牵引变电所的设计

电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册电气化铁道牵引供电系统与运行课程设计指导手册13届动力系专业电气化铁道技术学号20134798学生姓名白金山指导教师李志慧天津铁道职业技术学院铁道动力系20141210版权所有，请勿商用电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册1目录（一）、国内外电气化铁路发展历程及现状3二、电力牵引供电系统概述71、牵引供电系统特点72、牵引供电系统组成83、牵引供电系统的供电方式85、接触网基本结构94、牵引网的供电方式9三、牵引变电所供电方案及主接线设计91、外部电源供电介绍（电力系统电源情况、外部电源等级与供电方式）102、牵引变电所110KV电气主接线10（四）、设计过程101、设计简介102、接线方式与计算1021牵引变电所110KV侧主接线1022牵引变压器275KV侧馈线设计1123变压器接线方式1124变压器容量计算122、5绘制主接线图173电能质量问题1731谐波的治理1732功率因数低的治理1834绘制变压器换相示意图18电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册2评语考勤（10）守纪10设计过程（40）设计报告（30）小组答辩（10）总成绩（100）电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册3（一）、国内外电气化铁路发展历程及现状目前，全世界117个国家和地区拥有铁路约120余万公里，其中美国铁路20多万公里，俄国铁路10多万公里，中国铁路120万多公里，印度、加拿大的铁路6万多公里。其他如法国、德国4万多公里，阿根廷3万多公里，日本、意大利、墨西哥、巴西、波兰、南非等2万多公里，英国、西班牙、瑞典、罗马利亚等1万多公里，4000公里以上的有、匈牙利、新西兰、奥地利、芬兰、智利、古巴、挪威、保加利亚、比利时、巴基斯坦、土耳其、朝鲜、印度尼西亚、伊郎、埃及等。分布在各洲的比例大约为美洲368，欧洲342，亚洲175，非洲75，大洋洲40。一些大国铁路总长度柱状图电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册4铁路作为陆上运输的主力军，在长达一个多世纪的时间里居于垄断地位。但是自20世纪以来，随着汽车、航空和管道运输的迅速发展，铁路不断受到新的浪潮的冲击。为了适应社会和经济发展的需要，适应货主和旅客安全、准确、快速、方便、舒适的要求。各国铁路纷纷进行大规模的现代化技术改造，同时改革运输组织工作，积极采用高新技术，在重载、高速运输和信息技术方面取得了新的突破，再加之现代管理和优质服务以及铁路的区域联网、洲际联网，使铁路增添了新的活力，在陆上运输中仍继续发挥着骨干作用，在现代化运输方式中占着重要的地位。客运方面各国铁路客运发展的共同趋势是高速、大密度，扩编或采用双层客车。采用动车组和电力机车牵引旅客列车是实现客运高速化的重要条件。轻轨交通将倍受青睐，因为它是改善城市交通环境、最富有生命力的一种交通工具；市郊铁路与地下铁道、轻轨铁路紧密合作，共线、共站，共同组成大城市的快速运输系统，这是各国解决人口密度较大地区客运繁忙的有效措施。在未来的铁路发展中，大城市快速运输系统将同全国铁路网连接，紧密配合，形成客运统一运输网。货运方面在货物运输方面，集中化、单元化和大宗货物运输重载化是各国铁路发展的共同趋势。重载单元列车是用同型车辆，固定编组、定点定线循环运转，首先用于煤炭运输，后来扩展到其他散装货物，对提高运能，减少燃油消耗，节省运营车、会让站、乘务人员等都有显著效果，经济上受益很大，如美国铁路货运量有60是由单元列车这种方式完成的。俄罗斯曾试验开行了重量为43407吨的超长重载列车，列车由440辆车组成，全长65公里，由4台电力机车牵引，情景十分壮观。提高列车的运行的速度是铁路赖以生存和适应社会发展的唯一出路。在日本、法国修建高速铁路取得成效的基础上，世界上许多国家掀起了建设高速铁路的热潮，德国、意大利、英国、西班牙等国也先后新建或改建了高速铁路。尤其是在20世纪90年代后期至现在，不仅西欧各国开始筹划高速铁路联网，而且在北美、东欧、大洋洲及东亚的韩国等也在积极推进高速铁路的建设和发展。国外高速铁路的发展高速铁路不仅仅是高速，它起码具有三点优势一是高速铁路速度快省时间，安全系数高，乘坐间空大，舒适又方便，价格又适宜，迎合了现代社会出行的需求，因而受到人们的青睐，成为世界各国振兴铁路的强大动力。二是高速铁路运输系统是铁路大面积吸纳现代高科技成果进行技术创新的产物。它推动铁路科学技术和装备登上一个崭新的台阶，增强了铁路的竞争力。三是高速铁路不仅运输能力特别大，有年运输量可达亿人次以上的优势，又有减少环境污染的优势，因而特别适宜于大运量的城市间、城市群和城郊的高频电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册5率运输。旅行时间的节约，旅行条件的改善，旅行费用的降低，再加上国际社会对人们赖以生存的地球环保意识的增强，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头，除欧洲、北美洲外，大洋洲、亚洲诸国和地区，也正在计划进一步加快高速铁路的建设。