4 0 母线平放及水平排列时，其抗弯模量为： 2 2 6 311W b h 0 . 0 0 4 0 . 0 4 1 . 0 6 7 1 0 m66 母线的计算应力： - 17 - 6 6M F l 2 6 6 . 0 7 1 . 2 1 0 2 9 . 9 2 4 1 0 p aW 1 0 W 1 0 1 . 0 6 7 由电力牵引供变电技术表 6.4 知，铝母线的允许应力为 669 10 Pa ，xu，满足机械稳定性。故最后确定选择截面为 40 4=160mm2的铝母线。 4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验 由于牵引变压器安装在室外，而 110KV 进线是直接接到牵引变压器上的，所以不用穿墙导管，故对于 110KV 侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙导管。而 27.5KV 侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内，所以对 27.5KV 侧既需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙导管。 4.2.1 110kV 侧支柱绝缘子选取 1 按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变 压器 110KV 侧额定电压110eU KV 考虑。 查附表 11可以初选型号为 ZS-110/3的绝缘子，其技术数据见表 4-1： 表 4-1 2.支柱绝缘子机械稳定性校验： 绝缘子受力 (取 L=120cm,a=40cm) 2 7 2 6 7m a x c h x 120lF 1 . 7 3 i k 1 0 1 . 7 3 3 . 0 9 5 1 1 0 1 0 4 . 9 7 2 Na 4 0 xu0 . 6 F 0 . 6 3 0 0 0 1 8 0 0 N 故能满足机 械稳定性要求 4.2.2 27.5KV 侧支柱绝缘子选取 1 按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器 27.5KV 侧额定电压 27.5eU KV 考虑。 查附表 11可以初选型号为 ZA-35Y 的绝缘子，其技术数据见表 4-2： 表 4-2 支柱绝缘子（型号） 额定电压（ kV） 机械破坏荷重（ KN） ZS 110/3 110 3 - 18 - 2.支柱绝缘子机械稳定校验：由计算知 27.5kV三相短路的相间电动力为：2 7 2 6 7m a x c h xxu120lF 1 . 7 3 i k 1 0 1 . 7 3 7 . 1 6 0 1 1 0 1 0a 4 02 6 . 6 1 N 0 . 6 F 0 . 6 3 7 5 0 2 2 5 0 N 故能满足机械稳定要求 4.2.3 27.5KV 侧穿墙套管选取 1 按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载 1.3倍考虑。 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 可初选 CLB-35/600 型穿墙，其技术数据见表 4-3： 表 4-3 穿墙套管 (型号 ) 额定电压（ kV） 额定电流（ A） 机械破坏荷重（ kN） 热稳定电流 (KA)不小于 CLB-35/600 35 600 7.5 10s(铜导体导管 ) 5s(铝导体导管 ) 12.0 12.0 2.穿墙套管热稳定校验： 2 2 2 2x u r t d Q I t 1 2 5 7 2 0 K A S Q = 2 . 6 1 2 K A S 故其满足热稳定性要求 . 3.穿墙套管机械稳定性校验： 由前面计算知 27.5kV三相短路的相间电动力为 2 7 2 6 7m a x c h xxu120lF 1 . 7 3 i k 1 0 1 . 7 3 7 . 1 6 0 1 1 0 1 0a 4 02 6 . 6 1 N 0 . 6 F 0 . 6 7 5 0 0 4 5 0 0 N 故其满足机械稳定性要求 4.3 高压断路器选取及校验 交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设计 110KV 侧选用6SF断路器， 27.5KV 侧选用真空断路器。 4.3.1 110KV 侧断路器选取 支柱绝缘子（型号） 额定电压（ kV） 机械破坏荷重（ kN） ZA 35Y 35 3.75 - 19 - 1 最大长期工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑。 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 1 0 2 . 