分接式牵引变电所主接线设计

1、分接式牵引变电所主接线设计济济2010级孤济 牵引供电课程设计 彖 探牵引供电课程设计报告书题目分接式牵引变电所电气主接线的设计院/系（部）电气工程系班级方 1010-6学号姓名指导教师完成时间2013年12月20日摘要变电所是对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。在 电能是社会生产和生活质量中最为重要的能源和动力的今天，变电 所的作用是很重要的当前我国进行的输变电建设和城乡电网的建设 及改造，对未来电力工业发展有着重要的作用。在设计了的分接式牵引变电所电气主接线中，进行了变电所的变 压器容量计算，通过容量计算确定了变压器的型号，还进行了短路 计算，通过短路计算所得的参数进行了电气设备

2、选型，并进行了无 功补偿，做了防雷保护等。关键词：分接式牵引变电所主接线 电气设备3/34目录第1章课程设计目的和任务要求01.1设计目的01.2任务要求01.3任务分析及解决方案1第2章牵引变压器的选择和容量计算22.1牵引变压器的选择22.2容量计算32.3备用方式选择4第3章主接线设计73.1 llOkV侧主接线的选择73.227.5kV低压侧主接线93.3倒闸操作10第4章短路计算12第5章电气设备选择145.1断路器选择155.2隔离开关的选择175.3互感器的选择19第6章并联无功补偿216.1并联电容补偿作用216.2并联电容补偿方案及主接线216.3并联电容补偿计算23第7章防

3、雷保护257.1雷电危害257.2防雷措施26第8章设计结论27参考文献29分接式牵引变电所主接线设计3 / 34第1章 课程设计目的和任务要求1.1 设计目的本设计中最重要的设备即牵引变压器,其容量的大小关系到 能否完成国家交给的运输任务和运营成本。从安全运行和经济方 面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载,将造成其寿命缩短, 甚至烧损;反之,如果容量过大，将使变压器长期不能满载运行，从 而造成其容量浪费，损耗增加，使运营费用增大。因此，变压器的容量计算是极其必要的，要根据实际运营情况 进行仔细运算，从而确定安装容量，应用课堂学习的知识，完成 对该分接式牵引变电所主接线的设计。1.2 任务要

4、求 确定该牵引变电所髙压侧的电气主接线的形式，并分 析主变压器货110KV线路故障时运行方式的转换。 确定牵引变压器的容量、台数及接线方式。确定牵引负荷侧电气主接线的形式。 对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。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扌 用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。其设计依据如下:(1) 该分接式牵引变电所的供电电源电压为llOkV,该变电 所从系统双回输电线路上取电，电力系统不要求在UOkV侧计 费。电力系统容量为3200MVA,选取基准容量Sj为100MVA, 在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值分别为0.13;在最 小运行方式下，

5、电力系统的标幺值为0.25。(2) 该牵引变电所向接触网的供电方式为BT的供电方式，可 以提供变电所自用电，容量计算为SOOkVAo(3) 牵引变压器的额定电压为110/27.5RV,重负荷臂有效 电流和平均电流为250A和170A,重负荷壁的最大电流为 550A;轻负荷臂有效电流和平均电流为220A和145A。环境资料:本牵引变电所地区平均海拔为550m,地层以沙质粘土为主,地下水位为5.5mo该牵引变电所位于电气化铁路的中间位f所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。本变电所地区最髙温度为38 C,年平均温度21 C,年最 热月平均最髙气温为33 C,年雷暴雨日数为25天，土壤冻结 深度为1

6、.2m。1.3 任务分析及解决方案UOkV高压侧的接线方式牵引变压器作为牵引变电所的核 心设备，其接线方式的选择对主接线有着非常大的影响，其接线 形式有单相接线变压器、单相V, v接线变压器、三相YNdll接 线变压器、斯科特接线变压器等。按照课题要求，本设计采用三相YNdll接线变压器。因为三相YNdll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，价格也比较便宜。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，及电力系统 匹配方便，也可以对接触网的供电实现两边供电。而且本设计要求较为简单，是分接式牵引变电所的电气主接 线，对变压器没有特殊要求，因此按照通用经

