变电站课程设计---某牵引变电所供变电工程设计.doc

26西南交通大学本科生课程设计课 程 设 计题 目某牵引变电所供变电工程设计专 业电气工程及其自动化班 级学 号姓 名指导教师 电气工程学院目录目录2第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求41.1概述41.2电气主接线基本要求41.安全性42.可靠性43.经济性54.方便性51.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤5第二章 牵引变电所相关参数计算52.1 变压器容量计算及校验51.容量计算：51.变压器损耗和全年耗电量计算61.2主接线设计及方案选择9第三章 短路计算93.1短路点的选取93.2短路计算9第四章 设备及选型114.1硬母线的选取111. 侧母线的选取：112. 27.5KV侧母线的选取123.10kv侧软母线选择。144.2支柱绝缘子和穿墙导管的选取141. 侧支柱绝缘子的选取142. 侧支柱绝缘子的选取143.侧穿墙导管的选取：144.3高压断路器的选取151.侧断路器的选取152.侧真空断路器的选取154.4高压熔断器的选取161.按额定电压选择162.熔断器开断电流的校验163.熔断器断流容量的校验164.5隔离开关的选取161. 侧隔离开关的选取162. 侧隔离开关的选取174.6电压互感器的选取171.侧电压互感器的选取182.侧电压互感器的选取184.7电流互感器的选取181.侧电流互感器的选取182.侧电流互感器的选取194.8避雷器的选取194.9避雷针选择20附表一：变压器参数22附表二：电气设备一览表23附表三：变电所结线图24参考书目25第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求1.1概述牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，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。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结线图，称为电气主结线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映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。电气主结线反映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，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结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，电气主结线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。1.2电气主接线基本要求1.安全性 主要体现在：隔离开关的正确配置和隔离开关接线的正确绘制。 隔离开关的主要用途是将检修部分与电源隔离，以保证检修人员的安全。 在主接线图中，凡是应该安装隔离开关的地方都必须配置隔离开关，不能有个别遗漏之处，也不允许从节省投资来考虑而予以省略。 主接线的安全性是必须绝对保证的，在比较分析主接线的特点时，不允许有“比较安全、安全性还可以”等不合适的结论。2.可靠性 电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电所来说是可靠的，而对另一些发电厂和变电所则不一定满足可靠性要求。 电气主接线可靠性的高低，与经济性有关。一般来讲，主接线的可靠性愈高，所需的总投资和年运行费愈多。 另一方面，可靠性愈高，因停电而造成的经济损失愈小。 所以，对主接线可靠性进行分析时，要根据资金是否充沛，停电的经济损失多少等，从各方面加以综合考虑。3.经济性 它通常与可靠性方便性之间有矛盾。4.方便性(1)操作的方便性 尽可能使操作步骤少，以便于人员掌握，不致出错。(2)调度的方便性 根据调度要求，方便地改变运行方式。(3)扩建的方便性1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤在电气主结线的设计中，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. 主结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、变电所布点、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，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。4. 新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。第二章 牵引变电所相关参数计算2.1 变压器容量计算及校验1.容量计算： 根据任务书中规定的运量大小及行车组织要求确定计算容量为牵引负荷所必须容量：由任务书可知: 则重绕组有效电流为：计算容量为：(温度系数考虑轻绕组功率未全部发出及发 热裕量取0.94)。2.校核容量：根据列车紧密运行时供电臂有效电流和充分利用牵引变压器过负荷能力计算校核容量为变压器安全运行所必须容量：由任务书中给出考虑到铁路运量增加30%根据计算容量查询铁路电力牵引供电设计规范选择牵引变压器。 (采用yd11接线，k取1.5），未超过变压器容量，满足要求。3.容量选择 根据牵引供电所负荷要求选择地区变压器为。