[工学]牵引变电所一次课程设计.doc

课课 程程 设设 计计 题题 目目A A 牵引变电所供变电工程设计牵引变电所供变电工程设计 专专 业业电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 电气工程学院电气工程学院 课 程 设 计 任 务 书 学生姓名学生专业电气工程及其自动化 学生学号学生班级指导教师 设计题目A 牵引变电所供变电工程设计 一、设计初始条件一、设计初始条件( (已知技术参数已知技术参数) ) 包含有 A、B 两牵引变电所的供电系统示意图如图 1 所示。 图 1 牵引供电系统示意图 图 1 中，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，选取基准容量 Sj 为 500MVA，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 0.10 和 0.12； 在最小运行方式下，电力系统 1、2 的综合电抗标 幺值分别为 0.11 和 0.14。 对每个牵引变电所而言，110kV 线路为一主一备。 图 1 中，L1、L2、L3 长度分别 30km、60km、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。 基本设计数据如表 1 所示。 表 1 牵引变电所基本设计数据 项目项目A A 所所B B 所所C C 所所D D 所所E E 所所F F 所所 左臂负荷全日有效值（A） 350410210390240180 右臂负荷全日有效值（A） 190300290160410300 左臂短时最大负荷（A） 注 510520370550420280 右臂短时最大负荷（A） 290380400280650420 牵引负荷功率因数(感性) 0.80.80.80.80.80.8 10kV 地区负荷容量（kVA） 215002100022000210002150021000 10kV 地区负荷功率因数(感 性) 0.830.830.830.830.830.83 牵引变压器接线型式 ScottVvYNd11 单相 VvYNd11 牵引变压器 110kV 接线型内桥外桥内桥外桥内桥外桥 式 左供电臂 27.5kV 馈线数目 222222 右供电臂 27.5kV 馈线数目 222222 预计中期牵引负荷增长204040304045 注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。 二、要求完成的主要任务二、要求完成的主要任务 1 1设计分组设计分组 A A 组：组：17781778、17841784、17901790、17961796； B B 组：组：17791779、17851785、17911791、17971797； C C 组：组：17801780、17861786、17921792、18001800； D D 组：组：17811781、17871787、17931793、18011801； E E 组：组：17821782、17881788、17941794、18021802； F F 组：组：17831783、17891789、17951795、18041804。 学号为单数的同学设计牵引变电所 A；双数的同学设计牵引变电所 B。 2 2牵引变电所供变电工程设计内容牵引变电所供变电工程设计内容 （1 1） 概述概述 对设计对象、原始资料（通常论述电网状况、负荷等级、负荷统计资料、地质、气象条件等） 、设计原则及设计所要完成的任务作简要论述。 （2 2） 牵引变压器容量计算牵引变压器容量计算 确定主变压器接线型式和备用方式； 分别计算正常负荷和坚密运行状态下的主变压器计算容量； 电气化铁道中、远期运量估计； 根据以上计算，进行单台主变压器初步选型； 进行主变压器过负荷能力校验。 （3 3） 牵引变压器运行技术指标计算牵引变压器运行技术指标计算 牵引变压器功率损耗及全年电能损耗计算； 牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算； 牵引变电所短时最大负荷工况下的不平衡度计算。 （4 4） 牵引变电所电压不平衡度计算牵引变电所电压不平衡度计算 在设计中，通常按牵引变电所正常运行和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度。按紧密 运行工况进行不平衡度考核。 （5 5） 牵引变电所主接线设计牵引变电所主接线设计（用 2 个初步方案进行比选） 根据电网布局、牵引变电所类型决定 110kV 侧的主接线，如内、外桥，双 T 接线或线路 变压器组等，鼓励同学们结合自己工作经验进行设计。 根据 27.5kV 馈线路数及供电对象的重要程度决定 27.5kV 侧的主接线，如选择单母线及其 分段、双母线、单母线加旁路母线等。 对所选初步方案进行技术、经济指标比选（如比较变压器功损、压损、不平衡度、接线可 靠性、接线复杂程度等） ，选出优化设计方案。 （6 6） 绘制有关图纸绘制有关图纸 对所选方案绘出牵引变电所主接线图牵引变电所主接线图及变电所平面布置图变电所平面布置图。图中应列表注明所选设备的编号、 名称、台（组）数、型号（这一部分内容待后定） 。 （7 7） 短路电流计算短路电流计算 为进行所选电气设备的动稳定、热稳定校验，必须进行相应的短路计算。 （8 8） 开关设备选型及稳定性校验开关设备选型及稳定性校验 根据以上计算结果，进行 110kV、27.5kV、10kV 所有断路器以及隔离开关的选型和动稳定、 热稳定校验，并列出计算、校验汇总表和设备清单。 （9 9） 室内、外母线选型及校验室内、外母线选型及校验 室外母线 110kV 进线侧、进入高压室的 27.5kV 进线侧、从高压室出来的 27.5kV 馈线侧、10kV 馈线侧 的母线均为软母线。 软母线进行选型、热稳定校验。无需进行动稳定校验。 室内母线 高压室内 27.5kV 硬母线长度 l2000mm； 相间距 a600mm 。 高压室内 10kV 硬母线长度 l1200mm； 相间距 a250mm 。 硬母线进行选型、热稳定及动稳定校验。 （1010）选择并校验各个支持绝缘子和穿墙套管选择并校验各个支持绝缘子和穿墙套管 （1111）电压、电流互感器选型与校验电压、电流互感器选型与校验 受课时所限，本次课程设计只做 110kV 侧 A、B、C 三相的仪用电压、电流互感器选择与校验， 各相仪表型号由同学自行确定。 根据设计需要，同学自行选择每相上的仪表种类、个数和连接方式，然后决定测量用电压、 电流互感器的连接、选型与校验（设计中假设仪表盘距电压、电流互感器安装点 30m） 。 （1212）牵引变电所防雷接地设计牵引变电所防雷接地设计（参考高电压技术教材） （1313）开列所选设备清单开列所选设备清单（编号、名称、型号、台（组）数） （1414）形成完整的设计计算书及图纸形成完整的设计计算书及图纸 3 3设计要求：设计要求： 根据设计内容的不同，划分出独立的章节 在每章的开始，应对所要完成的任务、基本的设计原则及计算方法作一简要的论述 在每章的结尾，应对所完成的工作做一简要的总结，以便后面章节查阅 对于关键参数的计算，要求有完整的计算电路图、详细的计算过程、完整的计算结果汇总 表 完成两张图纸：牵引变电所主接线图和牵引变电所平面布置图 撰写格式需符合学校相关的规定。 三、时间安排三、时间安排 第 9 周：下达课程设计任务，介绍供变电技术课程设计的主要设计内容和设计方法，并明确 课程设计的要求，指出相关的注意事项。 第 916 周：课程设计进度检查，指导，答疑。 四、参考文献四、参考文献 1.贺威俊等 编著.电力牵引供变电技术 西南交通大学出版社，1998 2.贺威俊、简克良 主编.电气化铁道供变电工程 中国铁道出版社，1980 3.娄和恭等 合编.发电厂变电所电气部分 水利电力出版社，1987 4.李群湛 贺建闽 编著. 牵引供电系统分析 西南交通大学出版社，2007 5.曹建猷 著. 电气化铁道供电系统 中国铁道出版社，1983 6.李群湛 连级三 高仕斌 编著. 高速铁路电气化工程西南交通大学出版社，2006 7.简克良 主编.电力系统分析.西南交大出版社，1992 8.铁道部电气工程局电气化勘测设计院， 电气化铁道设计手册 牵引供电系统 ，1988 9.袁则富，何其光 译.电气化铁路供电 西南交通大学出版社，1989 指导教师签名： 年 月 日 系主任签名： 年 月 日 摘要：摘要：牵引供电系统是我国电气化铁路重要的组成部分，它主要由牵引变电所、 牵引网、分区所、开闭所等组成。本次设计主要对牵引变电所一次设备进行了研 究和设计。主要工作是对 A 牵引变电所主接线设计及其绝缘的检验。其中，牵引 变压器的设计主要包括变压器的容量计算和技术指标的检测。绝缘设备的检验 主要是关于电气设备的动稳定、热稳定性、开关设备的选型和校验，以及对室内 外母线，各个支持绝缘子和穿墙套管，电压、电流互感器的选型和校验。另一部 分主要内容是对牵引变电所的防雷接地设计，包括避雷针、避雷线、避雷器以及 接地系统的设计。 关键词：关键词：主接线 热稳定性校验 动稳定性校验 防雷接地 目目 录录 第第 1 节节 本次本次设计设计概述概述 .1 1.1设计方案概述.1 1.2设计原始资料.1 第第 2 节节 牵牵引引变压变压器容量器容量计计算算 .3 2.1 变压器容量计算步骤3 2.2 牵引变压器容量计3 第第 3 节节 牵牵引引变压变压器运行指器运行指标计标计算算 .5 3.1 牵引变压器全年电能损耗计算5 3.2 牵引变压器的电压损失6 3.3 牵引变电所电压不平衡度计算6 第第 4 节节 牵牵引引变电变电所主接所主接线设计线设计 .9 第第 5 节节 短路短路电电流流计计算算 .10 5.1 短路计算示意图及有关数据10 5.2 短路电流计算11 第第 6 节节 开关开关设备选设备选型及型及热稳热稳定性校定性校验验 .13 6.1 高压断路器13 6.2 隔离开关15 第第 7 节节 室内外母室内外母线选线选型及校型及校验验 .18 7.1 室外母线选型及校验18 7.2 室内母线的选型和校验19 第第 8 节节 支持支持绝缘绝缘子和穿子和穿墙墙套管的套管的选择选择和校和校验验 .21 8.1 穿墙套管的选型和校验21 8.2 支持绝缘子的选型和校验22 第第 9 节节 互感器的互感器的选选型和校型和校验验 .24 9.1 110KV 电压互感器的选型和校验.24 9.1 110KV 电流互感器的选型和校验.26 第第 10 节节 牵牵引引变电变电所防雷接地保所防雷接地保护护 .28 10.1 变电所防雷保护设计28 10.2 变电所接地设计29 第第 11 节节 设备设备清清单单 .31 总结总结体会体会 .32 参考文献参考文献 .33 附附录录 .34 1 第 1 节 本次设计概述 1.1 设计方案概述 本次课程设计较系统的阐明了牵引变电所 A 主接线设计的基本方法和步骤。