永宁牵引变电所主接线设计毕业设计.doc

兰州交通大学毕业设计(论文)Design of Main Wiring for Yongning Traction Substation永宁牵引变电所主接线设计 201109318郭 振 电气工程及其自动化自动化与电气工程学院 任丽苗 2015 6 14 -摘 要牵引变电所是电气化铁路中重要的组成部分，它将110kV或220kV交流电变换成27.5kV供给电力机车。牵引变电所主接线形式的确定对于保证铁路正常运行、供电系统的安全稳定有十分重要的意义。本文根据太中银线原始计算资料，完成对永宁牵引变电所的电气主接线设计。设计内容主要包括变压器选择、主接线形式确定、短路计算、设备选择和校验。本设计应用25kV工频交流制，为复线区段供电。首先计算出牵引变压器的计算容量、校核容量以及安装容量，根据上述结果完成了对牵引变压器的选型，本设计选用三相YN,d11牵引变压器，正常运行时一台投入使用，另外一台固定备用。其次确定了主接线的形式，220kV侧为双T接线，27.5kV侧为单母线隔离开关分段带旁路母线接线型式，馈线采用馈线断路器50%备用的接线。再次，应用标幺值法做了短路计算，根据计算结果完成了对相应的断路器、隔离开关、互感器和避雷器的选择和校验。最用利用AutoCAD完成了对主接线图的绘制。关键词：电气化铁路；牵引变电所；牵引变压器；电气主接线- I -AbstractTraction substation is an important part of the electrified railway, which converts 110kV or 220kV AC into 27.5kV to supply electric locomotive. The main wiring form of the traction substation is very important for ensuring the normal operation of the railway and the safety and stability of the power supply system.According to the existing data on Taiyuan-zhongwei-Yinchuan railway, the traction substation main wiring of Yongning traction substation is finished. The contents of the design includes the choice of the transformer, the main wiring form, the short-circuit calculation, the equipment selection and verification.The paper uses 25kV AC system and supplies for double track sections.Firstly,the calculation capacity , check capacity and installation capacity of the traction transformer is completed.The paper uses three-phase YN,d11 transformer.when normal operation,one puts into use,the other fixes alternate.Secondly, the form of the main wiring is determined,220kV side is the double T junction,27.5kV side is the single busbar disconnectors segment with bypass bus connection type,feeder uses the 50% of feeder breaker alternate wiring.Thirdly, the normalized value method is used to calculate the short circuit.According to the results, the selection and verification of the circuit breaker, isolating switch, current transformer ,voltage transformer and arrester are completed. Finally,the drawing of the main wiring diagram is finished.Key Words: Electrified railway, Traction substation, Traction transformer, Main wiring- II -目 录摘 要IAbstactII1 