电力牵引供电系统课程设计.doc

1、电力牵引供电系统课程设计评语：考 勤（10）守 纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）专 业：电气工程及其自动化班 级： 电气1004 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院2013 年7月 12日word文档 可自由编辑 目 录1 设计原始题目11.1 具体题目12 设计课题的计算与分析12.1 计算的意义12.2 接线方式的分析与选择23 .牵引变压器容量计算63.1牵引变压器的计算容量63.2牵引变压器的校核容量63.3牵引变压器安装容量63.4牵引变压器类型的选择74.开关设备的选择74.1高压断路器的选择74.2高压熔断器

2、的选择94.3 仪用互感器的选择104.3.1电流互感器的选择104.3.2电压互感器的选择114.4 隔离开关的选择115.绘制电气主结线图126.小结13附录13word文档 可自由编辑1 设计原始题目1.1 具体题目某牵引变电所乙采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相YN,d11接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1所示。表1 计算原始资料牵引变电所供电臂长度km端子平均电流A有效电流A短路电流A穿越电流A乙18.321729581814813.31442186371442 设计课题的计算与分析2.1 计算的意义牵引变压器是牵引供电系统的主

3、要设备，其容量大小关系到运输任务及运营成本，所以进行牵引变压器的容量计算，以便合理选用牵引变压器的额定容量。对三相YN d11接线方式的牵引变压器的计算容量、校核容量分别进行分析及计算，最后确定安装容量和接线设备。分析题目提供的资料可知，该牵引变电所要负担向区段安全可靠的供电任务，因此采用直接供电方式向复线区段供电的方式，可减轻对邻近通信线路的干扰影响，大大降低牵引网中的电压损失，扩大牵引变电所间隔，减少牵引变电所的数目。该牵引变电所的设计过程如下:设该变电所为通过式牵引变电所，则110kV牵引侧的接线设计为内桥接线形式。在牵引变电所的主变压器采用YN,d11接线形式，在两台牵引变压器并联运行

4、的情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。能很好地适应山区单线电气化铁路牵引负荷不均衡的特点。牵引变电所馈线侧采用复线区段馈线断路器50%备用，且无馈线备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需要检修时，可有各自的备用断路器来代替其工作，断路器的转换操作比较方便，供电可靠性高。2.2 接线方式的分析与选择2.2.1牵引变电所110kV侧主接线设计此设计中着重考虑满足供电的可靠性和运行操作中的安全、灵活及便利，而利用分段开关将电源及出线平均分配于两段母线，在正常运行时，分段断路器闭合。两段母线并列运行，当一段母线发生故障时，分段断路器QFd自动断开，使故障段解列，从而可以保证另

5、一段母线能够正常工作，缩小了故障停电范围，因此采用如图1所示内桥接线。依据该牵引变电所负荷等级，要求两路电源进线，因有系统功率穿越，属通过式变电所，110kV侧采用图1所示的内桥接线。由于外桥接线适合于输电距离较短，线路故障会较少，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及切除，而切除一条线路时，需要同时断开两台变压器，造成一台变压器的短时停电，所以若考虑经济运行也可采用图2所示的外桥接线。 电源侧L2QS4L1QS1QS3QS5QS2QF2QF1QFT1T2电源侧L1L2QF2QF1QS2QS2QS1QF1T2T1 图1 内桥接线 图2 外桥接线 2.2.2 三相YN,d11变

6、压器主接线三相YN,d11接线变压器用于直接供电方式或吸流变压器供电方式中。变压器高压侧绕组以星形方式与电力系统的三相相联接。变压器低压侧绕组接成三角形，其中c端子的一角经电流互感器接至接地网和钢轨（吸流变压器供电方式时接回流线）；另两角（变压器a、b端子）分别经电流互感器、断路器和隔离开关引接至牵引母线。两台变压器可并联工作；也可一台工作，另一台固定备用。如图6（见附录）所示。2.2.3牵引变电所27.5kV馈线侧主接线设计由于27.5kV(或55kV)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