7、济的原则选择三相 YNdll接线变压器。第2章 牵引变压器的选择和容量计算2. 1牵引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三相电变换成适合电力机车的27.5RV的单相工 频交流电。由于牵引负荷具有极度不稳定，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，故最好用三相YNdll 变压器。这种牵引变电所中装设两台三相YNdll联结牵引变压器， 分接式牵引变电所主接线设计可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。三相YNdl 1联结牵引变电所的优点是： 牵引变压器低压侧保持三相，

8、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； 三相YNdll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，及电力系统匹配方便。对接触网的供电可实现 两边供电。缺点主要是：牵引变压器容量利用率不高。当重负荷相线圈电流达到额定 值时，牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的75.6%, 引入温度系数也只能达到84%o2. 2容量计算根据题目已知条件，可知道两个供电臂：/k = 250A,/2f =220

9、/1 (2-1) 心=170礼厶“=145人(2-2) 4ax=550A (2-3)变压器计算容量为:#/34分接式牵引变电所主接线设计(2-4)(2-5)max30764.31.5=20509.5kK4(2-6)=0.9 x 27.5 x V4x250?+2202+2x170x145 = 14594.1RE4变压器的最大容量为:S阴严“2=+0.65)=0.9 x 27.5 x(2x550 + 0.65 x 220) = 30764.3kV4变压器的校核容量为:由此得出变压器的安装容量为：2x31500H4的变压器。故选择变压器平-31500/110表2-1变压器的技术参数额定电压设备额定

10、（kV） 型号容量（kVA髙低） 压压额定电流损耗（kV）（A）阻空却抗载连接方冷式压流（）(%(%)(%)高低空短压压载路电电组别6638.1410.YNd2NA058511FOSF1-315 315 11 27. 1600/000551002.3备用方式选择牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器投入, 以确保电气化铁路的正常运输。备用变压器投入的快供，将影响 4/34分接式牵引变电所主接线设计到恢复正常供电的时间，并且及采用的备用方式有关。备用方式 的选择，必须从实际的电气化铁路线路、运量、牵引变电所的规 模、选址、供电方式及外部条件（如有无公路）等因素，综合考虑 比较后确定。我

11、国的电气化铁路牵引变压器备用方式有以下两 种。移动备用采用移动变压器作为备用的方式，称为移动备用。采用移动 备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器， 正常时两台并联运行。所内设有铁路专用岔线。备用变压器安放在移动变压器车上，停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。在供电 段所辖的牵引变电所不超过5-8个的情况下，设一台移动变压 器，其额定容量应及所辖变电所中的最大牵引变压器额定容量相同。当牵引变压器需要检修时，可将移动变压器按计划调入牵引 变电所。但在牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入 约需数小时。此间，靠一台牵引变压器

12、供电往往不能保证铁路正 常运输。这种影响，在单线区段或运量小的双线区段可很快恢复 正常；但在大运量的双线区段须予以重视。可按牵引变压器一台 故障停电后由另一台单独运行，允许超载30%,并持续4小时, 而能符合计算容量（满足正常运输）的要求进行检算。采用移动备用方式，除上述影响外，还需要修建铁路专用岔 线。这将导致牵引变电所选址困难、场地面积和土方量增加，相 应加大投资。不仅如此，移动变压器车辆进厂检修时，修要把备 用变压器从车上拆卸吊下来；车辆修好出厂后，又要把备用变压 器吊上车安装好。这项工作十分麻烦和困难，非常费时费力费钱。 采用移动备用方式的优点是牵引变压器容量较省。因此，移动备 用方式

