货运铁路牵引变电所的电气系统设计.doc

毕业设计任务书 题 目货运铁路牵引变电所的电气系统设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导任务单位电气工程系 导师 姓名 导师 职称 讲师 一 主要内容 1 按规定供 馈电容量与要求确定电气主结线 2 短路电流计算 3 牵引变压器容量 型式及台数的选择 4 母线 导体 和主要一次电气设备选择 5 配置所需的二次系统 并进行继电保护整定计算 6 进行防雷与接地的设计 二 基本要求 1 设计计算说明书一份 要求条目清楚 计算正确 文本整洁 2 绘制出牵引变电所电气主接线图 三 主要技术指标 或研究方法 1 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 2 电力系统 1 2 均为区域变电站 电力系统容量分别为 4000MVA 和 4800MVA 选取基准 容量 Sj 为 100MVA 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 50km 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 牵引变电所牵引变电所 左臂负荷全日有效值 A 560 右臂负荷全日有效值 A 780 左臂短时最大负荷 A 注 860 右臂短时最大负荷 A 1080 续表 1 项目项目A A 牵引变电所牵引变电所 牵引负荷功率因数0 85 感性 10kV 地区负荷容量 kVA 2 1000 10kV 地区负荷功率因数0 86 感性 牵引变压器接线型式自选 牵引变压器 110kV 接线型式自选 左供电臂 27 5kV 馈线数目 2 右供电臂 27 5kV 馈线数目 2 10kV 地区负荷馈线数2 回路工作 1 回路备用 预计中期牵引负荷增长30 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 根据需要 可自行补充其它资料 四 应收集的资料及参考文献 1 李彦哲 胡彦奎 王果等 电气化铁道供电系统与设计 M 兰州 兰州大学出版社 2006 2 贺威俊 简克良 电气化铁道供变电工程 M 北京 铁道出版社 1983 3 刘国亭 电力工程 CAD M 北京 中国水利水电出版社 2006 4 曾成碧 赵莉华 电机学 M 北京 机械工业出版社 2005 5 张保会 尹项根 电力系统继电保护 M 北京 中国电力出版社 2005 6 谭秀炳 交流电 气化铁道牵引供电系统 M 西南交通大学出版社 2009 7 李群湛 贺建闽 牵引供电系统分析 M 西南交大出版社 2010 五 进度计划 1 第 1 3 周 调研 收集材料 完成外文翻译 开题报告 2 第 4 周 分析 确定方案 3 第 5 7 周 设计 计算 绘图 4 第 8 周 中期检查 5 第 9 11 周 撰写论文 6 第 12 14 周 论文审核定稿 7 第 15 16 周 答辩 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕业设计开题报告 题目货运铁路牵引变电所的电气系统设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一 研究背景 牵引变电所 traction substation 向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供 电能和变换 分配电能的电气装置与设施 其功能是将电力系统的三相交流电经降压 整 流或变频后 供电力机车和动车组使用 牵引变电所把区域电力系统输送来的电能 根据 电力牵引对电流和电压的不同要求 转变为适用于电力牵引的电能 然后分别输送到铁路 沿线上架设的接触网 为电力机车或动车组供电 因此牵引变电所是电气化铁路的 心脏 牵引变电所能否安全运行 直接关系到电气化铁路的运行情况 因此 牵引变电所的研 究对电气化铁路的发展以及安全运行都有着很重要的意义 对国民经济的发展也有直接或 间接的影响 二 国内外研究现状 我国电气化铁道牵引变电所二次设备技术水平的发展 牵引变电所综合自动化系统被 广泛应用 武广高速铁路牵引变电所采用的综合自动化系统技术为牵引供电可靠性及供电 质量提供了保障 在对既有经验与技术总结的同时 进一步探索变电所数字化设计的可行 性是十分必要的 目前 我国交 直流牵引变电所技术装备产生了重大变化 主设备向高 可靠性 小型化和免维修方面发展 变电所主接线和辅助设施逐步趋于简化和典型化 远 动监控 故障录波和微机保护与自动装置得到广泛的推广应用 最终将实现高度自动化的 减员值班和无人值班的牵引变电所的目标 国外牵引变电所一般采用提高供电方式 以增大系统短路容量 来减小对系统和用户 的影响 如 欧洲一些发达国家和日本都采用这种方法 并且国外的牵引变电所在运营模 式上已经做到无人值守 三 研究方案 根据已经给出的电力系统的容量 参照铁道部电气化铁路牵引变电所设计规范 按照 设计任务书要求首先进行参数计算 选择确定牵引变电所主变压器的安装容量和接线形式 以及确定主变压器的备用方式 然后提出牵引变电所高压侧和馈线侧的几种接线方案 通 过比较确定高压侧和馈线侧的最优接线方案 接着对牵引变电所进行短路计算 根据计算 的结果选择确定各高压设备的型号并对所选设备进行动稳定性和热稳定性校验 再接着对 牵引变电所进行二次系统设计 确定变压器和馈线的继电保护 然后参照电气化铁路牵引 变电所设计规范根据计算结果选择确定防雷和接地设施 并且使用 AutoCAD 绘制出一次 侧的主接线图 四 预期达到的结果 通过对牵引变压器正常负荷和紧密运行状态下的容量进行计算以及对中远期运量进行 估计 对主变压器进行初步选型 确定出主变压器的安装容量和接线形式以及备用方式以 及 确定出高压侧和馈线侧分别采用何种接线方式 分别对牵引变压器高压侧和低压侧进 行短路计算 正确选择出 110kV 侧和 27 5kV 