牵引变电所电气主接线设计 毕业设计4

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1511概述1512牵引变电所15121电力牵引的电流制15122牵引变电所的供电方式1713电气主接线基本要求1714电气主接线类型1715电气主接线的功能1916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2021牵引变电所电气主接线图设计说明2022牵引变电所主接线图21第三章短路计算2331短路计算的相关概念、内容和目的2332短路点的选取2333短路计算23第四章设备及选项2941母线的选择及校验29411110KV侧母线采用软母线29412275KV侧母线采用矩形铝母线304242支柱绝缘子及套管的选取32421110KV侧支柱绝缘子选取32422275KV侧支柱绝缘子选取3242327KV侧穿墙套管选取3343高压断路器选取及校验33431110KV侧断路器选取34432275KV侧断路器选取3444高压熔断器的选取及校验35441275KV侧高压熔断器选用3545隔离开关的选取及校验36451110KV侧隔离开关的选取36452275KV侧隔离开关的选取3746电压互感器的选取38461110KV侧电压互感器选取38462275KV侧电压互感器选取3847电流互感器的选择38471110KV侧电流互感器选取39472275KV侧电流互感器选取3948牵引变电所变压器的选择40481牵引变压器的分类40482牵引变压器选择的分析4249避雷器的选取45410避雷针的选取464101避雷针位置的确定464102避雷针的保护范围计算46第5章无功补偿装置的选择4951概述4952补偿装置的确定4953补偿装置容量的选择50第6章牵引变电所保护配置5161牵引变压器5162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SC10000MVAX1X2001212万KVAUD17L1L2L3L5L6L7L8L9L10ABCDEF甲乙至地方110KV变电站263万KVAUD17丙L4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L1220KV双回路150KMLGJ300L2110KV双回路10KMLGJ120L3110KV20KML4110KV40KML5110KV60KML6110KV双回路20KML7110KV30KML8110KV50KML9110KV60KML10110KV60KM未标注导线型号者均为LGJ185，所有导线单位电抗均为X04/KM牵引变压器容量如下（所有UD105）A2315万KVAB2315万KVAC2315万KVAD215万KVAE215万KVAF215万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。275KV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。275KV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。3C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275/10KV1000KVA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01秒。10KV高压间设在275KV高压室一端，单独开门。275KV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。275KV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。5E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。275KV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（）310/023KV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。6F所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。275KV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、E110KV侧要求计费，牵引变电所B、D、F275KV侧要求计费，采用低压侧275KV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01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、D110KV线路采用纵向平行引入方式；C、E110KV线路采用横向相对引入方式；A、F110KV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TB01秒，275KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距A40CM，母线跨距L120CM；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距A25CM；母线跨距L100CM。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11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。12牵引变电所121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1530KM。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。122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。