城市轨道交通主降压变电所主接线方案

城市轨道交通主降压变电所主接线的设计方案城市轨道交通主降压变电所主接线的设计方案-III-城市轨道交通主降压变电所主接线的设计方案纲要城轨主降压变电所主要给牵引变电所和降压变电所供电，对地铁的正常营运拥有很重要的作用。在我国加速地铁工程建设，解决公共交通问题的背景下，研究地铁主降压变电所主接线的工程设计，拥有十分的重要意义。第一，本文研究了主变电所主接线的选择问题，依据主变电所主接线的行业共鸣分别提出了高压侧和中压侧的主接线设计方案，经过比较分析，在知足靠谱性、灵巧性和经济性的要求下确立了主接线的设计方案。其次，依据主变电所的容量要乞降变压器的发展，达成变压器台数和型号的选择。接着，将电力系统原始网络图用标幺值法变换，画出其等值电路图，并且依据方便电气设施选择和校验的原则选择短路点，进行短路容量的计算。最后，依据短路电流的计算结果和我国电气设施的发展状况，进行电气设施的选择。依据主接线确立的方案和电气设施的选择结果，利用CAD软件画出主接线图，依据国标规定、电气设施的尺寸和主变电所实质状况进行电气设施的部署，画出了平面部署图和断面图。重点词：主接线；变压器；短路容量IV-AbstractThemainsubwayStep-downSubstationmainlysupplypowertoTractionSubstationandStep-downSubstation,ithasacrucialroleforthenormaloperationofthewholesubway.Underthebackgroundofacceleratingtheconstructionofthesubwayengineeringandsolvingtheproblemofpublictransportationinourcountry,itisvitalsignificancetostudydesignofthemainwiringofthemiansubwayStep-downSubstationengineeringFirstly,thispaperstudiestheproblemofselectionofmainwiringofmainsubstation,andcomeupwiththemainwiringdesignandconductacomparativeanalysis.Undertherequirementofreliability,flexibilityandeconomytodeterminethedesignschemeofthemainwiring.Secondly,accordingtodesignrequirementsofthemaintransformer’scapacity,completedtheselectionofthetransformer.Then,basedontheequivalentnetworksimplification,selectionandcalculationofshort-circuitpointshort-circuitcapacity.Finally,accordingtotheshort-circuitcurrentcalculationresultsandthedevelopmentofelectricalequipmentofourcountry,tocompleteelectricalequipmentselectionandlayout.TheprogramestablishedundermainwiringandelectricalequipmentselectionresultsusingtheCADsoftwaretodrawthemainwiringdiagram,accordingtothenationalstandard,electricalequipmentsizeandtheactualsituationofthemainsubstationelectricalequipmentlayout,drawafloorplanandsectionalview.KeyWords:Themainwiring,Transformers,Short-circuitcapacity

