毕业设计（论文）-电力牵引变电所设置与运行分析.doc

南京铁道职业技术学院 毕 业 论 文 题 目： 电力牵引变电所设置与运行分析 作 者： 马宁马宁 学 号： 0330810034203308100342 系 ： 铁道动力工程系铁道动力工程系 专 业： 铁道供电铁道供电 10011001 班 级： 铁道供电铁道供电 10011001 指导者： 宋奇吼宋奇吼 评阅者： 2013 年 6 月 毕业设计（论文）中文摘要 接触网平面设计接触网平面设计 摘要 AT 供电方式适用于高速电气化铁路,即牵引变电所的变压 器接线方式为用两台单相变压器组成的 V/V 接线,线路的上下行 在 AT 所和分区所并联,组成全并联 AT 供电方式。 牵引变电所是电气化铁路的牵引供电系统中的关键设备。 将地方电厂送来的 220KV 或 110KV 通过主变转换成 27.5KV 的 电压，然后通过馈线送到接触网上，最后向电力机车供电。 本文根据给定的设计依据和原则，设计一座 AT 供电方式， 满足 250km/h 高速客运专线铁路使用的牵引变电所。分别从牵 引变电所电气主结线、设备容量计算、设备选型、生产房屋布 置、构架类型、保护装置配置、自用电方案、防雷接地方案等 几个方面进行设计。 关键词： AT 供电方式 牵引变电所 第 0 页 共 1 页 目次 接触网平面设计接触网平面设计 .2 引言引言 .1 第一章第一章 设计任务书设计任务书 .2 1 . 1 原始资料原始资料.2 1 . 2 设计内容设计内容.3 1 . 3 设计要求设计要求.3 第二章第二章 计算条件的确定计算条件的确定 .3 2. 1 气象条件的确定气象条件的确定.3 2. 2 计算负载的确定计算负载的确定.4 2. 3 拉出值与侧面限界的确定拉出值与侧面限界的确定.5 第三章第三章 跨距的确定跨距的确定 .6 第四章第四章 锚段长度的确定及张力差校验锚段长度的确定及张力差校验 .7 第五章第五章 锚段走向的确定与划分锚段走向的确定与划分 .13 5.1 锚段走向的确定原则锚段走向的确定原则.13 5.2 划分锚段划分锚段.13 第六章第六章 设计中有关问题的说明设计中有关问题的说明 .14 结论结论 .15 第 1 页 共 1 页 致谢致谢 .16 参考文献参考文献 .17 第 0 页 共 17 页 引言引言 牵引变电所是电气化铁路的牵引供电系统中的关键设备。将地方电厂送来的 220KV 或 110KV 通过主变转换成 27.5KV 的电压，然后通过馈线送到接触网上， 最后向机车内的整流装置供电。牵引变电所的正常、优质工作，对牵引供电 系统的电能质量、经济运行和可靠供电，起着关键性的作用；同时对保证电 气化铁路的安全运输和经济效益有重大影响。 第一章第一章 设计任务书设计任务书 1 . 1 原始资料原始资料 1、高兴车站平面图(初步设计)一张 2、悬挂类型： 车站正线采用全补偿弹性链型悬挂：；12095AgCuTJ 车站站线采用半补偿弹性链型悬挂：；11095TCGTJ 线采用 BT 供电方式，回流线与接触网同杆架设； 回流线采用 TJ70 铜绞线； 3、气象条件、污秽区划分 (1)、气象条件： 第 I 气象区 (2)、污秽区划分： 重污秽区 4、设计速度：120km/h； 5、地质条件：, , ,支柱基础采用挖方； 3 1.6t/m30 a 150KPR 6、其它参数的选择： 1 ） 接触线高度:导线最低高度：5700mm；导线在悬挂点处的高 度：6000mm. 2 ） 结构高度：h=1.3m 3 ） 本区为重污秽区。并有不同程度的酸雨腐蚀，故一般地段绝 缘子泄露距离按1200mm 选用。站场内均采用瓷质绝缘子； 区间棒式绝缘子采用瓷质绝缘子；悬式绝缘子采用防污型钢 型钢化玻璃绝缘子。吊弦（含吊丝）及软定位器后的拉线采 用不锈钢线制作。 4 ） 第一气象区气象资料为：t=40 c；t=- max 0 min 5 c;V=35m/s;无覆冰；最大风速时的大气温度为 10 c; 0 max 0 安装接触线时的温度为 0 c;安装时的风速为 10m/s. 0 第 1 页 共 17 页 5 ） 支柱扰度：钢筋混凝土支柱为=0.02m;钢支柱=0.03m j j 6 ） 拉出值：在直线区段一般取 a=200mm;在曲线区段，R1800m 时，a=150mm；1200mm 时，a=250mm；180m 1800 R m 时，a=400mm。 1200 R 7 ） 接触线张力 T =10kN。 j 8 ） 回流线的电压等级为 1kV，在站台处回流线与地面的最小距 离为 6m。 9 ） 最大风偏移值取 450mm。 10由于该车站为六股道车站，软横跨采用双横力索。 1 . 