牵引变电所电气主接线设计 毕业设计4.doc

年级 1109 学 号 11923301 姓 名 解涛涛 学习中心 无锡弘成教育中心 指导教师 董昭德 题目 牵引变电所电气主接线设计 题 目： 牵引变电所电气主接线设计 专 业： 电气工程及其自动化（电气化铁道技术） 学 号：11923301 姓 名： 解涛涛 指导教师： 董昭德 学习中心： 无锡弘成教育中心 西 南 交 通 大 学 网 络 教 育 学 院2013年 9 月9 日院系 电气工程 专 业 电气工程及其自动化(电气化铁道技术) 指导教师评 语 是否同意答辩 过程分(满分20) 指导教师 (签章) 评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩组组长 (签章) 年 月 日 毕 业 论 文 任 务 书班 级 1109 学生姓名 解涛涛 学 号 11923301 开题日期： 2013 年9 月 9 日 完成日期：2013 年10 月 10 日题 目 牵引变电所电气主接线设计 1、 本论文的目的、意义 通过该设计,可以初步掌握电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法.基本掌握变电所主接线图的绘制方法,锻炼自己综合运用所学知识的能力,熟悉有关设计规范和设计手册的使用,为现在从事的牵引变电所奠定良好的理论和实践基础.确保铁路供电系统安全. 2、 学生应完成的任务 3、 论文各部分内容及时间分配：（共 周）第一部分 ( 周) 第二部分 ( 周) 第三部分 ( 周) 第 部分 ( 周) 第 部分 ( 周) 评阅或答辩 ( 周)4、 参考文献 1. 江文 供配电技术。机械工业出版社。2. 林秀海.电气化铁道供变电工程.中国铁道出版社3. 李群湛，连级三，高仕斌 .高速铁路电气化工程.西南交通大学出版社4. 杨保出 高电压技术。重庆大学出版社。5. 冯仁杰 电气化铁道供电系统。中国铁道出版社。6. 贺威俊 电力牵引供变电技术。西南交通大学出版社。20047. 何其光 牵引变电所。北京：中国铁道出版社。8. 铁道部电气化局电气化设计院。牵引供电系统。中国铁道出版社。9. 简克良.电力系统分析.成都:西南交通大学出版社.1993 备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日诚信承诺一、 本论文是本人独立完成；二、 本论文没有任何抄袭行为；三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消本人答辩（评阅）资格。承诺人（钢笔填写）：解涛涛 2013 年9月20日目录摘 要 11第一章 牵引变电所电气主接线设计原则及要求、类型与功能15 1.1 概述15 1.2 牵引变电所15 1.2.1电力牵引的电流制15 1.2.2 牵引变电所的供电方式 17 1.3 电气主接线基本要求17 1.4 电气主接线类型17 1.5 电气主接线的功能19 1.6 电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤19第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明20 2.1 牵引变电所电气主接线图设计说明20 2.2 牵引变电所主接线图 21第三章 短路计算23 3.1 短路计算的相关概念、内容和目的23 3.2 短路点的选取23 3.3 短路计算23第四章 设备及选项29 4.1 母线的选择及校验29 4.1.1 110KV侧母线采用软母线29 4.1.2 27.5KV侧母线采用矩形铝母线30 4.2 4.2 支柱绝缘子及套管的选取32 4.2.1 110KV侧支柱绝缘子选取32 4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取32 4.2.3 27KV侧穿墙套管选取33 4.3 高压断路器选取及校验33 4.3.1 110KV侧断路器选取34 4.3.2 27.5KV侧断路器选取344.4 高压熔断器的选取及校验35 4.4.1 27.5KV侧高压熔断器选用354.5 隔离开关的选取及校验36 45.1 110KV侧隔离开关的选取36 4.5.2 27.5KV侧隔离开关的选取37 4.6 电压互感器的选取38 4.6.1 110Kv侧电压互感器选取38 4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取38 4.7 电流互感器的选择38 4.7.1 110Kv侧电流互感器选取394.7.2 27.5KV侧电流互感器选取39 4.8 牵引变电所变压器的选择 40 4.8.1 牵引变压器的分类404.8.2牵引变压器选择的分析42 4.9 避雷器的选取45 4.10 避雷针的选取46 4.10.1 避雷针位置的确定46 4.10.2避雷针的保护范围计算46第5章 无功补偿装置的选择 495.1概述 495.2补偿装置的确定 495.3补偿装置容量的选择50第6章 牵引变电所保护配置516.1牵引变压器516.2馈线51电气设备一览表53致谢54参考文献55 摘要牵引变电所变压器采用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。先通过计算容量，校核容量、确定安装容量、选择变压器类型。在计算全能电能损失和电压损失，最后计算短路电流、选择短路器类型。所计算的电压损失校核供电臂末端区间电力机车受电弓上的短时最低电压，并满足要求。