绪论11.1 课题研究背景11.2 设计范围11.3 设计依据11.4 设计内容12 牵引变电所变压器选择22.1 牵引变压器接线形式选择22.2 牵引变压器的容量选择22.2.1 供电臂1、2平均电流的计算32.2.2 供电臂1、2有效电流的计算52.2.3 求变压器的计算容量62.2.4 求变压器的校核容量62.2.5 求变压器的安装容量73 主接线设计83.1 220kV侧接线83.2 27.5kV侧接线94 短路计算104.1 短路点的选取104.2 短路计算104.2.1 确定基准值104.2.2 220kV侧短路计算114.2.3 27.5kV侧短路计算115 牵引变电所电气设备的选择及校验135.1 母线选择及校验135.1.1 220kV侧高压进线的选择及校验135.1.2 27.5kV侧母线选择及校验135.2 断路器的选择和校验145.2.1 220kV侧断路器的选择与校验145.2.2 27.5kV侧断路器的选择与校验14- III -5.3 隔离开关的选择和校验155.3.1 220kV侧隔离开关的选择与校验155.3.2 27.5kV侧隔离开关的选择与校验165.4 电流互感器的选择165.4.1 220kV侧电流互感器的选择与校验165.4.2 27.5kV侧电流互感器的选择与校验175.5 电压互感器的选择185.5.1 220kV侧电压互感器的选择185.5.2 27.5kV侧电压互感器的选择185.6 避雷器的选择195.6.1 220kV侧避雷器的选择195.6.2 27.5kV侧避雷器的选择195.7 220kV侧接地开关的选择19结 论20致 谢21参考文献22附录A23附录B24- IV -1 绪论1.1 课题研究背景太原至中卫（银川）铁路是国家重点建设项目，其中的永宁牵引变电所是由新梁220kV变电所出两路作为进线，为复线区段供电，牵引变压器固定备用。1.2 设计范围本次设计主要完成对牵引变压器容量的确定，完成对设备的选择和校验，并进行主接线设计。1.3 设计依据铁路电力系统牵引供电设计规范(TB10009-2005)铁路变、配电所设计规范(TB10065-2000)铁路电力设计规范(TB10008-2007)牵引变电所变压器容量的计算方法和条件(TB/T1651-1996)电气化铁路牵引变压器技术条件(TB3159-2007)1.4 设计内容根据太中银线的原始计算资料，完成对永宁牵引变电所主接线设计，完成相关计算及设备的选择。具体设计任务包括：(1) 熟悉相关技术原则和规范；(2) 进行相关负荷计算，确定变压器容量；(3) 确定牵引变电所主接线方案；(4) 进行短路计算，完成对主要设备的选择和校验，设计并绘制变电所主接线图。2 牵引变电所变压器选择2.1 牵引变压器接线形式选择目前，铁路常用的牵引变压器有单相V,v接线变压器、三相V,v接线变压器、三相YN,d11接线变压器。本设计采用三相YN,d11接线变压器。三相YN,d11牵引变压器的优点是：(1) 在我国使用的时间长，经验充分；(2) 相对于其它接线形式的变压器，三相YN,d11牵引变压器结构简单，价格低廉；(3) 一次绕组可实现分级绝缘，可以较好地与电力系统匹配；(4) 可以对接触网进行双边供电。遗憾的是其作为牵引变压器，容量利用率不够理想。2.2 牵引变压器的容量选择在牵引供电系统中，牵引变压器是重要的组成部分，其容量的大小关系到系统能否正常运行。变压器容量过大或过小，都不利于变压器自身的性能和系统的安全。因此，应该合理的选定牵引变压器的容量。供电臂1n=2,N=34对/天，=36对/天供电臂2n=2,N=34对/天，=61对/天 其中，n表示区间数，N表示计算列车数，表示最大列车数。计算原始资料如表2.1所示。表2.1 计算原始资料供电臂列车全部运行时间(min)列车用电运行时间(min)列车在内的能耗上行下行上行下行上行下行129.7225.2924.6511.542262.24925.47228.8725.8916.7918.551702.361556.332.2.1 供电臂1、2平均电流的计算首先计算供电臂1、2的基参数1,2。(1) 双线区段上（下）行供电臂列车平均电流：(2.1)其中，列车在供电臂内上（下）行方向的全部运行时间(min)； 列车在内的能耗(kVAh)。(2) 双线区段供电臂列车用电平均电流：(2.2)其中，上（下）行供电臂列车用电运行时间； 列车在内的能耗(kVAh)。(3) 上（下）行供电臂同时存在的平均列车数，即(2.3)其中，N上（下）行供电臂的列车对数(对/日)； T为全日时间，即1440min。(4) 上（下）行供电臂列车用电平均用电概率，即(2.4)其中，上（下）行供电臂列车用电运行时间。(5) 列车电流间断系数：(2.5)其中，上（下）行供电臂列车用电运行时间； 列车在供电臂内上（下）行方向的全部运行时间(min)。