DN供电方式牵引供电系统设计.doc

石家庄铁道大学毕业设计 DN 供电方式牵引供电系统设计 Design of Traction Power Supply System of DN Mode 2013 届 电气工程 系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导老师 完成日期 2013 年 5 月 27 日 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 毕业设计题目DN 供电方式牵引供电系统设计 指导教师姓名 指导教师职称讲师 评 定 成 绩 指导教师得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目DN 供电方式牵引供电系统设计 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 导师 姓名 导师 职称 讲师 一 主要内容 针对采用直供加回流 DN 供电方式的牵引供电系统进行设计 主要设计内容包括 牵引供 电方案设计 牵引变电所主结线方案的选择 牵引负荷计算和牵引变压器型式 台数 容量 备用的确定 短路计算 供电设备选型 最后绘制变电所主电路图和变电所电气布置图 二 基本要求 1 编制设计说明书 计算说明清晰完整 正确无误 2 绘制牵引供电系统主结线图和电气布置图 3 充分采用相关领域的新技术 新设备 4 设计说明书字数 1 万字 5 设计图纸 折合 0 号图纸一张 6 外文翻译 3000 字以上 三 主要技术指标和设计任务 1 符合电气化铁路牵引供变电设计规范 2 确定供电方案 完成负荷计算 阻抗计算及短路计算 选定牵引供电设备 3 绘制牵引变电所主结线图 电气布置图以及控制保护图等相关图纸 4 编制设计说明书 计算说明清晰完整 正确无误 四 应收集的资料及参考文献 1 牵引供变电系统相关资料 2 铁路牵引供电研究的最新状况 3 牵引供电设备相关的资料 4 牵引供电系统设计手册 选型手册 五 进度计划 第 1 周 第 2 周 开题报告 第 3 周 第 7 周 相关计算 方案比较 系统设计 中期报告 第 8 周 中期答辩 第 9 周 第 14 周 撰写并整理设计说明 工程制图 第 15 周 第 16 周 答辩 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目DN 供电方式牵引供电系统设计 学生姓名 学号班级 专业 电气工程及其自动化 一 选题依据 在经济快速发展的今天 对交通运输的要求越来越高 而铁路运输占有了相当大的比重 所以铁路的快速发展是满足时代的需求 他即要满足了国民生产 生活的正常运转 同时有得 保证自身的安全可靠 由于电力机车功率大 拉得多跑的快 世界各国的高速铁路几乎都采用电力机车牵引 电 力机车与蒸汽机车和内燃机车不同 它本身不能带能源 必须由外部供应电能 为了给电力机 车供应电能 需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统 他的供电能力和可靠性必须满足列车的 运行要求 二 本课题国内外研究现状及发展趋势 自 1964 年 10 月 1 日日本承建开通世界上第一条高速铁路以来 经过几十年的实践和发展 各国高速铁路的牵引供电系统都有了很大改进 达到了很高的水平 而且都各具特色 最具有 代表性的是日本 法国和德国高速铁路的牵引供电系统 供电方式上日本 法国采用 AT 供电 方式 德国 意大利和西班牙采用 RT 供电方式 电源电压等级上日本采用 154kV 220kV 和 275kV 三种电压等级 法国采用 225kV 德国采用 110kV 意大利采用 110kV 接触网电压日 本的标准电压为 25kV 最高电压为 30kV 最低电压为 22 5kV 法国分别为 25kV 27 5kV 和 18kV 德国分别为 15kV 17kV 和 12kV 我国早期电气化铁路均采用直接供电方式 为避免和减少对外部环境的电磁干扰 研发了 BT AT 和 DN 供电方式 就防护效果来看 AT 方式优于 BT 和 DN 方式 就接触网的结构性 能来讲 DN 方式最为简单可靠 随着通信技术的快速发展 光缆的普遍应用 通信设施及无线 电装置自身的防干扰性能大为增强 考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关 重要 所以通常认为 一般情况下 DN 供电方式为首选 在电力系统比较薄弱的地区 经过经 济技术比较 可采用 AT 供电方式 BT 供电方式则尽量少采用或不采用 中国干线电力牵引采 用单相工频 25kV 交流电 牵引变电所把输入的 110kV 三相交流电转变为 25kV 单相交流电送入 接触网 从而完成电力牵引的供电任务 三 本课题进行的主要工作 电气化铁路负荷与工农业输电线路有很大的不同 此负荷是大功率单相整流型负荷 具有 不对称 非线性和波动性的特点 并且 负荷变化是随机的 其平均负荷可能不很大 但短时 负荷有可能达到很大 电气化铁路的这些特点对铁路电气设备提出了特殊的要求 尤其是对主 变压器提出了特殊的要求 因此本次设计的主要工作是 1 首先是供电制式 接线及设备选型 电力牵引电源为 110kV 输电线双回路供电 供电方 式选择直接供电 主要设备有三相变压器 断路器 隔离开关 负荷开关 电压互感器 电力 互感器 避雷器等 2 一次侧计算及设备选择 