某牵引变电所供变电工程设计

课程设计题目 某牵引变电所供变电工程设计专业电气工程及其自动化班 级2010级电气三班学 号 20102451姓 名"白龙雷指导教师厕军电气工程学院课程设计任务书学生姓名白龙雷学生专业发题日期课程名称设计题目电气工程及其自动化

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学生班级完成日期201024512010级电气三班—年月日学生姓名白龙雷学生专业发题日期课程名称设计题目电气工程及其自动化

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学生班级完成日期201024512010级电气三班—年月日一次系统课程设计指导教师某线A变电所一次系统设计周利军课程设计主要目的：掌握变电所主接线设计方法，掌握高压设备选型、校验的方法。课程设计任务要求：(包括原始数据、技术参数、设计条件、设计要求等)设计初始条件：采用VX接线设计A变电所一次系统主接线图根据参数计算变压器、开关等主要设备的额定容量对所选设备进行校验客车最高速度200km/h，动车组的旅速按采用VX接线设计A变电所一次系统主接线图根据参数计算变压器、开关等主要设备的额定容量对所选设备进行校验供电臂长度(km)机车带电平均电流(A)正常运行紧密运行供电臂平均电流(A)供电臂有效电流(A)馈线有效电流(A)供电臂短时最大电流(A)馈线短时最大电流(A)供电臂瞬时最大电流(A)馈线瞬时最大电流(A)23.5177.33270.29338.16196.61/197.931134.01567.69/566.291256.68692.12/687.1821165.88214.69277.59206.63/117.39921.21517.17/378.211055.33633/540.43对于120km/h的货运机车，直区旅速按90km/h考虑。对于80km/h的货运机车，直区旅速按60km/h考虑。根据供电专设提供如下技术参数：设计要求：设计变电所一次部分，通过计算确定主要高压设备的技术参数。课程设计主要任务:1.2.3.课程设计进度安排：(共8周)序号内容安排时间第—章设计变电所主接线1周第匚章计算变压器、开关等主要设备的额定容量3周第9三章查找技术资料，确定设备型号2周第9四章设备选型校验1周第9五章撰写课程设计报告1周课程设计参考文献：[1]贺威俊，轨道交通供变电技术，成都：西南交通大学出版社，2010指导教