7、线断路器100%备用的接线如图3所示。这种接线当工作断路器需检修时，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。a相母线b相母线 左臂下行 右臂上行左臂上行 左臂上行 右臂上行左臂下行右臂下行图3 馈线断路器100%备用的接线 （2）馈线断路器50%备用的接线如图4所示。此种接线用于单线区段，牵引母线同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。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。牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修。a相母线b相母线A相线b相母线左臂上行左臂下行右臂上行右臂下行 右臂下行

8、右臂上行 左臂下行 左臂上行 图4馈线断路器50%备用的接线在此设计中由于牵引变电所设在小站，且馈电线只供区间时采用，当每相母线的馈出线数目较多时（如牵引变电所设在枢纽地区或大的区段站处），我们可以采用第三种接线方式（3）带旁路母线和旁路断路器的接线如图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。b相母线a相母线旁路母线 图5 带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变压器，且此牵引变电所只为区间正线供电，为了提高供电的可靠性，同时避免较大的一次性投资，牵引

9、变电所27.5kV 侧馈线断路器采用50%备用的接线。馈线的接线方式为馈线断路器50%备用的接线。每2条馈线设1台备用断路器和2台备用隔离开关，备用断路器和备用隔离开关中的1台可代替任一馈线断路器和隔离开关工作。3 .牵引变压器容量计算为了经济合理的选择牵引变压器容量，计算分3个步骤进行：(1)确定计算容量按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量。(2)确定校核容量按列车紧密运行时的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力所计算的容量。(3)安装容量根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式）等，最后按变压器实际产品的规格所确定的变压器台数与容量。计算容量主要由各供

10、电臂的负荷来决定，各供电臂的负荷就是牵引变电所的馈线电流。牵引变电所的馈线电流由牵引计算的结果和线路通过能力及行车量等条件决定。3.1牵引变压器的计算容量 (1)其中为温度系数，取0.9，U为牵引侧电压，为27.5kV，=295A，=218A，代入可得：S=16.8MVA。3.2牵引变压器的校核容量 (2)其中为温度系数，取0.9，U为牵引侧电压，为27.5kV，=590A，=218A，代入可得：=32.7MVA。这里三相YN,d11变压器的过负荷倍数为1.5，所以可得该变压器的校核容量为： =21.8MVA (3)3.3牵引变压器安装容量牵引变压器的安装容量是在计算容量和校核容量的基础上，再

11、考虑备用方式，最后按变压器的产品规格确定的变压器台数与容量。确定安装容量除了计算容量和校核容量外，主要考虑的因素是备用方式。这里牵引变压器采用固定备用。3.4牵引变压器类型的选择当牵引变压器的计算容量和校核容量确定以后，选择两者中的大者，并按采用的备用方式、牵引变压器的系列产品（额定容量优先级为R10系列，即10000，12500，1600，20000，25000，31500，40000，50000，63000，80000，100000（KVA）等）以及有否地区动力负荷等诸因素，即可确定牵引变压器的安装容量。本设计中选择牵引变压器安装容量为225000KVA。牵引变压器选择用SFY-25000

12、/110型三相双绕组牵引变压器。4.开关设备的选择4.1高压断路器的选择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，并能满足下列条件：（1) 断路器的额定电压，应不低于电网的工作电压，即 Ue Ug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。（2) 断路器的额定电流Ie，应不小于电路中的最大长期负荷电流，即 Ie Ig式中, Ig断路器的最大长期负荷电流，安或千安。（3）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Ieq、或额定断路容量Sed选择断路器切断短

13、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Idt，或在一定工作电压下应使断路容量Sed不小于短路功率Sdt。即Ieq Idt或Sed=UeIeq Sdt（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Idt=I, t0.1； Sdt短路后t秒短路功率，对快速熔断器Sdt=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： Sed=Sed=0.78Sed式中，Sed35千伏断路器用在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

