110KV铁路牵引变电站一次系统设计

精品文档 I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载I欢迎下载 110KV 27 5KV 铁路牵引变电站一次系统设 计 姓名 专业班级 指导教师 摘 要 在 中长期铁路网规划 中要求到 2020 年铁路的复线率和电化率要达到 50 本文对电气化铁路牵引变电站一次系统的设计作了论述 依据设计要求和相关的国家标准 对单相结线型 结线型和平衡变压vV 器的比较 最终选择电压不平衡度低的结线平衡变压器作为主变压器 通过计 算上 下行线的供电臂的的有效电流和最大电流来确定变压器的型号和容量 通过变压器原边和副边的短路电流的计算确定牵引变压器两侧的高压电气设备 最终完成牵引变电站的设计 最后通过与国家和铁道部的相关标准和规范进行了总结和评价 该牵引变 电站一次系统的设计符合设计要求 关键词 电气化铁路 牵引变压器 平衡变压器 高压电气设备 精品文档 II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载II欢迎下载 The 110 KV 27 5 KV railroad leads a transformer substation one subsystem design AbstractAbstract Long term railway network programming in request line rate and electricity of the reply of 2020 railroad to turn a rate and attain 50 This text led transformer substation s design of one subsystem to make treatise to the electrification railroad According to the design request with related of nation standard mutually knot a line type and knot the comparison of line type and equilibrium transformer to the list end choice electric voltage unbalance degree the low knot line equilibrium transformer be a main transformer Pass a calculation up bottom line line of power supply arm of of valid electric current and the biggest electric current to make sure the model number and capacity of transformer The calculation which passes the short circuit electric current of the original side of the transformer and vice side makes sure the high pressure electricity of two sides equipments the end completion leads the design of transformer substation Finally passed to carry on summary with related standard and norm of nation and railroad department and evaluate should lead transformer substation s design of one subsystem to meet a design request Key word Electric railway Tows the transformer Balanced transformer High pressure electrical equipment 精品文档 III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载III欢迎下载 目录 摘 要 I 目 录 第 1 章 前 言 1 1 1 牵引变电站概述 1 1 1 1 牵引变电站的特点 1 1 1 2 牵引变电站的功能 1 1 2 牵引变电站发展概况 2 1 2 1 单相结线牵引变电站 2 1 2 2 三相结线牵引变电站 3 1 2 3 采用阻抗匹配平衡变压器的变电站 4 1 3 本次设计的目的和意义 5 1 4 主要完成的工作 6 第 2 章 负荷计算及变压器的选择 7 2 1 基本参数 7 2 1 1 上 下行线基本参数 7 2 2 负荷计算 8 2 3 变电器选择 11 2 3 1 选择变压器的基本原则 11 2 3 2 变压器的选择 11 2 3 3 确定牵引变压器的型号和容量 15 第 3 章 电气主接线的选择 17 3 1 选择的基本原则 17 3 2 电气主接线设计依据 18 3 3 各电压等级母线的选择 19 第 4 章 最大持续工作电流及短路电流 21 精品文档 IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载IV欢迎下载 4 1 最大持续工作电流 21 4 1 1 110KV 