侧的进线 母线 高压断路器 高压熔断器 隔离开关 电流互感器 电压互感器和绝缘子等设备并完成校验 确定出牵引变压器和馈 线的继电保护方式 选择出合适的防雷和接地装置 最后用 AutoCAD 软件绘制出牵引变 电所一次设备的主接线图 指导教师签字时 间年 月 日 摘 要 货运铁路牵引变电所是铁路系统的重要组成部分 起着变换和分配电能的作用 它直接影响整个铁路系统的安全与经济运行 本设计主要针对牵引供电系统进行设计和研究 主要包括牵引负荷的计算 主 变压器接线方式的分析比较 主变压器型号和台数的选择 牵引变电所进线和馈线 方式的选择 短路计算 高压设备的选取和校验 继电保护的拟定与计算 牵引变 电所防雷与接地装置的设置 其中电气主接线是变电所设计的主要环节 直接关系 着整个变电所电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和自动装置的确定 并 且是牵引变电所电气部分投资大小的决定性因素 短路电流计算是本次设计的关键 部分 通过计算对断路器 隔离开关 电压互感器 电流互感器 熔断器等进行选 择校验和进行继电保护的拟定计算 本次毕业设计实现了任务书要求的全部内容 选择出牵引变压器 高压侧 低 压侧的电气设备 确定了主接线方式 并且用 AutoCAD 绘出了系统的主接线图 关键词 主接线 主变压器 电气设备 Abstract Freight railway traction substation is an important part of the railway system playing a role in transformation and distribution of electric energy which directly affects the security and economic operation of the whole railway system The design is mainly for traction power supply system and substation engineering including traction load calculation the main transformer wiring analysis and comparison the main transformer model and the choice of the number of units traction line and substation feeder mode choice short circuit calculations high voltage equipment selection and validation formulation and calculation of relay protection traction substation lightning protection and grounding device settings Substation main electrical wiring which is the main part of the design is directly related to the choice of the entire substation electrical equipment distribution equipment layout relay protection and automatic device to determine and is part of the investment size electric traction substation the decisive factor Short circuit current calculation is a critical part of this design by calculation circuit breakers disconnectors voltage transformers current transformers fuses etc Select the intended protection checksum calculation The graduation project has successfully achieved the entire contents of the mission statement The project has picked out the appropt traction transformers high side low side electrical equipment and has determined the main wiring as well as using AutoCAD to plot main wiring diagram Key words Main connection The main transformer Electrical equipment I 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题研究的背景 1 1 2 电气化铁路的国内外现状 1 1 3 本设计研究的主要内容 2 第 2 章 变压器的选择 3 2 1 牵引变压器作用及类型 3 2 1 1 牵引变压器作用 3 2 1 2 牵引变压器的类型 3 2 2 牵引变压器台数和容量的选择 5 2 2 1 牵引变压器选择原则 5 2 2 2 牵引变压器的选择 5 第 3 章 牵引变电所主接线设计 8 3 1 电气主接线的基本要求 8 3 2 牵引变电所一次侧主接线的基本形式 8 3 3 牵引变电所馈线侧主接线基本形式 10 3 4 电气主接线方案的确定 12 第 4 章 短路电流计算 13 4 1 短路点的确定 13 4 2 110KV 短路电流计算 