13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。14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。15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。16电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤1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。2主接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供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所分布、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，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。3根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主接线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以设计合理的电气主接线。4新技术的应用对牵引变电所主接线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。第二章牵引变电所电气主接线图设计说明某站对一牵引变电所正常供电时，两回110KV线路中，一回为主供电源，另一回备用，所内采用两台牵引变压器固定全备用。275KV侧不需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组。该主接线图高压侧采用外桥接线，两回进线中，一回主供，另一回备用。变压器采用两台三相变压器，其绕组连接形式为YND11，二次绕组有一项接地，由于该变电所的供电方式是单相双边供电，馈线有两条，考虑到经济性，牵引负荷母线不采用带旁路母线的单母线分段接线方式，但为了保证馈线供电的可靠性，采用100备用断路器馈线接线方式，每回馈线接两台断路器，一台运行，另一台备用。每个分段母线都设有单相电压互感器和避雷器，以保证某分段母线检修或故障停电时正常供电。1一次侧两路110KV进线，一路工作，一路备用，变压器相同，1B工作，2B备用，当进线1路发生故障时，只需合上外跨桥上的隔离开关，1B发生故障时，若采用110KV进线1工作，也合上外跨桥上的隔离开关。2二次侧当变压器发生故障检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，275KV馈线能继续工作，断路器及其它电气设备发生故障或检修相同。21牵引变电所电气主接线图设计说明A中心变电所有4路以上进线并有系统功率穿越B中间通过式变电所有两路进线并有系统功率穿越C中间式变电所有两路进线，无系统功率穿越不同类型的牵引变电所采取不同型式的电气主接线。根据原始资料易知，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所可能有系统功率穿越。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。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。由于高压侧要求有电压监视，低压侧要求计费，故低压（二次）侧需设电压互感器，高压侧同样需设电压互感器，按正常运行方式选择变压器容量。因D所可能有系统功率穿越，并且还向E所供电，所以选用桥型结线方式的电气主结线。该主结线图高压侧采用外桥结线，两回进线中，采用一回主供，一回备用。变压器采用两台三相主变压器，其绕组联结形式为YND11变压器，二次绕组有一相接地并与钢轨连接。由于该变电所的供电方式是单线双边供电，馈线有两条，考虑到经济性，牵引负荷母线不采用带旁路母线的单母线分段接线方式，但为了保证馈线供电的可靠性，采用100备用断路器馈线接线方式，每回馈线接两台断路器，一台运行，另一台备用。每个分段母线都设有单相电压互感器和避雷器，以便某分段母线检修或故障停电时，它们不致中断工作。该牵引变电所的运行方式如下一次侧两路110KV进线，一路工作，一路备用，变压器相同，1B工作，2B全备用。当110KV进线1发生故障时，只需合上外跨桥上的隔离开关。1B发生故障时，若采用110KV进线1工作，也合外跨桥上的隔离开关。设备的检修相同。二次侧当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，275KV的馈线能继续工作。断路器及其他设备发生故障或检修相同。但馈线上的断路器采用50的备用，所以该断路器发生故障或检修时，只需合上另外一个。22主接线图如图所示110KV进线1110KV进线210110210111001102110121013102210231BL2BL1YH2YH1LH2LH1B2B3BL4BL5BL8BL9BL10BL3LH4LH5LH6LH7LH8LH9LH10LH11LH12LH13LH14LH15LH16LH17LH18LH19LH20LH100210033YH6YH1RD4RD201A201B202B211121121222122221122121212222112221275KV馈线1275KV馈线220027BL5YH3RD202A6BL4YH2RD2001图21牵引变电所主接线图第三章短路计算31短路计算的相关概念，内容和目的1短路是指供电系统正常运行情况外的，导电相与相或相与地之间负荷之路被旁路直接短路。2短路计算的主要内容是确定短路电流的大小，即最大短路电流的大小。3短路计算的目的，是通过短路过程的研究及计算短路电流的量值，从而达到供电系统合理设计与安全可靠运行的重要因素。