关键词：变压器 牵引供电 电能 电压 电流1、电力系统及牵引变电所分布图 图例： ：电力系统，火电为主 ：地方220/110kV区域变电所 ：地方110/35/10kV变电站 ：铁道牵引变电所 ：三相高压架空输电线图中： L1：220kV 双回路 150kM LGJ-300 L2：110kV 双回路 10kM LGJ-120 L3：110kV 20kM L4：110kV 40kM L5：110kV 60kM L6：110kV 双回路 20kM L7：110kV 30kM L8：110kV 50kM L9：110kV 60kM L10：110kV 60kM 未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为X=0.4/kM牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：A：2×3.15万kVA B：2×3.15万kVA C：2×3.15万kVA D：2×1.5万kVA E：2×1.5万kVA F：2×1.5万kVA2、电力系统对各牵引变电所的供电方式及运行条件1 甲站对A所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。A所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。2 甲站对B所供电时，110kV线路还需经B所送至丙站。正常运行时B所内有系统功率穿越。当甲站至B的输电线路故障时，B所由丙站供电，丙站内110kV母线分段运行，输电线L4、L5分别接入不同的分段母线上。正常运行时，丙站内110kV母线分段断路器断开。B所提供甲站至丙站的载波通道。B所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。3 C所由丙站送出的两回110kV线路供电。但正常运行时，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV线路（L6）平时不向牵引负荷供电。只经过C所的110kV母线转接至某企业110kV变电站。C所内采用两台变压器，固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区10kV 负荷供电（一回）。C所内设有27.5/10kV 1000kVA动力变压器一台。10kV高压间内设有4路馈线，每路馈线设有：电流表、电压表、有功电度表、无功电度表。设有电流速断和接地保护，继电保护动作时间0.1秒。10kV高压间设在27.5kV高压室一端，单独开门。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。4 牵引变电所D、E、F由乙站供电。正常运行时，110kV线路在E所内断开，不构成闭合环网。E所内的牵引变压器正常运行时，接入由D所送来的电源线L8上，L8故障时可转接至F所由L9供电。D、F所均可能有系统功率穿越。但正常运行时，F所无系统功率穿越。D所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电有地方10kV可靠电源。5 E所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，有公路引入所内。27.5kV侧不设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电采用在110kV进线隔离开关内侧接入（）/0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。6 F所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。该地区无地方10kV电源。7 牵引变电所A、C、E 110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F 27.5kV侧要求计费，采用低压侧(27.5kV侧)计费时，110kV侧仍需设电压监视。8 各变电所设计时，一律按海拔h1000m，I级污秽地区，盐密0.1毫克/厘米2，最高环境温度+40考虑。9 各牵引变电所均设置避雷针三座。10 牵引变电所B、D 110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E 110kV线路采用横向相对引入方式；A、F 110kV线路采用T字型引入方式。11 假定各牵引变电所馈线主保护动作时间tb=0.1秒，27.5kV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。12 各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为220V。第一章 牵引变电所电气主接线设计原则及要求1.1 概述牵引变电所的电气主接线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电气元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线接线图，称为电气主接线。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反应各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。电气主接线反应了牵引变电所的基本结构和功能，在运行中，它能表明与高压电网的连接方式，电能输送和分配的关系，以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据。