13 4 3 27 5KV 短路电流计算 15 4 4 10KV 侧短路电流计算 16 第 5 章 电气设备选型 19 5 1 断路器的选型及校验 19 5 2 高压隔离开关的选型及校验 20 5 3 电流互感器的选择与校验 21 5 4 电压互感器的选择 22 5 5 避雷器的选择 22 5 6 熔断器的选择 23 5 7 导线选择及校验 23 5 7 1 导线的选择依据 23 5 7 2 导线选型及校验 25 5 7 3 母线选型及校验 26 5 8 支持绝缘子 26 5 8 1 支持绝缘子选型及校验 27 II 5 8 2 穿墙套管选型及校验 27 第 6 章 继电保护的配置与整定 29 6 1 继电保护的任务和要求 29 6 1 1 继电保护的任务 29 6 1 2 继电保护基本要求 29 6 2 牵引变压器的保护 30 6 2 1 纵联差动保护 30 6 2 2 瓦斯保护 31 6 2 3 过电流保护 32 6 2 4 接地保护 32 6 3 馈线的保护 32 第 7 章 变电所的防雷保护与接地装置的设计 34 7 1 变电所的防雷保护 34 7 1 1 直击雷防护 34 7 1 2 雷电波侵入的防护 34 7 2 接地装置 35 7 2 1 接地与接地装置的定义 35 7 2 2 接地装置的设计 36 第 8 章 结论 37 参考文献 38 致谢 39 附录 40 附录 A 外文资料 40 附录 B 系统图 52 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1 1 课题研究的背景 牵引供电系统的构成简化图如图 1 1 所示 相对牵引变电所而言 通常把 为其供电的电力系统称为外部电源或一次系统 牵引供电系统由牵引变电所和 牵引网组成 图 1 1 牵引供电系统的构成简图 电力系统与输电线 它们为电气化铁路提供高压电源 其电压为 110kV 或 220kV 电气化铁路的牵引负荷是一级负荷 故要求电源有足够的容量和较高 的可靠度 牵引变电所 牵引变电所的作用是将电力系统供应的电能转变为是核电力 牵引供电方式的电能 其中的核心元件是牵引变压器 并设有备用 与地方变 电所相比 牵引变电所绝大多数情况下是用于提供牵引用电作为区别 而称为 牵引变电所 牵引网 由馈 电 线 接触网 轨 地 回流线等组成 是牵引供电网 回 路 完成对电力机车的送电任务 1 2 电气化铁路的国内外现状 电气化铁路对于实现我国铁路重载 高速起到了至关重要的作用 至 2007 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2 年底 我国的电气化铁路营业里程已达到了 24046 6km 占我国铁路总营业里 程的 37 8 各大干线都已实现了电气化 近年来 我国变电所自动化的技术特点是新老交替 新老结合 新老并存 既有以常规远动装置为核心派生的老站改造模式 又有局部或完全分散的新站 设计模式 更有保护监控仪表录波防误操作等功能 并且很多变电所都实现了 自动化 现代电力牵引都以公用电网配电 实质上是取用经变换的单相电 在 我国 矿山电力牵引 城市电车和地下铁道或轻轨交通都采用直流制 电压从 45V 到 3000V 不等 电气化铁路都采用工频 50Hz 额定电压为 27 5kV 或 2 27 5kV 的单相交流制 1 3 本设计研究的主要内容 本设计主要是货运铁路牵引变电所电气设计 根据步骤进行设计 通过对 牵引与电气计算 确定变压器容量 台数 接线方式和备用方式 根据原始资 料及技术要求确定变压器主接线形式 短路计算 再根据短路计算结果进行一 次设备的选型与校验最后是牵引变电所防雷保护与接地装置的设计 供变电系统及装置的设计 不仅要满足正常运行方式下的各种工作状态及 运行条件的要求 而且还应考虑在故障条件下如何缩小或限制故障的范围及影 响 并保证电气设备在故障状态下可靠的工作 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3 第 2 章 变压器的选择 2 1 牵引变压器作用及类型 2 1 1 牵引变压器作用 牵引变压器的作用是将110kV或220kV三相交流电能变换成27 5kV 或55kV 的单相交流电能供电力机车使用 在牵引变电所中起到降压分相的作用 目前 我国牵引供电系统中采用的牵引变压器主要有 单相变压器 三相 星形三角形接法变压器 三相三绕组十字交叉接线变压器 斯科特接线变压器 三相星形延边三角形接法变压器和三相星形曲折延边三角形接线变压器 2 1 2 牵引变压器的类型 按牵引变压器的联接方式分为单相联结 Vv 联结 和三相 YNd11 联结 Scott 联结等 1 单相牵引变电所的优点 牵引变压器的容量利用率可达 100 主结线 简单 设备少 占地面积小 投资省等 缺点 不能供应地区和牵引变电所三 相负荷用电 对电力系统的负序影响最大 对接触网的供电不能实现两边供电 这种联结只适用于电力系统容量较大 电力网比较发达 三相负荷用电能够可 靠地由地方电网得到供应的场合 图 2 1 单相联接原理图 2 Vv 联结牵引变电所不但保持了单相 V v 联结牵引变电所的主要优点 而且完全克服了单相 V v 联结牵引变电所的缺点 最可取的是解决了单相 V v 联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题 同时 三相 V v 联结牵引变压器有两台独立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传 递 两台的容量可以相等 也可以不相等 两台的二次侧电压可以相同 也可 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 4 以不相同 有利于实现分相有载或无载调压 为牵引变压器的选型提供了一种 新的连接形式 图 2 2 Vv 联接原理图 3 三相联结牵引变电所 这种牵引变电所中装设两台三相 YNd11 联结牵 引变压器 