根据已知数据确定接线方案 绘制图纸 然后进行负荷计算和 短路计算 最后选择设备 确定型号 3 二次设备及继电保护 进行短路计算 确定保护整定值 四 本课题的研究方法及预期达到的结果 1 研究方法 根据牵引变电所系统的特点 设计原则 确定电气化铁道牵引变电所的设计 方案 首先确定变电所一次侧的接线方案 负荷和短路等计算 设备选择 然后在做变电所二 次侧的接线方案及计算 最后进行变电所的性能分析 在研究时将国内先进的研究成果与具体 实际相结合 重视案例研究 从国内外牵引变电所的设计的成功和失败的案例中 找出其成功的 地方并发现其问题 以供本次设计所借鉴 2 预期达到的结果 经过这个设计过程以后 可以达到运用于实际情况 这种牵引变电所可 以运用于铁路干线 并能够短期过负荷运行 指导老师签字时 间 年 月 日 摘 要 DN 供电方式是采用直供加回流的供电方案 是目前我国牵引供电系统普遍采 用的一种供电方式 首先 根据设计方案 对牵引变电所的主接线图进行了合理严谨的绘制 然后 根据现实参数和设计要求进行负荷计算 选出合适的主变压器 根据系统和主变压 器的各项参数进行短路计算 在短路计算中 根据主变压器不同的运行状态 分别 计算了高低压侧的最大和最小短路电流 之后 按照一定的高压设备选择原则进行 该设计中高压设备的选择与校验 其中包括高低压侧断路器的选择 高低压侧隔离 开关的选择 电流互感器的选择与校验 高压熔断器的选择与校验 电压互感器的 选择 避雷设备和自用变压器的选择 最后 结合设备和设计方案对整个设计进行 调整 关键词 DN 供电方式 主接线图 高压设备选择 Abstract DN power supply is the direct power supply with return line which is widely used in China as a traction power supply First the main circuit of traction substation has been carried out with the rational and rigorous drawing according to the design plan And then it has been carried out with load secretly schemes against and electing the right transformer according to the real parameter and the need of design According to the parameters of system and the main transformer short circuit calculation With the short circuit secretly scheming against according to different operation state of the main transformer the high and low voltage point of the short circuit has been secretly scheme against Next according to the need of the design and the parameter of system the main transformer has been carried out with the relay s protection and the adjusting Afterwards according to that certain high voltage equipment chooses principle these high voltage equipments have been elected and checked It includs that high and low voltage breaker s choice disconnector s choice and checking fusible s choice and checking electric current mutual inductance implement s choice and checking voltage mutual inductance implement s choice the pillar insulator and penetrate the wall tube s choice reactance implement and lightning protection equipment s choice At last according to equipments and the entire design it is adjusted and polished which will be more rational and consummate in the circuit and the design Key words DN power supply mode The main wiring diagram High voltage equipment selection I 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 