110kv牵引变电所设计

课课程程设设计计报报告告 课 程 电气化铁道供电系统与设计 题 目 牵引变电所 B 主接线及变压器容量计算 学 院 电气工程学院 年 级 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 目目 录录 1 概述 1 2 设计方案简述 2 3 牵引变压器容量计算 2 3 1 牵引变压器容量的计算 2 3 1 1 牵引变压器计算容量 2 3 1 2 牵引变压器过负荷能力校验 3 3 2 牵引变压器功率损耗计算 3 3 3 牵引变电所电压不平衡度计算 4 3 3 1 计算电网最小运行方式下的负序电抗 4 s X 3 3 2 计算牵引变电所在紧密运行工况下注入 110kV 电网的负序电流 4 3 3 3 构造归算到 110kV 的等值负序网络 4 3 3 4 牵引变电所 110kV 母线电压不平衡度计算及校验 4 4 导线选择 5 4 1 软母线选择 5 4 1 1 室外 110kV 进线侧的母线选择 6 4 1 2 室外 27 5kV 侧的母线选型及校验 7 4 1 3 室外 10kV 馈线侧的母线选型及校验 7 5 主接线选择 8 总结 9 附录一 牵引变压器主要技术数据表 10 附录二 牵引变电所 B 主接线图 11 参考文献 12 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 1 1 概述 包含有 A B 两牵引变电所的供电系统示意图如图 1 1 所示 L3L2 L1 BA SYSTEM 1SYSTEM 2 图 1 1 牵引供电系统示意图 表 1 1 设计基本数据 项目B 牵引变电所 左臂负荷全日有效值 A 310 右臂负荷全日有效值 A 280 左臂短时最大负荷 A 400 右臂短时最大负荷 A 350 牵引负荷功率因数0 85 感性 牵引变压器接线型式 YN d11 牵引变压器 110kV 接线型式简单 双 T 接线 左供电臂 27 5kV 馈线数目 2 右供电臂 27 5kV 馈线数目 2 10kV 地区负荷馈线数目2 回路工作 1 回路备用 预计中期牵引负荷增长 40 图 1 1 牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作 另一台备用 电力系统 1 2 均为火电厂 其中 电力系统容量分别为 250MVA 和 200MVA 选取 基准容量为 200MVA 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 j S 0 13 和 0 15 在最小运行方式下 电力系统的综合标幺值分别为 0 15 和 0 17 对每个牵引变电所而言 110kV 线路为一主一备 图 1 1 中 长度为 1 L 2 L 3 L 25km 40km 20km 线路平均正序电抗为 0 4 km 平均零序电抗为 1 2 km 1 X 0 X 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 2 2 设计方案简述 本课程设计较系统的阐明了牵引变电 B 设计的基本方法和步骤 重点在于对牵引变 压器的选择 牵引变压器的容量计算 运行技术指标的计算 牵引变电所电压不平衡度 计算 电气主接线的设计 导线的选择 分章节进行阐述 经过多方面的校验 从经济 实用的角度出发 力求设计出一套较优的方案 3 牵引变压器容量计算 牵引变压器是牵引供电系统的重要设备 担负着将电力系统供给的 110KV 或 220KV 三相电源变换成适合电力机车使用的 27 5KV 的单相电 由于牵引负荷具有极度不稳定 短路故障多 谐波含量大等特点 运行环境比一般电力负荷恶劣的多 因此要求牵引变 压器过负荷和抗短路冲击的能力要强 本设计综合考虑这些因素 选择了三相 YN d11 牵引变压器 3 1 牵引变压器容量的计算牵引变压器容量的计算 变压器的容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务并节约运营成本 容量过小 会使牵引变压器长期过载 将造成其寿命缩短 甚至烧损 容量过大将使牵引变压器长 期不能满载运行 从而造成其容量浪费 损耗增加 使运营费用增大 所以通过变压器 容量的计算 能更好的选择一个安全经济的设计方案 3 1 1 牵引变压器计算容量牵引变压器计算容量 牵引变电所的主变压器采用 YN d11 接线形式 主变压器正常负荷计算 kVA 3 1 12 t SK 20 65 xx UII 将 310A 280A 代入 3 1 可以求得 1 x I 2 x I S 19850 kVA 紧密运行状态下的主变压器计算容量 kVA 3 2 maxmax 20 65 btabx SKUII 将 400A 280A 代入 3 2 可以求得 maxa I bx I 25431 kVA max Sb 为了满足铁路运输的不断发展 牵引变压器要留有一定余量 预计中期牵引负荷增 长为 40 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 3 kVA 3 3 140 y SS 可以求得 27789 kVA y S 于是根据所得容量 查询附录一 可选择型三相双绕组牵引变压器 1 31500 110SF 3 1 2 牵引变压器过负荷能力校验牵引变压器过负荷能力校验 