可以两台并联运行 也可以一台运行 另一台固定备用 三相 YNd11 联结牵引变电所的优点是 牵引变压器低压侧保持三相 有 利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力 能很好的适应当一个供电臂出 现很大牵引负荷时 另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况 三相 YNd11 联结变压器在我国采用的时间长 有比较多的经验 制造相对简 单 价格也较便宜 一次侧 YN 联结中性点可以引出接地 一次绕组可按分 级绝缘设计制造 与电力系统匹配方便 对接触网的供电可实现两边供电 缺点主要是牵引变压器容量利用率不高 当重负荷相线圈电流达到额定值 时 牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的 75 6 引入温度系数也只 能达到 84 图 2 3 YNd11 联接原理图 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 5 2 2 牵引变压器台数和容量的选择 2 2 1 牵引变压器选择原则 1 为保证供电的可靠性 在变电所中 一般装设两台主变压器 2 为满足运行的灵敏性和可靠性 如有重要负荷的变电 所 应选择两台 三绕组变压器 选用三绕组变压器占地面积小 运行及维护工作量少 价格低 于四台双绕组变压器 因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器 3 装有两台主变压器的变电所 其中一台事故后其余主变压器的容量应保 证该所全部负荷的 70 以上 并保证用户的一级和二级全部负荷的供电 2 2 2 牵引变压器的选择 三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的 本变电所考虑为固 定备用方式 按故障检修时的需要 应设两台牵引用主变压器 计算容量公式 2 1 tcaN KIUS 2 3 其中 kV 5 27 94 0 2 Nt UK 全日平均电流 A 16 397 41 1 560 K I 左 左g A 19 553 41 1 780 K I 右 右g A04 59556016 39719 55327804 3 1 III24 3 1 222 gg 2 左左右右 II ca 计算容量 AkV35 4614594 0 04 595 5 2733 2 tcaN KIUS 牵引变电所的并联补偿分为并联电容补偿和并联无功补偿两种 可以与牵 引网的并联电容补偿联合运用 也可以单独使用 考虑到投资效益比 电气化 铁路多单独使用 根据本设计基础资料的要求 因此需要进行并联无功补偿 PRC 考虑到变 压所的高压侧的无功损耗大于有功损耗 故取进行补偿 9 0cos 2 92 0 cos 2 然后计算 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 6 AkV55 3922335 4614585 0 85 0 30 SP 补偿后 AkV29 42634 92 0 55 39223 92 0 30 P S 紧密运行下的计算容量 A93 609 41 1 860 K I 左 左g A 96 765 41 1 1080 K I 右 右g A28 83986096 76593 609210804 3 1 III24 3 1 222 gg 2 左左右右 II ca 紧密运行下的计算容量 AkV16 6508694 0 28 839 5 2733 2 tcaN KIUS 由于牵引负荷功率因数为 0 85 AkV24 5532316 6508685 0 85 0 30 SP 补偿后 AkV96 60133 92 0 24 55323 92 0 30 P S 校核容量 2 2 K Smax 校 S 其中 K 1 5 AkV31 40089 5 1 96 60133 K S S 补 校 中期变压器计算 中期牵引负荷增长 30 AkV58 5542429 426343 1S3 1 长 S 紧密运行方式下 AkV15 7817496 601333 1S3 1 长 S 校核容量 AkV 1 52116 5 1 15 78174 5 1 S 长 校 S 根据计算的容量 选用 SF10 QY 63000 110 型牵引变压器两台 空载损耗 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 7 44 6 负载损耗 246 空载电流 0 2 阻抗电压 10 5 同时根据要求 10KV 侧选用 SF11 1000 27 5 型电力变压器 空载损耗 1 65 负载损耗 13 5 空载电流 1 0 阻抗电压 6 5 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 8 第 3 章 牵引变电所主接线设计 3 1 电气主接线的基本要求 电气主接线是变电所电气设计的首要部分 也是构成电力系统的首要环节 对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可 靠性 灵活性和经济性 1 可靠性 保证对牵引负荷和地区负荷的供电可靠性和电能质量 牵引负荷和部分地区负荷均为一级负荷 必须保证供电的安全可靠性 为 此要保证牵引变电所电源引入可靠 选择主接线时要考虑在电路的转换 设备 的检修和事故处理时供电的可靠性和连续性 为了满足电能质量的要求 主接 线应在变压器接线方式 谐波补偿和调压方式方面注意改善电能质量 2 操作方便 主接线应力求简单 清晰 操作方便 由于接触网事故较多 检修频繁 牵引变电所倒闸作业较多 主接线越简 单清晰 程序操作越少 操作越方便 3 灵活性 应能适应必要的各种运行方式 便于切换操作和检修 且适应负荷的发展 4 经济性 在满足上述要求的前提下 尽量使主接线简单 投资少 运行费用低 并 