2 设计内容设计内容 1、决定车站最大跨距； 2、作一个锚段长度的机械计算，并绘制安装曲线图； 3、 、平面设计 (1)、完成所给站场（含和区间衔接部分）的接触网平面图； (2)、写出设计主要原则，重大技术问题的处理方法； 4、本组技术专题讨论。 1 . 3 设计要求设计要求 接触网平面设计是对学生进行的第一次较为全面的接触网施工设计训练， 是学生走上工作岗位前的一次难得的锻炼机会，要求学生应该从心理上和行 动上将此作为自己的工作认真对待，高质量按时完成，做到： 1. 所提交图纸完整，基本满足接触网施工的要求； 2. 设计说明书的文字通顺，数据准确无误； 3. 图面整洁，不得有涂改，图中标注及字体使用仿宋体； 4. 线条清晰，粗细符合规范，曲线平滑； 5. 说明完整，准确； 学生通过本课程的学习和设计应达到以下基本要求： 1. 掌握接触网设计流程，设计方法，设计规范； 2. 能独立完成站场或区间的接触网平面设计图。 第 2 页 共 17 页 第二章第二章 计算条件的确定计算条件的确定 2. 1 气象条件的确定气象条件的确定 根据接触网毕业设计书任务书，高兴车站的气象条件是第气象区， 查表可得出以下的气候条件： , , ,，最 max 40tC min 5tC max 10 v tC 10 b vm s max 35vm s0b 高计算气温：，风速不均匀系数：，风载体型系数： .max 60 js tC 0.75 1.25k 第一气象区，不考虑覆冰。 2. 2 计算负载的确定计算负载的确定 线索参数： 正线：全补偿弹性链形悬挂 TJ-95+AgCu120 ,; 3 8.44 10 c gkN m 12.5 c dmm ,; 3 10.7 10 j gkN m 13Amm13Bmm 站线：半补偿弹性链形悬挂 TJ-95+TCG-110 , ; 3 8.44 10 c gkN m 12.5 c dmm , ; 3 9.79 10 j gkN m 12.3Amm11.8Bmm 吊弦自重： 3 0.5 10 d gkN m 附加导线（回流导线）：TJ-70 , 3 5.96 10 f gkN m 10.5 f dmm 计算过程：计算过程： 正线的情况： 1)垂直负载： a) 接触悬挂单位自重： 0 q 0cjd qggg 第 3 页 共 17 页 333 8.44 1010.7 100.5 10 2 1.964 10kN m 2) 水平负载： a) 承力索 26 max 0.61510 cvc pkvd 26 0.615 0.75 1.25 6012.5 10 3 8.829 10kN m b) 接触线 26 max 0.61510 jvj pkvd 26 0.615 0.75 1.25 6013 10 3 9.182 10kN m 3) 合成负载： 无冰无风时合成负载： 2 0 1.964 10 cjd qgggkN m 最大风时合成负载： 22 0vcv qqp 223 2 (1.964 10 )(8.829 10 ) 2 2.1533 10kN m 站线的情况： 1)垂直负载：接触悬挂单位自重： 0 q 0cjd qggg 333 8.44 109.79 100.5 10 2 1.873 10kN m 2) 水平负载： a) 承力索 26 max 0.61510 cvc pkvd 26 0.615 0.75 1.25 6012.5 10 3 8.829 10kN m b) 接触线 26 max 0.61510 jvj pkvd 26 0.615 0.75 1.25 6012.1 10 3 8.511 10kN m 3) 合成负载： 无冰无风时合成负载： 2 0 1.873 10 cjd qgggkN m 最大风时合成负载： 22 0vcv qqp 223 2 (1.873 10 )(8.511 10 ) 2 2.0707 10kN m 同理，附加导线的负载计算如下： ； 3 0 6.46 10 f qkN m 3 7.416 10 fv qkN m 第 4 页 共 17 页 ； 3 9.8351 10 v qkN m 2. 3 拉出值与侧面限界的确定拉出值与侧面限界的确定 根据 05 版铁道电力牵引设计规范规定：当受电弓的工作宽度为 1250mm 时，在最大设计计算风速条件下拉出值不宜超过 450mm，在直线区 段一般取为 200300mm；在曲线区段，接触网的拉出值可参考以下规定选取： R1800m 时，a=150mm；1200mR1800m 时， a=250mm；180R1200m 时，a=400mm。 支柱侧面限界任何时候都不得小于 2440mm，机车行走线可降为 2000mm，曲 线区段适当加宽。