电气1204班张海涛毕业论文终极版

兰州交通大学本科毕业设计 论文 I 摘要 兰新高铁 330kV 牵引变电所主接线设计中牵引供电方式采用 AT 供电方式 复线区 段供电 变压器采用单相 V v 结线 变电所是牵引供电系统的关键组成单元 对整个系统的经济 可靠运行都具有非常 重大的意义 本设计按照兰新高铁供电要求和国家设计规范 进行相关负荷计算 完成 变电所主接线设计 在此基础上 完成牵引变电所高压侧电气设备的选型 校验和相关 原理图的绘制 通过完成牵引供电系统的短路计算 确定系统中相关设备的型号并通过计算所得数 据对其进行设备校验 为防止雷电流对变电所各类设备的损害 另外加设避雷装置进行 防护 并对相应避雷器进行型号选择 本设计中变压器采用采用双重化配置原则 有效的提高了供电系统的可靠性 避免 了铁路停运事故的发生 进而提高运行的经济性 最后 考虑到牵引负荷的特征 对牵引变电所进行了相应的谐波分析和无功补偿分析 并采取有效的治理措施 使运行情况得到改善 本设计严格按照国家高速铁路设计规范进行 由于实践经验的缺乏 很难做到与实 际一致 但设计内容严格符合理论依据 具有较高的的参考价值 关键词关键词 主接线主接线 变压器 负荷计算 短路计算 变压器 负荷计算 短路计算 设备型号选择设备型号选择 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 II AbstractAbstract According to requirements of the subject in this design the traction power supply system adopts AT power supply in double track lines with the transformer using single phase V v wire connection The substation plays an important role in the entire system of economic and reliable operation is a key component of the traction power supply system In accordance with the supply requirements of the LanXin high speed railway and the national design specifications based on conducting the associated load calculation and completing the design of the main wiring of the substation to complete the equipment selection and calibration in the high voltage side of the electric traction substation and then accomplish the corresponding schematics drawing Bycompletingtheshort circuitcalculationsofthetractionpowersupply system determine the model of the related equipment in the system and calibrate them based on the data obtained by the calculation In order to prevent the damage of the lightning current to the all types of the substation equipment additionally provides the lightning protection devices simultaneously conducts the model selection of the corresponding arresters In this design the transformer uses the principle of the double configuration effectively improves the reliability of the power supply system avoids the occurrence of the rail outage accidents and then improves running economy of the system Finally given the characteristics of the traction loads conducts the corresponding reactive power compensation and the harmonic analysis for the traction substation and takes effective measures to control so that makes the operation conditions improved The design is in strict accordance