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核签字注：1、发题日期为每学期第9周周一，完成日期根据实际情况填写(一般不超过进度安摘要本次课程设计是对铁路供电系统的重要组成部---牵引变电所进行设计，牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变化成适合电力机车使用的电能。而电气主接线反映牵引变电所设施的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数以及在电气上是如何连接的，高压侧有几回进线、几台牵引变压器，有几回接触网馈电线。通过电气主接线可以了解牵引变电所等设施的规模大小、设备情况。本文的主要设计内容包括：1、 根据负荷情况确定变压器的容量并进行容量校验2、 根据实际工程需要与国家技术规范确定主接线形式3、 根据计算结果选择和校验开关等高压设备4、 绘制变电所主接线图。目录一、题目分析 错误！未定义书签。1.1题目分析及方案的确定 错误！未定义书签。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.2设计原则与规范 2\o"CurrentDocument"二、变电所一次系统设计步骤 3\o"CurrentDocument"（一） 牵引变压器容量计算及校验 3\o"CurrentDocument"2.1.1单相VX结线牵引变电所简介 3\o"CurrentDocument"2.1.2主变压器容量计算及校验 4\o"CurrentDocument"（二） 牵引变电所的电气主接线设计 6\o"CurrentDocument"2.2.1牵引变电所110kV侧主接线设计 6\o"CurrentDocument"2.2.2牵引变电所馈线侧主接线设计 7（三） 牵引变电所的电气主接线设计 9\o"CurrentDocument"（四） 开关设备的选择及校验 9\o"CurrentDocument"2.4.1断路器的选择及校验 9\o"CurrentDocument"2.4.2隔离开关的选择及校验 13\o"CurrentDocument"三、 课程设计收获及体会 14一、题目分析1.1题目分析及方案确定本课程设计的主要内容是对牵引变电所进行设计，牵引变电所A变压器采用YN,d11接线，通过对计算容量、校核容量安装容量等的计算，选择变压器的类型。为了保证电力牵引列车的正常运行，牵引供电系统的设计，必须进行电压损失计算。而电能损失的计算为采取措施减少牵引供电系统电能损失提供了条件。本次课程设计重点在于对牵引变压器容量的计算、运行技术指标的计算，牵引变电所电压不平衡度计算，短路电流的计算；牵引变压器的选择，开关及导线的选择，电压、电流互感器的选择；防雷接地设计电气主接线的设计等。分析需要设计的牵引变电所的原始资料；在熟悉原始资料的基础上进行计算，计算的内容包括以下几个方面：a） 变压器容量的计算；b） 过负荷能力的计算；c） 各种电能指标的计算；选择牵引变压器（考虑一定的过负荷能力）；计算变压器的运行指标，确定电压不平衡度；对各种高压电气设备进行选型和校验。高压设备包括：a） 高压断路器b） 高压隔离开关c） 高压互感器等；对各种辅助设备进行选型和校验，辅助设备包括：a） 各种导线b） 穿墙套管等；对变电所进行一次技术和经济的评估；绘制变电所接线图，包括牵引变电所的整个的主接线图和它的俯视图；列出所需设备清单。1.2设计原则与规范供变电系统设计：牵引变电所的很不地点要符合战备需要，方便运行管理，并考虑职工生活条件。近期设计年度牵引变压器计算容量对应的运量为调查运量，远期设计年度牵引变压器计算容量对应的运量为过江要求的年输送能力。牵引变压器大修、故障备用方式，一般采用移动备用。移动变压器装在60吨平板车上，可沿铁路岔线进入牵引变电所。在岔线修建很困难的特殊情况下，采用固定备用。接触网电压水平，最高值按29kV计算，最低值按短时不低于20kV计算，以便留有一定裕度。为了确保线路所需要的通过能力，要力求避免限制区间位于供电臂（供电分区）的末端。电气主结线设计：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部门的技术政策、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。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方案密切相关，应通过供电系统计算进行全面的综合技术经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。根据供电系统计算结果提供的各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其系统联系等和电气化铁道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。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。应作为设计的重要原则之一，按具体情况深入分析研究和考虑。二、变电所一次系统设计步骤（一）牵引变压器容量计算及校验2.1.1单相VX结线牵引变电所简介1.A变电所采用单相V,X结线，其原理图如下V/X接线V/X指三相的单相变AT变压器。由两台用于AT供电的单相变压器组合而成，其接线原理如图所示。V/X接线牵引变压器是电气化铁路用于AT供电方式的变压器，目前主要用于高速铁路或客运专线。V-X接线牵引变压器是3绕组变压器，每相有2个次边绕组，次边绕组的匝数是V/V接线牵引变压器的2倍。V/X变压器与V/V变压器结构相近，相当于两台VV变压器。高压为一个绕组，低压分为T和F绕组，两个绕组中间接地，当两个这样的单相变压器组合到一起时，就成了V/X接线。V-X接线牵引变压器次边绕组中，连接接触网的次边绕组是T绕组，接正馈线的次边绕组是F绕组。V-X接线是将V/V接线和AT方式纯单相接线的技术进行整合，设计和制造方面比斯科特、十字交叉接线都要简单。2.单相VX结线牵引变电所的优缺点是：优点：容量利用率为100%，可以供给所内及地区三相负荷，对牵引网可以实现双边供电。缺点：一台牵引变压器故障时，另一台进行跨相供电，中间需要一个倒闸过程。应用：AT方式VX接线110/2X27.5kV这种新型的V系列牵引变压器已经首次于2005年4月在准(格尔)东(胜)线地方铁路周家湾至西营子段铁路电气化工程福兴城牵引变电所投入运行；2007年3月，第二个采用VX接线牵引变压器的朔黄铁路龙宫牵引变电所也投入了运行，京沪高铁设计中也是采用的这种方式。V/X牵引变压器目前国内都是用四台单相变拼的，用单相变的参数即可。在所有能用于AT供电方式的变压器中，这种类型的变压器结构相对简单，可靠性高，对系统的负序影响和Vv变压器一样,无论在110kV和220kV系统中均可采用。2.1.2主变压器容量计算及校验主变压器近期计算容量正常负荷运行状态下：上下供电臂电流七=338.16A,、=277.59A，额定网压U=27.5kV，不考虑地区负荷容量。S=2*UI=2x27.5x338.16=18598.80伙VA)Sb=2*UIb=2x27.5x277.59=15267.46QVA)同理，紧密运行状态下：上下供电臂电流I=1134.01A,I=921.21A，额定网压U=27.5kV，不考虑地区负荷容&a Eb量。S=2*UI=2x27.5X1134.01=62370.56(kVA)Sb=2*UI^=2x27.5x921.21=50666.56(kVA)电气化铁道中、远期运量估计：为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量，假设中期牵引符合增长为30%，且不考虑地区负荷容量。正常负荷运行状态下：S=(1+30%)*2*UI=1.3x2x9299.4=24178.44(kVA)Sb=(1+30%)*2*UIb=1.3X2X7633.73=19856.7(kVA)紧密运行状态下：S=(1+30%)*2*UI=1.3x2x31185.28=81081.72(kVA)Sb=(1+30%)*2*UIb=1.3x2x25333.28=65866.52(kVA)主变压器校核容量的确定⑴近期运量计算：VX接线的变压器最大负荷为S =2*UI =2X27.5X1134.01=62370.56(kVA)Sb =2*UI. =2x27.5x921.21=50666.56(kVA)在最大容量的基础之上，再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量，就可以得到校核容量，即%"K式中，K为牵引变压器过负荷倍数，取K=1.5即按事故超载50%允许两小时计算，得变压器校核容量S校=S /K=62370.56/1.5=41580.37(kVA)S『=S. /K=50666.56/1.5=33777.71(kVA)S校=41580.37kVA高于正常运行时计算容量S=24178.44kVAS^校=33777.71(kVA)也高于正常运行时计算容量S.=19856.7kVA则根据事故超载50%允许两小时计算容量来确定变压器的容量及选型，可选用4X25000kVA变压器。⑵如考虑中、远期运量，进行以上同样的计算：