13、可用于沿线无公路区段和单线区段。依题目要求，负荷增长率为40%,因而若选择移动备用，则 计算得容量为：(+ 40%)S = 1.4 x 14594.1 = 20431.7kVA 31500kVA ,所以 满足要求。(2) 固定备用采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式，称为 固定备用。采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装 设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。每台牵引变压器容量 应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可确保铁路 正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵 活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较

14、简单。其缺点是: 增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路 运输。因此，固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。依题目要求，负荷增长率为40%,因而若选择固定备用，则 计算得容量为： (1+40%)5k = 1.4x 20509.5 = 287133kVA 2 =27.52(4-2)= iooma(4-3)X 爲=013(4-4)Znm=550A(5-8)/w =15.8MZ =3.85M(5-9)ZV=41M/=5.81M(5-10)/r = 5.812X1.36 = 45.9 UNS=21.5kV/,7=10004/_=30047jYK =16.5M/=4.77M=4

15、5KA = 5.20MI, = 5.202 xl.36 = 36.87；1； =3.85M(5-19)/iVrv=80M7；=5.81M(5-20)5.812xl.36 =45.9UNS=27.5kV(5-22)人,=1250心=300A(5-23)Ink =31.5M/=4.77M(5-24)=80MZ =5.20M(5-25)It2t = 5.202 xl.36 = 36.8 /max = 550A (5-28)KM* = 0x25x35xO6 = 7425Mn/： =3.853 (5-29)= (35x0.6)2 % 1 = 441 n Q = I2t = 5.812 x 1.36 =

16、45.9(M)25 ( 5-30)27.5kV侧电流互感器选用LCWD1-35型电流互感器，其技术数据见表5-60表5-62乙5kV电流互感器技术数据表Is热稳定电型号额定电 ffi(kV)额定电流比(A)动稳定系数流(kA)LCWD1-35351000/52.5X45455 =37.5RV J =27.5(5-31)/jY = looo/i 人皿=300A(5-32)近 KJnk =尽 2.5x45x0.6 = 150.1M 崔；=4.77M(5-33)(KJQh = (46x0.6)2 x 1 = 2025 Qk = I2t = 5.202xl.36 = 36.8(M)25 (5-34)均

17、满足条件，所以选择该型号电流互感器。第6章并联无功补偿基于单相工频交流电气化铁道牵引负荷对电力系统造成的 不良影响，即引起负序电流，引起谐波电流，以及使系统功率因 数降低等。因而在牵引变电所牵引侧设计和安装并联电容补偿装,来减少牵引负荷对电力系统造成的一系列不良影响。31 / 346.1并联电容补偿作用（1）提高功率因数。（2）吸收谐波电流，具有滤波作用。（3）改善电力系统电压质量，提髙牵引侧母线电压。（4）减少电力系统电能损失。一 FUCFUCFUCFUc图6-2并联电容补偿主接线其主接线设备有：(1)并联电容器组C。用于无功补偿，及串联电抗器匹配, 滤掉一部分谐波电流。(2)串联电抗器L。

18、用于限制断路器合闸是的涌流和分闸时 的重燃电流；及电容器组匹配，滤掉一部分谐波电流；防止并联 电容补偿装置及供电系统发生髙次谐波并联谐振；发生短路故障(例如牵引侧母线短路)时，避免电容器组通过短路点直接放电,保护电容器不受损坏；还可以抑制牵引母线瞬时电压降低为零。(3) 断路器QF。为了投切和保护并联电容补偿装置。(4) 隔离开关QSo为了在维护检查并联电容补偿装置时有 明显电点。(5) 电压互感器TV】，TV2 (或放电线圈)。为了实现电容器 组的继电保护，并联电容器组退出运行时放电。电流互感器TA】，TA2o为了实现并联电容补偿装置的电流测量和继电保护。(7) 避雷器F。作为过电压保护。(