选题的背景与现实意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 拟采用的设计方案 2 第 2 章 主接线图设计方案 3 2 1 供电方案的说明 3 2 2 主接线图方案的设计 4 第 3 章 牵引负荷的计算 5 3 1 概述 5 3 2 负荷的计算 5 3 2 2 供电臂 1 2 平均电流的计算 6 3 2 3 供电臂 1 2 有效电流的计算 8 3 2 4 计算容量 9 3 2 5 校核容量 9 3 3 变压器的安装容量 10 第 4 章 短路电流计算 12 4 1 一次侧短路计算 12 4 2 二次侧短路计算 13 第 5 章 高压电气设备的选择 15 5 1 选择原则 15 5 2 高压电器设备的选择 16 5 2 1 高压断路器的选择和校验 16 5 2 2 隔离开关的选择和校验 18 5 2 3 高压熔断器的选择和校验 19 5 2 4 电流互感器的选择和校验 20 5 2 5 电压互感器的选择和校验 23 5 2 6 避雷器的选择 24 5 2 7 自用变压器的选择 25 5 3 母线的选择和校验 25 5 3 1 母线选择时所依据的条件 25 5 3 2 110KV 侧母线的选择 26 5 3 3 27 5KV 侧母线的选择 27 第 6 章 结论与展望 29 6 1 结论 29 6 2 展望 29 参考文献 30 II 致 谢 31 附 录 32 附录 A 外文资料翻译 32 附录 B 图纸 39 1 第 1 章 绪论 1 1 选题的背景与现实意义 在经济快速发展的今天 对交通运输的要求越来越高 而铁路运输占有了相当 大的比重 所以铁路的快速发展是满足时代的需求 他即要满足了国民生产 生活 的正常运转 同时有得保证自身的安全可靠 由于电力机车功率大 拉得多跑的快 世界各国的高速铁路几乎都采用电力机 车牵引 电力机车与蒸汽机车和内燃机车不同 它本身不能带能源 必须由外部供 应电能 为了给电力机车供应电能 需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统 他的 供电能力和可靠性必须满足列车的运行要求 1 2 国内外研究现状 自 1964 年 10 月 1 日日本承建开通世界上第一条高速铁路以来 经过几十年的 实践和发展 各国高速铁路的牵引供电系统都有了很大改进 达到了很高的水平 而且都各具特色 最具有代表性的是日本 法国和德国高速铁路的牵引供电系统 供电方式上日本 法国采用 AT 供电方式 德国 意大利和西班牙采用 RT 供电方 式 电源电压等级上日本采用 154kV 220kV 和 275kV 三种电压等级 法国采用 225kV 德国采用 110kV 意大利采用 110kV 接触网电压日本的标准电压为 25kV 最高电压为 30kV 最低电压为 22 5kV 法国分别为 25kV 27 5kV 和 18kV 德国分别为 15kV 17kV 和 12kV 我国早期电气化铁路均采用直接供电方式 为避免和减少对外部环境的电 磁干扰 研发了 BT AT 和 DN 供电方式 就防护效果来看 AT 方式优于 BT 和 DN 方式 就接触网的结构性能来讲 DN 方式最为简单可靠 随着通信技术的快速 发展 光缆的普遍应用 通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强 考虑 到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要 在电力系统比较薄弱的 地区 经过经济技术比较 可采用 AT 供电方式 BT 供电方式则尽量少采用或不采 用 中国干线电力牵引采用单相工频 25kV 交流电 牵引变电所把输入的 110kV 三相 交流电转变为 25kV 单相交流电送入接触网 从而完成电力牵引的供电任务 2 1 3 拟采用的设计方案 首先是对牵引变电所供电方式的了解 由于目前我国电气化铁路所采用的主要 是直流式供电 该方式比较简单实用 采用直供加回流的供电方式 该方式是在直 接供电时回路采用钢轨和架空回流线 提高回流效率 设计方案主要是采用辅助母 线的连接 变压器和馈线的备用等 然后负荷计算 短路计算 高压设备的校验等 计算方法 3 第 2 章 主接线图设计方案 2 1 供电方案的说明 目前铁路的运力不断加大 电气化铁路的负荷也在不断增加 牵引变电所的设 计要求简单实用 所以根据实际的运行要求选择直供加回流的供电方案 我国铁路 供电的电压等级主要是 110kV 高压供电 所以本设计拟采用 110kV 三相供电 进线端是两路进线 每路进线选用一台普通三相变压器 其接线方式为 Yn d11 这两台主变压器之间互为备用 主变压器进线是三相 110kV 出线是每 相 27 5kV 单相供电 其中一相回流 在方案中选择容量合适的主变压器是很重要的 容量过小 容易过负荷 容量过大造成浪费 试运营成本增加 主变压器的进线是三相进线 两台变压器互为备用 馈线端是接 27 5kV 侧直接给接触网供电 低压侧采用单母线分段 四条馈线接 辅助母线互为 100 备用 在方案确定后紧接着要做的工作就是设计并确定主接线图 主接线图的设计会把这些设计思想反映在接线和设备的选用上 然后根据主接线图 进行有关计算 最后选定高压设备 3 图 2 1 带回流线的直接供电方式示意图 4 2 2 主接线图方案的设计 在进行主接线图设计之前 我参考了有关牵引变电所设计方案 