铁道供电课程设计--牵引变压器.doc

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告电气化铁道供电系统与设计课程设计报告 班 级： 电气 084 学 号： 200809354 姓 名： 张扬童 指导教师： 评语评语： 成绩 年 月 日 目目 录录 1 设计原始资料-1 (1) 题目-1 (2) 题目分析-2 2 设计过程-2 (1) 参数定义-2 (2) 牵引变压器容量计算-3 (3) 牵引变压器类型选择-3 (4) 牵引变压器运行指标计算-4 (5) 主接线设计-4 (6) 设备选型-6 3. 小结-9 参考文献-9 附录-10 附录一 牵引变压器主要技术数据表 - 10 - 附录二 牵引变电所 a 主接线图 - 11 - - 1 - 供变电工程课程设计指导书供变电工程课程设计指导书的牵引变电所的牵引变电所 a a 1 1 设计原始资料设计原始资料 1.1 题目题目 (1)选题背景 包含有 a、b 两牵引变电所的供电系统示意图如图 1 所示： l3l2 l1 ba system 1system 2 图 1 牵引供电系统示意图 表 1 设计基本数据 项目a 牵引变电所 左臂负荷全日有效值（a） 350 右臂负荷全日有效值（a） 300 左臂短时最大负荷（a） 440 右臂短时最大负荷（a） 390 牵引负荷功率因数0.85（感性） 牵引变压器接线型式 yn,d11 牵引变压器 110kv 接线型式桥型接线 10kv 地区负荷容量(10kv) 2*1000 10kv 地区负荷功率因数0.80（感性） 左供电臂 27.5kv 馈线数目 2 右供电臂 27.5kv 馈线数目 2 10kv 地区负荷馈线数目2 回路工作，1 回路备用 预计中期牵引负荷增长 40% 图 1 牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。 电力系统 1、2 均为火电厂。其中，电力系统容量分别为 250mva 和 200mva。选取基 准容量 sj为 200mva，在最大运行方式下，电力系统 1、2 的综合电抗标幺值分别为 0.13 - 2 - 和 0.15；在最小运行方式下，电力系统的综合标幺值分别为 0.15 和 0.17。 对每个牵引变电所而言，110kv 线路为一主一备。图 1 中，l1、l2、l3长度为 25km、40km、20km.线路平均正序电抗 x1为 0.4/km,平均零序电抗 x0为 1.2/km。 (2)方案论证 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。 (3)过程(设计)论述 先通过计算容量、校核容量，确定安装容量，选择变压器类型；在计算全年电能损 失和电压损失；最后计算短路电流，选择断路器类型。 (4)结果分析 所计算得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。 (5)结论或总结 这次的课程设计，由于能力和时间上有限，对于原本较复杂的牵引变电所设计进行 了简单化，既只选择了变压器类型和断路器类型进行了计算。 1.2 题目分析题目分析 (1)牵引变压器初步选型 根据设计原始资料中给出的已知值，接线方式，确定出的备用方式，计算出变压器 的计算容量和校核容量。在计算容量与校核容量的基础，考虑备用方式确定出变压器的 安装容量，确定出变压器的型号。由变压器的允许过负荷来判断所选备用方式下安装容 量是否合适。 (2)计算牵引变压器的运行技术指标 计算出牵引变压器功率损耗及全年电能损耗，在短时最大负荷工况下的电压损失和 不平衡度，根据这些数据来改善供电，减少能耗。 (3)牵引变电所主接线设计 采用内桥结线，具体接线图见附录二。 2 2 设计过程设计过程（偏重于容量计算）（偏重于容量计算） 2.1 参数定义参数定义 - 3 - kt: 三相变压器的温度系数，一般为 0.9 un: 牵引变电所牵引侧母线额定电压，即 27.5kv kt: 左供电臂负荷全日有效值，为 350a un:右供电臂负荷全日有效值，为 300a s:变压器容量 1a:电能损耗 1u: 电压损失 x: 阻抗 k: 牵引变压器过负荷倍数，取 1.5 2.2 牵引变压器容量计算牵引变压器容量计算 牵引变电所的主变压器采用 yn，d11 接线形式，主变压器正常负荷计算： s=ktu(2ix1+0.65ix2)(kva)(a) 将 ix1=350a，ix2=300a 代入(a)可以求得： s=22151.25(kva) 紧密运行状态下的主变压器计算容量： sbmax=ktu(2ix1+0.65ix2) (kva)(b) 将 iamax =440a，ibmax =390a 代入 sbmax=ktu(2ix1+0.65ix2) (kva) (b)可以求得： sbmax=28054.125(kva) 校核容量的确定：最大容量 s2max =ktu(2imax +0.65ix2) (c) 代入数据 iamax =440a，ibmax =390a 可求得： s2max =26606.25(kva) s校 =s2max/k (d) 代入数据可求得：s校=17737.5(kva) 2.3 牵引变压器类型选择牵引变压器类型选择 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，预计中期牵引负荷增 长为 40%。 sy=140%s (kva)(e) 可以求得：sy =31011.75(kva) 于是根据所得容量，查询附录一，可选择 sf1-31500/110 型三相双绕组牵引变压器。 