32短路点的选取因短路计算的主要内容是确定最大短路电流的大小，所以对一次侧设备的选取一般选取110KV高压母线短路点作为短路计算点。对二次侧设备和馈线断路器的选取一般选取275KV低压母线短路点作为短路计算点。33短路计算1主要参数SD三相短路容量MVA简称短路容量校核开关分断容量ID三相短路电流周期分量有效值KA简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值KA简称冲击电流有效值校核动稳定IC三相短路第一周期全电流峰值KA简称冲击电流峰值校核动稳定X电抗其中系统短路容量SD和计算点电抗X是关键2标么值计算时选定一个基准容量SJZ和基准电压UJZ将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值相对于基准量的比值,称为标么值目的是要简化计算1基准基准容量SJZ100MVA基准电压UJZ规定为8级230,115,37,105,63,315,04,023KV有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例UJZKV371056304因为S173UI所以IJZKA156559161442标么值计算容量标么值SS/SJZ例如当10KV母线上短路容量为200MVA时,其标么值容量S200/1002电压标么值UU/UJZ电流标么值II/IJZ3无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值ID1/X总电抗标么值的倒数短路电流有效值IDIJZIDIJZ/XKA冲击电流有效值ICID12KC12KA其中KC冲击系数,取18所以IC152ID冲击电流峰值IC141IDKC255IDKA当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC,取13这时冲击电流有效值IC109IDKA冲击电流峰值IC184IDKA【1】系统电抗的计算例基准容量100MVA。当系统容量为100MVA时，系统的电抗为XS100/1001当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS100/20005当系统容量为无穷大时，系统的电抗为XS100/0系统容量单位MVA系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量作为系统容量。如已知供电部门出线开关为WVAC12KV2000A额定分断电流为40KA。则可认为系统容量S1734010000V692MVA,系统的电抗为XS100/6920144。【2】变压器电抗的计算例一台35KV3200KVA变压器的电抗X7/3221875一台10KV1600KVA变压器的电抗X45/162813变压器容量单位MVA这里的系数105，7，45实际上就是变压器短路电抗的数。不同电压等级有不同的值。【3】电抗器电抗的计算例有一电抗器U6KVI03KA额定电抗X4。额定容量S173603312MVA电抗器电抗X4/31209115电抗器容量单位MVA【4】架空线路及电缆电抗的计算例10KV6KM架空线。架空线路电抗X6/3210KV02KM电缆。电缆电抗X02/3020013。这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。【5】短路容量的计算例已知短路点前各元件电抗标么值之和为X2,则短路点的短路容量SD100/250MVA。短路容量单位MVA【6】短路电流的计算例已知一短路点前各元件电抗标么值之和为X2,短路点电压等级为6KV,则短路点的短路电流ID92/246KA。短路电流单位KA【7】短路冲击电流的计算例已知短路点1600KVA变压器二次侧的短路电流ID46KA，则该点冲击电流有效值IC15ID,1546736KA,冲击电流峰值IC25ID25406115KA。由电业部门区域变电站送出一路10KV架空线路,经10KM后到达企业变电所,进变电所前有一段200M的电缆变电所设一台1600KVA变压器求K1,K2点的短路参数系统容量S173UI173105315573MVA系统电抗X0100/573017510KM,10KV架空线路电抗X110/33333200M,10KV电缆线路电抗X202/30201331600KVA变压器电抗X345/16281请注意以上电抗都是标么值X将每一段电抗分别相加,得到K1点总电抗X0X1351K2点总电抗X0X1X2X3645电路简化图如图31在图中，点为高压母线短路点，点为1D0KV2D低压母线短路点。275KV电路简化图如图31在图中，点为高压母线短路点，点为12低压母线短路点。1D2DG1XB乙7XDB图31短路故障简化图取，10JSMVA5JUKV1221045368JXLB107269841103JDSUX乙7220735JL101JDDBSUX处短路时，即处短路KV17108246XXX乙B周期分量有效值为117108395DIJJ乙B110395738101JDJDSIIKA若取时，电路中最大冲击电流为8CHK112677381723DIIKA短路电流最大有效值为1608196CHDI处短路时，即处短路2D5KV2171524BXXX乙B周期分量有效值为21710839DDBIJJ乙B2220853947532JDJDSIIKA若取时，电路中最大冲击电流为17CHK2205105714859376DII短路电流最大有效值为2CHCHDKIKA对牵引变电所主变压器侧额定电流10KV1150783193EESIU侧额定电流275KV2215034928A37EESIU表31短路计算值额定电流A短路电流A冲击电流最大短路电流有效值A侧10KV787319703081187723113196侧275314928148759375466222267对环境校核海拔H1000M，I级污秽地区，盐密01毫克/厘米2，最高环境温度40考虑，所以所有参数可以直接引入计算。第四章设备及选项41母线的选择及校验配电装置中的汇流母线、电力电缆等载流导体长期通过负荷电流，各种母线和电缆都要求有良好的导电性能，以减少电能损耗。