11027.5kV牵引变电所的设计.doc

110-27.5kv牵引变电所的设计摘要 为了满足铁路发展的需要，铁道部决定将郑州至潼关段陇海线全线扩能改造改造，既有变电所全部扩能增容，有些线段还要新增加牵引变电所。本文就需要增加的某牵引变电所进行简单设计。本文根据原始资料与要求选择牵引变电所的电气主接线图；根据要求选择短路点，对牵引变电所进行短路计算，计算出110kv侧及27.5kv侧短路电流与冲击电流、周期分量电流，由短路计算的结果与设计牵引变电所的要求选择牵引变电所的电气设备并对其校验，完成对牵引变电所一次的设计。对于牵引变电所的二次设备提出保护方案。关键词：牵引变电所；电气设备选择与校验 abstractin order to meet the needs of the development of railway ministry, the decision will longhaixian section of zheng zhou totong guan all the super-condensation transformation, all existing substation capacity increment, some new lines will increase traction substation. this requires increased a simple design traction substations.based on the original material and the requirement of electric traction substations choose the wiring diagram, according to the requirement of traction substation short-circuit point to short-circuit calculation is calculated, and the lateral side of 110 kv and 27.5 kv short-circuit current and current, periodic components, from the current short-circuit calculation result and the design requirement of traction substation traction substations electrical equipment and its calibration of traction substation, a design. the second forward for traction substation protection scheme.key words: traction substation; electrical equipment selection and calibration;第1章 牵引变电所设计原始资料1.1 原始资料1、电力系统及牵引变电所分布图 图1-1 电力系统及牵引变电所分布 图例： ：电力系统，火电为主 ：地方220/110kv区域变电 ：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： l1：220kv 双回路 150km lgj-300 l2：110kv 双回路 10km lgj-120 l3：110kv 20km l4：110kv 40km l5：110kv 60km l6：110kv 双回路 20km l7：110kv 30km l8：110kv 50km l9：110kv 60km l10：110kv 60km 未标注导线型号者均为lgj-185，所有导线单位电抗均为x=0.4/km牵引变压器容量如下（所有ud%=10.5）：a：23.15万kva b：23.15万kva c：23.15万kva d：21.5万kva e：21.5万kva f：21.5万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。27.5kv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。27.5kv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。3 c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27.5/10kv 1000kva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0.1秒。10kv高压间设在27.5kv高压室一端，单独开门。27.5kv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。27.5kv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。5 e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。27.5kv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（）/0.23kv单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。6 f所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kv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、e 110kv侧要求计费，牵引变电所b、d、f 27.5kv侧要求计费，采用低压侧(27.5kv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0.1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、d 110kv线路采用纵向平行引入方式；c、e 110kv线路采用横向相对引入方式；a、f 110kv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tb=0.1秒，27.5kv母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10kv母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。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2章 主接线的设计2.1牵引变电所主结线设计原则及要求2.1.1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。2.1.2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2.1.3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。2.2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ynd-11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，27.5kv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。