2.4 牵引变压器运行指标计算牵引变压器运行指标计算 - 4 - (1)牵引变压器的全年电能损失 由已知可求得 ip1=191.3a，ip2=169.6a，代入下式 icax2 =(2ix1/3) 2 +(ix2/3) 2 +2ip1ip2/9 ibcx2 =(2ix2/3) 2 +(ix1/3) 2 +2ip1ip2/9 (f) iabx2 =(ix1/3) 2 +(ix2/3) 2 -ip1ip2/9 可得 icax =11.0154a，ibcx =9.6321a，iabx =3.4806a 在牵引变电所中，若一台运行，则全年实际负载电能损失： ad =0.876pd(icax2 +ibcx2 +iabx2)/(3ie2) (104kwh/年) (g) 其中pd=148kw，得出ad =71.5(104kwh/年) 全年实际空载电能损失ad =0.876p0，其中p0=38.5kw，a0 =33.726(104kwh/年) 所以全年牵引变压器的实际总电能损失at =ad +a0 =105.23(104kwh/年) (2)牵引变压器在短时最大负荷下的电压损失 归算到 27.5kv 侧，三相结线牵引变压器的电抗值 xt=3ud%ue2/(100se)=7.56 引前相和滞后相最大电压损失： (h) t1pmax2max2t t2pmax1max1t xi33.0i4.0u xi13.0i4.0u 代入数值可得ut1max =1164.24v，ut2max =1655.64v 电压损失 v88.2819uuu max2tmax1t 2.5 主接线设计主接线设计 (1)电气主接线基本要求 电气主接线应满足可靠性、经济性和灵活性三项基本要求： a.灵活性 主接线的灵活性主要表现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情 况如下： 1) 满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方便、灵活 地切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行状 态。 2) 满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。设备停 电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内的 操作是否方便灵活。 3) 满足接线过渡的灵活性。一般变电站都是分期建设的，从初期接线到最终接线的 - 5 - 形成，中间要经过多次扩建。主接线设计要考虑接线过渡过程中停电范围最少，停电时 间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。 4) 满足处理事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障部分， 尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定。 b.可靠性 根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不同，对变电所的主接线可靠性提出不 同的要求。 主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的综合。对主接线可以作定量 计算，但需要各种设备的可靠性指标、各级线路、母线故障率等原始数据。一般情况下， 在主接线设计时尚缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料，而且计算方法各异，也不成 熟，故通常不作定量计算，其结果也只能作参考。通常采用定性分析来比较各种接线的 可靠性。 c.经济性 经济性是在满足接线可靠性、灵活性要求的前提下，尽可能地减少与接线方式有关 的投资。主要内容如下： 1) 采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投产初期回路数较少时， 更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设。 2) 在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以 高代低。 3) 在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省 配电装置征地的费用。 (2)电气主接线设计依据 a.变电所的分期和最终建设规模 变电所根据十几年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器；当技术经 济比较合理时，330500kv 枢纽变电所也可装设 34 台主变压器；终端或分支变电所如 只有一个电源时，可只装设一台主变压器。 b.变电所在电力系统中的地位和作用 电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。 一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为 330 500kv；地区重要变电所，电压为 220330kv；一般变电所多为终端和分支变电所，电压 为 110kv，但也有 220kv。 c.负荷大小和重要性 - 6 - 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部 一级负荷不间断供电。 