目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc359407633"纲要PAGEREF_Toc359407633\hIHYPERLINK\l"_Toc359407634"AbstractPAGEREF_Toc359407634\hIIHYPERLINK\l"_Toc359407635"目录PAGEREF_Toc359407635\hIIIHYPERLINK\l"_Toc359407636"1绪论PAGEREF_Toc359407636\h1HYPERLINK\l"_Toc359407637"1.1工程背景PAGEREF_Toc359407637\h1HYPERLINK\l"_Toc359407638"1.2设计原则和依据PAGEREF_Toc359407638\h1HYPERLINK\l"_Toc359407639"1.3设计内容PAGEREF_Toc359407639\h2HYPERLINK\l"_Toc359407640"2电气主接线的方案确立PAGEREF_Toc359407640\h3HYPERLINK\l"_Toc359407641"2.1电气主接线设计的原则PAGEREF_Toc359407641\h3HYPERLINK\l"_Toc359407642"2.2主接线的设计PAGEREF_Toc359407642\h3HYPERLINK\l"_Toc359407643"2.2.1高压侧主接线PAGEREF_Toc359407643\h3HYPERLINK\l"_Toc359407644"2.2.2中压侧主接线PAGEREF_Toc359407644\h5HYPERLINK\l"_Toc359407645"2.2.3动力照明系统主接线的设计PAGEREF_Toc359407645\h6HYPERLINK\l"_Toc359407646"3变压器的选择PAGEREF_Toc359407646\h7HYPERLINK\l"_Toc359407647"3.1主变压器的选择PAGEREF_Toc359407647\h7HYPERLINK\l"_Toc359407648"3.2动力照明系统变压器的选择PAGEREF_Toc359407648\h9HYPERLINK\l"_Toc359407649"4短路电流的计算PAGEREF_Toc359407649\h10HYPERLINK\l"_Toc359407650"4.1短路电流计算方法PAGEREF_Toc359407650\h10HYPERLINK\l"_Toc359407651"4.2短路电流的详尽计算PAGEREF_Toc359407651\h10HYPERLINK\l"_Toc359407652"5电气设施选择及其部署PAGEREF_Toc359407652\h15HYPERLINK\l"_Toc359407653"5.1110kV侧电气设施的选择及校验PAGEREF_Toc359407653\h15HYPERLINK\l"_Toc359407654"5.1.1断路器和隔走开关的选择及校验PAGEREF_Toc359407654\h15HYPERLINK\l"_Toc359407655"5.1.2互感器的选择PAGEREF_Toc359407655\h18HYPERLINK\l"_Toc359407656"5.235kV侧电气设施的选择PAGEREF_Toc359407656\h19HYPERLINK\l"_Toc359407657"5.310kV侧电气设施的选择PAGEREF_Toc359407657\h20HYPERLINK\l"_Toc359407658"5.4电气设施的部署PAGEREF_Toc359407658\h21HYPERLINK\l"_Toc359407659"结论PAGEREF_Toc359407659\h22HYPERLINK\l"_Toc359407660"道谢PAGEREF_Toc359407660\h23HYPERLINK\l"_Toc359407661"参照文件PAGEREF_Toc359407661\h24HYPERLINK\l"_Toc359407662"附录A主要元件清单PAGEREF_Toc359407662\h25HYPERLINK\l"_Toc359407663"附录B主接线图PAGEREF_Toc359407663\h26HYPERLINK\l"_Toc359407664"附录C平面部署图和断面图PAGEREF_Toc359407664\h271PAGE\*ArabicDash\*MERGEFORMAT27