2.3 主接线图如图所示 图2-1 牵引变电所主接线图第3章 牵引变电所的短路计算3.1 短路计算的目的1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。3.2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。3.3短路计算电路简化图如图 3-1：在图中，点为高压母线短路点，点为低压母线短路点。图3-1 短路故障简化图取， 处短路时，即处短路：周期分量有效值为：若取时，电路中最大冲击电流为短路电流最大有效值为处短路时，即处短路：周期分量有效值为：若取时，电路中最大冲击电流为短路电流最大有效值为对牵引变电所主变压器：侧额定电流：侧额定电流：表3-1 短路计算值额定电流短路电流冲击电流最大短路电流有效值侧78.7319703.0811877.231131.96侧314.9281487.593754.662222.67对环境校核：海拔h1000m，i级污秽地区，盐密0.1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4章 设备选型及隐蔽工程4.1硬母线的选取一、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1.3倍考虑由表4-1查出铝母线的允许载流量为156a，大于最大工作电流102.351a，故初步确定选用截面的铝母线。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。短路电流计算时间短路电流热效应由， 由资料可得：，所以 由，从图中查得则由得：再由，查得，而（已知铝、铜母线短路时发热最高允许温度为），即：，满足热稳定性要求。所以应选择153的软铝母线。表4-1 lym(lmr)矩形铝母线长期允许载流量导体尺寸hb(mm)单条（a）双条（a）平放竖放平放竖放153156165203204215404456480二、27.5kv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1.3倍考虑由表4-1查出铝母线的允许载流量为456a，大于最大工作电流409.406a，故初步确定选用截面的铝母线。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。短路电流计算时间短路电流热效应由，查汽轮发电机计算曲线，可得：，所以 由，从图中查得则由得：再由，查得，而 (已知铝、铜母线短路时发热最高允许温度为)，即：，满足热稳定性要求。所以应选择404的铝母线。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=40mm，b=4mm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：已知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。4.2支柱绝缘子和穿墙导管的选取由于牵引变压器安装在室外，而进线是直接接到牵引变压器上的，所以不用穿墙导管，故对于侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙导管。而侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内，所以对侧既需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙导管。一、侧支柱绝缘子的选取：1、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表4-2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由表4-2中查得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。二、侧支柱绝缘子的选取：1、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 由表4-2查出支柱绝缘子的型号，初选型号为za-35y的支柱绝缘子。表4-2 支柱式绝缘瓷瓶和绝缘瓷套管技术数据支柱式绝缘瓷瓶穿墙绝缘瓷套管型号破坏负荷(kn)型号破坏负荷(kn)备注za-35y353.75clb-35/600356007.5户内式zs-110/311032、校验支柱绝缘子的机械强度由表4-2中查得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。三、侧穿墙导管的选取：1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑由表4-2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高压断路器的选取高压断路器是主系统的重要设备之一。它的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。断路器选择和校验的原则就是：按正常工作状态选择，按短路状态校验。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、最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑由表4-3查出断路器的型号为lw-110，额定电流选取1250a。表4-3 六氟化硫断路器技术数据型号额定电压kv最大工作电压kv额定电流a极限通过电流ka4秒热稳定电流ka额定开断电流ka断流容量mv.a操动机构合闸时间s分闸时间s重量kg峰值有效值lw-1101101261250,1600,2000,31508031.50.120.032、短路关合电流的校验由表4-3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、最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑由表4-4查出真空断路器的型号为，额定电流选取600a。表4-4 真空断路器技术数据型号额定电压kv最大工作电压kv额定电流ka额定开断电流时开断次数4秒热稳定电流ka极限通过电流峰值ka机械寿命操动机构合闸时间s分闸时间s重量kgzn6-27.525161510250.20.062、短路关合电流的校验由表4-4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600a。 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。一、侧隔离开关的选取1、最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑而，所以由表4-5查出隔离开关的型号为gw4-110/600。表4-5 户外隔离开关技术数据型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka5秒热稳定电流ka重量kg峰值有效值gw4-110/6001106005014gw2-35g/6003560050142、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gw4-110/600。 二、侧隔离开关的选取1、最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑而，所以由表4-6查出户内隔离开关的型号为gn2-35t/600，户外隔离开关的型号为gw2-35g/600。