电气化铁道供电系统与设计课程设计报告

自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计81-电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班级：学号：姓名：指导教师：评语评语：年月日题目某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的两个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为27000kVA(三相变压器)，并以10kV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为2700kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25kV回路(1路备)：两方向年货运量与供电距离分别为，，。10kV共4回路(2路备)。供电电源由系统区域变电所以双回路110kV输送线供电。本变电所位于电气化铁路的首端，送电线距离30km，主变压器为SCOTT接线。题目分析及解决方案框架确定 2.1、选题背景、负荷分析和原始数据在保证电气化铁道供电安全可靠的同时，也要求供电设备最经济的利用，因此选择合适容量的变压器是很有现实意义的。本文在这方面对已有的计算公式进行了分析，并提出了一个较为准确的变电所有效电流公式，说明在某些情况下机组的选择必须进一步考虑实际的运行情况。牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的核心部分，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、技术参数以及连接方式。通过电气主接线可以了解牵引变电所设施的规模大小、设备情况。由上述资料可知，本牵引变电所担负着重要的牵引负荷供电任务（一级负荷），馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。10KV地区负荷主要为编组站自动化驼峰、信号自动闭塞、照明及其它自动装置等，应有足够的可靠性。2.2、牵引变压器台数和容量的选择牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，其容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务的问题。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，甚至烧毁；反之，容量过大将使牵引变压器长期不能满载运行，从而造成其容量浪费，损耗增加，使运营成本增大。因此，在进行牵引变压器容量计算时，正确地确定计算条件，以合理地选定牵引变压器的额定容量是十分重要的。三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的。本变电所考虑为固定备用方式，按故障检修时的需要，应设两台牵引用主变压器，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。由已知牵引负荷量，可知25kV侧的额定电流为：即各侧的最大电流。SCOTT变压器计算容量公式为：当时，当时，校核容量公式为：当时，当时，(k=1.5)方案A：当时，假设=0、=当时，假设=0，==校核容量为取两者较大的，所以所以：=安装容量为：S=31500()10KV侧的额定电流为：同理：==校核容量为：S=3118.5()安装容量为：S=6300()(最小容量)方案B：由已知牵引负荷量，可知侧的额定电流为：既是各侧的最大电流。当时，假设=0、=当时，假设=0，==校核容量取两者较大的，所以所以：=安装容量为：应该为；但考虑到变压器长期过负荷减小使用寿命，所以这里安装容量取根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与台数的选择，可能有以下两种方案：方案A：2×31500kVA牵引变压器，一次侧同时接于110kV母线，采用直接供电方式。方案B：2×31500kVA牵引变压器+2×6300kVA地区变压器，一次侧同时接于110kV母线，采用AT供电方式。(110千伏变压器最小容量为6300kVA)2.3、方案主接线的拟定按110kV进线和终端变电所的地位，考虑变压器数量，以及各种电压等级馈线数目、可靠供电的需要程度选择结线方式。方案A：两台牵引变压器，一次侧同时接于110kV母线，采用复线直接牵引供电方式。(主接线图附图一)方案B：两台牵引变压器和两台地区变压器，一次侧同时接于110kV母线，(110千伏变压器最小容量为6300kVA)，采用复线AT牵引供电方式。(主接线图附图二)设计过程3.1、电源侧主接线方案A：当牵引变电所只有两电源进线和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成桥形接线。