with the standard because of the lack of experience it is difficult to be consistent with the actual situation but the contents of the design is in conformity with the theoretical basis with a high reference value Key Words Main wiring Transformer Load calculation Short circuit calculation Equipment Selection 兰州交通大学本科毕业设计 论文 III 目录 摘要 I Abstract II 目录 III 1 绪论 1 1 1 电气化铁道的发展现状 1 1 2 牵引变电所 1 1 3 主要内容 1 2 牵引变电所电气主接线设计 3 2 1 330kV 变电所主接线简述 3 2 2 牵引变电所电气主接线设计 3 2 2 1 330kV 变电所主接线设计基本要求 3 2 2 2 330kV 牵引变电所主接线的设计 3 3 牵引变电所的选型 6 3 1 牵引变压器选择的步骤 6 3 2 牵引变压器容量计算 6 3 2 1 上 下行供电臂平均电流计算 6 3 2 2 上 下行供电臂有效电流计算 9 3 2 3 变压器的计算容量 10 3 2 4 变压器的校核容量 10 3 2 5 牵引变压器的安装容量 11 4 短路计算 11 4 1 短路的原因及危害 12 4 2 短路容量计算 12 4 2 1 高压侧短路计算 13 4 2 2 低压侧短路计算 13 5 电气设备的选择 14 5 1 断路器的选择与校验 15 5 1 1 断路器选择的基本原则 15 5 1 2 断路器的选择与校验 15 5 2 隔离开关的选择与校验 16 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 IV 5 3 互感器的选择与校验 17 5 3 1 电流互感器的选择与校验 18 5 3 1 电压互感器的选择及校验 19 5 4 避雷器的选择 21 5 5 防雷及接地 21 6 牵引变电所保护配置 22 6 1 牵引变压器的保护 23 6 2 馈线保护 24 7 牵引变电所谐波分析与系统无功补偿分析 25 7 1 谐波产生的原因 26 7 2 谐波的危害 26 7 3 减少谐波影响的措施 26 7 4 无功功率补偿 27 结论 28 致谢 29 参考文献 30 附录 A 设计图纸 31 兰州交通大学本科毕业设计 论文 1 1 绪论 1 1 电气化铁道的发展现状 目前国内的铁路供电电能主要由 110kV 或 220kV 的线路提供 其中主要包括发电 厂 变电所及电力系统交流输电线路 它们共同组成铁路供电的一次系统 其中变电所 是通过利用变压器把高压变换为有利于铁道牵引机车正常运行所需电压的场所 一般采 用固定备用方式 因为我国各地域电力系统电压等级存在很大差异 故供电方法及设备 类型也都不同 有直供 直供带回流 自耦变及吸流变方式等 变压器的结线型式种类 繁多 且随着外界环境的差异 接触网结构类型也将随之变化 相对而言 由于先进的科学技术 国外高铁的性能水平较高 其大多利用自耦变压 器供电方式 同时其各类变配电所均与电力系统变电站合建而成 设有两台三绕组变压 器 在正常状态下 100 备用 故障解列状况下 两台并联运行 此外 其变压器主 要采用斯科特结线型式 变电所采用无人值守运行方式 总体而言可靠性与安全性都达 到较高水平 高速铁路的变电所设计需符合安全可靠 技术先进 经济实用的要求 主 要采用的设计规范有 10621 2014 高速铁路设计规范 铁路电力牵引供电设计规 范 及 电气工程电气设备手册 等 本文撰写严格按照规范进行 1 2 牵引变电所 对普速铁路而言 高铁系统中 330kV 牵引变电所对可靠性要求更高 在实现电能汇 集 分配环节高效安全输送的同时 其在谐波影响及功率补偿方面也有一定的提高 能 够有效保证优质的电能质量 有利于提高系统可靠性与经济性 牵引变电所的设计主要 是依据国家相关规定对其变压器进行型号的选择与容量的确定 使之符合实际运行中牵 引负荷的需求 通过对 330kV 电压等级各类电气设备进行正确选型 可以更好的适应远 期发展要求 在正常运行或故障状态下 能够保证整个系统各部分不会由于过压或过流 的原因导致损坏 以实现速度快 安全性高 技术水平优越的发展目标 1 1 3 主要内容 本设计的主要目的是依据线路资料完成兰新高铁民和至乌鲁木齐段牵引变电所主 接线设计 1 确定牵引供电方案 本设计采用单相 V v 结线 AT 供电方式 复线区段供电 2 进行负荷计算 通过相应的负荷计算来确定变压器的型号及数目等 变压器是 变电所中的重要变配电设施 决定了机车受电性能 同时也作为变电所规划中较为重要 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 2 的一个环节 是将电网提供的高压电能转变成适用于电力机车额定运行时的额定电压的 大容量转换装置 选择过程须考虑部分备用容量 在进行短路计算之前 须先对牵引变 电所主变压器的选择及校验 故主变压器的选择是设计的第一步 在确定配电方法之后 需根据已有的相关资料及公式计算出变压器的安装容量并确定其相应台数 3 进行短路计算 