重点在于 对牵引变压器容量的计算、运行技术指标的计算，牵引变电所电压不平衡度计算，短路电 流的计算；牵引变压器的选择，开关及导线的选择，电压、电流互感器的选择；防雷接地 设计电气主接线的设计等。 1.2 设计原始资料 包含有 A、B 两牵引变电所的供电系统示意图如图 1 所示。 图 1 牵引供电系统示意图 图 1 中，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，选取基准容量 Sj 为 500MVA，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 0.10 和 0.12； 在最小运行方式下，电力系统 1、2 的综 合电抗标幺值分别为 0.11 和 0.14。 对每个牵引变电所而言，110kV 线路为一主一备。 图 1 中，L1、L2、L3 长度分别 30km、60km、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。 基本设计数据如表 1 所示。 表 1-1 牵引变电所基本设计数据 项目项目牵引变电所 A 左臂负荷全日有效值（A） 180 右臂负荷全日有效值（A） 300 左臂短时最大负荷（A）注 280 右臂短时最大负荷（A） 420 牵引负荷功率因数(感性) 0.8 10kV 地区负荷容量（kVA） 22000 10kV 地区负荷功率因数(感性) 0.83 牵引变压器接线型式 YNd11 牵引变压器 110kV 接线型式外桥 2 左供电臂 27.5kV 馈线数目 2 右供电臂 27.5kV 馈线数目 2 预计中期牵引负荷增长45 注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。 3 第 2 节 牵引变压器容量计算 牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，担负着将电力系统供给的 110kV 或者 220kV 三相电变换成适合电力机车使用的 27.5kV 单相电的任务。由于牵引负荷具有不稳定性、短 路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣，因此要求牵引变压器具有 一定的过负荷能力和抗冲击电流的能力。综合考虑后选择了接线形式的牵引变压器，11YNd 并且采用固定备用方式。通过查表选择的是 1 2 SF-31500/110 2.1 变压器容量计算步骤 a) 根据任务书中规定的运量大小确定变压器的计算容量，这是为供应牵引负荷所必须 的容量。 b) 根据列出紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用变压器的过负载能力，计算校核 容量，这是为确保变压器安全运行所必须的容量。 c) 根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素，并按照实际变压器的规格选定变压器 的数量和容量称为安装容量。 2.2 牵引变压器容量计 2.2.1 牵引变压器接线方式 这里我们采用的是三相 YNd11 的接线方式，其接线原理图如下： 2.2.2 牵引变压器的计算容量 正常负荷运行下的计算容量： 1 20.65 tab SKUII 其中：重负荷臂有效电流(A) a I b I轻负荷臂有效电流(A) 4 t K三相变压器的温度系数，一般取 0.94 U牵引变电多牵引母线额定电压，取 27.5kV 将代入上式得:180 ,300 ab IA IA 18534.45SkVA= 紧密运行下的计算容量为： 2 max,max 20.65 tab SKUII 其中：重负荷臂紧密运行时有效电流(A) ,maxa I 将代入上式得： ,max 420 ,300 ab IA IA max 24738.45SkVA= 校核容量的确定： max 16492.3 S K SkVA= 校 所以根据附录选择的牵引变压器为 1 2 SF-20000/110 2.2.3 中期变压器容量估算 为了满足铁路运输的发展，牵引变压器要留有一定的余量，预计中期牵引负荷增长了 45%则： 1.4526874.9525 y SSkVA= ,maxmax 1.4535870.7525 y SSkVA= 校核容量为： ,max ,1.5 23913.835 y S y SkVA= 校核 根据以上计算和附录选择牵引变压器为 1 2 SF-31500/110 所以最终选择的牵引变压器为 1 2 SF-31500/110 5 第 3 节 牵引变压器运行指标计算 牵引变压器是电气化铁道牵引供电系统的特殊装置，是牵引变电所的心脏，对牵引变 压器的各种指标的计算和校验有着非常重大的意义。它是判断牵引变压器选择是否合理的 标准之一。牵引变压器的运行指标主要有变压器功率损失、在短时最大负荷工况下的电压 损失以及变电所短时最大负荷工况下的不平衡度等，在这里分别对其做了计算，以此来评 估变压器选型的合适与否。 3.1 牵引变压器全年电能损耗计算 在牵引变电所中，牵引变压器采用的是 YNd11 接线方式，备用方式是固定备用，即运 作时一台变压器运行一台备用。 