在设计中，主接线的确定对变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置和计算，自动装置和控制方式选择有重大影响，此外，电气主接线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外，电气主接线及组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。1.2 牵引变电所1.2.1 电力牵引的电流制 电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制、低频单相交流制和工频单相交流制。 (1) 直流制即牵引网供电电流为直流的电力牵引电流制。电力系统将三相交流电送到牵引变电所一次侧，经过牵引变电所降压并整流变成直流电，再通过牵引网供给电力机车使用。直流制发展最早，目前有些国家的电气化铁路仍在应用。我国仅工矿、城市电车和地下铁道采用。牵引网电压有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后两种分别用于城市电车、地下铁道。直流制存在的主要问题是，直流牵引电动机额定电压受到换向条件的限制不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求沿牵引网输送大量电流来供应电力机车。由于牵引电流增大，接触网导线截面要随着增大（一般得使用两根铜接触线和铜承力索），牵引网电压损失也相应增大，所以牵引变电所之间的距离要缩短，一般只有1530 km。牵引变电所的数量多，并且为完成整流任务而变得较复杂。由于这些缘故，许多国家已逐渐停止发展直流制。(2) 低频单相交流制即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引电流制。这种电流制是继直流制之后出现的，牵引网供电电流频率为16Hz，牵引网电压为15kV或11kV，电力机车上采用交流整流子式牵引电动机。交流容易变压，因此，可以在牵引网中用高电压送电而在电力机车上降低电压，供应低电压的交流整流子式牵引电动机。低频单相交流制的出现，与力图提高牵引网电压以降低接触网中的有色金属用量有关。应用低频的条件，一方面是由于欧洲电力工业发展的初期原来就存在低于50Hz的频率；另一方面，交流整流子式牵引电动机因存在变压器电势而对整流过程造成困难，不适宜在较高的频率下运行。因此，在欧洲，低频单相交流制于20世纪50年代前得到较大发展，目前在一些欧洲国家仍在应用。另外，在美国等国家，还采用牵引网供电电流频率为25Hz、电压为1113kV的低频单相交流制。电力工业主要采用50Hz标准频率后，低频制电气化铁道或者须自建专用的低频率的发电厂，或者在牵引变电所变频后送人牵引网；这就变得复杂化，于是，其发展受到了限制。(3) 工频单相交流制即牵引网供电电流为工业频率单相交流的电力牵引电流制。它是在20世纪50年代中期法国电气化铁路应用整流式交流电力机车获得成功之后开始推广的。从那时以来，许多国家都相继采用。这种电流制在电力机车上降压后应用整流装置整流来供应直流牵引电动机。由于频率提高，牵引网阻抗加大，牵引网电压也相应提高。目前，较普遍应用的接触网额定电压是25kV。采用工频单相交流制的优点是，消除了低频单相交流制的两个主要缺点（与电力工业标准频率并行的非标准频率和构造复杂的交流整流子式牵引电动机）；牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器，就可以完成降压、分相、供电的功能；接触网的额定电压较高，其中通过的电流相对较小，从而使接触网导线截面减小、结构简化；牵引变电所的间距延长、数量减少；工程投资和金属消耗量降低，电能损失和运营费用减少；电力机车采用直流串励牵引电动机，也远比交流整流子式牵引电动机牵引性能好，运行可靠。采用工频单相交流制的缺点是，对电力系统引起的抚恤电流分量和高次谐波含量增加以及功率因数降低；对沿电气化铁路架设的通信线有干扰。但是，经过技术方面和经济方面的综合分析比较，上述优点是主要的。因此，我国电气化铁路采用工频单相25kV交流制。1.2.2 牵引变电所的供电方式(1)牵引变电所一次侧的供电方式牵引变电所一次侧 （电源侧，通常为110KV或220KV）的供电方式，可分为一边供电边供电和环形供电。 一边供电就是牵引变电所的电能由电力系统中一个方向的电厂送来。两边供电就是牵引变电所的电能由电力系统中两向的电厂送来。 环形供电 是指若干个发电厂、地区变电站通过高压输电线连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一个环路中。(2)牵引变电所向接触网的供电方式单线区段一边供电；两边供电。双线区段同相一边并联供电；同相一边分开供电；双边扭结供电。1.3电气主接线基本要求（1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。（2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。（3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。1.4电气主接线类型 1、线路变电所组接线线路变压器组接线便是线路和变压器直接相连，是一种最简略的接线要领。线路变压器组接线的好处是断路器少，接线简略，造价省。相应220kV接纳线路变压器组，110kV宜接纳单母分段接线，正常分段断路器打开运行，对限定短路电流结果显着，较得当于110kV开环运行的网架。但其可靠性相对较差，线路妨碍检修停运时，变压器将被迫停运，对变电所的供电负荷影响较大。