表4-6 户内隔离开关技术数据型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka5秒热稳定电流ka重量kg峰值有效值gn2-35t/600356006437252、校验短路时的热稳定性1）、户内隔离开关的校验，所以，故满足热稳定性。所以侧隔离开关的型号为户内gn2-35t/600。 2）、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/600。 4.6电压互感器的选取一、侧电压互感器的选取由表4-7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。二、侧电压互感器的选取表4-7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。表4-7 电压互感器型号额定电压kv额定容量v.a最大容量v.a绝缘形势原线圈副线圈辅助线圈0.5级1级3级jcc-110110/0.1/0.150010002000350.115025060012004.7电流互感器的选取一、侧电流互感器的选取1、最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑， 而，由表4-8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。表4-8 电流互感器型号额定电流比a级次组合准确度级次额定二次负荷10%倍数1秒热稳定倍数动稳定倍数0.513d二次负荷倍数lcw-1100.5/111.22.41.21575150lcw-350.5/30.52425651002、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。二、侧电流互感器的选取1、最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑， 而，由表4-8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下表表4-9 fcz系列磁吹阀式避雷器额定参数安装点参数型号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）345112冲击电流残压不大于（kv）5ka时33210810ka时3651224.9 所需电气设备如下表表4-10 电气设备一览表名称型号数量单位侧软母线lmr-2根侧硬母线lmy2根侧支柱绝缘子zs-110/33个侧支柱绝缘子za-35y3个侧穿墙导管clb-35/6006个侧断路器lw-1102组侧真空断路器8个侧高压熔断器rn1-354个侧隔离开关gw4-110/6009组侧户内隔离开关gn2-35t/6006个侧户外隔离开关gw2-35g/6002个侧电压互感器jcc-1102组侧电压互感器jdj-354个侧电流互感器lcw-1102组侧中性点接地电流互感器lcw-1102个侧电流互感器lcw-3512组侧c相电流互感器lcw-354个侧避雷器fcz1102组侧中性点接地避雷器fcz1102个侧避雷器fcz356个4.10 避雷针的选择4.10.1 避雷针位置的确定首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求1、电压110kv及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000.m的地区，宜装设独立的避雷针。2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10.m3、35kv及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。4、在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15m的要求。初步确定避雷针的安装位置后，再根据下列公式进行计算，校验是否在保护范围之中。根据保护要求和设计规程，选择如下：1）接闪器：选用针长为2 m的圆钢，直径为18； 2）引下线：采用一般明敷，直径为12的圆钢。4.10.2避雷针的保护范围计算根据测算该变电所大概面积为：所区围墙内占地面积:5490.96m2 ；所区围墙内建筑面积: 3100；主控制楼面积: 422.5m2。若在变电所的四角装设等高的避雷针如图8.1,则按能保护变电所全部范围则: 图 4-1 闭雷针联合保护图d取两针最远的距离 ha=97/7 =13.85 m所以h=ha+hx=13.85+10= 23.85m,考虑到以后的发展取避雷针的高度为25m。1）=10m（被保护物的高度）h=25m，h30m时，p=1，=53m时，1.5(12.43-10)=3.645m2）=10m（被保护物的高度）h=25m，h30m时，p=1，=78m m 时，1.5(13.85-10)=5.775m3）=10m h=25m h30m时，p=1 46mm时，1.5(18.42-10)=12.63m4）=10m h=25m h30m时，p=1 69mm时，1.5(15.14-10)=7.71m5）=10m h=25m h30m时，p=1 =97mm 时，1.5(11.14-10)=1.71m可见,内侧的最小宽度都满足0，所以避雷针1，2，3,4之间的面积都得到保护，其外部条件都得到保护，所以取4支25m的避雷针能满足要求。4.11隐蔽工程接地装置的设计接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置4.11.1设计原则 1、由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准dl/t621-1997交流电气装置的接地中r2000/i是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5，而是允许放宽到5，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施; 考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kv避雷器不应动作或动作后不应损坏; 应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求, 施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。2、在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上几点要求，还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5，也不是5，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5都是合格的。4.11.2接地网型式选择及优劣分析220kv及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m-8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m-3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3-4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kv及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。而在500kv变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议500kv变电站不采用长孔或方孔地网。