19、8) 熔断器FUo作为单台电容器的保护。6.3并联电容补偿计算选取BWF-10.5-100-1型号的电容器，其参数如表6-1所zj o表6-1 BWF-10.5-100-1电容器参数表型号额定电压(kV)额定电流(A)额定容量(kvar)单相/三相BWF-10.5-100-110.5100/10.5100单相牵引变电所负荷平均有功功率巴PL = IavUwn cos = 170x 25 x 0.82 = 3485 KW (7-1)需补充无功容量Q1cosC(,5 一 1) = 3485 x (0.802 - 0.484) = 110% var(7-2)安装无功容量山u2=(1-%CNwmax)

20、2a = 0.88x()2 X1108 = 1309k var29(7-3)电容器组额定电压/%U29一巴亠=33.62l l15o1-1.15x0.12(7-4)串联电容器单元数(7-5)并联电容器单元数汝(7-6)m = 2- = 1309 = 3.27取 4 nQo 4x100川应受下列允许值的限制，最小值也77 - 1,Wmin = 一77-4 - = 2.6333(7-7)u-4_ 11.55其中电容器组工作电压u.29=33kV1d1-0.12max(7-8)(7-9)故障电容器端电压U =l.% = l.lxlO.5 = 11.55W最大允许值叫和訣xg底牆訂g翻(7-10)电容

21、器单元故障瞬间电压匕t/0 =1.2 V2(/C0 = 1.2x72x10.5 = 17.8/CV (7-11)电容器单元额定电容Cc() = & = = 0.003/F (7-12)2 机 co 2x3.14x50x10.52实际安装无功容量厶(Qka = ninQa = 4x4x 100 = 1600k var (7-13)第7章防雷保护雷是一种大气中的放电现象，常常损坏有线电视设备。雷击 主要有两种：直击雷和感应 雷。直击雷是带电云层和大地之间 放电造成的，可使用避雷针、避雷线和避雷网防避。感应雷是由 静电感应和雷电流产生的电磁感应两种原因引起的。感应雷约占 雷击率的90%,危害范围甚广

22、。7. 1雷电危害雷电是自然界存在的物理现象，打雷是指带正负电荷的雷云 之间或是带电荷的雷云对大地快速放电而产生的声和光。雷云之 间正负电荷放电现象，就是我们平时看到天空闪光和随之而来的 巨大隆隆声。天空打雷对现代微电子的电气设备有伤害，但对自 然界生物和净化空气十分有好处。但是天空中带电荷的雷云对大 地放电。这种强烈直击雷，不仅产生刺眼闪光和巨大雷声，而且 打雷所产生的强大雷电流(几十kA几百kA)、炽热高温 (600010000。0。猛烈冲击波，对打雷附近的人畜生命安全造 成严重威胁，使建筑房屋损坏，森林着火，石油、电力、气象、 通信、航空航天建筑设施造成严重破坏。沿着雷电流流动方向， 使

23、周围数公里空间造成强大剧变电磁场，静电场和强烈电磁辐射 等物理效应。把感应出来雷电压、雷电流通过供电线路、信号线 路和各种金属管线传到各家各户造成人员伤亡，特别对微电子设 备（计算机、电视、通信设备、电气设备等）造成严重破坏，导致 重大经济损失，打雷是年年重复发生的自然现象，根据有关方面 统计资料报告，全球每年因雷电灾害造成的损失高达数十亿美 元。我国每年因雷击造成伤亡人员达一万多人，造成的各种经济 损失也达数亿人民币。7.2防雷措施避雷器，包括电涌保护器，是用来防止雷电过电压沿线路侵 入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或防 止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰。避雷器应及保护设 备并联，且安装在被保护设备的电源侧。直击雷保护：UOkV配电装置装设避雷针或装设独立避雷 针；主变压器装设独立避雷针；屋外组合导线装设独立避雷针。雷电侵入波保护:避雷器结合进线段保护。装设阀式避雷器 是变电站对雷电过电压波进行防护的主要措施，它的保护作用主 要是限制过电压波的幅值但是为了使阀式避雷器不至及负荷过 重（流过的冲击电流过大）和有效的发挥其保护功能,还需要有”进 线段保护