争取把比较完 整 比较先进的主接线设计方案运用在该设计中 对该设计中的主接线图的说明主 要如下 该变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质 选出的一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式 该变电所的电气主 接线包括 110kV 高压侧 27 5kV 低压侧以及变压器的接线 因各侧所接的系统情况 不同 进出线回路数不同 其接线方式也不同 电气主结线的基本结线形式有单母 线接线 双母线接线 桥形结线和简单分支接接线 在该主接线图中 低压侧用了 单母线分段 图 2 2 馈线 母线 隔离开关 图 2 2 单母线分段示意图 5 第 3 章 牵引负荷的计算 3 1 概述 牵引负荷计算是确定牵引变压器安装容量的前提 主要进行以下三个步骤 1 根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量 这 是为供应牵引负荷所必须的容量 2 根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力 计算校核容量 这是为确保变压器安全运行所必须的容量 3 在计算容量和校核容量的基础上 再考虑备用方式 最后按其系列产品确定 牵引变压器的台数和容量 其中 除了考虑计算容量和校核容量外 主要考虑的因素就是备用方式的选择 牵引变压器在检修或发生故障时 都需要有备用变压器的投入 以确保电气化铁路 的正常运输 综合实际电气化铁路线路 运量 供电方式等因素的考虑 该设计采 用的是两台变压器互为备用的方式 3 2 负荷的计算 3 2 1 牵引变电所容量的计算原始资料 表 3 1 负荷计算原始资料 供电臂 1 n 2 9 N 100 对 天 150 对 天 非 N 供电臂 2 n 3 1 N 90 对 天 133 对 天 非 N 运行方向 列车全部运行时间 min t 列车用点运行时间 min u t 列车在 t u t 内的能耗 kW 供电臂 1 上行24 516 4950 供电臂 1 下行19 515850 供电臂 2 上行2715 5851 供电臂 2 下行24 519 5960 6 3 2 2 供电臂 1 2 平均电流的计算 首先计算供电臂 1 2 的基本参数 3 1 上 上 上 t A 4 2 t I 3 2 下 下 下 t A 4 2 t I 3 3 上 上 上 u I t A 4 2 3 4 下 下 下 u t A 4 2I 3 5 T tN m 上 上 3 6 T tN m 下 下 3 7 nT tN p u 上 上 3 8 nT tN p u 下 下 3 9 上 上 上 u t t a 3 10 下 下 下 u t t a 将数据代入以上公式得 供电臂 1 93 1A t A 4 2 上 上 上t I A 6 104 t A 4 2 下 下 下t I A 0 139 t A 4 2 上 上 上 u I A0 136 t A 4 2 u 下 下 下 I 7 70 1 T tN m 上 上 35 1 T tN m 下 下 39 0 nT tN p u上 上 36 0 nT tN p u下 下 49 1 上 上 上 u t t a 3 1 下 下 下 u t t a 供电臂 2 A 6 75 t A 4 2 上 上 上t I A 1 94 t A 4 2 下 下 下t I A 8 131 t A 4 2 上 上 上 u I A 2 118 t A 4 2 u 下 下 下 I 69 1 T tN m 上 上 53 1 T tN m 下 下 31 0 nT tN p u上 上 39 0 nT tN p u下 下 74 1 上 上 上 u t t a 8 26 1 下 下 下 u t t a 按以上计算出的基本参数与计算图 3 11 n i pi n i pi va l l IP l ll IPI 11 22 2 下下上上 上 3 12 n i pi n i pi va l l IP l ll IPI 11 22 2 上上下下 下 计算双区段上 下行馈线总电流 上 下行馈线总平均电流 3 13 npIIII avavav 下上 上 下行馈线总有效电流 3 14 下上下上v avaeee IIIII2 22 AI va 30010850950100667 1 3 1 AI va 7 2711096085190667 1 3 2 3 2 3 供电臂 1 2 有效电流的计算 供电臂 1 2 的有效电流计算通常用简化公式 3 15 来计算 下上上上v avaeee IIIII2 22 有简化公式 3 15 va ee IKI 供电臂 1 的有效电流 I1e为 va ee IKI 1 1 4 1 u t t a 08 1 35 1 7 1 14 11 1 1 11 1 1 下上 mm a Ke 则 32430008 1 1 e I 同理 9 4 399 7 27147 1 2 e I 3 2 4 计算容量 通过以上计算 可知 I1e I2e 则供电臂 2 为重负荷 则 3 16 vavaee t IIIIUKS 21 2 1 2 2 24 VAIIIIUKS vavaee t k1 23559163020104976 4 6380815 279 024 21 2 1 2 2 3 2 5 校核容量 对应于 N非重负荷供电臂列车用电的平均概率 3 17 nT tN P u 上非 上 