对变压器电源侧及负荷侧分别进行短路故障分析 得出的短路 计算结果可作为校验各类电气设备性能符合要求与否的参照依据 保证各种装置在各种 环境下均能长期稳定运行 在牵引变电所负荷计算完成之后需进行短路计算 紧接着依 照计算数据才可对变电所中各类电气设备进行选择和校验 4 断路器 隔离开关等开关设备的选择及校验 电压互感器和电流互感器的选型 在此基础上 了解高压侧流互相应线圈的功能并完成接线原理图的绘制 5 分析非线性变流装置对系统造成的谐波影响和负荷的瞬时变化所造成的系统功 率因数大幅度降低对机车运行及电网系统的影响 兰州交通大学本科毕业设计 论文 3 2 牵引变电所电气主接线设计 2 1 330kV 变电所主接线简述 变电所的主接线 主要是指由各类开关 输电线 互感器类装置所构成的吸收和转 换电能并将其配用给用电负荷的基本回路 通过利用规范所指定的各种记号或简易图形 将各类设备按照其实际的连接顺序进行连接的能充分体现其各方面性能的接线图称为 主接线图 在主接线图中 可以清楚明了地看到各种电气类设备的选型 数量以及其它 们彼此之间的配合运行原理 结构清晰 有利于分析其运行性能 掌握各部分在整个回 路中的工作原理 在实际运行状态下 牵引主接线能够清楚地表征其各部分与电力系统 之间的连接关系 电能转换关系并可清晰看到变电所各类电气设备的投切状态 是理论 分析与安全倒闸操作的依据 在变电所中各类电气设备的选型及数目的确定取决于线路 的连接形式 此外 主接线的变配电能力的好坏与否对整个系统的优越与否也具有重要 作用 在主接线设计中由于 330kV 牵引供电系统对可靠性要求更高 采用牵引变压器双 重化配置的原则对其实现瞬时动作的功能 避免由于误动或拒动而导致系统稳定性降 低 进而影响到机车行驶性能 其馈线侧采用自耦变压器供电方式 有效的提高了出口 电压 防干扰性能急剧增大 能满足大容量高速电力机车的要求 此外投资和建设成本 也有所降低 满足经济性要求 2 本设计采用带有横向跨条的两路电源进线 正常工作时 横向跨条通过隔离开关断 开 两路进线是互为备用的关系 安装两套隔离开关的目的是为了方便两路电源进线进 行轮流停电检修 起到相互备用的作用 2 2 牵引变电所电气主接线设计 2 2 1 330kV 变电所主接线设计基本要求 电气主接线设计必须严格按照铁路牵引供电设计规范进行 且所设计出的主接线须 满足投切灵活 运行经济 可靠性高的基本原则 在主接线的进线侧应当依据外部电源 供给视情况而定 直接接入或采用变压器接入 馈线侧在满足上下行分别供电的情况下 还需考虑二者并联由同一变电所供电的情况 满足不同的供电方式 3 2 2 2 330kV 牵引变电所主接线的设计 在牵引供电系统当中 变压器线圈结线方式的选择对电能供给有重要影响 不同的 结线方式均具有不同的优越性能 其常用的有 V v 结线 YNd11 结线及斯科特结线等 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 4 按照国家规范 为提高机车运行质量 本论文所设计的主接线中变压器的结线型式 为单相 V v 结线方式 如图 2 1 所示为其原理电路图 为满足可靠性要求 提高铁路运 行性能 该变电所装设四台结线型式及容量完全相同的变压器 采用双主双备运行方式 图 2 1单相 V v 结线型式的原理电路图 单相 V v 结线的原理图如图 2 2 所示 图 2 2单相 V v 结线 如图 2 2 所示 该变压器中的高压绕组连接在一起 共用一个端子 C 称为 V 型 接线方式 图 2 3单相 V v 结线相量图 兰州交通大学本科毕业设计 论文 5 与 1 T 2 T相耦合的两个绕组的公用点通过端点 c 连接至大地 其它两个端子依次接 至变电所的上 下行供电臂 上 下行供电臂的电压分别为 ac U bc U 相位相差 60 均为 27 5kV 如图 2 3 所示 两臂功率因数一定时 两臂电流相位相差 60 4 整个系统的牵引侧利用单母线分段的配电形式 利用上 下行方向线路相互备用的 方式进行供电 为了满足监视 计量 测量等的硬性要求 在变压器的进馈线上均安装有不同精确 等级的 LH 此外 在各个母线上均加设有 YH 和避雷装置 为了满足优化电能配置和可靠运行的要求 在变电所中均加设有一台供所内低压用 电的变压器 利用 10KV 贯通线作为备用 将三相电转变为低压电能供所内使用 5 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 6 3 牵引变电所的选型 3 1 牵引变压器选择的步骤 在线路运行资料的基础上 进行牵引变电所容量的计算和型号的确定 1 通过公式依据相应的线路资料计算求出满足牵引负荷对系统所要求的安装容 量 2 通过区分轻重负荷臂 求出机车用电的平均概率及相应的电流有效值 确定其 校核容量 这是保证牵引变压器能够满足牵引负荷要求所必须具有的容量大小 3 通过前两个步骤所求出的计算容量和校核容量 在考虑其备用方式的情况下 最后按照规定的相应电压等级的产品规格来选择牵引变压器的类型并确定其数目 此时 变压器的容量称为安装容量 3 2 牵引变压器容量计算 根据设计要求 根据近期相关线路的运行数据进行主变压器容量校核 线路运行数 据如下 供电臂 1 n 3 8 N 60 对 天 N 非 85 对 天 供电臂 2 n 3 5 N 60 对 天 N 非 85 对 天 其中 n 为区间个数 N 为计算列车数 N 非为最大列车数 