回路 21 4 1 2 27 5KV 回路 21 4 2 短路电流的计算 21 4 2 1 基本参数 21 4 2 2 阻抗标幺值折算 21 4 2 3 110KV 侧短路电流的计算 22 4 2 4 27 5KV 侧短路电流的计算 23 4 2 5 最大持续工作电流及短路电流计算结果汇总 23 第 5 章 主要电气设备的选择 25 5 1 电气设备的选择的基本原则 25 5 1 1 按正常工作条件进行选择 25 5 2 母线的选择 26 5 2 1 110KV 侧母线的选择 26 5 2 2 27 5KV 侧母线的选择 28 5 3 断路器的选择 29 5 3 1 110KV 侧短路器的选择 29 5 3 2 27 5KV 侧短路器的选择 30 5 4 隔离开关的选择 30 5 4 1 110KV 侧隔离开关的选择 30 5 4 2 27 5KV 侧的隔离开关选择 31 5 5 互感器的选择 32 5 5 1 电流互感器选择 32 5 5 2 电压互感器的选择 35 5 6 高压熔断器的选择和校验 37 5 7 避雷器的选择 38 5 8 电气设备选择结果汇总 41 结论 42 致谢 43 参考文献 44 附 I 46 附 47 精品文档 V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载V欢迎下载 第 1 章 前言 进入 21 世纪以来 中国原有的铁路系统暴露出越来越多的缺点 已经不能 满足国民经济的高速发展 为适应全面建设小康社会的目标 铁路网要扩大规 模 完善结构 提高质量 快速扩充运输能力 迅速提高装备水平 到 2020 年 全国铁路营业里程达到 10 万公里 主要繁忙干线实现客货分线 复线率和电化 率均达到 50 运输能力满足国民经济和社会发展需要 主要技术装备达到或 接近国际先进水平 因此政府提出 中长期铁路网规划 依此电气化铁路牵引 变电站的水平将会有长足的发展 大量应用新的工艺和技术满足国民经济的发 展要求 牵引变电站是以牵引变压器为主 将电力系统三相电压降低 同时以单相 方式馈出 向电气化列车供电 牵引变电站采用新型的平衡变压器 合理的接 线方式 利用现有成熟的高压电气化设备实现供变电功能 可实现变压器副边 两相电流不等 而原边三相电流平衡 即无零续电流 他的特点是变压器容量 利用率高几乎为 100 副边有接线绕组 三次偕波电流可以通过 同时还缩 小了变电站占地面积 降低了造价 减少了总投资 减少了维护工作量 1 1 牵引变电站概述 1 1 1 牵引电电站的特点 电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制 即直流制 低频单 相交流制和工频单相交流制 我国电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制 额定电压 25kV 牵引动力为电能 牵引供电设备将国家电力系统输送的电能变 换为适合电力机车使用的形式 电力机车则完成牵引任务 因此牵引供电设备 和电力机车是电气化铁路的两大主要装备 铁路其他装备和基础设施应与之相 适应 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 1 1 2 牵引变电站的功能 牵引变电站是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置 总称叫电气化 铁路的供电系统 又称牵引供电系统 主要由牵引变电所和接触网两大部分组 成 牵引变电所将电力系统输电线路电压从 110kV 或 220kV 降到 27 5kV 经馈电线将电能送至接触网 接触网沿铁路上空架设 电力机车升弓后便可从 其取得电能 用以牵引列车 牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置 两相邻牵引变电所之间设有分区亭 接触网在此也相应设有分相绝缘装置 牵 引变电所至分区亭之间的接触网 含馈电线 称供电臂 牵引供电回路是由牵引变电所 馈电线 接触网 电力机车 钢 轨 回流联接 牵引变电所 接地网组成的闭合回路 其中流通的电流 称牵引电流 闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧 处理不当会造成严 重的后果 通常将接触网 钢轨回路 包括大地 馈电线和回流线统称为牵引 网 1 2 牵引变电站发展概况 1 2 1 单相结线牵引变电站 原理电路图如图 1 1 所示 牵引变电站装设两台单相结线牵引变压器 可以两台并联运行 也可以一台运行 另一台备用 牵引变压器的原边只接入 三相电力系统中的两相 副边一端与牵引侧母线连接 另一端与轨道及接地网 连接 牵引变电站两供电臂由同一相供电 图中为 AB 牵引负载对电力系统 而言属于纯单相负载 单相结线牵引变电站的优点 牵引变压器的容量利用率 额定输出容量与 额定容量之比值 可达 100 主接线简单 设备少 占地面积小 投资省等 其缺点是 不能供应地区和牵引变电站三相负荷用电 对电力系统的负序影响 大 对接触网的供电不能实现两边供电 所以这种结线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的由地方电网得到供应的场合 另外 单相牵引变压器要按全绝缘设计制造 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 图 1 1 单相结线牵引变电站的原理电路图 1 2 2 三相结线牵引变电站 这种牵引变电站中装设两台三相结线牵引变压器 可以两台并联运行 也 