考虑设计对象为主要干线，按事故超载50%允许两小时计算，得变电所容量S校=S /K=81081.72/1.5=54054.48(kVA)气校=Sb /K=65866.52/1.5=43911.01(kVA)S校=54054.48kVA高于正常运行时计算容量S=24178.44kVASb校=43911.01kVA也高于正常运行时计算容量Sb=19856.7kVA故，经过以上计算，多种情况综合考虑，应选用容量为4x31500kVA的变压器。牵引变电所的电气主接线设计牵引变电所的电气主接线分为三个部分来分别设计：110KV侧的主接线、牵引侧的主接线、单相V-X直接供电方式变压器接线2.2.1牵引变电所110kV侧主接线设计单相v-x牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器，因有系统功率穿越，属通过\-.®3-1内桥接线\-.®3-1内桥接线图3-2外桥接线式变电.所，所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。图3-1为内桥接线，连接在靠近变压器侧，其适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图3-2为外桥接线，连接在靠近线路侧，其适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切除。为了配合三相V-X牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。2.2.2牵引变电所馈线侧主接线设计由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV侧馈线的接线方式一般有下列三种：1.馈线断路器100%备用的接线引母线不同如图3-3所示。这种接线当工作断路器需检修时，此种接线用于单线区段，牵的场合。即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。""相母线h相母线送左野上行送左皆下行送右骨匕行送右崔下行图3-3馈线断路器100%备用2.馈线断路器50%备用的接线如图3-4所示。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。

左憎匕行左糟F行右檀下行右嗯上行左憎匕行左糟F行右檀下行右嗯上行H相母线h相母线图3-4馈线断路器50%备用带旁路母线和旁路断路器的接线如图3-5所示。一般每2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合，以减少备用断路器的数量。图3-5带有旁路母线和旁路断路器的接线考虑到牵引变压器类型为三相V-X,为了提高供电的可靠性，保障断路器转换的操作方便，牵引变电所27.5kV侧馈线断路器采用100%备用的接线。

（三）绘制电气主结线图电气主接线如图所示。苴用屯 1耽y苴用屯 1耽y（四）开关设备的选择及校验2.4.1断路器的选择及校验对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用地点和负荷种类及特点选择断路器的类型和型号、即户内或户外式，以及灭弧介质的种类，并能满足下列条断路器的额定电压，应不低于电网的工作电压，即