直线中间柱一般取为 2500mm，软横跨支柱一般取为 3000mm，在基本站台处取为 5000mm。 拉出值和侧面限界的具体取值参考铁道电力牵引设计规范 ，以及接 触网第三章内容。 第三章第三章 跨距的确定跨距的确定 跨距的确定分为两种情况，一是在直线上，另外一种是在曲线上。风偏 移值确定出一个最大跨距，在布置支柱时跨距值应小于这个值。 接触网支柱跨距，应根据悬挂类型，曲线半径，导线最大受风偏移值和 运营条件确定。在最大设计风速条件下，接触线距受电弓中心的最大水平偏 移值，在电力机车受电弓工作宽度为 1250mm,不宜大于 450mm。 1) 直线区段最大跨距的确定（等之字布置） 由公式： 22 max 2() j jxjjxj j T Lbba mP 其中选用 13kN，m=0.9，由前面计算得在正线上为 j T j p ，在站线上为；取 3 9.182 10/kN m 3 8.511 10/kN m ，a=300mm=0.3m。 max 4500.45 jxj bbmmm300.03 j mmm 解得：正线 max 70.1244Lm 站线 max 72.8362Lm 2) 曲线区段最大跨距的确定 公式为： max 2 2() j jxj j j T Lba T mP R 其中选用 13kN，m=0.9， 在正线上为，在站线上 j T j p 3 9.182 10/kN m 第 5 页 共 17 页 为；取，。 3 8.511 10/kN m max 4500.45 jxj bbmmm300.03 j mmm 在正线上时： 当 R=1200m 时,a=400mm,代入数据得, max 67.2313Lm 在站线上时： (1) 当 R=200m 时，a=400mm.代入数据得， max 34.367Lm (2) 当 R=300m 时，a=400mm.代入数据得， max 41.1433Lm (3) 当 R=350m 时，a=400mm.代入数据得， max 43.8938Lm (4) 当 R=400m 时，a=400mm.代入数据得， max 46.3617Lm 综上得： 目前我国最大跨距用 65m,因此在直线区段（正线或站线） ，最大跨距用 65m，在曲线区段最大跨距应根据上述结果进行选取。 第四章第四章 锚段长度的确定及张力差校验锚段长度的确定及张力差校验 正线，站线均采用双边补偿的形式；正线采用全补偿弹性链形悬挂形式； 站线：采用半补偿弹性链形悬挂形式。 一般来说，站场上各股道长度就是其锚段的长度。现测量各线锚段长度 如下所示： 正线：2L=62.6871+1657.5193+62.5556=1782.762m 站线 1：2L=30.1027+1748.6874+75.9539+17.2768+18.7865=1490.8091m 站线 3：2L=1456.5152+32.0115=1488.5267m 站线 4：2L=1104.6192+34.7636=1138.8828m 站线 5：2L=25.9852+192.0432+941.7848+90.592+59.7128=1310.115m 站线 6：2L=39.5768+45.946+345.1122+45.5388+41.4779+50.0105=606m 现验算正线及 5 号站线的张力差，以校验中心锚结的位置。 一）. 对于正线张力差校验如下： (1) 确定吊弦平均长度： 2 00 i x 2F2q l C = h - = h - 33 8Tco 其中: Tco=0.8 Tc =0.8 15kN= 12kN h=1.7m. =1.964 0 q 2 10/N m 不管在直线或R=1200m的曲线上，都取l=65m. 把参数代入上式得 1.167m. x C = 第 6 页 共 17 页 (2) 确定极限温差: t = 1 t maxd tt maxmin max 2 tt t 22.5 C = = 2 t mind tt maxmin min 2 tt t 22.5 C (3) 全补偿链形悬挂 0 （4）计算(N) jd T ().(.) 2 j jd x L Ll gt T c 其中， =9.79 66 (17 11.5) 105.5 10 jc C j g 3 10 kN/m 正线半锚段示意图如下： 的计算结果如下： jd T L(m) R(m) 600 712313.9313.9 892484.3483.3 (5) (N) jw T 直线上：=0 jw T 曲线上： jwmaxjd ()(.) 2 T.(T ) 20.5 ()(.)3 j j j L Llt T RdL Llt 取 d=1.5m（定位器长度） 。 