可以一台运行 另一台备用 其原理电路和相量关系分别如图 1 2 优点 是牵引变压器低压侧保持三相 有利于供应牵引变电站自用电和地区三 相电力 在两台牵引变压器并联运行的情况下 当一台停电时 供电不会中断 运行可靠方便 能很好的适应山区单线电气化铁路牵引负载不均衡的特点 三 相结线变压器再我国采用的时间长 有比较多的经验 制造相对简单 价格也 比较便宜 原边接线中性点可以引出接地 原边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不能得到充分的利用 另外与单相结线牵引变压器 的牵引变电站相比 主接线要复杂一些 用的设备 工程投资也比较多 维护 检修工作量及相应的费用也有所增加 A B C U 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 图 1 2 三相结线牵引变压器原理电路图11 dYN 1 2 3 采用结线阻抗匹配平衡变压器的牵引变电站 这种牵引变电站中装设两台结线阻抗匹配平衡变压器 可以两台并联运行 也可以一台运行 另一台备用 结线阻抗匹配平衡牵引变压器是 20 世纪 90 年 代初我国研制成功的 这种牵引变压器原边情况与普通三像结线变压器原边情 况完全相同 铁芯也是三像芯式的 其主要特点是通过伏辩绕组三角形接线的 结构和阻抗的改变 实现将三像对称电压变换成两像对称电压 绕组接线图和 电压相量图 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 图图 1 31 3 结线平衡变压器绕组接线结线平衡变压器绕组接线 N Y 1 3 本次设计的目的及意义 当今社会铁路在国民经济中扮演着越来越重要的角色关系着经济的发展和老 百姓的生活 但由于近年来原料价格的上涨 油价飚升和国民经济的高速发展 对铁路的要求越来越高 在铁路中使用的内燃机效率低下 成本高 污染严重 同时国家颁布了 中长期铁路网规范 要求在 2020 年铁路的电化率要达到 50 大力开通城际列车 重载货运列车使用的技术达到或接近世界先进水平 因此 兴建电气化铁路是完全适合我国当前的社会发展 作为电气化铁路的重要建筑 牵引变电站承担了降压 变相和向电气化列车供电的任务 所以设计一座布局 合理 效率和容量利用律高 安全 工作可靠 造价低廉的牵引变电站作为本 次设计的主要目标 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 1 4 主要完成的工作 根据 中长期铁路网规划 进行电气化铁路牵引变电站一次系统进行设计 依据国家和铁路设计的标准和规范进行原始资料收集和数据的采集 区间 全运行时分 t 用电运行时分 区间牵引能耗 A 电气化区段上 下行单元 u t 每千米 能耗 主接线方式 全桥接线 拥有两路 110KV 电源 两种方案比较 短路电流的结算 110KV 侧 27 5KV 侧 电气设备选择 110KV 侧 27 5KV 侧 变压器台数及容量 两台 16000KV A 一台工作 一台备用 互感器的选择 110KV 侧 27 5KV 侧 防雷与接地 合适的接地 合适的避雷器 110KV 和 27 5KV 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 第 2 章 负荷计算及变压器的选择 2 1 基本参数 2 1 1 上 下行线基本参数 双线区段采用上 下行并联供电方式 供电臂 1 n 2 8 N 94 对 天 133 对 天 非 N 供电臂 2 n 3 18 N 77 对 天 126 对 天 非 N 供电臂 1 和 2 内 各列车距馈电点和其他资料如图 2 1 和表 2 1 供电臂 1 L 28KM MM 供电臂 2 L 29 3KM 上 下 上 下 图 2 1 供电原理图 表 2 1 计算原始资料 供电臂 12 上行 25 227 5 列车全部运行时间 t min 下行20 124 4 上行 16 715 8 列车用电运行时间 tu min 下行15 219 6 上行 970852 列车在 t tu 内的能耗 KV A 下行 856967 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 2 2 负荷计算 计算供电臂 1 2 的基本参数 供电臂 1 4 92 2 25 970 4 24 2A t A It 上 上 上 2 102 1 20 856 4 24 2A t A It 上 上 下 4 139 7 16 970 4 24 2A t A I u 上 上 上 2 135 2 15 856 4 24 2A t A I u 下 下 下 65 1 1440 2 2594 T tN m 上 上 31 1 1440 5 2094 T tN m 下 下 389 0 14408 2 7 1694 nT tN p u上 上 354 0 14408 2 2 1594 nT tN p u下 下 51 1 7 16 2 25 上 上 上 u t t a 32 1 2 15 1 20 下 下 下 u t t a 供电臂 2 4 74 5 27 852 4 24 2A t A It 上 上 上 1 95 4 24 967 4 24 2A t A It 上 上 下 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 4 129 8 15 852 4 24 2A t A I u 上 上 上 4 118 6 19 967 4 24 2A t A I u 下 下 下 47 1 1440 5 