3 18 nT tN P u 下非 下 由式 3 17 3 18 得 46 0 14401 3 5 15133 nT tN P u上 非 上 58 0 14401 3 5 19133 nT tN P u下 非 下 按双线有上行或下行车的概率为 3 19 下上下上 PPPPP 77 0 58 0 46 0 04 1 下上下上 PPPPP 对 P 附录可得重负荷臂的最大电流 Imax为 3 20 II4 3 max 3 21 下上 下上 u t A I4 2 由式 3 21 得 1 1244 2 下上 下上 u t A I 则 10 94 4211 1244 34 3 max II 对应于 N非的轻负荷供电臂的有效电流 3 22 55 2 1440 5 24150t T N m 上 非 上 3 23 03 2 1440 5 19150t T N m 下 非 下 已知 a 为 1 4 则 3 24 下上 mm a Ke 11 1 1 06 1 03 2 55 2 14 11 1 1 11 1 1 下上 mm a Ke 由公式 3 13 得 1 45010850950150667 1 3 va I 由公式 3 15 得 AIKI va ee 1 477 1 45006 1 1 1 最大容量 Smax为 3 25 etnax IIukS65 0 2 max 则 kVAIIukS etnax 1 28339 1 310 9 834 5 279 065 02 max 3 26 kVA K S S 7 18892 5 1 1 28339 max 核 3 3 变压器的安装容量 计算容量是为供应牵引负荷所必需的 而校核容量是保证变压器能正常运行所 必需的 在选择变压器容量时 选择值必须要大于这两项技术参数 考虑到今年来 客运专线的运力不断加大 必要时两台变压器可以并联运行 因此 在既能满足牵 引负荷又能保证变压器正常运行的情况下 选择容量大一些的主变压器 综合考虑 确定变压器的容量为 31500kVA 如下表所示 表 3 2 确定变压器容量的技术参数 计算容量校核容量变压器容量 23559 1 kVA18892 7kVA31500 kVA 11 这两台容量为 31500kVA 的三相变压器 接线方式为 Yn d11 型号是 SF1 31500 110 其技术参数如下表 表 3 3 变压器技术参数 型号 额定容量 kVA 高压额 定电压 kV 低压额 定电压 kV 高压 额定 电流 A 低压 额定 电流 A 空载损 耗 kV 短 路 损耗 kV 阻抗 电压 空载 电流 连接 组别 SF1 31500 1103150011027 516566038 514810 52Yn d11 12 第 4 章 短路电流计算 4 1 一次侧短路计算 1 确定基准值 取 Sd 100MV A Soc 1000MV A Ud Uc Uc1 115kV Uc2 27 5kV 则 d d1 c1 100 0 5 kA 33 115 S I U d d2 c2 100 2 1 kA 3327 5 S I U 系统容量基准值 j S 系统电压基准值 j U 主变低压侧电压基准值 j U 2 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统电抗标幺值 d oc 100 0 1 1000 s S X S 牵引变压器电抗标幺值 kd T N 10 5 100 0 33 100100 31 5 US X S 3 一次侧短路计算 等效电路图 见图 4 1 图 4 1 短路等效电路图 13 总的电抗标幺值 S 0 1XX 三相短路电流周期分量有效值 d1 0 5 5 kA 0 1 I I X 取冲击系数 1 8 则 sh K 短路冲击电流为 shsh 22 55 512 75 kA ikI 短路冲击电流有效值为 55 7 551 151 1 sh kVII 4 2 二次侧短路计算 归算到 27 5kV 侧的系统阻抗和变压器阻抗 22 d2 12 oc 27 5 0 756 1000 U XX S 22 d2k b 10 527 5 2 52 10010031 5 N UU X S 1 一臂母线接地短路电流 1 1212b1b 333 222 27 5 4 197 kA 2 0 7562 52 EEE I XXXXXXX 三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值 sh1 2 552 55 4 19710 702 kA iI sh1 1 511 51 4 1976 34 kA II 2 异相牵引母线短路电流 2 1212b1b 333 222 27 5 2 0 7562 52 4 197 kA EEE I XXXXXXX 三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值 sh2 2 552 55 4 19710 702 kA iI 14 sh2 1 511 51 4 1976 34 kA II 3 异相牵引母线短路接地 3 11b 25 7 63 kA 0 7562 52 EE I XXX 三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值 sh3 2 552 55 7 6319 46 kA iI sh3 1 511 51 7 6311 52 kA II 将短路计算结果列于表 4 1 表 4 1 