3 53 3 1 1 0egeeSI I AU 110gU KV 初选额定电流为 1000A 的4 1 1 0 / 1 0 0 0SW 型少油断路器，其技术数据见表4-4： 表 4-4 2 短路关合电流的校验 极限通过电流为 55egi KA，而 3.095cji KA，所以eg cjii，故满足要求。 3 校验短路时的热稳定性 由前面选择硬母线处可得： 2d Z f iQ Q Q 0 . 4 0 2 3 0 . 0 8 5 8 0 . 4 8 8 1 K A S 而 2 2 24 2 1 5 2 2 0 5rtQ I t K A s 所以4dQQ，故满足热稳定性要求。 所以，选用额定电流为 1000A的4 1 1 0 / 1 0 0 0SW 型少油断路器。 4.3.2 27.5kV 侧断路器选取 1 最大长期工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 2 7 .5gU KV 初选额定电流为 1000A的 LN1-27.5型的6SF断路器，其技术数据见表 4-5： 表 4-5 型号 额定电压 （ kV） 额定电流 （ A） 极限通过电流 5s热稳定电流 （ kA） 峰值 有效值 4 1 1 0 / 1 0 0 0SW 110 1000 55kA 32kA 21 - 20 - 2.短路关合电流的校验 极限通过电流为 25egi KA，而 7 .1 6 0cji KA，所以eg cjii，故满足要求。 3.校验短路时的热稳定性 由前面选择 27.5KV 母线处可得： 2d Z f iQ Q Q 2 . 1 5 3 0 . 4 5 9 3 2 . 6 1 2 K A S ， 而 2 2 24 8 . 5 4 2 8 9rtQ I t K A S 所以4dQQ，故满足热稳定性要求。 所以，选用额定电流为 1000A的 LN1-27.5 型的6SF断路器。 4.4 高压熔断器的选取及校验 熔断器是用以切断过载电流和短路电流，选择熔断器时首先应根据装置地点和使用条件确定种类和型式；对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需要按额定电压和断流容量两项来进行选择。 4.4.1 27.5kV 侧高压熔断器选用 RW1-35Z 型户外高压熔断器 ， 其技术数据见表 4-6： 表 4-6 型号 额定电压（ kV） 切断极限短路电流时电流最大峰值 (KA) 最大断流容量（ MVA） RW1-35Z 35 8 200 egU 3 5 k V U 2 7 . 5 k V 满足电压要求 熔断器开断电流校验 8 2 . 6 7 9e k C jI K A I K A 所以 RW1-35Z 高压熔断器满足要求 4.4.2 230V 处的熔断器也可选用 RW1-35Z 型 。 型号 额定电压 （ kV） 额定电流 （ A） 极限通过电流 4s 热稳定电流（ kA） 峰值 有效值 LN1-27.5 25 600 25kA 14.5kA 8.5 - 21 - 4.5 隔离开关的选取及校验 由于在所设计的电气主结线中， 110KV 侧隔离开关在室外，而 27.5KV 侧既有室内的也有室外的，所以对 110KV 侧只需选择室外的，而 27.5KV 侧要选择室内和室外的。 4.5.1 110kV 侧隔离开关选取 1 最大长期工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 1 0 2 . 3 53 3 1 1 0egeeSI I AU 110gU KV 而要满足m a x,e g e gU U I I，可初选型号为 GW4-110/600 的隔离开关。其技术数据见表 4-7： 表 4-7 型号 额定电压 （ kV） 额定电流 （ A） 极限通过电流 5s 热稳定电流 （ kA） 峰值 有效值 GW4-110/600 110 600 50kA - 14 2 校验短路时的热稳定性 14erI KA ， 0 . 31 . 1 5 8 2 8 3 . 6 55dZtIAt 所以 dZertIIt，故满足热稳定性要求。 所以 110KV 侧隔离开关选用型号为户外 GW4-110/600。 4.5.2 27.5KV 侧户外隔离开关选取 1 最大长期工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑。 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 2 7 .5gU KV 而m a x,e g e gU U I I，所以初选型号为 GW2-35/600户外隔离开关。其技术数 - 22 - 据见表 4-8： 表 4-8 型号 额定电压 （ kV） 额定电流 （ A） 极限通过电流 热稳定电流（ kA） 5s 峰值 有效值 GW2-35/600 35 600 50kA 14 2 户外隔离开关的校验 KAIer 14 ， 0 . 