计算原始资料如表 3 1 所示 表 3 1线路运行资料 供电臂 列车全部运行时间 min t 列车用电运行时间 min u t 列车在 u tt内 的能耗 hkVA 上行上行下行上行下行 118 517 512113333 33165 4 217 017 01211 52653 72566 5 3 2 1 上 下行供电臂平均电流计算 根据线路运行数据计算得出供电臂的相关参数 1 上 下 行供电臂的平均电流 兰州交通大学本科毕业设计 论文 7 上 下 上 下 上 下 i i 42 t A It 3 1 其中 上 下 i t为在相应供电臂上列车运行的全部时间 min 上 下 iA为列车在 上 下 i t内的损耗 hkVA 2 上 下 行供电臂列车同时运行的平均数 即 T tN m 上 下 下上 3 2 其中 N 为上 下 行供电臂的列车对数 对 日 T 为为全日时间 即 1440min 3 上 下 行供电臂列车的平均用电概率 即 nT tN p 下 上 下 上u 3 3 其中 下上u t为上 下 行供电臂列车带电运行时间 4 两供电臂的平均电流 3 iav 10667 1 A NI 3 4 由式 3 1 式 3 4 得 供电臂 1 A 43 432 5 18 333 33 4 24 2 上t 上 上 t A I A 11 434 5 17 4 3165 4 24 2 下t 下 下 t A I A 66 666 12 3 3333 4 24 2 上u t A I 上 上 A 63 690 11 4 3165 4 24 2 下u t A I 下 下 771 0 1440 5 1860 T tN m 上 上 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 8 729 0 1440 5 1760 T tN m 下 下 132 0 14408 3 1260 上u nT tN p上 121 0 14408 3 1160 下u nT tN p下 54 1 12 5 18 上u 上 上 t t 59 1 11 5 17 下u 下 下 t t 供电臂 2 A 64 374 17 7 2653 4 24 2 上t 上 上 t A I A 33 362 17 5 2566 4 24 2 下t 下 下 t A I A 74 530 12 7 2653 4 24 2 上u t A I 上 上 A 62 535 5 11 5 2566 4 24 2 下u t A I 下 下 708 0 1440 1760 T tN m 上 上 708 0 1440 1760 T tN m 下 下 143 0 14405 3 1260 上u nT tN p上 137 0 14405 3 5 1160 下u nT tN p下 兰州交通大学本科毕业设计 论文 9 42 1 12 17 u 上 上 上 t t 48 1 5 11 17 下u t t下 下 由公式可计算出两供电臂的平均电流分别为 33 p1 1 667101 667 60 3333 3 3165 4 10650 0 A INA 33 p2 1 667101 667 60 2653 7 2566 5 10522 12 A INA 3 2 2 上 下行供电臂有效电流计算 供电臂有效电流可用下式进行计算 p xx IKI 3 5 其中 x 1 11 1K mm 下上 u tt 两供电臂的有效电流分别为 u 18 5 17 5 12 11 1 57tt x1 1 111 1 1 57 1 111 22 0 771 0 729 K mm 下上 x1 1 22 650 0793 A I u 17 17 12 11 5 1 45tt x2 1 111 1 1 447 1 111 19 0 708 0 708 K mm 下上 x2 1 19 552 13657 03 A I 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 10 3 2 3 变压器的计算容量 由以上计算结果可知 Ix1 Ix2 故得 22 tx1x2p1p2 4 2SK UIIII 22 0 927 54793 621 32 2650522 12 kVA46830 3 2 4 变压器的校核容量 对应于 非 N的重负荷臂 1 列车用电平均概率为 g 85 12 0 186 3 8 1440 Nt p nT 非上 上 g 85 11 0 171 3 8 1440 Nt p nT 下非 下 双线同时行车概率为 325 0171 0186 0171 0186 0 上上 下下 ppppp 0 325 经查得 max 2 42 4678 131627 5 AII 又 A 13 67811124 31653 33334 24 2 下 上u 下 上 tAI 对应于 非 N的轻负荷臂 2 的有效电流为 85 17 0 1 003 1440 Nt m nT 非上 上 85 17 0 1 003 1440 Nt m nT 下非 下 已知 1 45 故 兰州交通大学本科毕业设计 论文 11 x 1 111 1 1 45 1 111 14 1 003 1 003 K mm 下上 33 p 1 667101 667 85 2653 7 2566 5 10739 7 A INA 故得 3 8437 73914 1 p x2x IKI 最大容量 Sbmax为 kVA941283 84365 05 162725 