1绪论1.1工程背景本设计为地铁二号线静安寺主变电所主接线的设计。地铁二号线一期工程外面电源方案为集中式供电，设2座110kV主变电所。中压网络采纳独立的35kV牵引供电网络以及独立的10kV动力照明供电网络。全线设7座牵引变电所。地铁二号线一期工程设置的2座主变电所分别设于中央公园和静安寺。每座主变电所均从地区变电所引入两路靠谱的110kV电源，静安寺主变电所的两路电源引自华山地区变电所的两段母线，距离为3km。地铁主降压变电所主要给牵引变电所和降压变电所供电，牵引系统和动力照明系统的负荷统计如表1.1所示。表1.1主变电所符合统计表所名远期最大负荷COSθ回路数重要负荷百分数(%)中山公园2745kW0.9296静安寺2790kW0.9296人民公园2730kW0.91196陆家嘴2852kW0.92196东方路2898kW0.9296中央公园2700kW0.996泊车场2844kW0.996动力照明系统8190kW0.912881.2设计原则和依据本次设计圆满依据主变电所主接线设计的原则和设计依据。变电所主接线设计的原则和设计依据归纳起来有下述几个方面。(1)设计的原则主接线设计必然贯彻履行国家有关工程建设的法律和政策，应符合现行的国家标准和设计规范。(2)设计的依据经有关部门正式赞成的设计任务书是初步设计的主要依据；经过有关部门审察赞成的初步设计文件和改正建议以及建设单位的增补要求是平面部署图、断面图设计的依据。中华人民共和国现行主要标准及法例：(1)《35-110kV变电所设计规范》GB50059-92；(2)《35-110kV高压配电装置设计规范》GB50060-92；(3)《供配电系统设计规范》GB50052-95。1.3设计内容以地铁供电工程设计为基础，达成一次主电路设计，进行有关的容量计算和高压电气设施的选择，并达成主接线图的设计和方案比较工作。主要设计任务：(1)确立主接线方案；(2)确立主降压变电所的设计容量；(3)进行有关负荷计算及短路容量计算；(4)110kV、35kV、10kV侧主变电所的主要设施选择；(5)绘制主接线电路图，平面部署图，断面图。

2电气主接线的方案确立2.1电气主接线设计的原则电气主接线是构成电力系统的重要环节,也是主降压变电所设计的首要任务。变电所运转的靠谱性、灵巧性和经济性与主接线的方案亲密有关[1]。靠谱性供电靠谱性的客观权衡标准是运转实践，评估某个主接线图的靠谱性时，应充分考虑长久运转经验。我国现行设计规程中的各项规定就是对运转实践经验的总结，设计时应予以依据。灵巧性电气主接线不只在正常运转状况下能依据调动的要求灵巧的改变运转方式，达到调动的目的，并且在各样事故或设施检修时，能赶快的推出设施、切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，并在检修设施时能保证检修人员的安全。经济性主接线在保证安全靠谱、操作灵巧方便的基础上还应使投资和年运转开销最小，使占地面积最少，使变电站赶快的发挥经济效益。2.2主接线的设计主变电所的电气主接线可以从高压侧和中压侧两个方面来描绘[4]。2.2.1高压侧主接线A方案采纳线路-变压器接线方式，如图2.1所示。图2.1线路-变压器组接线方式线路-变压器组接线是最简单的主接线方式。在正常运转方式下，两条线路各带一台主变压器；当进线线路故障时，经过地区变电所出线断路器的跳闸来除去故障。系统接线简单，主接线运转的靠谱性和经济性高，有益于实现主变电所的无人化和自动化[2]。B方案采纳内桥形接线方式，如图2.2所示。图2.2內桥形接线内桥形接线是变电所最常用的主接线形式。其特色是高压侧的断路器数目较少；线路故障操作简单；接线清楚。平常桥断路器分闸，相当于线路-变压器组接线，两条线路各带1台主变压器。当输电线路发生故障时，只需断开故障线路的断路器就能切除故障而不会影响到其余回路正常运转；当变压器发生故障时，需要断开与其相连的两台断路器，这样就对未故障线路的正常运转造成了影响[3]。可是跟着主变压器质量的提升，各厂家生产的变压器都变为了免保护式的。因为主变压器的运转靠谱性高并且也不需要常常的切换，所以在主变压器容量不可以知足N-1要求的状况下，主降压变电所采纳内桥形接线形式可以提升系统供电的靠谱性。结论：比较而言，线路-变压器组接线受地区变电所故障的影响比较显然。