2777 T tN m 上 上 30 1 1440 4 2477 T tN m 下 下 266 0 144018 3 8 1577 nT tN p u上 上 330 0 144018 3 6 1977 nT tN p u下 下 74 1 8 15 5 27 上 上 上 u t t a 25 1 6 19 4 24 下 下 下 u t t a 对于双线区段 并联供电方式的上 下行馈线电流 上 下行馈线平均电流为 1 1 n i ip n i ip av L l Ip L lL IpI 11 22 2 下下上上上 1 2 n i ip n i ip av L l Ip L lL IpI 11 22 2 上上下下下 计算双线区段上下行馈线总电流 上下行馈线总平均电流为 A 3 10667 1 iavavav ANnpIIII 上下 上下行馈线总有效电流为 A 1 3 下下下上 avaveee IIIII2 22 可采用简化公式 即 A avee IKI 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 式中 1 4 下下 mm a Ke 11 1 1 上下行馈线总有效电流也可简化为 1 5 avee IKI 式中 n p 都为双线上下行总的追踪间隔数和列车用电平均概率 按以上计算出的基本参数与计算图 则可用式 2 39 计算供电臂 1 2 的平均 电流 计算公式如下 A 1 2861085697094667 1 10667 1 33 1 A NI av A 5 2331085296777667 1 10667 1 33 21 A NI av 供电臂 1 2 有效电流的计算 供电臂 1 2 的有效电流 通常用 2 40 计算 现已简化的式 2 41 或式 2 42 计算 即 1 6 avee IKI 或 avee IKI 供电臂 1 的有效电流为 e I1 avee IKI 1 而09 1 3 147 1 142 1 1 1 1 11 1 1 下下 mm a Ke 式中 42 1 2 15 7 16 1 20 2 25 u t t a 则 A 8 311 1 28609 1 1 e I 供电臂 2 的有效电流为 e I2 avee IKI 2 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 而106 1 3 147 1 147 1 1 1 1 11 1 1 下下 mm a Ke 式中 47 1 6 19 8 15 4 24 5 27 u t t a 则 A 3 258 5 233106 1 2 e I 2 3 变压器选择 2 3 1 选择变压器的基本原则 主变压器是供电系统和牵引变电所的重要电气设备 它的类型和结构是由 整个供电系统和供电方式技术经济设计方案的全面比较确定的 按照对电气主 接线的构成产生影响的情况 不同主变压器的类型和台数一般考虑不同 主变 压器总容量的选择按设计规程的计算条件 通过供电系统的电计算进行 2 3 2 变压器选择 1 选用两台三相 YN d11 结线变压器 当选则 型牵引变电器作为主变压器时 他的计算容量为 N Y11d 有以上计算 可知 故得 ee II 21 变压器计算容量 S 为 18998 5 233 1 2862 3 258 8 3114 5 279 024 22 21 2 2 2 1 avaveet IIIIUKS KVA 校核容量为 对于得重负荷供电臂列车用电平均概率为 非 N 55 0 14408 2 7 16133 nT tN p u上非 上 50 0 14408 2 2 15133 nT tN p u下非 下 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 按双线有上行车或有下行车得概率为 775 0 50 0 55 0 50 055 0 下上下上 ppppp 由 p 查附录 C 图 C 5 可得重负荷臂最大电流为 max I 4 453 4 1373 33 3 max II 其中 4 137 2 15 7 16 856970 4 24 2 下上 下上 u t A I 对应于得轻负荷供电臂得有效电流 非 N 41 2 1440 5 27126 T tN m 上非 上 14 2 1440 4 24126 T tN m 下非 下 已知 故47 1 a 07 1 14 2 41 2 147 1 1 1 1 11 1 1 下下 mm a Ke 1 38210852967126667 1 10667 1 33 1 下上非 A NI av 故得 8 408 1 38207 1 2 avee IKI 最大容量为 max S KVA 29020 8 40865 0 4 4532 5 279 065 0 2 maxmax et IIUKS 校核容量为 校 S KVA 19347 5 1 29020 max K S S 校 K 为牵引变压器的过负荷倍数 取 K 1 5 变压器得的安装容量 将计算容量和校核容量进行比较 并结合采用固定备用方式和系列产品 选用 三相 结线变压器的安装容量为KVA N Y11d200002 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 2 当采用平衡变压器时 平衡变压器有三种类型分别为 2 2 2 22 2 2 2 2 22 2 13211112 133 2 1 133 312 133 6 1112 133 22 nnnnUI nIUU nnn I U S e e e KVA 1 7 当 带入 2 65 可得 结线阻抗匹配平衡变压器13 