(6) 供电臂1、2的平均电流：(2.6)供电臂1：根据式2.1 2.5,计算结果如下：供电臂2：根据式2.1 2.5,计算结果如下：根据式2.6计算可得：供电臂1：供电臂2：2.2.2 供电臂1、2有效电流的计算供电臂1、2有效电流:或供电臂1的有效电流为：而其中，则供电臂2的有效电流为：而其中，则2.2.3 求变压器的计算容量由以上计算，可知故得2.2.4 求变压器的校核容量对应于的供电臂2列车用电平均概率为按双线有上行车或有下行车的概率为经查得：其中，对应于的供电臂1的有效电流已知=1.52，故：故得最大容量为校核容量为2.2.5 求变压器的安装容量固定备用方式下安装容量选用变压器；由变压器允许过负荷50%可知：固定备用方式下已知,故选用的固定备用方式下的安装容量是合适的。牵引变压器的容量如表2.2所示。表2.2 牵引变压器容量计算容量(kVA)校核容量(kVA)安装容量(kVA)14130.02200302250003 主接线设计3.1 220kV侧接线双T接线（如图3.1所示）是目前采用较普遍的一种接线方式，它在变电所要求有两回进线时采用。双T接线较为简单，双回进线在供电要求不高的场合，采用一回主供（通常是电气化铁道专用回路），另一回备用0。图3.1 双T接线图3.2 内桥接线图3.3 外桥接线当变压器不需要频繁操作时，可使用内桥接线（如图3.2所示）。这种接线形式可以很快切换或投入线路，而切除某台变压器时，则需同时断开两台断路器，造成一条出线的短时停电。当变压器需要频繁操作时，可使用外桥接线（如图3.3所示）。这种接线更利于变压器的投入和切除，但是当其中的一条线路切除时，必须将两台变压器断开，导致一台变压器短时停电，影响其正常工作。双T接线与桥形接线相比，需要的高压电器更少，配电装置结构更简单0，可节省投资，在电力系统日趋稳定的条件下，其供电可靠性日趋提高。因此，本设计220kV侧采用双T接线。3.2 27.5kV侧接线有旁路母线时，旁路断路器可以代替某一回路的断路器工作，因此，牵引变电所27.5kV侧采用单母线隔离开关分段带旁路母线接线型式0。电气主接线图见附录A，平面布置图见附录B。4 短路计算在对电气设备进行选型时，为了能够使设备在正常情况和故障状态下都能安全可靠地工作，就必须做出完整地短路计算，并根据计算结果对电气设备进行校验。4.1 短路点的选取一次侧一般选取220kV高压母线短路点作为短路计算点；二次侧一般选取27.5kV低压母线短路点作为短路计算点5,6，如图4.1所示。图4.1 短路计算图4.2 短路计算4.2.1 确定基准值牵引变电所高压侧发生三相短路：取上级变电所基准容量，短路容量为,线路长度，基准电压为，。(1) 短路点基准电流：(2) 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值上级变电所的短路电抗标幺值：变压器的电抗标幺值，查附录得，因此架空线路的电抗标幺值由，因此4.2.2 220kV侧短路计算总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：高压侧最大长期允许工作电流： 4.2.3 27.5kV侧短路计算总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其它三相短路电流：三相短路容量：低压侧最大长期允许工作电流短路计算结果如表4.1所示。表4.1 短路电流计算结果短路计算位置三相短路电流(kA)三相短路容量(MVA)K-12.402.402.406.123.65961.54K-23.893.893.899.925.91185.195 牵引变电所电气设备的选择及校验完成对220kV侧高压进线、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和避雷器的选择，并根据短路计算结果完成以上电气设备的动稳定和热稳定校验。5.1 母线选择及校验5.1.1 220kV侧高压进线的选择及校验(1) 按经济电流密度选择进线截面：取故应选择LGJ-120钢芯铝绞线，在温度为时其长期允许载流量为408A。(2) 热稳定校验其中,满足热稳定要求的导线最小截面积()； 热稳定系数； 三相短路电流稳态有效值(A)； 假想时间(s)； 集肤效应系数，对于电缆及小面积导线取1。所以，LGJ-120钢芯铝绞线满足热稳定性要求。5.1.2 27.5kV侧母线选择及校验同理，27.5kV母线选用LGJ-630钢芯铝绞线所以，LGJ-630钢芯铝绞线满足热稳定性要求。5.2 断路器的选择和校验5.2.1 220kV侧断路器的选择与校验220kV侧断路器选用LW-220，具体参数如表5.1所示。表5.1 LW-220型SF6断路器技术数据型号额定电压(kV)最高工作电压(kV)额定电流(A)4s热稳定电流(kA)额定短路开断电流(kA,有效值)额定短路关合电流(kA，峰值)LW220220252200031.531.580(1) 额定电压的选择(2) 额定电流的选择(3) 热稳定校验所以满足热稳定性要求。(4) 动稳定性校验所以满足动稳定性要求。5.2.2 27.5kV侧断路器的选择与校验同理，27.5kV侧断路器选用 ZN42-27.5，具体参数如表5.2所示。