279 065 02 xmaxtbmax IIUKS 校核容量 S 校为 kVA62752 5 1 94128 bmax K S S校 3 2 5 牵引变压器的安装容量 由上述计算可得出牵引变压器的设计容量 也就是其实际至少需要安装的容量 之 后可根据其所规定产品型号来确定其台数与容量 由于兰新高铁对供电可靠性要求较高 本设计采用 4 台牵引变压器 双主双备配置 方式 为满足具有一定过载能力的要求 所选容量应相对实际所需求的略大 通过校核 应该选择两台 31500kVA 变压器 正常状态下两变压器同时运行 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 12 4 短路计算 4 1 短路的原因及危害 一般情况下把某导体的部分带电部位同另一部分短接或者直接同大地构成回路来 进行电荷传递的现象称为短路 短路会产生过热等的现象 6 电气设备绝缘损坏主要是由其相应的短路故障所造成的 一般情况下这种绝缘损坏 是不可恢复的 其成因可能是设备不停歇投入运行发热而导致的 此外 还有一种可能 是由于其自然老化或加工质量存在问题导致无过压情况下由运行电压击穿 或者加工质 量符合标准在过电压情况下被损坏 或者是设备绝缘受到外力而造成的损伤 相对于其他类型的故障 短路故对各类系统或系统中的设备所造成的损害是最大 的 故有必要尽量避免短路故障的发生 此外可根据不同的短路模型进行相应的计算 为设备选型做好必要的校核依据 4 2 短路容量计算 在对牵引供电系统进行短路容量计算时 应当根据不同的短路类型 分别计算出牵 引主接线高压侧及低压侧的容量值 具体计算过程如下 取基准值如下 MVA100 d S kV330 c1 U kV5 27 c2 U 则当MVA1150 oc S km 395 0 0 X 12 k U时 各电抗标幺值分别为 kA17 0 kV3303 MVA100 3 c1 d d1 U S I kA10 2 kV27 53 MVA100 3 c2 d d2 U S I 087 0 MVA1150 MVA100 1 X 0036 0 kV330 MVA100 km10 km395 0 2 3 2 XX 兰州交通大学本科毕业设计 论文 13 38 0 MVA5 31100 MVA10012 4 X 4 2 1 高压侧短路计算 1 系统电抗标幺值 09 0 0036 02 0036 0 087 0 2 3 2 3 2 1 1 k XX XX XX 2 系统三相电流周期分量有效值 kA782 090 kA250 1 k d13 1 k X I I 3 系统三相电流非周期分量有效值 kA782 3 1 k 3 3 III kA089 7kA78 255 255 2 3 3 sh Ii kA20 4kA78 251 151 1 3 3 sh II 4 系统短路容量计算 MVA11 1111 09 0 MVA100 1 k d 3 1 k X S S 5 系统高压侧最大长期运行工作电流有效值 变压器实际安装容量为 MVA5 31 21 SS 则 A97 217 kV2203 kVA105 315 3147 1 3 g max I 4 2 2 低压侧短路计算 1 系统电抗标幺值 302 0 38 048 0 38 048 0 0036 02 0036 0 087 0 2 5 4 5 4 3 2 3 2 1 2 k XX XX XX XX XX 2 系统三相电流周期分量有效值 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 14 kA 03 6 302 0 82kA1 2 k d2 3 2 k X I I 3 系统三相电流非周期分量有效值 kA03 6 3 2 k 3 3 III kA38 15kA03 655 255 2 3 3 sh Ii kA11 9kA03 651 151 1 3 3 sh II 4 系统短路容量计算 MVA13 331 302 0 MVA100 2 k d 3 2 k X S S 5 系统低压侧最大长期运行工作电流 由上述计算可得 变压器的计算容量为 MVA752 62 1 S 故 A5 1317 kV5 273 kVA10752 62 3 g max I 综上 短路计算所得数据表 4 1 所示 表 4 1短路计算数据 短路计 算位置 三相短路电流 kA 三相短路 容量 MVA 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 3 k S 高压侧2 782 782 787 0894 201111 11 低压侧6 036 036 0315 389 11331 13 兰州交通大学本科毕业设计 论文 15 5 电气设备的选择 5 1 断路器的选择与校验 5 1 1 断路器选择的基本原则 牵引供电系统对电能的可靠性要求较高 在对其相应开关设备完成额定电压 额定 电流的选择后 还需对其进行动稳定性及热稳定性的校验 使其在发生各种情况下均能 够符合供电要求 满足一定的可靠性 7 断路器的选择是根据不同的负荷性质和保护特 性来决定的 根据断路器不同的使用目的 确定不同的断路器型号 再依据不同的实际 运行环境进行校验 使之符合实际的使用要求 保证系统的安全性与可靠性 此外 在 牵引供电系统中得到广泛应用的有真空断路器和 SF6断路器 下面对其进行选择及校验 5 1 2 断路器的选择与校验 330kV 侧高压断路器的选择 