节约电能和有色金属消耗量 5 发展扩建性的可能性 主接线应考虑将来的发展和扩建的方便 设计主接线要考虑倒远景规划 在需要的时候可以很方便地改造和扩建 3 2 牵引变电所一次侧主接线的基本形式 电气主接线主要有以下几种形式 1 桥型接线 当牵引变电所只有两条电源进线和两台主变压器 且有系统功率穿越时采 用桥式接线 通过式牵引变电所一次侧常采用桥型接线 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 9 内桥接线 内桥接线的连接桥断路器设置在内侧 其余两台断路器接在线路上 因此 线路的切除和投入比较方便 而且当线路发生短路故障时 仅故障线路的断路 器断开 不影响其它回路运行 此外 变压器切除和投入的操作比较复杂 需 切除和投入与该变压器连接的两台断路器 也影响了一回未故障线路的运行 连接桥断路器检修时 两个回路需解列运行 当输电线路较长 故障几率较多 而变压器又不需经常切除时 采用内桥接线比较合适 如图 3 1 所示 图 3 1 内桥接线 图 3 2 外桥接线 外桥接线 外桥接线的特点与内桥接线正好相反 联结桥断路器设置在外侧 其它两 台断路器接在变压器回路中 线路故障和进行切除以及投入操作时 需动过与 之相得两台断路器并影响一台未故障变压器的运行 但变压器的切除和投入时 不影响其它回路运行 当出线较短 且变压器随经济运行的要求需经常切换时 采用外桥接线的方式比较合适 如图 3 2 所示 2 单母线接线 单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线 每个电源线和引出线都 经过开关电器接到同一组母线上 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 缺点 不够灵活可靠 任意元件故障或检修 均须使整个配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部母线仍需短时停电 在 用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电 3 单母线分段接线 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 10 优点 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同断引出两个回路由 两个电源供电 当一段母线发生故障 分开母联断路器 自动将故障隔离 保 证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路都要在 检修期间内停电 当出现为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需 向两个方向均衡扩建 4 双母线接线 优点 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 缺点 增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关 当母线故障 或检修时 隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 为了避免隔离开关误操 作 需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置 4 3 3 牵引变电所馈线侧主接线基本形式 由于 27 5kV 馈线断路器的跳闸次数较多 为了提高供电的可靠性 按馈线 断路器备用方式不同 牵引变电所 27 5kV 侧馈线的接线方式一般有下列三种 1 馈线断路器 100 备用的接线 此种接线用于单线区段 牵引母线不同相的场合 这种接线当工作断路器 需检修时 即由备用断路器代替 断路器的转换操作方便 供电可靠性高 但 一次投资较大 馈线断路器100 备用的接线图如图3 3所示 2 馈线断路器50 备用的接线 馈线断路器50 备用的接线图如图3 4所示 50 备用的接线 此种接线用于单线区段 牵引母线同相的场合和复线区 段 每相母线只有两条馈线的场合 这种接线每两条馈线设一台备用断路器 通过隔离开关的转换 备用断路器可代替其中任一台断路器工作 牵引母线用 两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修 当每相母线的馈出线数目较 多时 一般很少采用此种法方法 此外该接法虽然在经济上比100 备用的接线 优越 但可靠性相对来说较低 在只考虑可靠性时 应偏向于选择馈线断路器50 备用 只从经济性方面 考虑的话 却应该偏向于选择馈线断路器100 备用 但实际生活中 往往从两 方面同时考虑而选择备用方式 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 11 图 3 3 馈线断路器 100 备用 图 3 4 馈线断路器 50 备用 3 带旁路母线和旁路断路器的接线 一般情况下 每2至4条馈线设一旁路断路器 通过旁路母线 旁路断路器 可代替任一馈线断路器工作 这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多 的场合 以减少备用断路器的数量 由于牵引变压器为三相YN d11牵引变压器 且此变电所着重要的牵引负荷供电任务 为提高供电的安全可靠性 同时避免 较大的一次性投资 牵引变电所27 5kV侧馈线采用带有旁路母线和旁路断路器 的接线方式 带旁路母线和旁路断路器的接线图如图3 5所示 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 12 图 3 5 带有旁路母线和旁路断路器的接线 3 4 电气主接线方案的确定 考虑110 kV母线检修时不致全部停电 并且有系统功率穿过 所以采用外 桥式接线 由于该变电所处于大型编组站内牵引馈线断路器数量多 