9195 0 2 N Y 的计算容量为 1 8 nnnnUIS e 132311231587 0 2 2 22 2 将带入得 e e I I n 6481 156995373 11 8 311 5 271587 0 132311231587 0 2 2 22 2 nnnnUIS e 当 带入 2 65 可得非阻抗匹配 结线平衡变压器的1 9045 0 2 VYN 计算容量为 1 9 nnnnUIS e0 222 将带入得 e e I I n 2185 152537342 118942 12990 222 nnnnUIS e 平衡变压器得校核容量 设和 max I max I 分别为按牵引变压器校核容量得计算条件确定的两供电臂最大电流 其中 A 4 453 max masx II 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 于是求 max I 对于得轻负荷供电臂列车用电平均概率为 非 N 43 0 144018 3 8 15126 nT tN p u上非 上 54 0 144018 3 6 19126 nT tN p u下非 下 按双线有上行车或有下行车得概率为 735 0 54 0 43 0 54 043 0 下上下上 ppppp 由 p 查附录 C 图 C 5 可得重负荷臂最大电流为 max I 求得 627 431322 1235 35 3 max II 其中 A 322 123 6 19 8 15 967852 4 24 2 下上 下上 u t A I 则 95 0 4 453 627 431 max max I I n 则比照式 2 65 得结线平衡变压器得最大容量为VYN 2 2 2 22 2 maxmax 13211111 133 2 nnnnUIS 则比照式 2 65 得结线阻抗匹配平衡变压器得最大容量为 N Y KVA nnnnUIS 8692 23950104 12 4 453 5 271587 0 132311231587 0 2 2 22 2 max 校核容量为 校 S KVA 2461 15967 5 1 8692 23950 max K S S 校 K 为牵引变压器的过负荷倍数 取 K 1 5 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 则比照式 2 67 得非阻抗匹配平衡变压器得最大容量为VYN KVA nnnnUIS 4049 239503054 12 4 453 5 271561 00 222 max 校核容量为 校 S KVA 9366 15966 5 1 4049 23950 max K S S 校 K 为牵引变压器的过负荷倍数 取 K 1 5 变压器得的安装容量 将计算容量和校核容量进行比较 并结合采用固定备用方式和系列产品 选用 三相结线变压器的安装容量为KVA 160002 2 3 3 确定牵引变压器的型号和容量 对比平衡变压器和 结线变压器的安装容量在相同情况下平衡变压器 N Y11d 的安装容量小于 结线变压器 所以选择平衡变压器 但是平衡变压器有 N Y11d 三种类型对三种变压器的电压损失进行比较从而选择最合适的主变压器 结线平衡变压器电压损失 7943 100875 1 TT XX9258 9 2 100 2 2 N Nk T S UU X 引前相 V CosISinIXU T 5589 22358 0 1 2861943 0 6 02948 4197943 10 1943 0 滞后相 V CosISinIXU T 6724 33258 0 5 2331943 0 6 0 4 4537943 10 1943 0 结线阻抗匹配平衡变压器电压损失 5283 100607 1 TT XX9285 9 2 100 2 2 N Nk T S UU X 引前相 V CosISinIXU T 8765 21228 0 1 2862182 0 6 02948 4195283 10 2182 0 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 滞后相 V CosISinIXU T 25 32938 0 5 2332182 0 6 0 4 4535283 10 2182 0 其中和可以取 36 9 或 34 9 所以选择两台 16000KVA 容量的 SF PQY16MVA 110KV 铁道平衡牵引变压器 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 第 3 章 电气主接线的选择 3 1 选择的基本选择 电气主接线应满足可靠性 经济性和灵活性三项基本要求 1 灵活性 主接线的灵活性主要表现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式 具体情况如下 满足调度正常操作灵活的要求 调度员根据系统正常运行的需要 能方 便 灵活地切除或投入线路 变压器或无功补偿装置 使电力系统处于 最经济 最安全的运行状态 满足输电线路 变压器 开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求 设备停电检修引起的操作 包括本站内的设备检修和系统相关的厂 站 设备检修引起的站内的操作是否方便灵活 满足接线过渡的灵活性 一般变电站都是分期建设的 从初期接线到最 终接线的形成 中间要经过多次扩建 主接线设计要考虑接线过渡过程 中停电范围最少 停电时间最短 一次 二次设备接线的改动最少 设 备的搬迁最少或不进行设备搬迁 满足处理事故的灵活性 