2.2牵引变压器运行技术指标1.变压器损耗和全年耗电量计算 变压器损耗计算公式 (1)有功损耗：-(1) (2)无功损耗：-(2) (3)综合功率损耗：-(3) 式中：空载无功损耗(KVar) 空载损耗(KW) 额定负载损耗(kW) 变压器额定容量(KVA) %变压器空载电流百分比。 %短路电压百分比 平均负载系数 负载波动损耗系数 额定负载漏磁功率(KVar) 无功经济当量(KW/KVar) 上式计算时各参数的选择条件： a.取=1.05; b.变压器平均负载系数，农用变压器可取=20%;工业企业可取=75%； c.变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数：t=5500h； d.变压器空载损耗、额定负载损耗、%。已知,带入以下公式: 并将求得的数据带入以下式子：求得运行变压器的耗电量。其中为变压器的短路损耗，为变压器的额定电流。由已选变压器，=148KW，由以上几式可得125.1(年）空载损耗/年）所以年总耗电量年）。2.短路时最大负荷工况下电压损失计算 由第三章中短路计算得数据，如表2-1所示：电压等级额定电流短路电流冲击电流最大短路电流有效值侧165.332194535004205.5侧661.32241741097866.310KV侧0.5779.5214.7615.3可求得电压损失，此处，不具体计算。3.短路时最大负荷工况下不平衡度校验(1)主变不平衡度校验 负序阻抗计算：（最小运行方式下电力系统1投入运行） 牵引变电所紧密运行下注入电网负序电流： （变压器=10.5,=31500KVA,=110KV)。等效电路图如下：取=，=100MVA。则不平衡度为：2.5%满足要求。（2） 地区变压器不平衡度校验 两相短路时负序电流最大为额定电流1倍 最大不平衡度为：满足要求。1.2主接线设计及方案选择方案一:外桥结线方式 此种结线方式可靠性高，维护方便，经济性较好。方案二：简单分支结线 此种结线方式可靠性高，维护比较困难，建设成本较低。综合考虑选择方案一外桥结线方式。第三章 短路计算3.1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高压母线短路点作为短路计算点；对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取低压母线短路点作为短路计算点。3.2短路计算电路简化图如图3-1所示： 图： 3-1进行短路计算时取线路处于最大运行方式下，取=，=100MVA。点发生短路： 点发生短路：稳态分量： 点发生短路：稳态分量： 短路计算值一览表如下表电压等级额定电流短路电流冲击电流最大短路电流有效值侧165.332194535004205.5侧661.32241741097866.310KV侧0.5779.5214.7615.3 小结：进行相关的短路计算，为后面章节进行所选电气设备的动稳定、热稳定校验做了相应准备。例如进行母线的动稳定校验时要用到短路电流，进行熔断器断流容量的校验时要用到冲击电流。总之，为后面章节相关计算奠定了基础第四章 设备及选型4.1硬母线的选取1. 侧母线的选取：（1） 母线选择 按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑： 查表得铝母线（LMY型）的允许载流量为251A（环境温度为时），大于最大工作电流214.938A，故初步确定选用截面的铝母线（单条平放）。（2）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，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的： 短路电流计算时间： 短路电流热效应： 由，从图中查得则由得：再由，查得100,而 (见表6.1)，即：，满足热稳定性要求。所以应选择253=75m截面的软铝母线。2. 27.5KV侧母线的选取（1） 母线选择 最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑 由附录二，表三查出铝母线608的允许载流量为973A，大于最大工作电流859.727 A，故初步选定用608=480截面的铝母线。（2）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，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的： 由,从图中查得，则由得： 再由，查同上曲线，查得，而 (见表6.1)，即：，满足热稳定性要求，所以应选择的软铝母线。（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，已知：a=40cm，l=120cm，h=60mm，b=8mm则： 三相短路时的相间电动力为： 母线平放及水平排列时，其抗弯模量为： 母线的计算应力为： 由表6.4铝母线的允许应力为，即：，满足机械应力稳定性要求。 故最后确定选择截面为的铝母线。3.10kv侧软母线选择。4.2支柱绝缘子和穿墙导管的选取1. 侧支柱绝缘子的选取（1）支柱绝缘子选取 按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器侧额定电压考虑 由附录二表11.1查出支柱绝缘子的型号为ZS-110/3，初选破坏荷重为3的支柱绝缘子。（2）校验支柱绝缘子的机械强度 查表得ZS-110/3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，故能满足要求。2. 