且检修频 繁 故27 5kV牵引负荷母线采用单母线分段带旁路母线的接线方式 按照向复 线区段供电的要求 其牵引侧母线的馈线数目较多 为了保障操作的灵活性和 供电的可靠性 我们选用馈线断路器100 备用接线 这种接线也便于故障断路 器的检修 牵引变电所A担负着重要的牵引负荷供电任务 一级负荷 馈线数目多 影 响范围广 应保证安全可靠的供电 所以为满足故障检修时的需要 应设两台 牵引用变压器 使用固定备用方式 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 13 第 4 章 短路电流计算 短路是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接 造成 短路的主要原因有 电气设备绝缘损坏 有关人员误操作 鸟兽为害事故等 短路后 系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多 对供电系统产生极大 的危害 同时为了正确地选择电气设备 使设备具有足够的动稳定和热稳定性 以 保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏 也需要进行短路电流的计算 4 1 短路点的确定 短路计算时主接线图可以等效为如图 4 1 所示 图 4 1 短路等效电路图 冲击系数按表 4 1 选取 表 4 1 冲击系数 电压等级110kV27 5kV10kV ch K1 801 801 80 根据原始材料知 S1 4000MVA S2 4800MVA Sj 100MVA L1 30km L2 50km L3 20km 4 2 110kV短路电流计算 1 系统最大运行方式下 由已知可以求得各支路阻抗 84 020 204 050 313212 LXXLXX LL 已知最大运行方式下电力系统 1 2 的综合电抗标幺值分别为和 10 0 1 S X 12 0 2 S X 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 14 基准电流为 kA5 0 1153 100 3 1 110 j j j U S I 支路的电抗标幺值分别为 15 0 115 100 20 22 2 2 c j LL U S XX 06 0 115 100 8 22 3 3 c j LL U S XX 则 110kV 侧的总电抗标幺值为 1 018 0 26 0 3 2 2 1 110 LSLS XXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 kA0 5 1 0 5 0 110 110 3 110 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA0 5 3 110 3 3 III 设 110kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA73 122 3 110 3 IKi chch 短路电流最大有效值 kA55 7 1 21 3 110 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA1000 1 0 100 110 3 110 X S S j 2 系统最小运行方式下 已知最小运行方式下电力系统 1 2 的综合电抗标幺值分别为和 11 0 1 S X 14 0 2 S X 基准电流为 kA5 0 1153 100 3 1 110 j j j U S I 则 110kV 侧的总电抗标幺值为 11 0 20 0 26 0 3 2 2 1 110 LSLS XXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 15 kA55 4 11 0 5 0 110 110 3 110 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA55 4 3 110 3 3 III 设 110kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA58 112 3 110 3 IKi chch 短路电流最大有效值 kA87 6 251 1 1 21 3 110 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA09 909 11 0 100 110 3 110 X S S j 4 3 27 5kV短路电流计算 1 系统最大运行方式下 基准电流为 kA0 2 105 5 273 100 3 2 5 27 j j j U S I 与 110kV 侧比较多了变压器的电抗 1 T 17 0 63000 10100 100 5 10 100 3 1 N j d T S S U X 则 27 5kV 侧的总电抗标幺值为 27 017 018 0 25 0 1 3 2 2 1 5 27 TLSLS XXXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 kA41 7 27 0 0 2 5 27 5 27 3 5 27 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA41 7 3 5 27 3 3 III 设 27 5kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA86 182 3 5 27 3 IKi chch 短路电流最大有效值 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 16 kA19 1175 5 41 1 1 21 3 5 27 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA37 