a P I重负荷臂平均电流，轻负荷臂平均电流，馈线日有效系数，取值为 b P Ik 1.41 由可得： P IkI 212.766 ,127.66 ab PP IA IA 两供电臂电流在接线形式的牵引变压器三角形接线绕组中得分配关系见下：11YNd 22 2 212 339 ab caxabPP IIII I 22 2 122 339 ab bcxabPP IIII I 22 2 111 339 ab abxabPP IIII I 可得 222222 49635.935,30435.935,10582.032 caxbcxabx IAIAIA 变压器 3 27.5381.818 N N S eU kVIA侧额定电流: 则全年实际负载电能损失为： 222 2 3 0.876 dcaxbcxabx e PIII d I A 4 10/kWh a 其中 4 14825.953 10/ dd pkWAkWh a得出 全年实际空载电能损失： 00 0.876AP 4 10/kWh a 式中 4 00 38.5,33.726 10/PkWAkWh a可得 全年牵引变压器的实际总电能损耗为： 4 0 59.679 10/ Td AAAkWh a 结合牵引变压器的经济运行，增大牵引变压器容量而引起的一次投资和相应电费量的 增加，可以在近期内减少的牵引变压器电能损失所支出的费用补偿回来，所以 的选择是合理以及经济的。 1 2 SF-31500/110 6 3.2 牵引变压器的电压损失 三相接线变压器的阻抗： 参数定义：变压器短路电压百分值，变压器额定电压，变压器% d U N U c P 额定铜耗，变压器额定容量。 N S 原边 Y 接相阻抗归算到 27.5KV 侧对应 Y 接，并把 Y 接转换成接，即次边绕组阻抗为： 2 2 23 2 2 2 3 14827.5 10001000(31500 10 ) % 10.527.5 100100 31500 10 330.338 337.563 kN N dN N PU T S UU T S R X 三相牵引变压器电压损失计算： 超前相电压损失计算式： 11 11122112233 2coscos 602sinsin 60 TT URIIXII 滞后相电压损失计算式： 11 21122112233 cos(60)2cossin(60)2sin TT URIIXII 功率因数为 0.8（感性）则： 1 12 cos (0.8)36.87 由于两侧负荷的功率因数是一样的，并且都是为，所以引前相和滞后相得cos0.8 电压损失如下 超前相绕组的电压损失为： ，计算得： 1 (0.40.13) abT UIIX 1 730.585UV 滞后相绕组的电压损失为： ，计算得： 2 (0.40.33) baT UIIX 2 1293.273UV 在实际中需要计算三相变压器的最大电压损失，其计算条件一般是供电臂电流和牵引 网电压损失计算条件相对应的，当功率因数为时，其计算如下所示：cos0.8 超前相绕组的最大电压损失为： ，计算得： 1,max.max (0.40.13) b apT UIIX 1,max 1145.069UV 滞后相绕组的最大电压损失为： ，计算得： 2,max.max (0.40.33) a bpT UIIX 2,max 1378.075UV 滞后相绕组的电压损失比超前相大，重负荷设在超前相，也就是 a 相。 7 3.3 牵引变电所电压不平衡度计算 由于单相工频交流电气化铁道牵引负荷的特点，当三相电力系统向它供电时，它将在 电力系统中引起负序电流，而负序电流会造成变压器的附加电能损失，并在变压器铁芯磁 路中造成附加发热，所以通过对不平衡度的计算，来确定采取有效的措施，缩小这些影响， 这是牵引供电系统设计的重要一环。 在设计中，通常按牵引变电所正常运行和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度。 按紧密运行工况进行不平衡度考核。 对于三相双绕组牵引变压器，供电系统等值负序网络如下图所示： 电网最小运行方式下的负序电抗： 1 2 2 * 110 11500 e j U sslssS XXXXLXXLX 其中是牵引变电所相关电力系统最大电抗标幺值，即是 * s X * 0.14 s X 所以：（） 2 110 500 0.11 60 0.426.662 s X 牵引变电所在紧密运行工况下注入 110kV 电网的负序电流： 2 ( )22 max,max,max,max,max 1 4 3 abab IIIII 计算可得： ( ) max 53.464IA 相负序电压计算： 3 ( )( )( ) max 1425.457 s UXIV 110kV 母线电压不平衡度计算及校验按下式进行： 4 ( ) 100%2.2%2.5% 110,000/3 u U 对于三相双绕组牵引变压器，10kV 母线电压不平衡度计算及校验： 5 8 ( )( ) ( ) max () 100%2.69%3% 110,000/3 sT u XX I 满足校验。 从牵引供电系统方面来说，采取换接相序、采用平衡牵引变压器和并联补偿装置等方 法来改善负序的作用。 最终结果见下表： 表 3-1 电压损失/V最大电压损失/V 超前相滞后相超前相滞后相 730.5851293.2731145.0691378.075 110kV 母线电压不平衡度 2.2% 10kV 母线电压不平衡度 2.69% 全年电能损失/kWh/a 4 1059.679 9 第 4 节 牵引变电所主接线设计 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器元件和连接 导线所组成的接受和分配电能的电路。 ，电气主接线要满足下列基本要求： a)首先应保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需求和电能 质量。主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电 压质量措施。 b)具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。现代技术的自动装备和监控自动 化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。 c)应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。在可能和充分论证的条件下，可 采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备，达到最好的经济效 益。 d)应力求接线简洁明了，并有发展和扩建余地。 电气主接线从电源系统接受电能，并通过出线或馈电线路分配电能，当进、出（馈） 线数量较多的时候，常设置汇流母线为中间环节，用以联系电源进线和出线，并使运行转 换方便，但也可采用无母线接线形式。采用不同形式的汇流母线即构成不同的接线方式。 本次设计的馈线数目很少，只有两条。而且牵引变电所只有两条电源回路和两台主变 压器，所以高压侧采用外桥型接线方式作为牵引变电所 A 的主接线。桥型接线能满足牵引 变电所的可靠性，具有一定得运行灵活性，使用电气少，建造费用低，在结构上便于发展 为单母线或具有旁路母线的单母线结线。具有很高的经济实用性，并能达到可靠性要求。 本设计采用 100%完全备用，当一套设备发生故障，经过正确的倒闸操作顺序，另一设备启 用，以提高供电可靠性。 接线图参见附录。 10 第 5 节 短路电流计算 为了进行所选电气设备的动稳定，热稳定校验，必须进行相应的短路计算。短路计算 时电网电源容量按无限大容量考虑；计算短路电流要考虑周期分量衰减时，在三相短路的 暂态过程中，不同时刻短路电流周期分量的有效值的计算，所以用运算曲线法计算；计算 中取用系统最大运行方式的综合电抗。 5.1 短路计算示意图及有关数据 电力系统短路中最常见的短路类型是单相接地短路，短路后最不严重的短路类型是两 相不接地短路，短路电流最大的三相接地短路。 由于采用的是完全备用方式，主变压器单台运行，牵引变压器高压侧三相接地短路短 路电流与点的三相接地短路电流相等，最终在计算可能通过各种电气设备和母线最大电 1 d 流时，计算短路点的三相接地短路电流即可。 123 ,d dd 关于短路计算 考虑简化计算，电网电源容量按无限大考虑。 计算中，取系统最大运行方式的综合电抗。 冲击系数按表 5-1 选取 表 5-1 电压等级 110kV27.5kV10kV Kch1.801.701.55 各级继电保护时间配合按表 7-2 选取 表 5-2 计算点 12 3、4 5 td （s）150100050020 Tjs （s）156106056026 E1 E2 X X X X G1 G2 L2 L3 d1 d d 2 3 11 5.2 短路电流计算 牵引变压器高压侧（）发生三相接地短路时，： 1 110kV 1 d 短路电路图如下所示： 取500, BBav SMVA UU 电网电源为无限大功率电源，内阻抗为零， 12 0 GG XX * 12 1EE 线路电抗标幺值为：, 2 * 500 2 115 0.4 600.90735 L X 2 * 500 3 115 0.4 200.30246 L X 短路点的起始次暂态电流标幺值为： * 11 0.907350.30246 4.40831 k I 短路点处的基准电流为： 500 33 115 B B S B U I 短路点的起始次暂态电流有名值为： 500 3 115 4.4083111.0658 k IkA 短路点的冲击电流为： 22 1.8 11.065828.169 chchk iK IkA 牵引变压器低压侧（）发生三相接地短路时，： 2 27.5kV 2 d 短路电路图如下： 由于,所以可以忽略，短路后在计算时也可以忽略不计，所以： TT RX T R, mm RX 变压器电抗标幺值： %* 10.5500 10010031.5 1.66667 dB N US TS X 线路电抗标幺值同上，没变 E1 E2 X X X X G1 G2 L2 L3 d1 I I I 1 2 k E1 E2 X X X X G1 G2 L2 L3 d1 I I I 1 2 k XT 12 电压标幺值为： * 1322 23 * 1 LL LL E XE X XX E 线路和线路的并联标幺值为： 2 L 3 L 23 / /0.22684 LL XX 短路点的起始次暂态电流标幺值为： * 1 1.66667 0.22684 0.5281 k I 短路点处的基准电流为： 500 33 27.5 B B S B U I 短路点的起始次暂态电流有名值为： 500 3 27.5 0.52815.5436 k IkA 短路点的冲击电流为： 22 1.7 5.543613.328 chchk iK IkA 