的计算结果如下： jw T L(m) R(m) 600 7121.70 8922.80 （6）承力索的张力增量值（N） c T c (). T. 20.5 (). c cm c L Llt T RdL Llt 其中：水平拉杆 d 取 1.6m., =11.5,=-22.5 c -6 10 0 / ct 0c 的计算结果如下： c T 第 7 页 共 17 页 L(m) R(m) 600 7124730 892764.60 (7)接触线的总张力为 jE T （Ej=113GPa，Sj=120mm2） jdjw jE jdjw TT T TT 2 1- 3.() jj E St 的计算结果如下： jE T L(m) R(m) 600 712303.3301.7 892458.4455.9 （8）承力索张力差增量: cE T （Ec=185GPa，Sc=93.27mm2） c cE c T T T2 1- 3. ccc E St 的计算结果如下： cE T L(m) R(m) 600 712458.50 892727.50 根据以上计算结果可得： jE T301.7(458.4303.3)456.810% 101000NKNN cE T727.5456.526910% 151500NKNN 故：对于正线，中心锚节设在中间 892m 处是合适的。但是平面设计图中 892m 处左侧很近有软横跨，中心锚节应调整到 892m 所在跨距中心 922m 处。 可验证 922m 右侧的线路张力差是符合要求的。 对于 922m 左侧的全直线部分： ().(.) 2 j jd x L Ll gt T c L=922m, =516.2N jd T =0 jE T =428.4N1000N jdjw jE jdjw TT T TT 2 1- 3.() jj E St 符合要求，且中心锚节两侧张力差相差很小。 二）. 对于 5 号站线张力差校验如下： 第 8 页 共 17 页 对于 5 号站线全长为 1310m,半锚段长为 655m.站线 5 比较复杂，两头有 两段曲线，其曲线半径都不相同，对其两边的张力差都要校验。 先假设中心锚节设在全长中点处。 1.计算左侧半锚段张力差 左侧半锚段示意图如下： (1) 确定吊弦平均长度： 0 x 2F C = h - 3 计算结果如下表所示： R (m)350400 L (m)404565 (m) 0 F0.280.370.67 (m)h1.71.71.7 (m) x C1.5131.451.193 (2) 确定极限温差:t = 1 t maxd tt maxmin max 2 tt t 22.5 C = = 2 t mind tt maxmin min 2 tt t 22.5 C 取= 1 t 2 t22.5 C (3) 半补偿链形悬挂0 （4）计算 (N) jd T ().(.) 2 j jd x L Ll gt T c 其中 L=655m, =9.79,=17 j g 3 10 kN/m j 6 10/ C 解得： L（m ） R(m) 400 485311.9418.8 590483.8606.5 655592740.1 (5) (N) jw T 直线上：=0 jw T 第 9 页 共 17 页 曲线上： jwmaxjd ()(.) 2 T.(T ) 20.5 ()(.)3 j j j L Llt T RdL Llt 取 d=1.5m（定位器长度） 。 解得： L（m ） R(m) 400 485719.70 5901115.10 6551413.90 (6)接触线的总张力为 jE T （Ej=130GPa，Sj=110mm2） jdjw jE jdjw TT T TT 2 1- 3.() jj E St 解得： L（m ） R(m) 400 485217.5165.7 590234.1188.8 655241.3200.1 根据以上计算结果可得： jE T165.7(234.1 217.5)(200.1 188.8)193.61000NN 符合要求。 2.计算右侧半锚段张力差 右侧半锚段示意图如下： （1）计算 (N) jd T ().(.) 2 j jd x L Ll gt T c 其中 L=655m, =9.79,=17 j g 3 10 kN/m j 6 10/ C 解得： L(m ) R(m) 350 430250.1334.1 第 10 页 共 17 页 655563.3740.1 (2) (N) jw T 直线上：=0 jw T 曲线上： jwmaxjd ()(.) 2 T.(T ) 20.5 ()(.)3 j j j L Llt T RdL Llt 取 d=1.5m（定位器长度） 。 