370 27 0 100 5 27 3 5 27 X S S j 2 系统最小运行方式下 基准电流为 kA0 2 105 5 273 100 3 2 5 27 j j j U S I 与 110kV 侧比较多了变压器的电抗 1 T 17 0 63000 10100 100 5 10 100 3 1 N j d T S S U X 则 27 5kV 侧的总电抗标幺值为 28 0 17 0 20 0 26 0 1 3 2 2 1 5 27 TLSLS XXXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 kA14 7 28 0 0 2 5 27 5 27 3 5 27 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA14 7 3 5 27 3 3 III 设 27 5kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA18 182 3 5 27 3 IKi chch 短路电流最大有效值 kA78 10 1 21 3 5 27 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA14 357 28 0 100 5 27 3 5 27 X S S j 4 4 10kV侧短路电流计算 1 系统最大运行方式下 基准电流为 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 17 kA5 5 105103 100 3 2 10 j j j U S I 与 27 5kV 侧比较多了变压器的电抗 2 T 5 6 1000 10100 100 5 6 100 3 2 N j d T S S U X 则 10kV 侧的总电抗标幺值为 77 6 5 618 0 25 0 2 3 2 2 110 TLSLS XXXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 kA81 0 7 6 5 5 10 10 3 10 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA81 0 3 10 3 3 III 设 10kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA06 2 2 3 10 3 IKi chch 短路电流最大有效值 kA11 3 1 21 3 10 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA77 14 77 6 100 10 3 10 X S S j 2 系统最小运行方式下 基准电流 kA5 5 105103 100 3 2 10 j j j U S I 与 27 5kV 侧比较多了变压器的电抗 2 T 5 6 1000 10100 100 5 6 100 3 2 N j d T S S U X 则 10kV 侧的总电抗标幺值为 78 6 5 620 0 26 0 2 3 2 2 110 TLSLS XXXXXX 三相短路电流周期分量有效值为 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 18 kA81 0 7 6 5 5 10 10 3 10 X I I j 其他三相短路电流 短路稳态电流 kA81 0 3 10 3 3 III 设 10kV 时 冲击系数 则冲击电流 8 1 ch K kA06 2 2 3 10 3 IKi chch 短路电流最大有效值 kA11 3 1 21 3 10 2 3 IKI chch 三相短路容量 MVA75 14 78 6 100 10 3 10 X S S j 表 4 2 短路电流计算结果汇总 系统最大运行方式系统最小运行方式 变压器运行方式短路点 三相短路电流 kA三相短路电流 kA 3 I 3 ch i 3 ch I 3 S 3 I 3 ch i 3 ch I 3 S 110kV 侧5 012 737 5510004 5511 586 87909 09 27 5kV 侧7 4118 8611 19370 377 1418 1810 78357 14一运一备 10kV 侧0 812 063 1114 770 812 063 1114 75 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 19 第 5 章 电气设备选型 各级继电器保护时间配合按表 5 1 选取 表 5 1 继电保护时间配合 计算点 110 K 5 27 K s j t 1 501 00 s dl t1 561 06 s jx t 1 50 1 56 0 05 3 111 00 1 06 0 05 2 11 整定时限如图 5 1 断路器的选型及校验 1 断路器的选择及校验条件如下 ge UU max ge II 3 IIek 动稳定校验 3 chdw Ii 热稳定校验 jxt tItI 2 3 2 设计中 110kV 侧牵引变压器的选择型号为 三相 YN d11 SF10 63000 110 最大长期工作电流可按变压器过载 1 3 倍考虑 AIg86 429 1103 63000 3 1 max 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 20 表 5 2 110kV 高压断路器选择校验 装设地点的电气条件型断路器 3 110SWG 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 110kV e U110kV合格 2 max g I 429 86A e I1200A合格 3 3 I5 0kA ek I15 8kA合格 4 3 ch I7 55kA dw i kA41合格 5 jx