31 . 1 5 8 2 8 3 . 6 55dZtIAt 所以 dZertIIt，故满足热稳定性。 所以 27.5KV 侧户外隔离开关选用型号 GW2-35/600。 4.5.3 27.5KV 侧户内隔离开关选取 1 最大长期工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑 . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 2 7 .5gU KV 而m a x,e g e gU U I I，所以初选型号为 GN2-35T/600 户内隔离开关。其技术数据见表 4-9： 表 4-9 型号 额定电压 （ kV） 额定电流 （ A） 极限通过电流 5s热稳定电流（ kA） 峰值 有效值 GN2-35T/600 35 600 64KA 30KA 25 2 校验短路时的热稳定性 25erI KA ， 0 . 32 . 6 7 9 6 5 6 . 2 15dZtIAt 所以 dZertIIt，故满足热稳定性要求。 所以 27.5KV侧户内隔离开关选用型号为 GN2-35T/600。 - 23 - 4.6 电压互感器选取 4.6.1 110KV 侧电压互感器选取 供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为 3级。 供 110kV侧计费的电压互感器选择：准确级 0.5级。 由于电压互感器装于 110kV 侧用于计费，并不需要起保护作用，因为如果110kV侧发生故障或事故时，其地方的电力系统会启动继电保护装置 跳闸，将其故障或事故切除，因此选用6JCC -110型准确级 0.5 级，额定容量 500VA 的电压互感器便可以满足要求。其技术数据见表 4-10: 表 4-10 型号 额定电压（ kV） 额定容量 （ V.A） 最大容量（ V.A） 原线圈 副线圈 0.5级 1级 3级 6JCC -110 110/ 3 0.1/ 3 300 500 500 2000 由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。 4.6.2 27.5KV 侧电压互感器选取 由于电压互感器装于 27.5kV 侧要起到保护作用，用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故，故其准确级需要 3级，因此选用 JDJJ-35型准确级 3级，额定容量 600VA的电压互感器可以满足要求。其技术数据见表 4-11： 表 4-11 型号 额定电压（ kV） 额定容量 （ V.A） 最大容量（ V.A） 原线圈 副线圈 0.5 级 1级 3级 JDJJ-35 35/ 3 0.1/ 3 150 250 600 1200 由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。 4.7 电流互感器选择 4.7.1 110KV 侧电流互感器选择 1 最大长期工作电流可按变压器过载 1.3倍考虑 - 24 - . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 1 0 2 . 3 53 3 1 1 0egeeSI I AU ， 1 110EU KV ， 而1 1 1 m a x,e E e gU U I I，可初选型号为 LCW-110 的电流互感器，测量计费用0.5级，保护用 1级。其技术数据见表 4-12： 表 4-12 型号 额定电压 额定电流比 准确级次 1秒热稳定倍数 动稳定倍数 LCW 110 110kV 600/5A 0.5 1 75 150 2 二次负载的计算与校验 电流互感器二次负载统计表见表 4-13： 表 4-13 仪表名称 二次负荷（ V.A） A相 B相 C相 电流表（ IT1-A型） 有功功率表（ ID1-W） 有功电度表（ DS1） 无功电度表（ DX1） 电流继电器 (DL-12) 总 计 3.0 1.5 1.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（ B相）负载为依据进行计算。 取 222 2 2 2 5 1 . 2 3 0eeW W I Z V A 式中2Z为此型号流互 1级的二次负荷 。 则可得导线电阻为 23 0 3 . 2 5 0 . 1 0 . 9 75dR 因铜导线 20 . 0 1 8 . /m m m ， Ll , 则其截面 20 . 0 1 8 5 0 0 . 9 2 7 80 . 9 7dLS m mR 因此，选择截面为 21.0mm 的铜导线，可满足要求。 