解得： L(m) R(m) 400 430640.70 6551643.10 (3)接触线的总张力为 jE T （Ej=130GPa，Sj=110mm2） jdjw jE jdjw TT T TT 2 1- 3.() jj E St 解得： L(m ) R(m) 400 430209.7150.6 655243.9200.1 根据以上计算结果可得： jE T150.6(243.9209.7)184.81000NN 符合要求。 3.比较左边与右边，右边的接触线张力差明显大于左边接触线的张力差， 应将中心锚节向左边移动，经校验，可将中心锚节放置在距左起点 560m 处。 再结合此处的图形，应放置于左起点 532m 处。 三.）再根据实际情况，现确定各线锚段长度如下所示： 1 号线：两个锚段支柱 2-支柱 27（总长为 654m）; 支柱 19-支柱 71（总长为 1085m） 号线1774m.全线 第 11 页 共 17 页 3 号线两个锚段支柱 3-支柱 23（总长为 522m）; 支柱 12-支柱 69（总长为 1260m） 4 号线一个锚段支柱 13-支柱 65（总长为 1140m） 5 号线一个锚段支柱 11-支柱 59（总长为 1140m） 6 号线一个锚段支柱 31-支柱 68（总长为 745m） 7 号线一个锚段支柱 15-支柱 38（总长为 462m） 专用线一个锚段支柱 51-支柱 61（总长为 122m） 附：站线张力差曲线图 4-1 第五章第五章 锚段走向的确定与划分锚段走向的确定与划分 5.1 锚段走向的确定原则锚段走向的确定原则 1）原则上一个股道一个锚段，对于较长的正线可设为一个半或两个 锚段，但两锚段在站内衔接处应设为三跨非绝缘锚段关节，对于不长的站线 和货线，渡线洋感尽量合并到别的锚段中去，不得已时也可自成一个锚段。 高速线路的正线要独立设段并保证其接触悬挂的独立性，不允许和站线相交。 2）合理确定锚段走向，应使锚段横向穿越的股道数量最少，应尽量避免 悬挂的二次交叉，故两组悬挂在通过相邻两道岔时可平行布置。 第 12 页 共 17 页 经反复布线修改后，锚段的走向如附录所示。 5.2 划分锚段划分锚段 依据设计规范和站场线路选取合适的锚段长度（在满足技术条件的情况 下应使用最大允许长度） ，首先完成正线锚段的确定，确定锚段起始点，确定 锚段走向和下锚位置，合理确定锚段关节的形式和位置；检验最大锚段张力 差，确定中心锚结位置。 划分锚段时，应注意一向几点： 1）锚段关节不能设在道岔区； 2）中心锚节一般设在锚段中部，原则上要求两边的张力差相等； 3）合理确定锚段关节的形式和位置，锚段关节一般设置于站场和区间的 衔接处，变电所和分区亭附近，确定锚段关节时有以下原则洋感遵守： （a）在站场和区间的衔接处，设置四跨绝缘锚段关节结构，设计十 速在 120 公里以上的接触网最好设置五跨绝缘锚段关节。 （b）在有牵引变电所及分区亭的车站，变电所及分区亭附近应设三跨或 四跨非绝缘锚段关节，同时设分相绝缘器；设计时速 160 公里以上的接触网 最好采用带中性段的七跨或九跨结构。 (c)站场两端的绝缘锚段关节应设在最外道岔与进站信号机之间，靠近站 场的转换柱与出站道岔岔尖的距离不小于 50 米，以便电力机车转线。 (d)在 BT 和直接供电区段，绝缘锚段关节应设在变电所馈线上网的车站 一端；AT 供电的车站两端设置绝缘锚段关节；绝缘锚段关节的位置受站场信 号机位置的限制。 第六章第六章 设计中有关问题的说明设计中有关问题的说明 本设计说明如下： 1.高兴车站所处气象区是第气象区，不考虑覆冰； 2.设计时速 120 kmh； 3.横向承力索、中心锚节绳采用 LXGJ-85，上、下部定位绳，下锚 辅助绳采用 LXGJ-60;采用铜承力索的锚段，每隔 200250mm 设 横向电连接一处（平面图中只画出一处，其余各处由施工人员按 照 200250mm 设置） ，该电连接线截面为的软铜绞线， 2 50mm 第 13 页 共 17 页 且吊弦及吊线等采用3.5mm 的不锈钢丝制作； 4.跨越六股及以上的轨道或六支及以上悬挂的软横跨采用双横承力 索，否则采用单横承力索。平面布置中的软横跨支柱，及个别钢 筋混凝土支柱的安装图号需另购。 5.接地方式：采用单独接地方式，支柱为单接地。无轨道电路区段， 接地线直接接钢轨；有轨道电路区段，单接地时按地线经火花间 隙接钢轨；双接地时，一根经火花间隙接钢轨，一根接至接地极； 避雷器的接地极距通信电缆在 3m 以上；接地体埋设与建筑物、构 建物的距离大于 1.5m； 6.防雷保护：在分相和站场端部的绝缘锚段关节处、供电线上网处、 开闭所引入线处设置角隙避雷器； 7.道岔定位：道岔柱为标准定位； 第 1