kVA 3 4 maxb S S K 校 可求得 16203 kVA S校 3 2 牵引变压器功率损耗计算牵引变压器功率损耗计算 牵引供电系统的电能损失是电气化铁道的一项重要的运营指标 具有很重要的经济 意义 不同的牵引变压器接线型式使牵引供电系统的电能损失不同 经过相应的计算 以求得最好的供电方案 已知 310A 280A 根据公式 3 5 计算 1 p I 2 p I 3 5 1212 112 12 222 222 2 222 12 212 339 212 339 112 339 caxxxpp bcxxxpp abxxxpp IIII I IIII I IIII I 所得结果代入公式 3 6 中 在牵引变电所中 如果是一台牵引变压器运行 则全年实际负载电能损失为 kWh 年 3 6 222 2 0 876 3 dcaxbcxabx d e pIII A I 4 10 可求得 13 4551 kWh 年 d A 4 10 全年实际空载电能损失为 kWh 年 3 7 00 0 876Ap 4 10 可求得 33 7260 kWh 年 0 A 4 10 全年牵引变压器的实际总电能损失为 kWh 年 3 8 T0d AAA 4 10 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 4 可求得 47 1811 kWh 年 T A 4 10 通过计算 我们发现可以采取限制供电臂的长度 实行牵引变压器的经济运行 装 设并联电容补偿装置等方法来减少牵引供电系统电能损失 3 3 牵引变电所电压不平衡度计算牵引变电所电压不平衡度计算 由于单相工频交流电气化铁道牵引负荷的特点 当三相电力系统向它供电时 它将 在电力系统中引起负序电流 而负序电流会造成变压器的附加电能损失 并在变压器铁 芯磁路中造成附加发热 所以通过对不平衡度的计算 来确定采取有效的措施 缩小这 些影响 这是牵引供电系统设计的重要一环 在设计中 通常按牵引变电所正常运行和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度 按紧密运行工况进行不平衡度考核 3 3 1 计算电网最小运行方式下的负序电抗计算电网最小运行方式下的负序电抗 s X 3 9 22 ssl 110 XXX 200 e slsl j U XL XXL X S 已知在最小运行方式下系统二的综合电抗标么值 0 17 25km 0 4 km s X L 1 X 根据公式 3 9 求得 20 s X 3 3 2 计算牵引变电所在紧密运行工况下注入计算牵引变电所在紧密运行工况下注入 110kV 电网的负序电流电网的负序电流 A 3 10 max1max2max1max2max 1 4 3 IIIII 22 已知 400A 350A 可得 54 4862A 1max I 2max I max I 3 3 3 构造归算到构造归算到 110kV 的等值负序网络的等值负序网络 如图 3 1 所示 图 3 1 归算到 110kV 三相双绕组牵引变压器 供电系统等值负序网络 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 5 3 3 4 牵引变电所牵引变电所 110kV 母线电压不平衡度计算及校验母线电压不平衡度计算及校验 相负序电压计算按公式 3 11 进行 V 3 11 smax XUI 将已求得的和分别代入公式 3 11 求得系统二运行时的相负序电压 s X max I 1105V U 110kV 母线电压不平衡度计算及校验按下式进行 5 3 12 100 3 110000 U u 2 本次课程设计按 2 5 考核 将 1105V 代入公式 3 12 得 1 9 2 5 U u 所以 满足校验 从牵引供电系统方面来说 采取换接相序 采用平衡牵引变压器和并联补偿装置等 方法来改善负序的作用 4 导线选择 4 1 软母线选择软母线选择 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 k 由下式求得 4 25 xu xu t 1 式中 运行的允许温度 对室外有日照时取 80 室内取 70 xu t 实际环境温度 设计时取 t 25 那么在室外有日照时 k 1 在室内时 k 1 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 表 4 1 导线的选择与校验 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 6 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 4 1 1 室外室外 110kV 进线侧的母线选择进线侧的母线选择 室外 110kV 进线侧的母线为软母线 母线长为 20 且每段负荷不同 母线截面可采取 相同截面 以按最大长期工作电流方式来选择为宜 设计中三相双绕组牵引变压器的选 择型号为 SF1 31500 110 母线的最大长期工作电流可按变压器过载 1 3 倍考虑 A 1 3 3150040950 max215 5 190 1103 Ig 由所给资料查出钢芯铝绞线 LGJ 70 的允许载流量为 260A 基准环境温度为 25 时 符合式子 k 1 maxIgKIyx 式中 通过导线的最大持续电流 maxIg 