目前广泛采用铜、铝或钢等导电材料制成，其中铜导线的导电性能、机械强度和耐腐蚀性最好，铝导线次之，钢导线导电性差，只在小电流或短期通过电流的接地装置中使用。根据我国资源情况和技术政策，应尽量以铝带铜。考虑施工安装的条件，屋外配电装置一般采用圆形铝绞线的软母线，屋内配电装置则普遍采用矩形截面的硬铝母线，因这种截面的母线在交流电下集肤效应较小，散热较好，施工安装方便。母线选择就是按不同工作条件确定其截面、结构形式与材料。同时按短路条件校验短路时发热的热稳定性和机械稳定性。母线选择应按正常工作的负荷电流考虑，这种正常工作的电流对于不同的条件下又区分为按最大长期工作电流，以及按经济电流密度两种情况下选择。此外，再按短路条件进行校验。411110KV侧采用软母线1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载13倍考虑MAX150332351EGESIIAU由表41查出铝母线的允许载流量为156A，大于最大工作电流102351A，故初步确定选用截面的铝母线。2154M2校验母线的短路热稳定性要求短路最终温度，应先求出起始温度，根据，利用曲线，ZSZAF找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出SA21DZQA对应的。Z22MAX001035275437086GSXUUICCC短路电流计算时间13JSBGTTS短路电流热效应DZFIQ由，由资料可得17108246XXX乙B，245DTIDTI所以21010456987,2589133DDTTII122222301697035DDZTTTQIIKAS0BTS122273081640317FIDFIITKAS由，从图中查得4SC4S则由2DZSQA得6442201350171072108259104ZDS再由，查得，而（已知铝、铜母线短路时发热最高允AZCXUC许温度为），即，满足热稳定性要求。所以应选择153的软20Z铝母线。表41LYMLMR矩形铝母线长期允许载流量单条（A）双条（A）导体尺寸HBMM平放竖放平放竖放153156165203204215404456480412275KV侧母线的选取1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载13倍考虑MAX150313490627EGESIIAU由表41查出铝母线的允许载流量为456A，大于最大工作电流4409406A，故初步确定选用截面的铝母线。201M2校验母线的短路热稳定性要求短路最终温度，应先求出起始温度，根据，利用曲线，ZSZAF找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出SA21DZQA对应的。Z22MAX004096257561273GSXUUICCC短路电流计算时间13JSBGTTS短路电流热效应DZFIQ由，查汽轮发电机计算曲线，可得21715246BXXX乙B，068DTI0625DTI所以210138,6253277DDTTI2222220149380598DDZTTTQIIKAS0BTS22214875906417FIZFIITKAS由，从图中查得63SC490S则由2DZSQA得6442205381471091563106ZDS再由，查得，而已知铝、铜母线短路时发热最高允AZCXUC许温度为，即，满足热稳定性要求。所以应选择404的铝20Z母线。3校验母线的机械稳定性三相短路冲击电流为设母线采用水平排列平放，37546CHIKA已知A40CM，L120CM，H40MM，B4MM则4092ABH1XK三相短路时的相间电动力为22337731200546107659CHXLFIKNA母线平放及水平排列时，其抗弯模量为2263146WBM母线的计算应力为366715908592100MFPA已知铝母线的允许应力为，即，满足机械应力稳定性要求。6XU故最后确定选择截面为的铝母线。2401SM42支柱绝缘子及套管的选取由于牵引变压器安装在室外，而110KV进线是直接连接牵引变压器上的，所以不用穿墙导管，故对于110KV侧只需选择支柱绝缘子而不需要选用穿墙导管。而275KV侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内的，所以对275KV即需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙导管。421110KV侧支柱绝缘子选取1按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变压器110KV侧额定电压U110KV考虑，查附表可选表41支柱绝缘子型号额定电压（KV）机械破坏荷重（KN）ZS110/311032、校验支柱绝缘子的机械强度NAIFCH824104105913701731507672MAX查得ZS110/3型支柱绝缘子允许的抗弯破坏荷重为3000N，而短路时中间相中间位置的支柱绝缘子受力为，故能满NFN824MAX3F足要求。422275KV侧支柱绝缘子选取按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变压器275KV侧额定电压U275KV考虑，查附表可选表42支柱绝缘子型号额定电压（KV）机械破坏荷重（KN）ZA35Y353752、校验支柱绝缘子的机械强度查得ZA35Y型支柱绝缘子允许的抗弯破坏荷重为3750N，而短路时中间相中间位置的支柱绝缘子受力为，故能NFN8241MAXNFN2503760MAX满足要求。423275KV侧穿墙套管选取1按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载13倍考虑AUSIIEEG752892315031MAX查出穿墙导管的型号，初选型号为CLB35/600的支柱绝缘子。表43穿墙套管（型号）额定电压（KV）额定电流（A）机械破坏荷重（KN）热稳定电流不小于10S（铜导体导管）5S（铝导体导管）CLB35/60035600751201202、校验穿墙导管的热稳定性由前面选择硬母线处可得，而SKAQFIZD1375460972，所以，故穿墙导管满足热稳定性。