总之，发展高速铁路是科技进步的必然，是时代发展的需要。目前开行时速200公里以上高速列车的国家已有日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国、俄罗斯，正在积极建设或规划建设的还有瑞士、奥地利、丹麦、加拿大、澳大利亚、中国、韩国、印度等国。我国高速铁路的发展我国第一条电气化铁路宝成铁路于1985年开工，1960年建成，1961年8月15日正式投入运营。从此，揭开了我国电气化铁路的序幕。1994年，我国第一条广州深圳准高速铁路建设成并投入运营，其旅客列车速度为160200KM/H，不仅在技术上实现了质的飞跃，更主要的是通过科研与试验、引进和开发，为建设我国高速铁路做好了前期的准备，称为我国高速铁路化的起点。2003年，我国第一条秦皇岛沈阳快速客运专线建成并投入运营，可以探索到适合中国国情的高速客运专线的技术标准、施工方法、运营管理及维护等一系列经验。根据我国中长期铁路网规化和铁路跨越式发展的思路，到2020年，我国将建立省会城市及中大城市间的快速客运通道，建成“四纵四横”铁路快速通道以及四个城际快速客运系统，建设客运专线12万KM以上，构成我国高速铁路的基本框架，以便解决我国主要干线铁路运力不足和，满足社会经济发展的需要。“四纵”客运专线北京上海客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区；北京武汉广州深圳客运专线，连接华北和华南地区；北京沈阳哈尔滨（大连）客运专线，连接东北和关内地区；杭州宁波福州深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。“四横”客运专线徐州郑州兰州客运专线，连接西北和华东地区；电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册6杭州南昌长沙客运专线，连接华中和华北地区；青岛石家庄太原客运专线，连接华北和华东地区；南京武汉重庆成都客运专线，连接西南和华东地区。目前，天津、武汉、郑西、石太、合武、甬台温、温福、福厦、广深港、胶济、哈大等16条时速200KM及以上的客运专线和城际铁路相继陆续开工建设，建设规模为5600KM；京沪、京石、石武、津秦等10条客运专线也将陆续开工，建设规模为4100KM；已经开工和即将开工的客运专线总里程达到9700KM。其中，时速300KM的京津城际客运专线将于2008年奥运会开始前建成并投入运营，届时从北京到天津半小时即可到达；京沪高速铁路将于2008年4月全线开工，预计2010年建成。再经过3到5年的时间，京哈、京广、京沪、陇海（东段）、哈大、东南沿海等客运专线将全线贯通，加上既有提速线路，我国铁路快速客运网将初步形成。我国发展高速铁路是从我国国情出发的最现实的选择；是发展交通运输，优化和提升交通运输结构的重大战略决策；是我国铁路高层次、大幅度扩大旅客运输和货物运输能力的新途径；是“科技兴路”发展战略的最重要的组成部分；是交通运输领域贯彻可持续发展战略的具体体现。2、电力牵引供电系统概述电力牵引供电系统主要由牵引变所和接触网组成。牵引变电所将电力系统通过高压输电线送来的电能降压和变流后输送给接触网，以供给沿线行驶的电力机车。有些国家电气化铁路有时由专用发电厂供电。1、牵引供电系统特点（1）拉得多，跑得快，运输能力大（2）节约能源消耗，综合利用能源（3）经济效益好电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册7（4）对环境无污染，劳动条件好，有利于实现环保运输2、牵引供电系统组成铁路牵引供电系统由牵引变电所、分区所和接触网等组成。牵引变电所内设备主要包括牵引变压器、断路器、电动及手动隔离开关、避雷器、电压及电流互感器、二次保护系统、交直流电源系统等；接触网根据供电方式不同有AT、直供两类方式BT已基本不用），其中AT接触网由供电线、接触线、承力索、吊铉、正馈线、保护线组成。直供接触网由供电线、接触线、承力索、吊铉、回流线组成。3、牵引供电系统的供电方式（1）直接供电方式此方法结构简单，投资少，维护费用低，但对弱电系统的电磁干扰大（2）吸流变压器供电方式（BT方式）特点牵引网中每隔15千米间隔设置一台变比为11的吸流变压器，一次侧串入接触网，二次侧串入回流线中。防干扰效果好，阻抗大，损失大变电所间距小，接触网断口易发生故障（3自耦变压器供电方式（方式）牵引网中间每隔千米设置一台的自耦变压器，一段与接触网练接，另一端与正馈线相接防干扰效果好，阻抗小，变电所间距大（4）直流带回流线结构简单，维护费用低，投资少（5）同轴电缆供电方式电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册85、接触网基本结构接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路，它由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等几个部分组成，4、牵引网的供电方式（1）单线供电一遍供电变电所一边供电臂供电，接触网分界点设有隔离开关双边供电（越区供电）（2）双线区段单边并联供电1）双线单边末端并联供电2）双线单边全并联供电单边分开供电双边扭结供电复杂保护困难，（我国只采用单边供电）3、牵引变电所供电方案及主接线设计电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册91、外部电源供电介绍（电力系统电源情况、外部电源等级与供电方式）牵引变电所外部的个供电方式主要由，环形供电、单侧供电、双侧供电、散射供电。