变电所内部或系统发生故障后 能迅速地隔离 故障部分 尽快恢复供电操作的方便和灵活性 保障电网的安全稳定 2 可靠性 根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不同 对变电所的主接线可靠 性提出不同的要求 主接线的可靠性是接线方式和一次 二次设备可靠性的综合 对主接线可以作 定量的计算 但需要各种设备的可靠性指标 各级线路 母线故障率等原始数 据 一般情况下 在主接线设计时尚缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料 而且计算方法各异 也不成熟 故通常不作定量计算 其结果也只能作参考 通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性 3 经济性 经济性是在满足接线可靠性 灵活性要求的前提下 尽可能地减少与接线方 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 式有关的投资 主要内容如下 1 采用简单的接线方式 少用设备 节省设备上的投资 在投产初期回路数较 少时 更有条件采用设备用量较少的简化接线 能缓装的设备 不提前采购装 设 2 在设备型式和额定参数的选择上 要结合工程情况恰到好处 避免以大代小 以高代低 3 在选择接线方式时 要考虑到设备布置的占地面积大小 要力求减少占地 节省配电装置征地的费用 3 2 电气主接线设计依据 1 变电所的分期和最终建设规模 变电所根据十几年电力系统发展规划进行设计 一般装设两台主变压器 当技 术经济比较合理时 330 500KV 枢纽变电所也可装设 3 4 台主变压器 终端 或分支变电所如只有一个电源时 可只装设一台主变压器 2 变电所在电力系统中的地位和作用 电力系统中的变电所有系统枢纽变电所 地区重要变电所和一般变电所三 种类型 一般系统枢纽变电所汇集多个大电源 进行系统功率交换和以中压供 电 电压为 330 500KV 地区重要变电所 电压为 220 330KV 一般变电所多 为终端和分支变电所 电压为 110KV 但也有 220KV 3 负荷大小和重要性 对于一级负荷必须有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保 证对全部一级负荷不间断供电 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能 保证全部或大部分二级负荷的供电 4 系统备用容量大小 装有两台及以上主变压器的变电所 其中一台事故断开 其余主变压器的 容量应保证该所 70 的全部负荷 在计及过负荷能力后的允许时间内 应保证 一级和二级负荷 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化 例如 检修母线或断路器 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 时 是否允许线路 变压器停运 故障时允许切除的线路 变压器的数量等 设计主接线时应充分考虑这个因素 3 3 各电压等级母线的选择 方案一 图 3 1 电气接线图 1 方案二 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 图 3 2 电气接线图 2 经过比较接线方式二比一结构简单切换方便投资少 所以决定采用接线方 式二作为本次设计的主线方式 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 第 4 章 最大持续工作电流及短路电流的计算 4 1 最大持续工作电流 4 1 1 110KV 侧回路 110KV 侧的最大持续工作电流为 A 1749 109 110732 1 20800 3 16000 3 1 3 3 13 1 ee e eg U KVA U S II 4 1 2 27 5KV 侧回路 27 5KV 侧的最大持续工作电流为 A 6996 436 5 27732 1 20800 3 16000 3 1 3 3 13 1 ee e eg U KVA U S II 4 2 短路电流的计算 4 2 1 基本参数 变电站距供电地点的距离为 60KM 单位阻抗为 0 4 KM 已知变压器的电 压百分值 取基准值MVA 5 10 k u100 re S 4 2 2 阻抗标幺值折算 当已知输电线路的长度 l 每公里电抗 线路所在区段的平均电压时 0 X av U 即可求出基准标幺电抗 1 10 2 0 re re lre U S lXX 已知变压器的电压百分值 由其定义可知 k u 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 1 11 100 100 3 NT T NT NT Tk Z Z U I Zu 在忽略变压器电阻时上式变为 100 100 100 3 NT NT T NT NT Tk X X X U I Xu 式中 为变压器的标幺额定电抗 式是变压器额定标幺值与百分值之间的关系 由标幺值额定计算公式得变压 器的电抗基准标幺值为 1 12 NT re k NT re NTTre S S u S S XX 4 2 3 110KV 侧短路点短路电流的计算 1 短路计算 侧110kV 1 首先应该取短路点 按照分析可以把所有设备的计算归算到 110kV 和 27 5kV 侧 因此只取两个短路点进行计算即可 2 先计算侧 取 MVA 计算各线路和变压器的阻110kV100 re S 抗标幺值 从到变电站 T 