14、定断路容量选择时应满足的条件为（Ieq不变）： S(2)ed=27.5Ieq S(2)dt式中，S(2)ed、S(2)dt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秒的短路功率。为了求得短路电流有效值Idt，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tb和断路器固有动作时间tg之和，故tjs=tb+tg。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tg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tg=0.05秒，而对于非快速动作的断路器，tjs =0.10.15秒；对于继电保

15、护，应按具有最小动作时间的速断主保护作为动作时间，即tb=0.05秒，因此，对于快速动作的断路器，切断短路的计算时间tjd=0.050.1秒，对于非快速动作的断路器，tjs =0.150.2秒。可知，短路发生后tjs0.1秒，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tjs0.1秒时，则须计入短路电流的周期分量。（4）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igf，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 igfi(3)ch式中

16、，igf，i(3)ch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）。（5）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It来表征，即在给定的时间t内，It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：I2tt Qd式中，It为制造厂家规定的秒热稳定电流。 Qd短路电流发热效应。Qd = Qz + Qfi4.2高压熔断器的选择高压熔断器用以切断过负荷电流和短路电流，选择是首先应考虑装置的种类与型式、是屋内或屋外使用，对于污秽地区的

17、屋外式熔断器还应保证绝缘泄露比距的要求，以加强绝缘，此外，高压熔断器应满足:(1）按工作电流Ue Ug（与断路器意义相同）。(2）按工作电流 IeR Iei Ig 式中，IeR、Iei分别为熔断器额定电流和熔件额定电流； Ig网络中最大长期工作电流(3）按断流容量 IqI 或 SeS 式中，Iq、Se分别为熔断器的极限开断电流和额定断流容量。（4）对污秽地区屋外安装的熔断器，其绝缘泄露比距应满足 因熔断器的熔断时间很短，故采用熔断器保护的导体和电器可不校验短路电流的机械稳定性和热稳定性。此外，高压熔断器熔件的选择还必须与网络中各分段、分支电路的熔断器熔件或与馈电线继电保护之间，从时间特性上保证

18、互相间动作的选择性和时限配合关系。4.3 仪用互感器的选择 4.3.1电流互感器的选择（1） 电流互感器的选择一般有如下原则需要遵循：应满足一次回路的额定电压、最大负荷电流及短路时的动、热稳定电流的要求；应满足二次回路测量、自动装置的准确度要求和保护装置10%误差的要求；应满足保护装置对暂态特性的要求（如500KV保护）；用于变压器差动时，各侧电流互感器的铁芯宜用相同的铁芯型式。各互感器的特性宜相同，以防止区外故障时，各互感器特性不一致而产生差流，造成误动。（2） 电流互感器类型选择为保证保护装置的正确动作，所选择的互感器至少要保证在稳态对称短路电流下的误差不超过规定值。至于故障电流中的非周期

19、分量和互感器剩磁等问题带来的暂态影响，则只能根据互感器所在系统暂态问题的严重程度、保护装置的特性、暂态饱和可能引起的后果和运行情况进行综合考虑定性分析，至于精确的暂态特性计算由于过于复杂且现场工作情况很难进行，因此不进行讨论。330500KV系统保护、高压侧为330500KV的变压器保护用的电流互感器，由于系统一次时间常数较大，互感器暂态饱和较严重，由此可能导致保护错误动作的后果。因此互感器应保证实际实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值，一般选用P类互感器，尤其是线路保护考虑到重合闸的问题，要考虑双工作循环的问题，因此推荐使用TPY型。220KV系统保护、高压侧为220KV的