其较得当用于正常二运一备的城区中间变电所，如上海中间城区就有接纳。2、桥形接线桥形接线接纳4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线制止路器数量较少。也是投资较省的一种接线要领。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性宏大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，偶然在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。3、多角形接线多角形接线便是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。多角形接线所用配置少，投资省，运行的机动性和可靠性较好。正常环境下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部门妨碍时，对电网的运行影响都较小。其最紧张的缺点是回路数受到限定，因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行，此时当别的回路产生妨碍就要造成两个回路停电，扩大了妨碍停电范畴，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机遇就越大，所一样平常只采四角（边）形接线和五角形接线，同时为了可靠性，线路和变压器接纳对角连接原则。四边形的掩护接线比力庞大，一。二次回路倒换操作较多。4、单母线分段接线单母线分段接线便是将一段母线用断路器分为两段，它的好处是接线简略，投资省，操作方便；缺点是母线妨碍或检修时要造成部门回路停电。5、母线接线双母线接线便是将事情线。电源线和出线议决一台断路器和两组隔离开关连接到两组（一次/二次）母线上，且两组母线都是事情线，而每一回路都可议决母线团结断路器并列运行。与单母线相比，它的好处是供电可靠性大，可以轮番检修母线而不使供电制止，当一组母线妨碍时，只要将妨碍母线上的回路倒换到另一组母线，就可敏捷光复供电，别的还具有调治。扩建。检修方便的好处；其缺点是每一回路都增长了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积。投资费用都相应增长；同时由于配电装置的庞大，在变化运行要领倒闸操作时容易产生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线妨碍时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别紧张的大型发电厂和变电站是不容许的。6、母线带旁路接线双母线带旁路接线便是在双母线接线的根本上，增设旁路母线。其特点是具有双母线接线的好处，当线路（主变压器）断路器检修时，仍有连续供电，但旁路的倒换操作比力庞大，增长了误操作的机遇，也使掩护及自动化体系庞大化，投资费用较大，一样平常为了节省断路器及配置隔绝，当出线到达5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则接纳母联兼旁路或旁路兼母联的接线要领。7、母线分段带旁路接线双母线分段带旁路接线便是在双母线带旁路接线的根本上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的好处，但投资费用较大，占用配置隔绝较多，一样平常接纳此种接线的原则为：（1）当配置连接的出入线总数为1216回时，在一组母线上设置分段断路器；（2）当配置连接的出入线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段断器。8、3/2（4/3）断路器接线3/2（4/3）断路器接线便是在每3（4）个断路器中间送出2（3）回回路，一样平常只用于500kV（或紧张220kV）电网的母线主接线。它的紧张好处是：（1）运行调治机动，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；（2）检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不必要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线要领霆，不需切换；（3）运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线产生妨碍时，任何回路都不停电。2/3（4/3）断路器接线的缺点是利用配置较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，掩护接线庞大。1.5电气主接线功能电气主接线反映了牵引变电所和铁路变、配电所（发电所）的基本结构和功能。在运行中，它表明本变电所（发电所）与高压电网、馈电线的连接方式以及相关一次设备的运行方式，成为调度控制和设备实际操作的依据；同时，电气主接线对牵引供电和铁路电力供电系统运行的可能性、电能质量、经济性和操作灵活性起着决定性作用；在设计中，电气主接线对变电所（发电所）电气设备选择、配电装置布置、继电保护方式及其配置与整定计算、自动装置和控制方式选择都有重大影响，因此，电气主接线及其组成的电气设备，是牵引变电所和铁路变、配电所（发电所）的主体部分。 电气主接线的要求（1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。（2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当