可以经由两条路线 C S 线路一的等效电路如下图 3 1 所示 L L0T 所 图 4 1 等效电路图 L0 18147 0 115 100 604 0 22 00 re re l U S lXX 所以线路一的总阻抗为 1815 0 0 l XX 即正常运行时的总阻抗为 0 1815 线路二的等效电路与电路一相同这里不做过多叙述 T 所 110kV 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 把 Sc 当成无限大容量的电源 那么取 E 1 5096 5 1815 0 11 X I 100 0 502 33 115 e j e S IkA U KA 7658 25092 5502 0 III j 110kV 电网冲击系数取 8 1 K 冲击电流为 KA 0396 77658 2 414 18 12 IKI mch 短路电流最大有效值为 KA 4529 4 7658 2 61 1 61 1 max IIch 4 2 4 27 5KV 侧短路点短路电流的计算 短路计算侧27 5kV 变压器的阻抗计算方法同上 6564 0 16 100 100 5 10 100 NT red T S SU X 取最大值计算 8379 0 1815 0 6564 0 T XXX 1935 1 8379 0 11 X I 100 2 099 3327 5 e j e S IkA U 5052 2 099 2 1935 1 III j 27 5kV 电网冲击系数取 7 1 m K 冲击电流022 6 5052 2414 17 12 IKI mch 短路电流最大有效值为 0333 4 5052 2 61 1 61 1 max IIch 4 2 5 最大持续电流及短路电流计算结果汇总 表 4 1 最大持续工作电流 变压器回路 KV 最大持续工作电流 A 110109 1749 27 5436 6996 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 表 4 2 短路电流 变压器回路 KV KA j I KA I KA ch I KA max ch I 1100 5022 76587 03964 4529 27 52 0992 50526 0224 0333 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载 第 5 章 主要电气设备选择 5 1 电气设备的选择的基本原则 5 1 1 按正常工作条件进行选择 1 按正常工作条件选择电气设备 1 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不超过 g U 电气设备的最高工作电压 才能保证在正常运行情况下电器的绝缘不致破 max U 坏 即 maxg UU 2 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 maxgxu II 式中 电气设备的长期允许电流值 xu I 电路的最大长期工作电流 maxg I 各电路的最大长期工作电流的计算见下表 max 1 31 3 3 e ge e S II U 2 按短路情况校验电气设备的稳定 3 短路计算点的选择 见前 4 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与该电路内断路器断路时间之和 即 b tgt 而 s g b ttt gguhu ttt 断路器的固有动作时间 gu t 电弧持续时间 hu t 精品文档 25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载 空气断路器 0 01 0 02s 多油或少油断路器 0 02 0 04s hu t hu t 3 短路热稳定校验 热稳定条件为 xud QQ 电器断路时允许的发热量 制造厂常以内允许通过电流所产生的热量 xu Q s t t I 来表示 时间 t 通常定为 5s 或 10s 新断路器为 4s 2 t I Rt 短路电流所产生的热量 d Q 由于 故有 2 d QIt 22 t ItIt 4 动稳定校验 电器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 gf i 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 或 3 ch i 3 chgf ii chgf 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 ch i ch I 5 由第四章中最大持续工作电流和短路电流的列表 知 110KV 侧的最大持续工作电流为 A A 1749 109 max g I0396 7 ch I 27 5KV 侧的最大持续工作电流为 A A 依据6996 436 max g I022 6 ch I 电压和电流作为选择电气设备的初级标准 5 2 母线的选择 5 2 1 110KV 侧母线的选择 一 110KV 侧母线采用硬母线 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 即 最大长期工作电流按变压器过载 1 3 倍考虑 则 xu I maxxug II 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载 A 1749 109 3 3 13 1 max e e eg U S II 由 电力牵引供变电技术 附录二附表 3 