表5.2 ZN42-27.5型户内高压真空断路器数据技术参数计算参数额定电压(kV)额定电流(A)动稳电流峰值(kA)4s热稳流(kA)电压(kV)最大工作电流(A)动稳定校验(kA)热稳定校验(kA)27.51250632527.5524.889.923.655.3 隔离开关的选择和校验5.3.1 220kV侧隔离开关的选择与校验220kV侧隔离开关选用GW4-220，具体参数如表5.3所示。表5.3 GW4-220型户外隔离开关技术数据型号额定电压(kV)最高电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA，峰值)热稳定电流(kA，有效值)热稳定时间(s)GW4220220252125055213(1) 额定电压的选择(2) 额定电流的选择(3) 热稳定校验所以满足热稳定性要求(4) 动稳定性校验所以满足动稳定性要求。5.3.2 27.5kV侧隔离开关的选择与校验同理，27.5kV侧隔离开关选用GW18-27.5，具体参数如表5.4所示。表5.4 GW18-27.5型户外高压隔离开关技术数据技术参数计算参数额定电压(kV)额定电流(A)动稳电流峰值(kA)2s热稳流(kA)电压(kV)最大工作电流(A)动稳定校验(kA)热稳定校验(kA)27.51250632527.5524.889.923.655.4 电流互感器的选择5.4.1 220kV侧电流互感器的选择与校验220kV侧电流互感器选用LCW-220，具体参数如表5.5所示。表5.5 LCW-220型电流互感器主要技术数据型号额定电流比级次组合准确级次1s热稳定倍数()动稳定倍数()LCW-220600/50.5/D0.53585(1) 额定电压的选择(2) 额定电流的选择(3) 热稳定校验即：代入数据校验得所以满足热稳定性要求。(4) 动稳定性校验即：代入数据校验得所以满足动稳定性要求。5.4.2 27.5kV侧电流互感器的选择与校验27.5kV侧电流互感器选用LZBJ1-27.5，具体参数如表5.6所示。表5.6 LZBJ1-27.5型电流互感器的主要技术指标型号额定电压(kV)额定电流比(A)级别组合1s热稳定倍数动稳定倍数LZBJ1-27.527.5750/510P1/10P28494(1) 额定电压的选择(2) 额定电流的选择(3) 热稳定校验带入数据校验得 所以满足热稳定性要求。(4) 动稳定性校验代入数据校验得所以满足动稳定性要求。5.5 电压互感器的选择5.5.1 220kV侧电压互感器的选择220kV侧电压互感器选用TYD-220/-0.005H，具体参数如表5.7所示。表5.7 TYD-220/-0.005H型电压互感器主要技术数据型号额定电压比(kV)额定输出(VA)0.2级0.5级3P级TYD-220/-0.005H1501501005.5.2 27.5kV侧电压互感器的选择用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不校验热稳定0。27.5kV侧电压互感器选用JDZ-27.5，具体参数如表5.8所示。表5.8 JDZ-27.5型电压互感器主要技术数据型号额定电压(kV)额定容量(VA)最大容量(VA)一次二次0.2级0.5级1级JDZ-27.527.50.16018036010005.6 避雷器的选择5.6.1 220kV侧避雷器的选择220kV侧避雷器选用Y10WF-200/520，具体参数如表5.9所示。表5.9 Y10WF-200/520交流无间隙气体绝缘金属氧化物避雷器系统额定电压(kV)避雷器额定电压(kV)最高工作电压(kV)持续运行电压(kV)2202042521595.6.2 27.5kV侧避雷器的选择27.5kV侧避雷器选用HY5WT-42/120，具体参数如表5.10所示。表5.10 HY5WT-42/120型避雷器系统额定电压(kV)避雷器额定电压(kV)持续运行电压(kV)雷电冲击电流下残压(kV)27.542341205.7 220kV侧接地开关的选择220kV侧接地开关选用JW2-252(W)/1250，具体参数如表5.11所示。表5.11 JW2-252(W)/1250型接地开关参数额定电压(kV)额定电流(kA)额定峰值耐受电流(kA)雷电冲击耐压(kV)22012501001050- 24 -结 论本文是根据太中银线的原始计算资料，实现对永宁牵引变电所主接线的设计。通过计算分析，得到以下结论：(1) 本设计采用三相YN,d11牵引变压器，根据计算结果，得出牵引变压器的计算容量为14130.02kVA，校核容量为20030kVA，安装容量为，变压器型号为SFQY-25000/220。(2) 完成主接线设计，通过比较双T接线、内桥接线和外桥接线，本设计220kV侧采用双T接线，27.5kV侧采用单母线隔离开关分段带旁路母线接线型式，馈线采用馈线断路器50%备用的接线。(3) 完成短路计算，计算出220kV侧三相短路电流周期分量有效值为2.40kA，短路冲击电流为6.12kA，最大有效值电流为3.65kA，三相短路容量为961.54MVA,最大长期允许工作电流为98.41A；27.5kV侧三相短路电流周期