《供变电工程课程设计指导书》的牵引变电所

1、电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 评语： 2011 年 12 月 30 日一 题目供变电工程课程设计指导书的牵引变电所B。包含有A、B两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示：图1 牵引供电系统示意图表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）320右臂负荷全日有效值（A）290左臂短时最大负荷（A）410右臂短时最大负荷（A）360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210kV地区负荷馈线数目2回路工作，1回

2、路备用预计中期牵引负荷增长40%电力系统1、2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0.13和0.15；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合标幺值分别为0.15和0.17。图1中，、长度为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。二 设计方案简述本课程设计较系统的阐明了牵引变电所B设计的基本方法和步骤。重点在于对牵引变压器的容量计算、牵引变压器的选择和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。三 牵引变压器的计算3.1牵引变压器

3、容量的计算3.1.1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） (1) 将=320A，=290A, =0.9，=27.5kV代入(1)可求得：S=20505.375（kVA）（kVA）(2)将=410A，=290A 代入（2）可以求得：=24960.375（kVA）为满足铁路运输的不断发展，牵引变压器留有一定余量，预计中期牵引负荷增长40%。 则 （kVA）=28707.525（kVA）(3)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。3.1.2牵引变压器过负荷能力校验=16640.25（kVA） （=1.5）(4)3.2牵

4、引变压器运行指标计算3.2.1牵引变压器功率损耗计算由已知可求得=161A，=151A，根据下面的公式计算：(5) 则 =38.46（kWh/年） (6) ，Ie=S/3UN=381.8(A)全年实际空载电能损失为：=33.726（kWh/年） (7) 全年牵引变压器的实际总电能损失为：=72.186 (8)3.2.2牵引变压器在短时最大负荷下的电压损失 归算到27.5kv侧，三相结线牵引变压器的电抗值： 引前相和滞后相最大电压损失： (9) 代入数值可得：=1091.44V，=1490.30V 电压损失：V3.3牵引变电所电压不平衡度计算3.3.1计算电网最小运行方式下的负序电抗 (10)已

5、知=0.17, =25km，=0.4W/km根据公式（10）求得：=20。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 =55.922A(9)3.3.3构造归算到110kV的等值负序网络 归算到110kV，三相双绕组牵引变压器、供电系统等值负序网络如图2所示：图2归算到110kV，三相双绕组牵引变压器、供电系统等值负序网络3.3.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验 相负序电压计算： =1118.4V (10) 110kV母线电压不平衡度计算及校验按下式进行：%.5%(11)本次课程设计按2.5%考核，将=1118.4V，代入公式（13）得：1.76%2.5

6、%所以，满足校验。四 开关设备选型及稳定性校验4.1短路电流的计算牵引变压器的变电所短路示意图如图3所示。图3 牵引变压器的变电所短路示意图简化计算，电网电源容量按无限大考虑。计算中，取系统最大运行方式下综合电抗。冲击系数按表2选取：表2 冲击系数电压等级110kV27.5kV10kV1.801.701.554.1.1线路电抗 最大运行方式下系统2的综合电抗标幺值为：；因为电网电源为有限大容量，故；则在近似计算短路电流时：。4.1.2在110kV侧短路电流计算设计中在110kV侧牵引变压器的选择型号为。短路电流标幺值： 基准电流：kA短路电流：kA短路电流最大有效值：kA冲击电流：kA4.1.

7、3 在27.5kV侧短路电流计算变压器电抗标幺值：短路电流标幺值：基准电流：kA次暂态短路电流：kA短路电流最大有效值：kA 冲击电流：kA4.1.4 在10kV侧短路电流计算变压器电抗标幺值：短路电流标幺值：基准电流：kA次暂态短路电流：kA短路电流最大有效值：kA 冲击电流：kA4.2断路器和隔离开关的选型及校验开关电器的选择与校验如表3：表3开关电器的选择与校验选择项目校验项目额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定断路器隔离开关负荷开关熔断器其中：，分别为开关电器的额定电压，额定电流和额定开断电流； ，分别为开关电器工作点的线路额定电压，最大负荷电流和三相短路电流稳态值； ，分别为开关电器

8、的动稳定电流峰值，热稳定电流及试验时间； 假想时间，S。各级继电器保护时间配按表4：表4继电器保护时间配合计算点123,45 (S)1.501.000.500.20 (S)1.561.060.560.26其中：继电保护整定时间； 断路器动作时间； 0.05考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间。断路器及隔离开关的选择如表5：表5 断路器及隔离开关的选择电压等级110kV27.5kV10kV断路器型少油断路器型少油断路器ZN27.5型真空断路器隔离开关GW4110D DW高压隔离开关GW427.5DT高压隔离开关GN2-10高压隔离开关4.2.1在110kV侧断路器和隔离开关的选型及校验最大长期