短路计算结果 一次侧短路一相母线对轨异相母线短路三相短路 短路电流5 kA4 197 kA4 197 kA7 63 kA 短路冲击电流12 75kA10 702 kA10 702 kA19 46 kA 短路冲击电流有效值7 55 kA6 34 kA6 34 kA11 52 kA 15 第 5 章 高压电气设备的选择 5 1 选择原则 1 按正常工作条件选择电气设备 额定电压选择 在选择电气设备时 必须使电气装置地点电路的最大工作电压 Ug不超过电气设 备的最高工作电压 Umax 才能保证在正常运行情况下电器的绝缘不致破坏 即 5 1 max UUg 按额定电流选择 在选择电器时 为使发热不超过允许温度 就必须保证电器的额定电流不小于 电器所在电路中最大连续工作电流 即 5 2 xug II max 式中 Ixu 电气设备的长期允许电流值 5 3 e e eg U S II 3 3 13 1 max 电路的最大长期工作电流 maxg I 2 按短路情况校验电气设备的稳定 短路计算点的选择 见图 4 1 短路计算时间的确定 短路的计算时间就是短路电流通过所选择电气设备的时间 它等于被校验电气 设备所在电路的主保护动作时间 tb与该电路内断路器断路时 tg之和 即 t tb tg而 tg tgu thu s tgu 断路器的固有动作时间 thu 电弧持续时间 空气断路器 thu 0 01 0 02s 多油或少油断路器 thu 0 02 0 04s 3 短路热稳定校验 热稳定条件为 5 4 dxu QQ 16 Qxu 电器断路时允许的发热量 制造厂常以 ts内允许通过电流 It所产生的热量 来表示 时间 t 通常定为 5s 或 10s 新断路器为 4sRtIt2 Qd 短路电流所产生的热量 由于 故有 tIQ d 2 5 5 tItI t 22 4 动稳定校验 电气的动稳定度由制造厂规定的极限通过电流峰值表示 它也称为电器的动稳 定电流 在运行中 可能通过的最大电流是回路中可能发生的三相短路电流最大冲 击值 因此校验电器的动稳定时需满足 3 ch i 或 5 6 gfch ii 3 gfch ii 式中 电器极限通过电流峰值和有效值 gf i gf I 短路冲击电流及其有效值 8 ch i ch I 5 2 高压电器设备的选择 5 2 1 高压断路器的选择和校验 1 110KV 侧断路器选用 SW5 110 1000 型户外式少油断路器 其技术数据见下 表 9 表 5 1 SW5 110 1000 型户外式少油断路器技术数据 型号 额定电压 kV 额定电流 A 断流容量 MVA 峰值 kA 有效值 kA 热稳定电流 kA SW5 110 1000 11010003500553221 5s 因为该型号断路器 由公式 5 1 5 2 5 4 得 kVUe110 kVUg110 满足要求 根据 5 3 知 AII ge 9 2141000 max 17 满足要求 KAIkAI chg 55 7 32 满足要求 SKAtIQ 12555 222 d dxu QSKAtIQ 2205521 222 t 满足要求 3 chgf 7 55kA 32kAII 满足要求 所以 该型号户外高压断路器满足要求 2 27 5kV 侧选用 LN1 27 5kV 型断路器 其技术数据见表 5 2 表 5 2 LN3 27 5kV 断路器技术数据 型号 额定电压 kV 额定电流 A 断流容量 MVA 峰值 kA 有效值 kA 热稳定 kA LN3 27 527 51250400632525 3s 工作电压 e 27 5kVUU 工作电流 e 1250AI 4 859 3 6613 13 1 maxg AII maxeg II 短路热稳定校验为 SKAtIQ 7535 222 d SKAtIQ xu 1875325 222 t du QQ x 短路动稳定校验为 18 KAI52 11 3 KAI25 gf 3 gchf II 所以 该型号户内高压断路器满足要求 5 2 2 隔离开关的选择和校验 1 110kV 侧带接地刀闸隔离开关选用 GW1 110D 型 技术参数下表 表 5 3 GW4 110D 型隔离开关参数表 型号 额定电 压 kV 最高工作 电压 kV 额定电流 A 动稳定电流 峰值 4s 热稳定电 流 kA GW4 110D11012612508031 5 由公式 5 1 5 2 5 4 得 因为 e U110kV g U110kV 满足要求 AII ge 9 2141250 max 满足要求 kAIkAI chg 55 732 满足要求 热稳定性校验 SKAQSKAtIQ dN xu 100 396945 31 2222 满足要求 所以 该型号高压隔离开关满足要求 19 2 27 5kV 侧隔离开关选用GW4 27 5T型 其技术数据见下表 表 5 4 GW4 27 5DT 型隔离开关参数表 型号 额定电压 kV 额定电流 A 动稳定电流 峰值 kA 5s 热稳定电流 kA GW4 27 5DT3510008021 5 由公式 5 1 5 2 5 4 得 因为该型号隔离开关 kVUe 5 27 满足要求 AIAI ge 8601000 max 满足要求 kAIkAI chg 55 7 5 21 满足要求 SkAQSkAtIQ dxu N 6 663 25 231155 21 2222 满足要求 所以该型号高压隔离开关满足要求 5 2 3 高压熔断器的选择和校验 熔断器是用以切断过载电流和短路电流 