3 校验热稳定性 - 25 - 2 2 2 21 e t d ( I K ) t ( 0 . 6 7 5 ) 1 2 0 2 5 K A S Q = 3 . 2 4 3 K A S 式中1eI为流互一次额定电流。 因此满足热稳定性要求 4 校验机械稳定性 按12 e u chI K i的条件校验机械稳定性 12 2 0 . 6 1 5 0 1 2 7 . 2 8 3 . 0 9 5e u c hI K k A i k A 校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力： 设相间距离 40a cm ，互感器瓷套帽到最近支柱绝缘子间距离 1.2Lm 则作用于瓷套帽上的机械应力为 ： 2 7 2 71 . 2111 . 7 3 1 0 1 . 7 3 3 0 9 5 1 02 2 0 . 42 . 4 8 6 0 . 6 0 . 6 7 5 0 0 4 5 0 0chxcuLFi aN F N 说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的 LCW 110 型电流互感器能满足要求。 4.7.2 110KV 侧中性点接地电流互感器 同 110KV 流互要 求相同，选型号 LCW 110 型电流互感器，也分为测量、保护，等级同上。 4.7.3 27.5KV 侧电流互感器 选择 1 最大长期工作电流可按变压器过载 1.3倍考虑： . m a x 150001 . 3 1 . 3 1 . 3 4 0 9 . 3 93 3 2 7 . 5egeeSI I AU 2 2 7 .5EU KV ， 而2 2 2 m a x,e E e gU U I I，可以初选型号为 5.27LZBJ 1 的电流互感器，继电保护采用 3级。其技术数据见表 4-14： 表 4-14 型号 额定电 压（ kV） 额定电流比（ A） 准确级次 1 秒热稳定倍数 tK 动稳定倍数 uK 1LZBJ -27.5 27.5 750/5 1/10P2 84 94 2 二次负载的计算与校验。 电流互感器二次负载统计表见表 4-15： - 26 - 表 4-15 仪表名称 二次负荷（ V.A） A相 B相 C相 电流表（ IT1-A型） 有功功率表（ ID1-W） 有功电度表（ DS1） 无功电度表 (DX1) 电流继电器 (DL-12) 总 计 3 1.5 1.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（ B相）负载为依据进行计算，取 222 5 0 . 8 2 0 .eW W V A 则可得导线电阻为： 22 0 3 . 2 5 0 . 1 0 . 5 75dR 铜导线 20 . 0 1 8 . /m m m ， Ll ,则其截面 20 . 0 1 8 5 0 1 . 5 7 90 . 5 7dLS m mR 因此，选择截 面为 22.0mm 的铜导线，可满足要求。 3 校验热稳定性 .SKA612.2QS.KA4.45731480 . 7tKI 2d222t1e ）（）（ 满足热稳定性要求 4 校验机械稳定性 按12 e u chI K i的条件校验机械稳定性 KAiKAKI chue 160.7056.93947.022 1 校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力： 设相间距离 40a cm ，互感器瓷套帽到最近支柱 绝缘子间距离 120L cm ，则作用于瓷套帽上的机械应力为 ： 2 7 2 71 . 2111 . 7 3 1 0 1 . 7 3 7 1 6 0 1 02 2 0 . 41 3 . 3 0 0 . 6 0 . 6 7 5 0 0 4 5 0 0chxcuLFi aN F N 说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的 LZBJ1-27.5 型电流互感器能满足要求。 4.8 避雷器的选取 - 27 - 1 50%击穿电压50%U是指在该电压下进行多次试验，气隙击穿概率为 50%。 110kV为 1410/1200kA； 27.5kV为 700/350kA 2 选择交流磁吹阀式避雷器 FCZ-110 型避 雷器作为主变压器中性点的避雷保护，该避雷器的参数如下表 4-16(查高电压技术附表 2.2 )： 表 4-16 型号 额定电压有效值 /KV 灭弧电压有效值 /KV 工频放电电压有效值 冲击放电电压不大于 不小于 不大于 FCZ-110 110 126 255 KV 290 KV 345 KV 3 选用 Y5W5 126/439 ZnO 避雷器作为 110kV 交流电气设备过电压保护，查高电压技术附表 2.4，参数如表 4-17： 表 4-17 型号 额定电压有效值 系统额定电压有效值 残压峰值 /KV 雷电冲击电流下不大于 操作冲击