在地铁主降压变电所的设计中，依据两个电源都来自于同一个地区变电所的状况，主接线一般采纳线路-变压器组接线形式。直接从地区变电所的两个母线引入110kV进线，当一个母线故障时，可经过改正地区变电所的运转方式接入不同样母线，对主变压器的正常运转没有影响。依据地铁主降压变电所的设计原则：当一台主变压器退出运转时，由另一台主变压器肩负主降压变电所供电地区内的所有一、二级负荷；当一路电源故障时，由另一路电源给主变电所供电；当进线线路故障致使一台变压器停电运转时，需要合闸环网的母联开关以保证地铁的供电[4]。所以，线路-变压器组接线的进线电缆容量只需要考虑一台主变压器的额定容量，而内桥形接线的进线容量需要依据两台主变压器的额定容量。从投资角度来看，线路-变压器组接线方式不只节俭了设施投资，还节俭了电缆的投资，其经济性好。由地铁供电系统运转方式的要求可以判断，正常状况下主变压器可以看作低负载率，所以高压侧主接线采纳线路-变压器组接线方式。2.2.2中压侧主接线城轨主降压变电所中压侧采纳单母线分段接线作为主要的型式，如图2.3所示。图2.3单母线分段接线单母线分段接线就是用断路器将一段母线分为两段。正常状况下，两段母线排列运转，牵引变电所和动力照明系统可以从不同样母线获得中压电源；当主变电所一段中压母线失电时，另一段中压母线可以快速恢复对牵引变电所和动力照明系统的供电。当一路高压进线或一台变压器退出后，经过中压母线分段开关快速合闸，由另一台主变压器肩负本主变电所范围内的所有一、二级负荷，依据供电负荷改动状况，决定能否切除三级负荷。当一段中压母线故障时，该段母线上的进线开关分闸，同时该段母线上馈线所接的第一级牵引变电所或动力照明系统进线开关也应失压跳闸；依据中压供电网络运转方式，由主变电所的另一段中压母线连续供电。2.2.3动力照明系统主接线的设计经过对上述主变电所电气主接线方案的分析，总动力照明系统主接线高压侧也采纳线路变压器组接线方案，低压侧采纳单母线分段接线方案。主接线图如附录B所示。

3变压器的选择3.1主变压器的选择主变压器台数确实定：当前，国内城市轨道交通主变电所均设置两台主变压器，互为备用。正常状况下，两台变压器并列运转，各负担约50%的用电负荷。主变压器容量确实定：主变压器容量确实定不只需依据主降压变电所建成后5~10年规划负荷，还要考虑到远期负荷的发展。关于地铁主降压变电所，主变压器容量确实定还应当与地铁的规划和供电网络的资源共享联合起来，为知足将来地铁交通的发展要求我们选择大容量的变压器[5]。主变电所容量确实定：(3.1)式中，为同时系数，取0.9；为线损率，取5%。所以，由表1.1数据代入式3.1可得：主变压器容量确实定：主降压变电所的随意一台变压器退出运转时，另一台变压器必然要保证所有负荷的60%，即单台变压器运转时，要可以保证全线一级和二级负荷的供电。由表1.1可以计算出，一、二级负荷为28.62MVA。所以变压器的容量最少为28.62MVA。变压器种类确实定：相数确实定：当前，变压器的相数有单相和三相两种形式。依据规程，在不受运输条件的限制的状况下，330kV及以下的变电所均采纳三相变压器。所以待建主降压变电所采纳三相变压器。绕组形式确实定：绕组主要有双绕组和三绕组两种形式。而我国城市轨道交通主变压器一般采纳双绕组变压器，所以主降压变电所也采纳双绕组变压器。一般型和自耦型确实定：自耦变压器是一种多绕组的变压器，它的特色是此中两个绕组不只有电磁联系还有电联系。当用自耦变压器来联系两种电压网络时，此中一部分传输功率可以经过电磁联系，另一部分则可以经过电来联系。因为自耦变压器的经济效益比一般变压器显然，并且自耦变压器取代一般变压器已经成为变压器发展的趋向。所以主降压变电所采纳自耦变压器。中性点的接地方式确实定：依据规程：变压器110kV～500kV侧中性点必然要经小阻抗接地或直接接地；变压器6kV～63kV侧中性点不接地。所以主变压器的高压侧采纳中性点直接接地方式，低压侧采纳中性点不接地方式。主变压器电压调整方式确实定：主变分接头应依据电网电压水平选择，依据《电力系统电压质量与无功电力管理规定》，110kV电源最高电压取110(1+0.07)kV，最低电压取110(1-0.03)kV，35kV系统其供电电压正负误差绝对值之和不超出标称电压的10%，10kV母线电压合理范围为10.0kV～10.7kV[6]。为保证中压母线电压在合格范围内，本设计采纳有载调压变压器，其分接头地点则依据城网的潮流计算来确立。