侧发生三相接地短路时的短路电流，： 3 10kV 3 d 短路电路图如下： 变压器标幺值为： * 6.5500 11002 1.6666717.91667 TT T XXX 短路点的起始次暂态电流标幺值为： * 1 17.91667 0.22684 0.05512 k I 短路点处的基准电流为： 500 33 10.5 B B S B U I 短路点的起始次暂态电流有名值为： 500 3 10.5 0.055121.5154 k IkA 短路点的冲击电流为： 22 1.55 1.51543.323 chchk iK IkA 计算结果： 电压等级 110kV27.5kV10kV (kA) k I 11.06585.54361.5154 (kA) ch i 28.16913.3283.323 E1 E2 X X X X G1 G2 L2 L3 d1 I I I 1 2 k XT 13 第 6 节 开关设备选型及热稳定性校验 开关设备包括断路器、熔断器、隔离开关和负荷开关等电器。选择标准见下表所示， 根据表中条件，选择合理的开关设备并校验。 开关电器的选择与校验 表 61 选择项目校验项目 额定电 压 额定电 流 开断电 流 动稳定热稳定 断路器 UeUgIeIgmaxIekIZidwichIt2t IZ2tjx 隔离开 关 UeUgIeIgmaxidwichIt2t IZ2tjx 负荷开 关 UeUgIeIgmaxIekIZidwichIt2t IZ2tjx 熔断器 UeUgIeIgmaxIekIch 表 61 中 Ue、Ie、Iek分别为开关电器的额定电压、额定电流和额定开断电流； Ug、Igmax、IZ分别为开关电器工作点的线路额定电压、最大负荷电流和三相短路电 流稳态值； idw、It、t分别为开关电器的动稳定电流峰值、热稳定电流及其试验时间； tjx假想时间，tjxtjtdl0.05（s） tj继电保护整定时间（s） ； tdl断路器动作时间（s） ； 0.05考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间。 6.1 高压断路器 对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用环境、负荷种类 及使用技术条件选择断路器的类型和型号，及户外或户内，以及灭弧介质的种类。对 三相系统中，广泛采用少油式或者断路器，交流牵引负荷侧由于故障跳10220kV: 6 SF 闸频繁，从减少运行维修工作量考虑，较普遍采用真空断路器或者断路器。 6 SF 牵引主变压器高压侧（110kV）我们选择的是户外少油断路器。型号选择如下： 1 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：110 g UkV11.0658 z IkA 14 最大负荷电流为： 31500 max 3 110 1.3214.932 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的断路器型号为： 6 110/1200SW 校验断路器的动稳定性： 短路器的动稳定电流峰值，所以 满足要求41 dw ikA4113.328 dw ikAkA 校验断路器的热稳定性： 断路器的热稳定电流，断路器的试验时间15.8 t IkA=4ts 假想时间0.051.5 1.560.053.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 998.56,380.83 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 牵引主变压器低压侧（27.5kV）我们选择的是户外少油断路器。型号选择如下： 2 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：27.5 g UkV5.5436 z IkA 最大负荷电流为： 31500 max 3 27.5 1.3859.727 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的断路器型号为： 6 110/1200SW 校验断路器的动稳定性： 短路器的动稳定电流峰值，所以 满足要求41 dw ikA4113.328 dw ikAkA 校验断路器的热稳定性： 断路器的热稳定电流，断路器的试验时间15.8 t IkA=4ts 假想时间0.051 1.060.052.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 998.56,64.843 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 电力变压器高压侧我们选择的是户内真空断路器。型号选择如下： 3 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：27.5 g UkV5.5436 z IkA 最大负荷电流为： 2000 max 3 27.5 1.354.586 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的断路器型号为：27.5ZN 校验断路器的动稳定性： 短路器的动稳定电流峰值，所以 满足要求25 dw ikA2513.328 dw ikAkA 校验断路器的热稳定性： 15 断路器的热稳定电流，断路器的试验时间10 t IkA=4ts 假想时间0.050.50.560.051.