式中Ue、Ug——分别为制造厂给出的短路器额定电压和网络的工作电压，伏或千伏。断路器的额定电流。，应不小于电路中的最大长期负荷电流，即1-匕式中Ig——断路器的最大长期负荷电流，安或千安。根据断路器的断路能力，即按照制造厂给定的额定切断电流I以、或额定断路容量S配选择断路器切断短路电流（或短路功率）的能力。为此，应使额定切断电流Ieq不小于断路器灭弧触头刚分离瞬间电路内短路电流的有效值I，或在一定工作电压下应使断路dt容量Sed不小于短路功率St。即/Idt或S=^3U-1k>St （三相系统）式中，Idt——短路后t秒短路电流有效值（周期分量），对快速断路器，取1出=I”，t<0.1s.Sdt——短路后t秒短路功率，对快速熔断器5出=Sd。对于牵引系统，牵引网电压为27.5千伏，当采用三相35千伏系列的断路器时，断路器容量需按下式换算：S'=275-S=0.78Sed 35 ed ed式中，S，ed——35千伏断路器用在27.5千伏系统中的三相断路容量。牵引网馈电线用单相断路器，按额定断路容量选择时应满足的条件为（/绍不变）：S（2）=27.5•I>S（2）ed eqdt式中，S⑵、S⑵——分别为单相断路器的额定断路容量和单相牵引网中短路后t秒的短eddt路功率。为了求得短路电流有效值/dt，必须确定切断短路的计算时间tjs，即从短路发生到灭弧触头分开时为止的全部时间，它等于继电保护动作时间匕和断路器固有动作时间ts之和，故t=tb+1。在设计和电气设备选择中，由实际选择的保护装置与断路器型号，可得到tb和t^的实际值，但如无此数据时，一般可按下述情况选取。对快速动作的断路器，取t^=0.05s，而对于非快速动作的断路器，ts=0.1□0.15s；对于继电保护，应按具有最小动作时间的速断主保护作为动作时间，即气=0.05s，因此，对于快速动作的断路器，切断短路的计算时间七=0.05□0.1s，对于非快速动作的断路器，t^=0.15□0.2s。可知，短路发生后七>0.1s，因短路电流的非周期分量已接近衰减完毕，此时短路电流即为短路周期分量电流的有效值。当t<0.1s时，则须计入短路电流的周期分量。js校验短路电流通过时的机械稳定性在短路电流作用下，对断路器将产生较大的机械应力，为此，制造厂给出了能保证机械稳定性的极限通过电流瞬时值if，即在此电流通过下不致引起触头熔接或由于机械应力而产生任何机械变形。因而，应使i>i（3）式中，if,ih）——分别为断路器的极限通过电流或断路器安装处的三相短路冲击电流（幅值）。校验短路时的热稳定性短路电流通过时断路器的热稳定性，由制造厂家给出的在t秒（t分别为4、5或10秒）内允许通过的人稳定电流If来表征，即在给定的时间t内，I通过断路器时，其各部分的发热温度不超过规定的短路最大容许发热温度。因此，短路电流Id通过断路器时，其热稳定条件为：I2-1>Qd式中，1—为制造厂家规定的t秒热稳定电流。Qd——短路电流发热效应。Qd=Q^+Qfi根据断路器的工作环境，电网电压等级，线路工作电流和短路次暂态电流有效值，初步选择断路器型号为：SW4-110/1000。断路器参数如下：U=110Kv，I=1000A，I=18.4KA，i=55KA，121=212x5=2205kWn n ek ek ek断路器固有分闸时间0.06s校验标准，热稳定：设馈线上过电流保护动作时间0.05秒，所以短路电流持续时间：气=t+七=0.05+0.06=0.11sI" 567.69一—P"=I=19661=2.89；由教科书233页查得：<=0.6sQd=2(t+0.05p"2)=196.612X(0.6+0.05x2.892)=39.34kW<2205kW所以，热稳定合格。动稳定：ik=55^A;ih=692,12A,因为'注'h，所以动稳定合格。所以选择少油断路器SW4-110/1000正确。同理利用上述方法可得少油断路器SW4-110/1000均满足其他线路的要求。2.4.2隔离开关的选择及校验隔离开关的其它选择条件与断路器类似，选择隔离开关，首先应考虑装置的种类和型式、是屋内或屋外使用。根据隔离开关的工作环境，电网电压等级，线路工作电流和短路次暂态电流有效值，初步选择隔离开关型号为：GW4-110/600O隔离开关参数如下：U=110Kv，I=600A，i广50KA，Iu=142x5=980kW断路器固有分闸时间0.06s校验标准，热稳定：设馈线上过电流保护动作时间0.05秒，所以短路电流持续时间：td=t+[=0.05+0.06=0.11sI" 567.69一—p"=—=19661=2.89；由教科书233页查得：『0.6s3g=l2(t+0.05p"2)=196.612X(0.6+0.05X2.892)=39.34kW<980kW所以，热稳定合格。动稳定：*=55KA；ih=692.12A,因为，所以动稳定合格。所以选择户外隔离开关GW4-110/600正确。同理利用上述方法可得少油断路器SW4-110/1000均满足其他线路的要求。三、课程设计收获及体会这次课程设计是对前三年的学习的很好的检验，通过此次课程设计，让我认识到了自己在知