查出铝母线 LMY 型 15 3 的允许载 流量为 156A 环境温度为时 大于最大工作电流 故初选 15 3 45mm2截25 面的铝母线 单条平放 2 校验母线的短路热稳定性 母线在最大负荷时的温度 max2 00 g sxu xu I I 04 472570 156 1749 109 25 2 短路电流计算时间0 1 0 10 2 jsbg ttts SKAt III Q d ttZ Z dd 2 22 22 2 2 5299 1 2 0 12 7658 2 7658 2 107658 2 12 10 SKATIQ fiZfi 222 4896 0 064 0 7658 2 一般高压系统中 本次计算中取 0 064 064 0 05 0 fi T 短路电流热效应 SKAQQQ fiZd 2 0995 2 4896 0 5299 1 由 在 电力牵引供变电技术 图 6 6 中查得铝曲线 04 47 s 4 1048 0 s A 46 2 4 2 105836 0 100995 2 45 1 1048 0 1 fiZsZ QQ S AA 在 电力牵引供变电技术 中查表 6 6 可得 对应铝母线曲线 4 105836 0 Z A 的纵坐标为 即 表明所选截面的母线能满足热稳 5 72 200 5 72 xuZ 定性 3 校验母线的机械稳定性 冲击电流 KA 0396 77658 2 414 18 12 IKI mch 三相短路时相间电动力为 母线平放及 N a l iKF shf 7493 2510 40 120 100396 7732 1103 762723 水平排列时 其抗弯模量为 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载 2273 11 Wbh0 004 0 0410 67 10 m 66 母线的计算应力 pa W lF W M 66 108959 2 10 67 10 2 17493 25 10 由 电力牵引供变电技术 表 6 4 铝母线的允许应力为 6 69 10 Pa 满足机械稳定性 xu 5 2 2 27 5KV 侧母线的选择 二 27 5KV 侧母线选用矩形铝母线 室内选硬母线 室外选软母线 1 按最大长期工作电流选择母线截面 max 15000 1 31 31 3409 4 3327 5 e ge e S IIA U 由 电力牵引供变电技术 附录二附表 3 查出铝母线 40 4 的允许载流 量为 456A 环境温度为时 大于最大工作电流 故初选 40 4 160mm2截面25 的铝母线 单条平放 2 校验母线的短路热稳定性 母线在最大负荷时的温度 max2 00 g sxu xu I I 2764 662570 456 6996 436 25 2 短路电流计算时间0 1 0 10 2 jsbg ttts SKAt III Q d ttZ Z dd 2 222 22 2 2 2552 1 2 0 12 5052 2 5052 2 105052 2 12 10 SKATIQ fiZfi 222 4017 0 064 0 5052 2 一般高压系统中 本次计算中取 0 064 064 0 05 0 fi T 短路电流热效应 SKAQQQ fiZd 2 6569 14017 02552 1 由 在 电力牵引供变电技术 图 6 6 中查得铝曲线 2764 66 s 精品文档 28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载 4 105334 0 s A 46 2 4 2 105398 0 106569 1 160 1 105334 0 1 fiZsZ QQ S AA 在 电力牵引供变电技术 中查表 6 6 可得 对应铝母线曲线 4 105398 0 Z A 的纵坐标为 即 表明所选截面的母线能满足热稳定性 75 20075 xuZ 3 校验母线的机械稳定性 冲击电流 KA 022 6 5052 2414 1 7 12 IKI mch 三相短路时相间电动力为 母线平放及水 N a l iKF shf 843 1810 40 120 10022 6 732 1 103 762723 平排列时 其抗弯模量为 2273 11 Wbh0 004 0 0410 67 10 m 66 母线的计算应力 pa W lF W M 66 101191 2 10 67 10 2 1843 18 10 由 电力牵引供变电技术 表 6 4 铝母线的允许应力为 6 69 10 Pa 满足机械稳定性 xu 5 3 断路器的选择 5 3 1 110KV 侧断路器的选择 一 110KV 侧断路器选用 SW4 110 1000 型户外式少油断路器 其技术数据见表 5 1 表 5 1 110KV 侧断路器 对所选的断路器进行校验 因为该型号断路器 满足要求 e U110kV g U110kV 型号额定电压 kV 额定电流 A 极限通过电流 有效值 峰值 热稳定电流 kA 4s SW6 110 1200110100032kA 55kA21 精品文档 29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载 满足要求AIAI ge 1749 1091200 max 满足要求KAIKAI chg 0396 7 32 满足要求SKAsKAtIQ rtxu 2222 0995 2 1764421 满足要求MVASMVAS dtek 9402 5267658 2 11033000 所以 该型号户外高压断路器满足要求 5 3 2 27 5KV 侧断路器的选择 二 27 5kV 侧选用