牵引网外部电源的等级的选用，应参考运量，当地电源等级，还有负序，谐波等因素的影响，主选220KV，因为容量大受干扰小，供电质量比较高，如果当地没有220KV应选用110KV外部电源2、牵引变电所110KV电气主接线牵引变电所主接线方式有，单母线分段接线、单母线带旁路母线接法、无母线接线发（内侨法，外侨法接线）（四）、设计过程1、设计简介通过对牵引变电所的系统的学习，对牵引变电所的设计重点在于对牵引变压器的选择，容量计算，运行指标，牵引变电所电压不平衡度计算，电器主接线的设计，从经济使用的角度，设计出一套比较好的方案2、接线方式与计算21牵引变电所110KV侧主接线牵引变电所110KV侧主接线应满足的基本要求首先保证电力牵引负荷，运输用动力，信号负荷安全，可靠供电的需要和电能质量。具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。应有较好的经济性，力求减小投资和运行费用。电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册10应力求接线简捷明了，并有发展和扩建的余地通过分析，桥型结线能满足牵引变电所的可靠性，具有一定的运行灵活性，使用电器少，建造费用低，在结构上便于发展成单母线或具有旁路母线得到那母线结线。即在初期按桥形结线，将来有可能增加电源线路数时再扩展为其他结线形式22牵引变压器275KV侧馈线设计牵引负荷侧一般采用单母线结线。23变压器接线方式（1）纯单相接线（2单相V/V接线接钢轨接触网电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册11（3）三相接线4还有三相V/V斯科特等接线方式24变压器容量计算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主变压器容量计算相关的原始资料如下供电臂1对/天，对/天2N70N18非供电臂2N3N80对/天，N非120对/天ABCABC供电臂版权所有，请勿商用版权所有，请勿商用电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册12其中，表示区间数，表示计算列车数，表示最大列车数。NNN非表31计算能耗数据供电臂12上行1211列车全部运行时间/MINT下行10510上行88列车用电运行时间/IUT下行775上行2875518663列车在内UT的能耗HKVA下行2483617363（1）计算列车对数供电臂1电流计算157284T2上上上AIT61053T下下下IT78242TU上上上AI51763TU下下下I830142TMTN上上版权所有，请勿商用电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册1351047TMTN下下91028NTPU上上4TUT下下5182TAU上上上70TAU下下下4625102483561067133LAV）（ANI供电臂2电流计算240718632T4上上上AIT60T下下下IT9581342TU上上上AI675TU下下下I1048TMTN上上电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册14560148TMTN下下03NTPU上上14578TUT下下38TAU上上上150TAU下下下48013768671067132AV）（ANI第二步供电臂1,2有效电流计算157826ATU供电臂16510M1E下上K646251E1AVIKI供电臂21780TTU465061D1E下上MK版权所有，请勿商用电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册1547014816AV2E2IKI第三步容量的计算706314806254701645292ELTKVAIIUSAV（第四步求变压器的校核容量301428NTUTNP上非上907T下非下按双线有上行车或有下行车的概率为45720PP下上下上查表得重负荷臂最大电流为357862457/429MAX下）上下）上（UTAI对应N非的清负荷供电臂的有效电流电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册1668217014IK7036267A1491MA183042T91AVEA2AVENTN）（下）（上非下上上非上上非上最大容量为）（）（）（KVA309468210357290IIUSEMAXTMAX校核容量为）（校3065194KSMAX第五步求变压器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YND11连个变压器的安装容量为80000（KVA2、5绘制主接线图版权所有，请勿商用电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册173电能质量问题（1）产生较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称；（负序）（2）在使用交直电力机车的情况下，其产生的高次谐波使电网电