主变压器的选择结果：依据以上计算和分析结果，查有关变压器型号手册所选主变压器的型号为：SFZL7-31500/110。其主要技术参数如表3.1所示。项目数据额定容量31500kVA额定电压高压110±8×1.25%kV低压38.5kV连结组别YN,d11空载耗资59.7kW短路耗资260kW阻抗电压10.5%表3.1SFZL7-31500/110的主要技术参数3.2动力照明系统变压器的选择依据上述变压器的选择方式，动力照明系统选择两台变压器，其型号为：SFZ7-12500/35，主要技术参数如表3.2所示。项目数据额定容量12500kVA额定电压高压35±3×2.5%kV低压10.5kV连结组别YN,d11空载耗资17.1kW短路耗资66kW阻抗电压7.5%表3.2SFZ7-12500/35的主要技术参数

4短路电流的计算4.1短路电流计算方法在三相电力系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小，可是三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重[7]。为了使电力系统中的电气设施在最严重的短路状态下也能靠谱工作，所以在短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号K表示。在电力系统原始网络图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件挨次编号，此后确立短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大的短路电流经过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，因为将电力系统作为无量大容量电源，短路电路也比较简单，所以一般只需采纳阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，再换算成计算电抗，依据计算曲线查出短路电流标幺值，再换算成出名值。4.2短路电流的详尽计算在本次设计中，为了方便电气设施的选择和校验，采纳的短路点为110kV侧进线，35kV母线和10kV母线。电力系统的原始网络图如图4.1所示。图4.1电力系统原始网络图计算各元器件基准电抗标幺值，画出等效电路图采纳基准容量为100MVA。基准电压为：基准电流为：线路电抗标幺值为：变压器电抗标幺值为：所以电力系统原始网络的等值电路图如图4.2所示。图4.2原始网络等值电路图计算110kV侧的短路电流和短路容量短路电流(4.1)冲击电流(4.2)短路电流最大有效值(4.3)短路容量(4.4)依据以上公式，代入数据可得：计算35kV侧的短路电流和短路容量在最大运转方式下在最小运转方式下计算10kV侧的短路电流和短路容量在最大运转方式下在最小运转方式下

5电气设施选择及其部署5.1110kV侧电气设施的选择及校验5.1.1断路器和隔走开关的选择及校验高压断路器的选择，除知足各项技术条件和环境条件外，还应试虑到要便于安装调试和运转保护，并且经过经济技术方面都比较后才能确立[8]。依据我国高压断路器的生产状况，电压等级在10kV～220kV的电网一般采纳SF6断路器。高压断路器选择的技术条件以下：额定电压选择：(5.1)额定电流选择：(5.2)额定开断电流选择：(5.3)额定关合电流选择：(5.4)热坚固校验：(5.5)隔走开关的选择，因为没有灭弧装置，隔走开关不可以用来接通和开断负荷电流及短路电流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔走开关的额定电压、额定电流选择和热坚固、动坚固校验项目与断路器同样。高压断路器的选择流过断路器的最大连续工作电流：技术条件为：依据以上条件查手册，选择的知足要求的高压断路器的型号为：LW—110Ⅰ/2500，技术参数如表5.1所示。技术参数数据额定电压110kV额定电流2500A额定开断电流31.5kA动坚固电流125kA3s热坚固电流50kA固有分闸时间0.04s表5.1LW—110Ⅰ/2500技术参数热坚固校验：设后备保护动作时间为1.9s，断路器的固有分闸时间为0.04s，选择熄弧时间为0.03s。则短路连续的时间t=1.9+0.04+0.03=1.97s。短路连续时间大于1s，所以非周期重量忽视不计。