330kV 侧选用型号为 LW10 330 2500 的户外柱式 SF6断路器 其具体的数据参数如 表 5 1 所示 表 5 1LW10 330 2500 型户外柱式 SF6 断路器数据参数 型号 额定电 压 kV 最高工作 电压 kV 额定开断 电流 kA 额定电 流 A 动稳定电流 峰值 kA 3s 热稳定 电流 kA LW10 33 0 2500 330363100250010040 S UU NN kV330 A97 217A2500 maxN II kA1002 78kA Nbr 3 k III kA089 7kA010 shcs ii s kA 91 144s kA 4800340 2 k 222 t QtI 经检验均符合要求 55kV 侧高压断路器的选择 55kV 侧选用型号为 DW 2000 的户外真空高压断路器 其具体的数据参数如表 5 2 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 16 所示 表 5 2DW 2000 型户外真空高压断路器数据参数 型号 额定电 压 kV 最高工作 电压 kV 额定开断 电流 kA 额定电 流 A 动稳定电流 峰值 kA 3s 热稳定 电流 kA DW 20002 27 56331 520004025 NSN kV55UU A5 1317A2000 maxN II kA63kA09 6 Nbr 3 k III kA38 15kA63 shcs ii s kA 66 687s kA 4800340 2 k 222 t QtI 经检验均符合要求 27 5kV 侧高压断路器的选择 27 5kV 侧选用型号为 ZW 1600 的户外真空高压断路器 其数据参数如表 5 3 所示 表 5 3ZW 1600 型户外真空高压断路器数据参数 型号 额定电 压 kV 最高工作 电压 kV 额定开断 电流 kA 额定电 流 A 动稳定电流 峰值 kA 3s 热稳定 电流 kA ZW 16001 27 531 52516006325 NSN kV5 27UU A5 1317A1600 maxN II kA636 09kA Nbr 3 k III kA38 15kA63 shcs ii s kA 66 687s kA 1875325 2 k 222 t QtI 经检验均符合要求 兰州交通大学本科毕业设计 论文 17 5 2 隔离开关的选择与校验 高压隔离开关的选择及校验就是通过对实际参数与额定参数的比较外加动稳定性 和热稳定性校验来进行确定 1 330kV 侧高压隔离开关的选择 330kV 侧选用型号为 GW10 330 1600 的户外柱式隔离开关 可进行手动或者电动操 作 其数据参数如表 5 4 所示 表 5 4GW10 330 1600 型户外柱式隔离开关数据参数 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 kA 3s 热稳定 电流 kA GW10 33 0 1600 330363160010040 NSN kV330UU AIAI97 2171600 maxN kA089 7kA100 shcs ii s kA 91 144s kA 75 2976340 2 k 222 t QtI 经检验均符合要求 2 27 5kV 侧高压隔离开关的选择 27 5kV 侧选用型号为 GW 27 5 的高压隔离开关 其数据参数如表 5 5 所示 表 5 5GW 27 5 型隔离开关数据参数 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 kA 4s 热稳定 电流 kA GW 27 527 531 520008031 5 NSN kV5 27UU A5 1317A2000 maxN II kA38 15kA80 shcs ii s kA 88 916s kA 393645 31 2 k 222 t QtI 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 18 经检验均符合要求 5 3 互感器的选择与校验 通过公式计算分析得出 电力互感器本身就是连接高低压的一种变压设备 互感器的主要功能是使二次设备与高压回路绝缘 这既可避免高压系统的的高压得 以进入低压系统并将其损坏 又可防止低压系统的故障而反过来使高压回路的不能正常 投切使用 此外还有利于人身安全 5 3 1 电流互感器的选择与校验 在牵引供电系统中 为保证实现可靠监督 合理调度 高效运行 常装设互感器类 设备对其进行相应的保护和测量 电流互感器是一种特殊形式的变压器 主要有作用有 实现电流变换与电气隔离 其接线型式与所接负载的种类及运行方式有关 其主要的接 线方式有星形和不完全星形两种 根据其不同的作用选用不同的接线形式 1 电流互感器选择的基本原则 根据电气设备选择手册可知 互感器类设备应该按照安装处实际电压的大小进 行选择 这样可避免由于电压过高而对其进行击穿破坏 即 egn UU 根据高压侧回路中计算所得的长期运行电流的大小对流互的变比进行选择 以保 证其长期安全运行 即 maxge1 II 根据电流互感器二次侧所接设备的用途及所要求的精确度来确定流互的准确度 等级 互感器类设备准确度等级选择所遵循的基本原则 计费计量用的电流互感器所选择 的准确度为 0 2 级 测量用电流互感器所选择的准确度为 0 5 级 当电流互感器实际负 荷小于额定负荷时 