tI 2 3 28 17711 3 7 552 tIt256 9984 8 15 2 合格 表 5 3 27 5kV 高压断路器选择校验 装设地点的电气条件ZN12 27 5 型真空断路器 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 27 5kV e U27 5kV合格 2 max g I 1719 45A e I2000A合格 3 3 I7 41kA ek I25A合格 4 3 ch I10 43kA dw i63kA合格 5 jx tI 2 3 86 11511 2 41 7 2 tIt225004252 合格 5 2 高压隔离开关的选型及校验 1 隔离开关选择和校验原则是 ge UU max ge II dw iI 3 ch tItI tjx 2 2 3 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 21 表 5 4 110kV 隔离开关选择校验 装设地点的电气条件GW4 110DW 型隔离开关 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 110kV e U110kV合格 2 max g I 429 86A e I630A合格 3 3 ch I7 55kA dw i50kA合格 4 jx tI 2 3 28 17711 3 7 552 tIt216004202 合格 表 5 5 27 5kV 隔离开关选择校验 装设地点的电气条件GN4 27 5 2000 型隔离开关 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 27 5kV e U27 5kV合格 2 max g I 1719 45A e I2000A合格 3 3 ch I10 43kA dw i100kA合格 4 jx tI 2 3 86 11511 2 41 7 2 tIt264004402 合格 5 3 电流互感器的选择与校验 电流互感器应按以下条件选择 见表 5 6 所示 表 5 6 电流 电压互感器选择与校验 选择校验 电压电流热稳定动稳定 电流互感器 ge UU 1max ge II1 2 1 2 etjxZ IktI chedw iIk 1 2 电压互感器 geg UUU1 19 0 1 e WW 22 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 22 表 5 7 110kV 电流互感器选择校验 装设地点的电气条件LVQB 110 型电流互感器 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 110kV e U110kV合格 2 max g I 429 86A e I2400 5A合格 3 3 ch I7 55kA edwI k 1 2 kA78 1761252 合格 4 jx tI 2 3 44 1911 3 2 52 2 1 tek IkA119073 63 2 合格 表 5 8 27 5kV 电流互感器选择校验 装设地点的电气条件LAJ 10 型电流互感器 序号 项目数据项目数据结论 1 g U 27 5kV e U27 5kV合格 2 max g I 1719 45A e I2000 5A合格 3 3 ch I10 43kA edwI k 1 2 kA52 2542290 合格 4 jx tI 2 3 86 11511 2 41 7 2 2 1 tek I10000 250 2 合格 5 4 电压互感器的选择 电压互感器应按装设地点的条件及一次电压 二次电压 一般为 100V 准 确度级等条件进行选择 由于它的一 二次侧均有熔断器保护 故不需进行短 路稳定度的校验 表 5 9 电压互感器选择 电压等级型号额定电压 110kV 侧JCC 110110kV 27 5kV 侧DJ 27 527 5kV 5 5 避雷器的选择 为防雷害 在牵引变电所的进线 出线侧 都并联装设避雷器以削减 限 制侵入所内的雷电波至较低的各型避雷器的残压水平 并将雷电流泄入大地 从而使其保护范围内的电气设备的绝缘得到保护 并能在较短时间内切断续流 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 23 使系统自动恢复正常运行 综合各种因素 避雷器选择见表 5 10 所示 表 5 10 避雷器的选择 电压等级型号额定电压 kV 110kV 侧Y10W5 100 295110 27 5kV 侧Y10W5 42 14027 5 5 6 熔断器的选择 RN1型主要用于电力线路和变压器的过载和短路保护 RN2型主要用于保护 电压互感器 综合各种因素考虑 熔断器的型号选择见表 5 11 所示 表 5 11 熔断器的选择 型号 额定电压 kV 额定电流 A 额定开断容量 MVA RN2 35350 51000 5 7 导线选择及校验 5 7 1 导线的选择依据 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 计算方法 按导线长期发热允许电流选择导线 温度修正系数由下式求得 K 5 1 01 01 a a K 式中 导线额定负荷时的最高允许温度 设计中取 1a C 38 导线的允许载流量所采用的环境温度 在室外取 室内取 0 C 29 C 34 导线敷设地点实际的环境温度 取 0 C 22 故在室外时 在室内时 3 1 K2 K 工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流 载流量 2 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 24 表 5 12 导线的选择与校验 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 室内母线 高