SKAQ0243高压断路器选取及校验高压断路器是高压电气设备中最重要、最复杂的开关电器。它既要能切除正常负载又要能排除短路故障。其性能的好坏对电力系统的安全、稳定运行意义重大。高压断路器的主要任务（1）在正常情况下开断和关合负载电流，分合电路。（2）当电力系统发生故障时，切除故障电路。（3）配合自动重合闸多次关合或断开电路。选择断路器时应满足以下基本要求（1）在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。（2）在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。（3）应有足够的断路能力和尽可能短的分断时间。（4）应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单，体积小，重量轻，安装维护方便。高压断路器的分类按绝缘介质不同，断路器可分为多油断路器，少油断路器，压缩空气断路器，真空断路器，SF6断路器等。牵引变电所常用少油断路器，真空断路器，SF6断路器。交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设计110KV侧选用SF6断路器，275KV侧选用真空断路器。431110KV侧断路器选取1、最大长期工作电流按变压器过载13倍考虑AUSIIEEG938214035131MAX0GUKV由附录二表62查出断路器的型号为LW110，额定电流选取1250A。6SF2、短路关合电流的校验查出LW110型号的断路器的极限通过电流为，而，680EGIKAAICJ9681所以，满足要求。EGCJI3、校验短路时的热稳定性由前面选择硬母线处可得，而SKAQFIZD1375460972，所以，故满足热稳定性。所以断2224154396RTQIKASD6SF路器选取型号为LW110，额定电流为1250A。432断路器选取1、最大长期工作电流按变压器过载13倍考虑AUSIIEEG752892315031MAX275GUKV查出真空断路器的型号为，额定电流选取1000A。675ZN初选额定电流为1000A的型断路器其技术数据见表4型号额定电压（KV）额定电流（A）极限通过电流热稳定电流（）峰值有效值0052、短路关合电流的校验由附录二表62查出型号的真空断路器的极限通过电流为，6275ZN25EGIKA而，所以，满足要求。KAICJ059413EGCJI3、校验短路时的热稳定性由前面选择硬母线处可得，而SKAQFIZD1375460972，所以，故满足热稳定性。2224104RTQIASD所以断路器选取型号为，额定电流选取1000A。6SF65ZN44高压熔断器的选取及校验熔断器是运用切断过载电流或短路电流，选择熔断器时首先因根据装置地点和使用条件确定种类和型式，对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压和断流流量两项进线选择。由于在所设计的电气主结线中，只有侧才有高压熔断器，所以只需选择侧的高压熔断器。275KV275KV1、按额定电压选择由于，而，所以选择型号为的高压熔断器。2EU2EU13RN2、熔断器开断电流的校验，而，即，满足要求。3015749EKIA237546CHIA2EKCHI3、熔断器断流容量的校验，而，即，满足20ESMV21035CHESIUMVAECHS要求。由于环境为标准情况，不需要进行绝缘泄露比距校验。故选择的135RN高压熔断器。W135Z户外高压熔断器，其技术数据见表46型号额定电压（KV）切断极限短路电流时电流最大峰最大断流容量（MVA）值（KA）RW135Z35820045隔离开关的选取及校验隔离开关实质上是一把耐高压的刀开关，没有特殊的灭弧装置，一般只用来隔离电压，不能用来接通或切断负荷电流。隔离开关的主要用途（1）隔离高压电压，将需要检修的部分与带电部分可靠的隔离。形成明显的断点，确保操作人员和电气设备的安全。（2）在断口两端点位接近相等的情况下倒换母线，改变接线方式。（3）接通或断开小电流电路。选择隔离开关时应满足以下基本要求（1）隔离开关分开后应具有明显的断开点。（2）隔离开关应具有足够的热稳定性，动稳定性，机械强度和绝缘强度。（3）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离。（4）隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。（5）隔离开关的结构简单，动作要可靠。（6）带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。由于在所设计的电气主结线中，侧隔离开关在室外，而侧10KV275KV既有室内的也有室外的，所以对侧只需选择室外的，而侧要选择室内和室外的。451110KV侧隔离开关的选取1、最大长期工作电流按变压器过载13倍考虑AUSIIEEG938214035131MAX0GUKV而，所以由附录二表92查出隔离开关的型号为GW4MAX,EEGI110/1000。而要满足URUG,IRIG,可选型号GW4100、600的隔离开关，技术数据见表47型号额定电压（KV）额定电流（A）极限通过电流5热稳定电流（）峰值有效值GW4100、6001100050KA142、校验短路时的热稳定性，所以，故满足热稳14ERIKAATIDZ2170539681DZERTI定性。所以侧隔离开关的型号为户外GW4110/1000。0V452275KV侧隔离开关的选取1、最大长期工作电流按变压器过载13倍考虑AUSIIEEG752892315031MAX275GUKV而，所以由附录二表91查出户内隔离开关的型号为GN2MAX,EEGI35T/1000，户外隔离开关的型号为GW235G/1000。2、校验短路时的热稳定性1）、户内隔离开关的校验，所以，故满足热稳定25ERIKAATIDZ93150136DZERTI性。所以侧隔离开关的型号为户内GN235T/1000。7V2）、户外隔离开关