电流互感器的准确度误差负荷要求 2 330kV 侧高压电流互感器的选择 互感器高压侧额定电压 电流应当满足 kV330 egn uu A97 217 maxg1e II 根据上面电压 电流的比较 初步选择型号为 LCW 330 的瓷绝缘式户外型电流互感 器 其数据参数如表 5 6 所示 兰州交通大学本科毕业设计 论文 19 表 5 6LCW 330 型瓷绝缘式户外型电流互感器数据参数 型号 额定工作 电压 kV 最大工作 电压 kV 额定电 流比 额定短时热 电流 kA 额定动稳态 电流 kA LVQB 330 3 330 3634 300 52 25 32 80 A97 217A800g max e I kA089 7kA5 622 3 shmax ii s kA 91 144s kA 7500350 2222 t tI 经检验均符合要求 3 27 5kV 侧高压电流互感器的选择 互感器高压侧额定电压 电流应当满足 kV5 27 gn uu A3 837 maxge1 II 根据电压 电流比较可知 27 5kV 侧应当选用型号为 LZZB7 27 5 的高压电流互感 器 选择准确级为 0 5 安装两个 分别用于测量和保护 其数据参数如表 5 7 所示 表 5 7LZZB7 27 5 型电流互感器数据参数 型号 额定工作 电压 kV 最大工作 电压 kV 额定 电流比 额定短时热 电流 kA 额定动稳态 电流 kA LZZB7 35 35 3 401500 572130 A5 1317A1500g max e I kA38 15kA130 3 shmax ii s kA 88 916s kA 20736472 2222 t tI 经检验均符合要求 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 20 5 3 1 电压互感器的选择及校验 1 电压互感器选择的基本原则 电压互感器的选型是按照其实际的工作环境来进行确定的 电压互感器型号的选择是按照高 低压侧的实际运行电压进行确定的 在保证电压互感器符合长期运行及二次侧准确度等级要求的情况下 须保证高压侧 的实际电压应保持在其额定电压 10 的变化范围以内 一般情况下是通过比较高压侧额 定电压和实际电压的大小来进行确定的 即 ein UU 电压互感器的低压侧额定电压的大小应与低压侧连接设备正常运行所要求的电压 等级相匹配 有电气设备相关规范可知 一般情况下其值为V100或V3 100 根据二次侧所街设备类型确定互感器种类 与流互的准确度选择方法基本相同 满足以下条件 2n2 SS 其中 n2 S为互感器二次的额定容量 2 S为互感器二次负荷总容量 2 330kV 侧电压互感器的选择 330kV 侧选用型号为 YDR 330 的单相电容式电压互感器 其数据参数如 表 5 8 所示 表 5 8YDR 330 型电压互感器数据参数 型 号额定电压比 kV 准确级额定容量 VA TYD 330 3 1 0 3 1 0 3 330 0 5 1 3P 2000 3 27 5kV 侧电压互感器的选择 27 5kV 侧选择型号为 JDT 27 5 的电压互感器 其数据参数如表 5 9 所示 表 5 9JDT 27 5 型电压互感器数据参数 型号 额定电压 比 kV 准确级 额定容 量 VA JDT 27 527 5 0 10 5 1 3P50 兰州交通大学本科毕业设计 论文 21 5 4 避雷器的选择 避雷器可降低侵入到建筑物内的雷电流的幅值 避雷器种类的选择一般是由其具体 的所保护的设备或者设施所决定的 通过避雷器的使用能够尽量减少雷电对被保护设备 的损害 有效保证了各类电气设备的使用寿命 间接节省投资 提高经济性 避雷器采 用与所保护设备并联的连接方式 用于保护耐受雷击能力低于其本身的电气设备 通过 绝缘配合的方式起保护作用 此外 在考虑系统运行条件的情况下 对电气设备的各项 参数进行测量 通过合适的选型使其在额定状态下可以达到持续运行的要求 避雷器的 机械强度应当在考虑拉线 风负载及地理因素等的情况下进行选择 尽量保证其使用寿 命 具有可靠性高的要求 1 330kV 侧避雷器的选择 330KV 侧选择型号为 FCZ 330J 的避雷器 其数据参数如表 5 10 所示 表 5 10FCZ 330J 型避雷器数据参数 型 号 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 FCZ 330J330330290820 2 27 5kV 侧避雷器的选择 27 5kV 侧选择型号为 Y5WT 42 120 的氧化锌避雷器 其数据参数如表 5 11 所示 表 5 11Y5WT 42 120 型氧化锌避雷器数据参数 型 号 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 Y5WT 42 120 27 54234120 5 5 防雷及接地 1 防雷 为避免雷电直击 在各类变配电所中均需正确安装可起到保护作用的避雷装置对 其做出有效防护 通常可在牵引变压器电源侧 负荷侧 各所的 27 5kV 母线及馈出线上设置 27 5kV 的OnZ避雷器 用它来尽可能的限制雷电流的幅值 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 22 2 接地 在牵引变电所中 通常采用接地网外沿敷设垂直接地体作为接地 接地网采用铜材 质 