短路热效应为：赞成热效应为：所以，即知足热坚固校验。动坚固校验：依据表5.1数据，ies=125kA。由110kV侧短路电流计算结果，ish=31.8kA。所以，即知足动坚固校验。隔走开关的选择依据以上条件查手册，选择的知足要求的隔走开关的型号为GW5—110Ⅱ/630，其技术参数如表5.2所示。技术参数数据额定电压110kV额定电流2500A动坚固电流125kA4s热坚固电流50kA表5.2GW5—110Ⅱ/630技术参数表热坚固校验：所以，即知足热坚固校验。动坚固校验：依据表5.2数据，ies=50kA。由110kV侧短路电流计算结果，ish=31.8kA。所以，即知足动坚固校验。5.1.2互感器的选择电流互感器的选择电流互感器的额定电压UN不得低于其安装回路的电网额定电压UNs，即：(5.6)所以电流互感器的额定电压为。电流互感器的额定电流IN1不得低于其所在回路的最大连续工作电流Imax，即：(5.7)所以电流互感器的额定电流为。为了保证电流互感器的正确级，Imax应尽可能凑近IN1[9]。依据以上条件，选择知足要求的电流互感器的型号为LCWD－110－(50~100)～(300~600)/5，其技术参数如表5.3所示。技术参数数据额定电压110kV额定电流比(50~100)～(300~600)/5A级次组合D/11s热坚固倍数75表5.3LCWD－110－(50~100)～(300~600)/5技术参数电压互感器的选择一次电压U1：二次电压U2为100V。选择知足要求的电压互感器的型号为JCC－110，其技术参数如表5.4所示。技术参数数据额定变比110000/1001级额定容量500VA3级额定容量1000VA最大容量2000VA表5.4JCC－110技术参数5.235kV侧电气设施的选择主变电所一般选择金属铠装关闭式开关柜[10]，其选择过程以下。最大连续工作电流：技术条件为：依据以上条件，选择知足要求的开关柜型号为KYN37A-40.5，其技术参数如表5.5所示。定制知足要求的PT柜型号为SIVACON8PT/35，其技术参数如表5.6所示。技术参数数据额定电压40.5kV额定电流630A额定开断电流25kA额定关合电流63kA额定动坚固电流63kA4s热坚固电流25kA外形尺寸1200mm1800mm2600mm防备等级IP20表5.5KYN37A-40.5技术参数表技术参数数据额定电压35kV额定电流2500A额定关合电流50kA外形尺寸1200mm1800mm2600mm防备等级IP40表5.6SIVACON8PT/35技术参数表5.310kV侧电气设施的选择10kV开关柜也选择金属铠装关闭式开关柜，其选择过程以下。最大连续工作电流：技术条件为：依据以上条件，选择知足要求的开关柜型号为KYN28A-12，其技术参数如表5.7所示。定制知足要求的PT柜型号为SIVACON8PT/10，其技术参数如表5.8所示。技术参数数据额定电压10kV额定电流630A额定开断电流20kA额定关合电流50kA额定动坚固电流50kA4s热坚固电流20kA外形尺寸800mm1500mm2363mm防备等级IP2X表5.7KYN28A-12技术参数表技术参数数据额定电压10kV额定电流2500A额定关合电流50kA外形尺寸800mm1500mm2363mm防备等级IP40表5.8SIVACON8PT/10技术参数表5.4电气设施的部署110kV配电装置一般采纳屋外配电装置，屋外型的配电装置有中型、半高型和高型三种形式[10]。因为中型部署拥有部署比较清楚，运转靠谱，构架高度较低，施工和维修都比较方便，所用钢材较少，造价低，抗震性能较好的特色，所以采纳一般中型配电装置的部署方式[11]。而35kV和10kV的配电装置一般采纳双层屋内成套的配电装置，即用成套供给高压开关柜。依据国标和实质控制楼的建筑面积，高压开关柜采纳单列独立式部署。平面部署图和断面图如附录C所示。

结论本文的主要从地铁主降压变电所主接线设计的四个主要问题下手，详尽分析了主接线的构成和功能，联合实质工程事例给出了圆满的设计方案。总的来说，本文在地铁主降压变电所主接线的工程设计研究中达成了以下工作：(1)主降压变电所主接线的商讨与分析。从高压侧和中压侧两个方面给出了地铁主接线设计方案，进行详尽的比较分析，确立主接线方案并达成主接线图的绘制。(2)主降压变电所变压器的选择。依据地铁主变电所的特色以及地铁主变电所设计的行业共鸣，联合我国