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 400,34.112 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 电力变压器低压侧我们选择的是户内真空断路器。型号选择如下： 4 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：10 g UkV1.5154 z IkA 最大负荷电流为： 2000 max 3 10 1.3150.111 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的断路器型号为：27.5ZN 校验断路器的动稳定性： 短路器的动稳定电流峰值，所以 满足要求25 dw ikA253.323 dw ikAkA 校验断路器的热稳定性： 断路器的热稳定电流，断路器的试验时间10 t IkA=4ts 假想时间0.050.20.260.050.51 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 400,1.172 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 6.2 隔离开关 牵引变压器 110kV 隔离开关型号选择如下： 1 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：110 g UkV11.0658 z IkA 最大负荷电流为： 31500 max 3 110 1.3214.932 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的隔离开关型号为： 型的隔离开关4 110/630GWDADW 校验隔离开关的动稳定性： 隔离开关的动稳定电流峰值，所以 满足要求50 dw ikA5013.328 dw ikAkA 校验隔离开关的热稳定性： 隔离开关的热稳定电流，隔离开关的试验时间20 t IkA=4ts 假想时间0.051.5 1.560.053.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 1600,380.83 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 16 牵引主变压器 27.5kV 隔离开关型号选择如下： 2 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：27.5 g UkV5.5436 z IkA 最大负荷电流为： 31500 max 3 27.5 1.3859.727 g IA 根据上面数据和表 61 的条件,以及附录可选择的隔离开关型号为： 427.5/1250GWkVA 校验隔离开关的动稳定性： 隔离开关的动稳定电流峰值，所以 满足要求80 dw ikA8013.328 dw ikAkA 校验隔离开关的热稳定性： 隔离开关的热稳定电流，隔离开关的试验时间31.5 t IkA=4ts 假想时间0.051 1.060.052.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 3969,64.843 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 电力变压器 27.5kV 隔离开关型号选择如下： 3 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：27.5 g UkV5.5436 z IkA 最大负荷电流为： 2000 max 3 27.5 1.354.586 g IA 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的隔离开关型号为： 427.5/630GWkVA 校验隔离开关的动稳定性： 隔离开关的动稳定电流峰值，所以 满足要求50 dw ikA5013.328 dw ikAkA 校验隔离开关的热稳定性： 隔离开关的热稳定电流，隔离开关的试验时间20 t IkA=4ts 假想时间0.050.50.560.051.11 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 1600,34.112 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 电力变压器 10kV 隔离开关型号选择如下： 4 工作点的线路额定电压为：,三相短路电流稳态值为：10 g UkV1.5154 z IkA 最大负荷电流为： 2000 max 3 10 1.3150.111 g IA 17 根据上面数据和表 61 的条件，以及附录可选择的隔离开关型号为： 2 10/1000GNkVA 校验隔离开关的动稳定性： 隔离开关的动稳定电流峰值，所以 满足要求80 dw ikA803.323 dw ikAkA 校验隔离开关的热稳定性： 隔离开关的热稳定电流，隔离开关的试验时间40 t IkA=4ts 假想时间0.050.20.260.050.51 jxjd ttts ,所以，满足要求 22 6400,1.172 tzjx I tI t 22 tzjx I tI t 选择的开关型号见下表： 110kV27.5kV10kV 断路器 6 110/1200SW 6 110/1200 27.5 SW ZN 27.5ZN 隔离开关4 110/630GWDA 427.5/1250GWkVA 427.5/630GWkVA 2 10/1000GNkVA 18 第 7 节 室内外母线选型及校验 配电装置中的汇流母线按工作条件可分为室内和室外，对于室外安装的母线受自然条 件的影响较大，且室外配电装置的跨距大，要求由足够的机械强度，但室外母线的散热条 件较室内要好。