为了减少接地体交叉点处的接触电阻 提高接地网的结构强度 接地体连接部分通 常采用放热焊接方式 当变电所接地网的接地电阻值过大时 可通过采用外引接地网 加降阻剂 利用等 效并联接地体等方法对现场予以处理 独立避雷针接地电阻按不大于 10 来进行设计 且独立避雷针的接地装置与变电所 接地网的地中距离不小于 3m 8 兰州交通大学本科毕业设计 论文 23 6 牵引变电所保护配置 6 1 牵引变压器的保护 变压器的故障主要有线圈上的故障及外部引线上的故障 这些故障均会使变压器处 于故障工作状态 此外 变压器还有不正常工作状态 二者表示含义不同 有不同原因 所导致 1 差动保护 通过利用三段保护的方式可以尽可能减少由于速断保护范围过短而造成保护拒动 的次数 可以使保护的可靠性有所提高 但是这样不利于整个系统的经济性要求 对容 量较大的变压器的运行极为不利 为避免此类问题的发生可通过利用差动保护的方式来 实现对变压器的有效保护 2 低压启动的过流保护 变压器过流保护的整定值大小是通过计算其最大负载电流来得出的 而在整定范围 内的其最小短路电流值又相对较小 故过流保护在一般情况下往往不能满足可靠性供电 要求 而一般而言通过配置低电压启动过流保护能尽可能避免这种情况的发生 其整定 值是以变压器的 N I为准来进行计算的 其值比较小 故灵敏系数有所增大 能满足可靠 性要求 3 过负荷保护 当变压器二次侧负载量大于额定负载时 变压器在异常工作状态中 可通过对其配 置过负荷保护来尽量避免 其保护原理为 正常状况下通过变压器电流值都较小 一般 不会发生负载量超出其额定值的现象 而当出现负载过高的现象时其电流值将急剧升 高 使之有可能大于整定值 导致相应的继电器的反应 进而时间继电器动作 在一定 的延时之后 通过相应开关接通二次直流回路 信号灯点亮作出提示 4 气体保护 气体保护又称为瓦斯保护 其相应的保护原理是 由于变压器内部出现问题造成短 路时 短路点附近绝缘介质发生化学反应而放出瓦斯气体 利用气泡数量的变化作为报 警或者跳闸的依据 当气体量较少时轻瓦斯动作 只是发出告警 与之相应的灯泡点亮 而当气体量过多时重瓦斯动作 可直接使相应开关设备断开 使故障部分不至继续形成 回路 这种保护方式可以正确判断出变压器内部出现的各种故障 并通过结合差动保护 的优越性 对变压器实现保护功能 5 零序过电流保护 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 24 一般牵引变压器利用零序过流装置来判断其是否发生接地短路 具有较高的可靠 性 同时零序过流保护也可作为邻近线路发生接地故障时的后备保护 但由于气体保护 与差动保护同时作用足以致使在变压器发生故障时将其与主回路断开 因此接地保护主 要作用是当由于外部原因导致电流增大过多时对其进行动作 该保护一般设在中性点与 大地相连接的变压器的与接地线相串联的流互上 6 2 馈线保护 1 阻抗保护 当馈电线路远点发生接地或断线故障时 一般不用电流速断保护作为馈电线路的主 保护 而是利用阻抗保护来进行配置 可以清晰地反应出被保护线路的三个状态参数的 变化 且相对而言其灵敏度较高 故一般情况下利用方向阻抗保护装置可以对馈线故障 进行切除 结合实际 通常采用四边形特性阻抗保护对馈电线路起到主要的保护作用 因为通过与圆特性保护作比较 系统的最小阻抗对四边形特性的保护范围基本没有影 响 且对系统负荷波动所造成的误动率也降到了最低 系统过渡阻抗对其的影响也有所 降低 也保证了灵敏性 2 I电流增量保护 与一般线路所发生的接地故障存在差异 在保护测量处 铁路供电系统所测得的电 阻值远远大于普通线路的值 在相距较远处甚至有可能是其3 4倍 因此 如果按照常 规原理的保护装置而言有发生拒动可能性 因此也就不满足对供电质量的要求 此时 可通过利用短路瞬间电流值瞬时变化量增大的原则来作为牵引侧线路故障的判定依据 其保护原理是 在特定时间内 通过比较电流差值 I的大小来对故障进行判别 此外 由于机车上大感抗的作用 使得电流变化量不会瞬间变得很大 在启动过程中就不会使得 该保护发生误动作 当然 电流增量保护也存在一定的的缺点 主要由于 I变化所需 要的时间较长 针对此缺点可通过增加谐波制动环节来改善 同时还能能起到扩大保护 范围的作用 如增设二次谐波闭锁电路来避免机车二次受电时由涌流所引起电流增量而 导致的误动 9 3 电流速断保护 在牵引变电所中 通过加装电流速断保护装置来快速切除切断发生近点短路得线路 而尽量减少故障对电力线路造成的影响 通过加装高次谐波滤除装置来尽量避免由于激 磁涌流而造成保护的误动作 降低其对系统的影响 一般状态下由于电流速断保护的可 靠性与灵敏性有限 经常与阻抗保护相互配合一起来对设备进行保护 实现保护装置的 功能 兰州交通大学本科毕业设计 论文 25 4 自动重合闸 根据以往实际经验表明 牵引供电系统的故障多数为瞬时性故障 发生之后随之消 失 当相应的继电保护跳闸之后立即由在其范围内设置的自动或手动重合闸动作而保 证其正常供电 故牵引供电系统的馈线侧线路保护可配置与其相对应的自动重合闸来避 免停运的重大事故 此外 当系统有永久性故障发生时 该保护通过闭锁来避免对开关 设备的损害 之后可通过其相应的后备保护动作以快速做到故障线路的保护 通常牵引变压器的保护都是通过各种类型保护装置的配合来保证其本身的速动性 灵活性与可靠性的 兰新高铁民和牵引变电所主接线设计 26 7 牵引变电所谐波分析与系统无功补偿分析