侧支柱绝缘子的选取（1）支柱绝缘子选择 按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器侧额定电压考虑 查表得支柱绝缘子的型号，初选型号为ZA-35Y的支柱绝缘子。（2）校验支柱绝缘子的机械强度 查表得ZA-35Y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，故能满足要求。3.侧穿墙导管的选取：（1）穿墙套管选择 按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑: 由附录二表11.1查出穿墙导管的型号，初选型号为CLB-35/600的支柱绝缘子。(2)校验穿墙导管的热稳定性 由前面选择硬母线处可得，而，所以，故穿墙导管满足热稳定性。4.3高压断路器的选取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，本设计侧选用断路器，侧选用真空断路器。1.侧断路器的选取(1)断路器选择 最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑： 查表得断路器的型号为LW-110，额定电流选取1250A。（2）短路关合电流的校验 由附录二表6.2查出LW-110型号的断路器的极限通过电流为，而，所以，满足要求。（3）校验短路时的热稳定性 由前面选择硬母线处可得，而，所以，故满足热稳定性。所以断路器选取型号为LW-110，额定电流为1250A。 2.侧真空断路器的选取（1）真空断路器选择 最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑 由附录二表6.3查出真空断路器的型号为，额定电流选取1000A。（2）短路关合电流的校验 由附录二表6.2查出型号的真空断路器的极限通过电流为，而，所以，满足要求。（3）校验短路时的热稳定性 由前面选择硬母线处可得，而，所以，故满足热稳定性。所以断路器选取型号为，额定电流选取1000A。 4.4高压熔断器的选取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。1.按额定电压选择 由于，而，所以选择型号为的高压熔断器。2.熔断器开断电流的校验，而，即，满足要求。3.熔断器断流容量的校验 ，而，即，满足要求。由于环境为标准情况，不需要进行绝缘泄露比距校验。故选择的高压熔断器。4.5隔离开关的选取由于在所设计的电气主结线中，侧隔离开关在室外，而侧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。1. 侧隔离开关的选取（1）隔离开关选择 最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑 而，所以由附录二表9.2查出隔离开关的型号为GW4-110/1000。（2）校验短路时的热稳定性 ，所以，故满足热稳定性。所以侧隔离开关的型号为户外GW4-110/1000。 2. 侧隔离开关的选取（1）隔离开关的选择 最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑 而，所以由附录二表9.1查出户内隔离开关的型号为GN2-35T/1000，户外隔离开关的型号为GW2-35G/1000。（2）校验短路时的热稳定性户内隔离开关的校验 ，所以，故满足热稳定性。所以侧隔离开关的型号为户内GN2-35T/1000。 户外隔离开关的校验 ，所以，故满足热稳定性。所以侧隔离开关的型号为户外GW2-35G/1000。 4.6电压互感器的选取1.侧电压互感器的选取 ，由附录二表12查出电压互感器的原线圈额定电压为，副线圈额定电压为，故确定选用的型号为的电压互感器。 由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。2.侧电压互感器的选取 ，由附录二表12查出电压互感器的原线圈额定电压为，副线圈额定电压为，故确定选用的型号为的电压互感器。 由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。4.7电流互感器的选取1.侧电流互感器的选取(1)电流互感器的选择 最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑 ， ， 而，由附录二表13.2查出电流互感器LCW-110的额定电压为，额定电流比为，故初步确定选用的型号为LCW-110的电流互感器。（2）短路热稳定性校验 ，故满足热稳定性。（3）短路动稳定性校验 显然，满足动稳定性。2.侧电流互感器的选取（1）电流互感器的选择 最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑 ， 而，由附录二表13.2查出电流互感器LCW-35的额定电压为，额定电流比为，故初步确定选用的型号为LCW-35的电流互感器。（2）短路热稳定性校验 ，故满足热稳定性。（3）短路动稳定性校验 ，故满足动稳定性。4.8避雷器的选取牵引变电所为预防感应雷电波的入侵，通常采用避雷器保护，以限制入侵雷的辐值和陡度，从而保护电气设备的安全。FCZ系列磁吹阀式避雷器额定参数如表4.8.4所示：安装点参数型号FCZ110FCZ35额定电压(KV)11035灭弧电压(KV)12641工频放电电压有效值（KV）不小于25570不大于29085冲击放电电压不大于（KV）3456112冲击电流残压不大于（KV）5KA时33210810KA时365122表4.8.14.9避雷针选择 根据各设备的尺寸和高度，变电所初步设计为采用双支避雷针设计。选取型号为OBVB 3.3的避雷针，避雷针高度25m，安装位置如附表所示，以下校验其保护范围：