各种母线都要求有良好的导电性，以减少电能损耗。我国主要采用的是铝 制、铝合金及钢铝导线材料。考虑施工安装的条件，室外配电装置一般采用圆形铝绞线或 钢芯铝绞线的软母线，室内采用矩形截面的硬母线，因这种截面的母线在交流电下的集肤 效应较小，散热较好，施工安装方便。这次母线选择的基本数据见下： 室外母线 110kV 进线侧、进入高压室的 27.5kV 进线侧、从高压室出来的 27.5kV 馈线侧、10kV 馈线侧的母线均为软母线。 室内母线 高压室内 27.5kV 硬母线长度 l2000mm； 相间距 a600mm 高压室内 10kV 硬母线长度 l1200mm； 相间距 a250mm 软母线进行选型、热稳定校验。硬母线进行选型、热稳定及动稳定校验。 表 71 选择校验 导线名称按导线长期发热 允许电流选择 按经济电流密度 选择 动稳定热稳定 母线及短导线 普通导线 7.1 室外母线选型及校验 室外 110kV 进线侧为软母线。母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑，由前面 1 计算知： max 214.932 g IA 根据，可知选择的钢芯铝绞线满足要求。 maxxug II50LGJ 校验母线热稳定性： ， min z I jxfC SSt k 其中热稳定系数取为 99C 肌肤效应系数，取 1 f k 则根据前面的,可得，不满足要求11.0658,3.11 zjx IkA ts 2 min 197.11Smm 所以选择钢芯铝绞线210LGJ 19 室外 27.5kV 进线侧为软母线。母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑，由前 2 面计算知： max 859.727 g IA 根据，可知选择钢芯铝绞线满足要求。 maxxug II400LGJ 校验母线热稳定性： ， min z I jxfC SSt k 则根据前面的,可得，满足要求5.5436,2.11 zjx IkA ts 2 min 81.34Smm 从高压室出来的 27.5 馈线侧母线。 3 选择的型号也是钢芯铝绞线400LGJ 从高压室出来的 10kV 馈线侧母线。母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑， 4 由前面计算知： max 150.111 g IA 根据，可知选择钢芯铝绞线满足要求。 maxxug II25LGJ 校验母线热稳定性： ， min z I jxfC SSt k 则根据前面的,可得，满足要求1.5154,0.51 zjx IkA ts 2 min 10.93Smm 7.2 室内母线的选型和校验 室内 27.5kV 硬母线。母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑，由前面计算知： 1 max 859.727 g IA 根据，可知选择的垂直平放置的矩形铝母线满足要求。 maxxug II60 6LMY 校验母线热稳定性： ， min z I jxfC SSt k 则根据前面的,可得，满足要求5.5436,2.11 zjx IkA ts 2 min 81.34Smm 校验母线动稳定性： 母线的允许应力为： 6 =69 10 yx Pa 最大冲击力为： )(1073 . 1 72 max N a l ikF chxch 式中 Kx导体形状修正系数，约为 1； 20 ich2三相短路冲击电流； l平行母线长度（mm） ； a母线间距(mm)。 所以最大冲击应力为： max 102.436 ch FN 最大冲击应力为： 6 max max 2 /10 56.9 10 6 ch chyx FlM Pa Wb h 式中 h硬母线截面宽边长度(mm)。 所以最大冲击应力为： 6 max 56.9 10 chyx Pa 室内 10kV 硬母线。母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑，由前面计算知： 2 max 150.111 g IA 根据，可知选择的垂直平放置的矩形铝母线满足要求。 maxxug II15 3LMY 校验母线热稳定性： ， min z I jxfC SSt k 则根据前面的,可得，满足要求1.5154,0.51 zjx IkA ts 2 min 10.93Smm 校验母线动稳定性： 母线的允许应力为： 6 =69 10 yx Pa 最大冲击力为： )(1073 . 1 72 max N a l ikF chxch 所以最大冲击应力为： max 9.169 ch FN 最大冲击应力为： 6 max max