选择熔断器时首先应根据装置地点和 使用条件确定种类和型式 对于保护电压互感器用的高压熔断器 只需要按额定电 压和断流容量两项来进行选择 表 5 5 RN2 35 型高压熔断器技术数据 型号额定电压 kV最大断流容量 MVA RW1 35Z35400 因为 20 eg U35kVU27 5kV 满足电压要求 最大断流容量MVASMVAS dtek 4 36363 7 5 273400 满足开断能力 所以该型号高压熔断器满足要求 5 2 4 电流互感器的选择和校验 1 选择原则 按一次回路额定电压选择 电流互感器的一次额定电压 UIN必须大于电流互感器安装处的电网额定电压 W U 即 WIN UU 按一次回路额定电流选择 电流互感器的一次额定电流应满足 式中 分别为电 max WIN II IN I max W I 流互感器的一次侧额定电流和安装处一次回路最大工作电流 电流互感器的准确级和额定容量的选择 其准确度和额定容量应根据负载要求来确定 为保证足够的准确度 其准确度 不得低于二次负载的准确级或二次负载所要求的准确级 如装于重要回路中的电度 表或计费用的电度表一般采用 0 5 1 级 相应电流互感器至少是 0 5 级 供运行监视 供电电能的电度表一般采用 1 1 5 级的 相应互感器应为 1 级 供继电保护或供只需 估计电参数的仪表用的电流互感器一般采用 3 级即可 2 110kV 侧电流互感器得选择与校验 110kV 侧选用 LCW 110 型瓷绝缘户外式电流互感器 电流比为 300 5 其具 体技术数据见表 5 9 表 5 9 LCW 110 型电流互感器技术数据 型号额定容量额定电压额定电流比准确级次1 秒热稳定倍数动稳定倍数 LCW 110 30vA110kV300 5A0 5 175150 每相互感器二次负荷列于下表中 据此进行二次负载的计算与校验 21 表 5 10 电流互感器二次负载统计表 仪表名称A 相 V A B 相 V A C 相 V A 电流表 ITI A 型 3 有功功率表 IDI W 2 35 2 35 有功瓦时计 DSI 0 5 0 5 总 计 2 85 3 2 85 由最大一相 B 相 负载为依据进行计算 取 22 30 e WWV A 则可得导线电阻为 2 303 0 10 98 5 d R 铜导线 则其截面 2 0 018 mmm Ll 5 9 20 018 50 0 918 0 98 d L Smm R 因此 选择截面为的铜导线 可满足要求 2 1 5mm 校验热稳定性 5 10 tKI te 2 skAQskAtKI dte 22 22 2525 561751 0 满足热稳定性要求 故选择的 LCWB6 110 型电流互感器能满足要求 3 27 5kV 侧电流互感器得选择与校验 27 5kV 侧选用 LCWD1 35 电流互感器 电流比为 100 5 其具体技术参数 22 表 5 11 LCW 35 型电流互感器技术数据 型号 额定容量 VA 额定电压 kV 额定电流比 A 准确级次 1 秒热稳 定倍数 动稳定倍数 LCWD 353027 5800 51 10P1100141 每相互感器二次负荷列于下表中 据此进行二次负载的计算与校验 表 5 12 电流互感器二次负载统计 仪表名称A 相 V A B 相 V A C 相 V A 电流表 ITI A 型 3 有功功率表 IDI W 2 35 2 35 有功瓦时计 DSI 0 5 0 5 总 计 2 85 3 2 85 由最大一相 B相 负载为依据进行计算 取 22 30 e WWV A 则可得导线电阻为 2 303 0 10 98 5 d R 铜导线 则其截面 2 0 018 mmm Ll 因此 选择截面为的铜导线 可满足要 20 018 50 0 918 0 98 d L Smm R 2 1 5mm 求 校验热稳定性 由 5 10 得 skAQskAtKI dte 22 22 2 58160011004 0 满足热稳定性要求 故选择的 LCWD1 35 电流互感器能满足要求 23 5 2 5 电压互感器的选择和校验 1 选择原则 电压互感器的种类和型式选择 电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件选择 如根据安装地点确 定采用户内式还是户外式 根据电网电压级别 使用条件确定电压互感器相数 绝 缘方式等 一般电压级别低时 如在 3 6kV 系统 多用干式电压互感器 当电压在 6 35kV 级别时 一般采用油浸式或浇注式电压互感器 110kV 以上的电压级别 采 用串级式电压互感器等 按一 二次回路电压选择 为确保电压互感器安全可靠长期工作和在规定的准确度级别下运行 要求电压 互感器所接电网电压不超过也不低于互感器一次额定电压的 10 而电网电压变动 一般不会超出电网额定电压的 10 因此可按下式确定电压互感器一次额定电压 即 1NW UU 式中 分别为电压互感器一次侧额定电压和互感器安装处电网的 1N U W U 额定电压 电压互感器二次侧额定电压应符合测量仪表或继电器的额定电压 一般为 100V 或 3 100 根据负载确定互感器接线方式 容量和准确度级 电压互感器的准确度级的选择与电流互感器相同 为保证电压互感器在所要求的准确级下工作 电压互感器的额定二次容量应 2e W 不小于互感器的二次负载容量 即 2 W 22e WW 式中 分别为每相互感器的额定二次容量和其所承担的二次负荷总容 2e W 2 W 量 VA 