4.11.3降低接地网电阻的措施1、利用地质钻孔埋设长接地极根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用打深井来装设长接地极，则施工费很高，如利用地质勘察钻孔埋设长接地极，施工费将大大节省。但需注意：利用地网边缘的地质钻孔，间距不小于接地极长的两倍；钻孔要伸入地下含水层方可利用，工程中我们曾经进行过实测，未插入到含水层的长接地极降阻效果差。2、使用降阻剂 在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂，无论是变电还是发电工程例子都很多。20世纪的70年代到80年代，使用较多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。据了解，多个使用降阻剂的工程，接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少。确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀，引起各地对降阻剂使用意见分岐。 3、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。当变电站附近有低土壤电阻率区（水塘、水田、水洼地），可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。这也是降低接地电阻的有效措施。4. 扩大接地网面积 我们知道，在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此，利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。第5章 无功补偿装置的选择5.1概述无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50-100%。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75%和25%。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率的1-2倍。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力，电网电能损失增大，故需要无功补偿。有功功率必须由发电厂送至负荷点，而无功功率则不宜由输电线路远距离输送，这有以下原因：1）电压降增加，使电压控制复杂化；2）由于加大电流而增加损失，使输电费用增加；3）由于加大电流，使变压器、架空线路和电缆等电气设备和导体的热容量不能充分利用。所以，现代电力系统中的无功电源和无功负荷都在各级电压电网中的变电所和用户处逐级补偿，就地平衡。5.2补偿装置的确定1）同步调相机：同步调相机在额定电压5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。2）串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（cos0.95）或导线截面小的线路，由于pr/v分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。故串联电容器调压一般用在供电电压为35kv或10kv，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的配电线路上。3）静电补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级500kv变电所中。4）并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于它没有旋转部件，维护也较方便，为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除。由于本次设计的变电站为110kv降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是在经济和检修方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿装置。5.3补偿装置容量的选择将由0.85提高到0.9所需要的补偿容量（由无功功率补偿率表查得无功功率补偿率=0.18）为：=0.186397=1151kvar采用bgf2001w型苯甲基硅油纸、薄膜复合并联电容器。其主要技术数据见表9.1所示：表5-1 bgf2001w技术数据额定电压（kv）标称容量（kvar）标称电容（）频率（hz）相数外形尺寸（）重量（）长宽高10.52005.7850137512255025电容器的个数为：1151/200=6，所以采用6个电容器并联。5.4 动态补偿 目前陇海线牵引变电所均采用svc动态补偿装置。 第6章 牵引变电所保护配置6.1牵引变压器变压器的故障分为内部故障和外部故障。其中内部故障是指变压器油箱内所发生的故障，如线圈的相间短路、一相接地短路、线圈层间短路、匝间短路及铁芯烧坏等；外部故障则是指变压器油箱外所发生的故障，如套管故障、引出线上的故障等。变压器的不正常工作状态则是指外部短路或过负荷引起的过电流、过电流或冷却系统异常引起的过热及漏油引起的油面异常降低等。(1)差动保护通常会在变压器电源侧加装电流速断保护，但由于电流速断保护的保护范围很短，需要同过电流保护配合使用，对供电系统的安全运行影响较大，不适合对容量大且十分重要的主变压器进行保护。为此，可装设差动保护作为牵引变压器的主保护。(2)低电压启动的过电流保护过电流保护作为保护变压器负荷侧母线短路引起的变压器过电流，这是主保护。同时它可作为变压器差动保护的近后备保护和馈线保护的远后备保护。由于过电流保护的动作电流必须要躲开变压器正常运行时的最大负荷电流，而保护范围末端的最小短路电流比较小，则过电流保护往往不能满足要求，则一般而言需要采用低电压启动的过电流保护。它的动作电流可按躲过变压器的额定电流来整定，其值比较小，故灵敏系数能提高，容易满足要求。其中低压侧低电压启动的过电流保是低压侧母线短路的主保护，同时也作为馈线保护的远后备保护；高压侧低电压启动的过电流保则是主变差动保护的近后备保护，同时也作为低压侧低电压启动的过电流保的远后备保护。(3)过负荷保护对于变压器过负荷这种不正常的工作状态，应装设过负荷保护。其保护原理是：正常时变压器不过负荷，电流值较小；而当变压器过负荷时电流值增大，从而超过整定值，引起电流继电器动作，启动时间继电器，经过一定的延时，使得延时闭合的常开触电闭合，发出预告信号。(4)瓦斯保护由于牵引变电所的牵引变压器和动力变压器都是用变压器油作为绝缘和散热的，因此可设置瓦斯保护。其保护原理是：当变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用，故障点附近的绝缘物和变压器油分解而产生气体，利用气体的变化从而使保护动作。若气体发生的变化轻微，可导致轻瓦斯保护动作，发出警告信号；若气体发生的变化很大，可导致重瓦斯保护动作，将直接致使连接变压器的断路器跳闸。该保护能够反应变压器油箱内部的一切故障，与差动保护一同作为牵引变压器的主保护。(5)零序过电流保护牵引变压器的接地保护通常采用零序过电流保护，用来保护变压器具有接地中性点侧的线圈内部及其引出线上的接地短路的，同时可以作为防止相应母线和线路接地短路的后备保护。但由于瓦斯保护与差动保护已能保证变压器线圈内部及其引出线上的接地短路被快速的切除，因此接地保护主要是用来保护外部接地短路引起的过电流的。该保护一般接在变压器中性点接地线的一