根据中间横向母线的位置不同而分为内桥接线和外桥接线两种，前者的桥接母线连接在靠变压器侧，而后者则连接在靠线路侧。内桥接线适用于线路故障较多的场所，外桥接线适用于变压器故障较多的场所，而变压器又不需要频繁的操作，故在此选内桥接线。方案B：高压侧采用线路——变压器组的单元接线形式，正常是一台工作，一台备用。两回110kV电源进线各挂有一组电容式电压互感器1TV、2TV。二次侧为对称的两相55kV，故每相使用断路器、隔离开关均为双击联用的。两台自用变压器分别接于两台变压器的二次侧，采用二相--三相的SCOTT反变换获得三相电源。3.2、牵引变压器主接线在该变电所中采用SCOTT牵引变压器，斯科特变压器原理电路图如图(1)，在电气主线图中它们的公共端接至接地网和钢轨；SCOTT变压器主接线如图(2)。图1SCOTT变压器原理电路图图2直接供电方式下SCOTT变压器主结线3.3、牵引侧主接线27.5kV侧馈线的接线方式按馈线断路器备用方式不同可分为三种接线方式，馈线断路器100%备用的接线，馈线断路器50%备用方式，带旁路母线和旁路断路器的接线。这里两种方案均采用第二种接线方式，其连接方式：直接供电方式如图3、4、5；AT供电方式如图6。图327.5KV侧的接线图455KV侧的接线图5馈线断路器50%备用图6复线区段SCOTT变压器AT供电方式馈电线主接线四、设计方案分析和确定4.1、年运量和供电距离的分析由题意知：25kV回路(1路备)：两方向年货运量与供电距离分别为3050Mt·km，4030Mt·km，120kWh/10kt·km。10kV共4回路(2路备)。故两方向上的年电量消耗为：=T=1576800=T=1261440所以，每公里上的年消耗电量为：=52560=31536因为直接供电方式和AT供电方式均适应于两供电壁不平衡的情况，所以两种方案均符合要求。4.2、变压器与配电装置的一次投资和和折旧维修因为两种方案均采用的是容量相等的主变压器，方案A有多用了两台地方电力变压器，所以在一次投资方面方案A投资多一点。4.3、供电方式的优缺点直接供电方式结构最简单、维护管理最少、造价最低等优点，但是防干扰性较差，如果能和BT供电方式相结合，则效果可大为改善。AT供电方式无需进步牵引网的绝缘程度即可将供电电压进步一倍。在相同的牵引负荷条件下，接触悬挂和正馈线中的电流大致可减少一半。AT供电方法牵引网单位阻抗约为BT供电方法牵引网单位阻抗的1/4左右。从而提高了牵引网的供电能力，大大减小了牵引网的电压损失和电能损失。牵引变电所的间距可增大到90-100KM，不但变电所数量可以减少，而且相应得外部高压输电线数量也可以减少，还有利于选择既便利运营管理又缩短外部高压输电线长度的变电所地位。由于AT供电方法无需在AT处将接触悬挂履行电分段，故当牵引重载列车运行的高速度、大电流电力机车通过AT处时，受电弓上不存在发生强烈电弧，能满足高速、重载列车运输的须要。同时，AT供电方法对附近通讯线的综合防护后果要优于直接供电供电方法。但AT供电方式构造比较复杂。在开闭所、分区所、AT所以及主变压器副边中点不接地的牵引变电所都设置自藕变压器等。牵引网中除了接触悬挂和正馈线之外，还有维护线PW、横向联接线、帮助联接、横向联接、放电器等，所以，AT供电方法的工程投资要大于直接供电方式，相应的施工、维修和运行也比直供方式的工程投资大。方案确定：综上所述，方案A较经济实惠，占地面积较少。故推荐方案A。五、总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.对我们学工科的同学来说尤为重要！回顾起此次电气课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说变压器不懂怎么去选，不懂怎么去选互感器，对电气主接线图的选择掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在同学的帮助下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！作为一名电气工程系，电气工程及其自动化专业大四的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义的，而且是十分有必要的。此时，两周的《电气化铁道供电》课程设计终于结束了，虽然很忙碌、很疲劳，但是收获颇多。我们几乎每天的专注和辛劳，唤回了我对《电力牵引供变电》课程设计的重新的认识，对牵引变电所的构成以及各部分的原理和功能都有了更具体的认识和理解。在此次课程设计中，也培养了我们同学之间的团体协作能力。在设计的过程中遇到问题，经过老师和我们的共同努力配合，都得到了相应地解决。然而，在设计过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。总体来