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效验短路的稳定性 当电压在 110kV 及以上时 一般不采用钢箱瓷套管结构式的 因为这种结构使 互感器笨重 且造价昂贵 此时 采用单相串级结构 并以瓷箱代替钢箱 可以使 体积减小 重量减轻 并降低造价 2 对于户外高压电压互感器选用 JCC1 110 型户外电压互感器 供继电保护用的 电压互感器的选择 准确级为 3 级 供 110kV 侧运行监视用的电压互感器选择 准 确级 1 1 5 级 24 表5 13 JCC1 110 型户外电压互感器参数表 型号 一次额定 电压 V 基本二 次额定 电压 V 辅助一次额 定电压 V 一级额 定容量 VA 三级额 定容量 VA 最大容 量 VA 备注 JCC1 110 3 10110 3 3 100 100 100 35001002000 中性点 直接接 地 由于电压互感器装于 110kV 侧只是用于电压监视 并不需要起保护作用 因为 如果 110kV 侧发生故障或事故是 其地方的电力系统会启动继电保护装置跳闸 将 其故障或事故切除 因此选用 JCC1 110 型准确级 1 级 额定容量 500V A 的电压互 感器便可以满足要求 3 27 5kV 侧电压互感器 供继电保护用的电压互感器的选择 准确级为 3 级 供计费用的电压互感器的选择 型号同上 但准确级为 0 5 级 表 5 14 电压互感器参数表 额定电压 比 0 5 级额 定容量 VA 1 级额定 容量 VA 3 级额定 容量 VA 一次的 二次及 地试验 电压 V 二次对 地试验 电压 V 最大容 量 VA 连接组 别 27500 1001501505009521000I in2 由于电压互感器装于 27 5kV 侧不仅要用于电压监视 而且还要起到保护作用 用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故 故其准确级需要 3 级 因此选用该型 准确级 3 级 额定容量 500V A 的电压互感器可以满足要求 5 2 6 避雷器的选择 1 110kV侧选Y10W5 100 295型避雷器 其各项技术参数如表 5 15 25 表 5 15 Y10W5 100 295 型避雷器参数表 注 为 8 20us 雷电冲击残压 峰值 不大于标称放电电流 10kA 时 2 27 5kV侧选用Y10W5 42 140型避雷器 其技术参数如表 5 16 表 5 16 Y10W5 42 140 型避雷器参数表 注 为 8 20us 雷电冲击残压 峰值 不大于标称放电电流 10kA 时 5 2 7 自用变压器的选择 根据牵引变电所二次侧的电压等级 选择 S7 系列 27 5kV 三相双绕组配电变压 器作为牵引变电所内部自用变压器 其主要参数如表 6 13 所示 表 6 13 S7 系列三相双绕组变压器主要参数 额定容量 kVA 高压 kV 高压分 接范围 低压 kV 连接组 标号 空载 损耗 kW 负载 损耗 W 空载 电流 阻抗 电压 5027 55 0 0 0 4Y yno0 926 401 96 5 5 3 母线的选择和校验 5 3 1 母线选择时所依据的条件 1 按最大长期工作电流选择母线截面 根据正常工作下持续发热容许温升的限制 应使最大长期工作电流小于 xu xu I 即 型号系统标称电压额定电压持续运行电压 Y10W5 100 295110KV100KV73KV295KV 型号系统标称电压额定电压持续运行电压 Y10W5 40 14227 5KV42KV30KV140KV 26 6 14 xugmax II 式中 相应于母线工作的环境和其放置方式下 母线长期允许电流值 xu I 母线在电路中的最大长期工作电流 gmax I 2 按经济电流密度选择母线截面 按经济电流密度选择母线截面应满足下列条件 n j 6 15 n j I S g 3 按短路条件校验母线的热稳定性 在满足稳定性的前提下 母线的最小容许截面 即 min S 6 16 d 1 Q C S 式中 C 与母线材料及其发热温度有关的系数 4 按短路条件校验母线的机械稳定性 母线的冲击电流通过母线时 使其承受较大的机械应力 将导致固定在支持绝 缘子上的母线弯曲变形甚至折断 因而必须按这时加于母线的弯矩进行应力计算 对于单条矩形母线 当跨条大于 2 等于 2 时 母线的最大弯矩为 6 17 108 F lF l MM 式中 l 支持绝缘子间的跨距 厘米 F 母线所受的机械应力 公斤 母线的最大计算应力为 6 18 M W 将 6 17 代入 6 18 中 得 6 19 3 29 ch 1 7610 l i W 式中 W 截面系数 母线的最大计算应力应小于材料的允许应力 即 xu 6 20 xu 则认为母线的机械稳定性可以满足要求 5 3 2 110kV 侧母线的选择 1 按最大长期工作电流选择母线截面 最大长期工作电流按变压器过载 1 3 倍考虑 则 A g maxe 1 31 3 165214 5II 27 查出铝母线 25 4 型 的允许载流量为 292A 环境温度为时 大于最大工作 25 电流 故初选 100mm 截面的铝母线 单条平放 2 2 校验母线的短路热稳定性 母线在最大负荷时的温度 08 252570 292 5 214 25 2 0 2 max 0s xu xu g I I 短路电流计算时间 jsbg 0 1 0 10 2sttt 短路电流热效应 222 d 50