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部 或大部分二级负荷的供电。 d.系统备用容量大小 装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保 证该所 70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证一级和二级负荷。 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线或断路器时，是否 允许线路、变压器停运；故障时允许切除的线路、变压器的数量等。设计主接线时应充 分考虑这个因素。 2.6 设备选型设备选型 (1) 短路电流计算与选择设备 图 2 短路计算等值电路图 已知 se1=250mva，se2=200mva，l3=20,l2=40。由于 rtxt，所以计算时可以忽略 rt，短路后，rm,xm,也可以忽略。 1) 先算 110kv 侧 由已知可以求得：x13=x1l3=8; x12=x1l2=16 所以，设网络中，则1 1 i ， xxii 2l3 l / 12 iii 21k - 7 - 图 3 转移阻抗计算等值电路图 根据以上两式，可得：， iiic k /1 k / 11 iic k / 22 由图可得总阻抗 xxx 2l3lk / 由此，可算出各支路转移阻抗： 8/c xx 1kk1 16/c xx 2kk2 则，计算电抗： 10)/( ssxx b1ek11js 16)/( ssxx b2ek22js 所以，总计算电抗 15 . 6 /x xx 2js1js (i) 16 . 0 x/1 i 短路电流有效值 )ka(168 . 0 i u3 s i b b 由于 110kv 时，冲击系数 kch=1.8,所以，冲击电流 (j) )ka(43 . 0 i2 ki chch 短路电流最大有效值)ka(255. 0i52. 1 i max.ch 2) 在计算 27.5kv 侧 与上图比较可以看出多了 xt，同样设网络中，则 1 1i ， xxii 2l3 l / 12 iiii 21k 3 根据以上两式，可得：， iiic k /1 k / 11 iic k / 22 1 c1 - 8 - 图 4 转移阻抗计算等值电路图 由图可得总阻抗: 42 . 5 )/( xxxx t2l3lk 由此，可算出各支路转移阻抗： 13 . 8 /c xx 1kk1 26.16/c xx 2kk2 42. 5/c xx 3kk3 则计算电抗： 16.10)/( ssxx b1ek11js 26.16)/( ssxx b2ek22js 2 .12)/ )( sssxx b2e1ek33js 所以总计算电抗： 45.18)/x xx x( 3js2js 1js 054 . 0 x/1 i 短路电流有效值： )ka(057. 0i u3 s i b b 由于 27.5kv 时，冲击系数 kch=1.7,所以，冲击电流: (k) )ka(136 . 0 i2 ki chch 短路电流最大有效值)ka(087 . 0 i52 . 1 i max.ch 110kv 断路器选用 sw-110/1200 型户外少油断路器，其技术数据如下表： 表 2 110kv 少油断路器 型号 额定 电压 （kv ） 额定 开断 电流 （ka ） 最高 工作 电压 （kv ） 额定 工作 电流 （a ） 短路 关合 电流 （ka ） 动稳 定电 流 （ka ） 4s 热 稳定 电流 （ka ） 金属 短接 时间 （s ） 固有 分闸 时间 （s ） 合闸 时间 （s ） 全开 断时 间 （s ） sw-110/120011015.81261200414115.80.10.040.20.07 - 9 - 验证： kv110 ue kv110 ug ka36. 83 . 1ka1200 u3 s ii e e max. ge ka255 . 0 ka41 ii chg s41 . 4 ts 6 . 984t aiqa 8 . 15iq 22 d d 222 ft xu mva32mva250 ss dtek 少油断路器满足使用要求，而且 sw-110/1200 型户外少油断路器价格也合理，所以 选择此断路器正确。 3.3.小结小结 通过对本次的课程设计，加深了我对牵引供变电技术这门课的认识，使我对本学期 所学到的知识得到了巩固和进一步的加深学习了解，使我基本掌握了牵引变电所设计的 步骤和原则、原理接线图、短路计算，也对设备的选型有了一定的了解，为将来从事这 方面的工作打下了基础；同时，在设计的过程中也感到了自己的很多不足，还需要进一 步的深入了解和学习。在此，也非常感谢老师在这次设计中对我的指导。 参考文献参考文献 1李彦哲,胡彦奎,王果等.电气化铁道供电系统与设计m.兰州:兰州大学出版社.2006. 2贺威俊,简克良.电气化铁道共变电工程m.北京:铁道出版社.1983. 3简克良.电力系统分析.成都:西南交通大学出版社.1993. 4贺威俊,高仕斌.电力牵引供变电技术.成都:西南交通大学出版社.1993. - 10 - 附录附录 附录一附录一 牵引变压器主要技术数据表牵引变压器主要技术数据表 设备型号 1 10000/ 110 sf 1 15000/ 110 sf 1 20000/ 110 sf 1 31500/ 110 sf 40000/ 110 sfy 7 20000/ 110 sf 额定容量（kva） 100001500020000315004000020000 高压