9、工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：A已知：=110kV，=6.86kA, =11.49kA 则 查设计手册选择型号的少油断路器满足：，校验： kA，kA，成立所以型号的少油断路器在110kV侧可以使用。查设计手册选择GW4110D型号配用CS14G手动机构的高压隔离开关满足：， 校验：kA，成立所以GW4110D型号配用CS14G手动机构的高压隔离开关在110kV侧可以使用。4.2.2在27.5kV侧断路器和隔离开关的选型及校验 A已知：=27.5kV,kA,kA s 则 查设计手册选择型号的少油断路器满足：，校验： kA，成立所以型号的少油断路器在27.5kV侧可以使用。查设计手册选择GW

10、427.5DT型号配用CS-11手动机构的高压隔离开关满足：， 校验： kA，kA ，成立所以GW427.5DT型号配用CS-11手动机构的高压隔离开关在27.5kV侧可以使用。4.2.3在10kV侧断路器和隔离开关的选型及校验 A已知：=10kV， kA,kA s 则 查设计手册选择ZN27.5型号的真空断路器满足：，校验：kA， ，成立所以ZN27.5型号的真空断路器在10kV侧可以使用。查设计手册选择GN2-10型号配用CS6-2T手动机构的高压隔离开关满足：， 校验：kA， ，成立所以GN2-10型号配用CS6-2T手动机构的高压隔离开关在10kV侧可以使用。4.3母线选择110kV进

11、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。温度修正系数由下式求得：(12) 式中：运行的允许温度，对室外有日照时取80，室内取70； t 实际环境温度。 设计时取t=25，那么在室外有日照时=1，在室内时=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)。导线的选取与校验如表6：表6 导线的选择与校验导线名称选择校验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 4.3.1室外110kV进线侧的母线

12、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 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 (=1)。式中：通过导线的最大持续电流； 对于额定环境温度,导线长期允许电流； 温度修正系数。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如表7：表7 各种起始温度下C值起始温度（）404550

13、55606570758090铝材导体99979593918987858379铜材导体186183181179176174171169165161(13)其中： 满足热稳定要求的导线最小截面积mm2； 热稳定系数(如表7)；集肤效应系数。我们选取=0.01；假想时间。 =1.50+1.56+0.05=3.11s。(为继电保护整定时间, 为断路器动作时间。)选C=83，经计算, =194.14 mm2。 由于S=70=194.14 mm2，所以所选截面的母线不能满足热稳定要求，必须选择型号为LGJ240的钢芯铝绞线。4.3.2室外27.5kV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

14、1.3倍考虑，选择容量为1200kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。经计算： =A (14) 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。 由于S=10=11.02 mm2，所以所选截面的母线能满足热稳定。五 电压、电流互感器选型及校验 本设计完成110kV侧仪用电压、电流互感器选择与校验如表8：表8电压、电流互感器选择与校验选择校验

15、电压电流热稳定动稳定电流互感器U1eUgIeIgmaxIZ2tjx（ktI1e）21电压互感器0.9UgU1e1.1UgW2W2e-式中： 电流互感器热稳定倍数； 电流互感器动稳定倍数； 工作点线路额定电压。5.1 110kV侧电压互感器选型及校验查设计手册选型号为JCC110的电压互感器，kV,满足0.9UgU1e1.1Ug5.2 110kV侧电流互感器选型及校验最大长期工作电流：kA根据已知数据，可选用LCWD110D/A型电流互感器，热稳定倍数，电动力稳定倍数。热稳定性校验：计算短路热效应 ,=6.86kA ,kA故 ，满足热稳定性校验。动稳定性校验：kA六 主接线的设计和选择本设计采用

16、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。总 结作为一名电气工程及其自动化专业的学生，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，不但增强了我对所学专业知识的深入理解，而且提高了我对相关软件的应用能力。让我意识到实践与

17、理论相结合的重要性，对以后的学习和工作都有及其重要的意义。此时，两周的电气化铁道供电系统与设计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，唤回了我对电气化铁道供电系统与设计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

18、的知识重新温故。本次课程设计中我主要负责变压器容量、技术指标、短路电流等的计算及设备的选型和校验。在计算过程中，我遇到了很多困难，走了很多弯路，其中电压、电流互感器的选择与校验因为在学习中没有重视而使得计算过程受阻，无法进行下去，但通过查询相关资料，向老师和同学请教，最终将问题一一解决，在此对老师和同学的帮助十分感谢。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！通过这次课程设计，不但使我对以前所学过的专业课知识有了一次很好的复习，而且使我更加深刻的认识到了课程设计在我们大学学习中的重要性。通过查阅有关资料，我了解到斯科特接线牵引变电所是一种特殊的变电所。这种变电所的主接线复杂，设备较多，工程投资很大，同时这种变电所的维护和检修的工作量也是比较大的。但是这种牵引变电所有一个很好的优点，那就是这种这种接线方式可以使变压器的容量得到充分的利用。为了充分证明斯科特接线牵引变电所的这种优点，我在设计过程中尽量做到多查阅资料，认真计算每一个公式，尽量做到所得的结果符合设计规范的要求。虽然课程设计做完了，但我也深刻的认识