20、变压器保护互感器其暂态饱和问题及其影响较轻，可按稳态短路条件计算互感器稳态特性，进而选择互感器。当然，为减轻可能发生的暂态饱和影响，我们有必要留有适当的裕度。220KV系统保护的暂态系数一般不小于2。110KV系统保护用互感器一般按稳态条件考虑，采用P类互感器。高压母线差动保护用电流互感器，由于母线故障时故障电流很大，而且外部故障时流过互感器的电流差别也很大；即使各互感器特性一致，其暂态饱和的情况也可能差别很大，因此母线差动保护用的电流互感器最好要具有抗暂态饱和的能力。实际工程应用中，一般按稳态条件选择互感器，而抗饱和的问题更多的由保护装置进行处理。4.3.2电压互感器的选择（1） 给重合闸提

21、供必要信号，一条线路两侧重合闸的方式要么是检无压，要么是检同期，线路PT可以为重合闸提供电压信号。（2）现在部分线路PT时用的电容式电压互感器，可以为载波通信提供信号通道。（3） 目前对一些特殊的供电用户线路提供计量电压。（4） 将系统高电压转变为标准的低电压（100V），为仪表、保护提供必要的电压。（5） 与测量仪表相配合，测量线路的相电压与线电压，与继电保护装置相配合，对系统及设备进行过电压、单相接地保护。4.4 隔离开关的选择高压侧的隔离开关分为接地式与防污式隔离开关，以110kV 为标准，选择GW4-110(D)/1250 和GW4-110(W)/1250 两种隔离开关，技术指标如下表

22、4 所示。表4 GW22-126(D)(W)/1250 型隔离开关主要技术参数 额定电压 110kV 最高运行电压 126kV 额定电流 1250A 额定热稳定时间 3s额定动稳定电流 20kA 1min 工频耐压 95kV 雷电冲击耐压 259kV 爬电距离 2750mm低压侧的隔离开关只需防污式.无需接地式.以27.5kV 为标准.选择GW4-27.5(W)/1250。适用于频率为50Hz􀇽额定电压为27.5kV􀇽额定电流为1250A的铁道电气化线路中.作为有电压无负荷时分合电路用.也供铁道自动闭塞信事情装置时使用。并可单级使用。隔离开关配用CS11、C

23、S14 型手力操动机构并与CJ2、CJ5、CJ6、CJ11 免维护系列电动操动机构组合.特别适合电力系统和电气化铁路领域对远距离分、合的需要。5.绘制电气主结线图该牵引变电所主接线方案如图7（见附录）所示。为保证供电可靠性，牵引变压器采用固定备用方式。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有公路条件的大运量区段。因采用三相牵引变压器，同一牵引变电所馈线电压同相，且省去牵引变电所出口处电

24、分相装置，改善了电力机车行的弓网关系。此种接线适用于高速电气化铁路的机车运行。唯一不足的是，会产生较大的负序和谐波。6.小结经过一周时间的紧张准备，课程设计终于完成，不仅对专业有了更深刻的理解和掌握，而且还加强了对各种能力的锻炼。通过这次课程设计，我深知自己学习的肤浅和粗略，理论和实践不能分离，要紧密结合才能真正的掌握专业知识。变压器作为电力系统的核心，对整个电力系统起着举足轻重的作用，掌握变压器的相关知识，才能进一步学习其他的知识。以变压器为核心，选择容量，接线方式，隔离开关，断路器，互感器和熔断器，完成系统的一次接线。整个过程紧密相连，稍有不慎，就会影响下一步。课程设计不仅是对个人能力的考验，也是对团队精神的一种锻炼。如果一个人独立完成，不仅费时费力，还不知道最终的结果是否合理；如果几个人合作，不仅能加深对知识的理解，还能锻炼与人协作的能力。对于这次紧张而有趣课程设计，让我受益匪浅。附录图6 三相YN,d11变压器主接线 图7 采用双T接线的复线三相牵引变电所电气主接线参考文献1 铁道部电气化局电气化勘测设计院，电气化铁路设计手册-牵引供电系统.北京：中国铁道出版社，1987.2 贺威俊 简克良.电气化铁道供变电工程.北京:铁道出版社,1983.3 李彦哲 王果 张蕊萍 胡彦奎.电气化铁道供电系统与设计M.兰州：兰州大学出版社，2006