对于额定环境温度 导线长期允许电流 Iyx 温度修正系数 K 故初步确定 110kV 进线侧的母线选用截面积为 70mm2的钢芯铝绞线 LGJ 70 校验母线的热稳定性 表 4 2 各种起始温度下 C 值 起始温度 40455055606570758090 铝材导体99979593918987858379 铜材导体186183181179176174171169165161 4 min Iz STjxKf C 2 其中 满足热稳定要求的导线最小截面积 mm2 minS 热稳定系数 如表 4 3 C 集肤效应系数 我们选取 0 01 KfKf 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 7 假想时间 Tjx 1 50 1 56 0 05 3 11s 为继电保护整定时间 为Tjx1 0 05TjTd Tj1Td 断路器动作时间 表 4 4 各级继电保护时间配合 计算点 12 3 4 5 s 1Td1 501 000 500 20 s Tj 1 561 060 560 26 选 C 83 经计算 194 14 mm2 minS 由于 S 70 194 14 所以所选截面的母线不能满足热稳定要求 必须选择型minS 号为 LGJ 240 的钢芯铝绞线 4 1 2 室外室外 27 5kV 侧的母线选型及校验侧的母线选型及校验 母线的最大长期工作电流可按变压器过载 1 3 倍考虑 选择容量为 1600kVA 电压 27 5 10 5 千伏的三相双绕组电力变压器 经计算 A 4 Ig max 1 3 1600 43 67 27 53 3 由所给资料查出钢芯铝绞线 LGJ 10 的允许载流量为 86A 基准环境温度为 25 时 符 合式子 k 1 故初步确定 27 5kV 侧的母线选用截面积为 10 mm2的钢芯铝绞maxIgK Iyx 线 LGJ 10 校验母线的热稳定性 选 C 99 1 00 1 06 0 05 2 11s 74 9 mm2 TjxminS 由于 S 10 11 02 所以所选截面的母线能满足热稳定 minS 5 主接线选择 本设计采用双 T 接线方式做为牵引变电所 B 的主接线 在双 T 接线中 两路电源 两台变压器只需两套断路器 所以与桥型接线相比 双 T 接线需要高压电器更少 配电 装置结构更简单 线路继电保护也简单 虽说由于分支数过多 对可靠性的影响会相应 增大 但对于本设计 由于只需 2 路馈线 所以选双 T 接线有更高的经济实用性 并能 达到可靠性要求 本设计采用 100 完全备用 当一套设备发生故障 经过正确的倒闸操 作顺序 另一设备启用 以提高供电的可靠性 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 9 总结 作为一名电气工程系 电气工程及其自动化专业大四的学生 我觉得能做类似的课 程设计是十分有意义的 而且是十分有必要的 此时 两周的 电力牵引供变电 课程设计终于结束了 虽然很忙碌 很疲劳 但 是收获颇多 我们几乎每天的专注和辛劳 唤回了我对 电力牵引供变电 课程设计的 重新的认识 对牵引变电所的构成以及各部分的原理和功能都有了更具体的认识和理解 在此次课程设计中 也培养了我们同学之间的团体协作能力 在设计的过程中遇到问题 经过老师和我们的共同努力配合 都得到了相应地解决 然而 在设计过程中难免会遇 到过各种各样的问题 同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处 对以前所学过的 知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 通过这次课程设计之后 一定把以前所学过的 知识重新温故 总体来说 我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的 它需要我 们将学过的相关知识系统地联系起来 从中暴露出自身的不足 以待改进 由于水平有限 难免会有错误 还望老师批评指正 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 10 附录一 牵引变压器主要技术数据表 设备型号 1 10000 110 SF 1 15000 110 SF 1 20000 110 SF 1 31500 110 SF 40000 110 SFY 7 20000 110 SF 额定容量 kVA 100001500020000315004000020000 高压 110110110110110110 额定电压 kV 低压 27 527 527 527 527 527 5 高压 52 578 8105165270105 额定电流 A 低压 210315420660840420 空载 16 522 527 538 53825 损耗 kV 短路 5980104148180115 阻抗电压 10 510 510 510 510 510 5 空载电流 2 52222 12 连接组别 YN d11YN d11YN d11YN d11YN d11YN d11 兰州交通大学课程设计报告 电力牵引供变电课程 11 附录二 牵引变电所 B 主接线图 1BLJ 3GJ 1YHJa b c 110KV 1 进线110KV 2 进线 2YHJa b c 1GJ 3GJ5GJ 2BLJ 4GJ