_动车论坛_交流牵引变电所的负荷计算

1、石家庄铁道学院毕业设计1第 1 章 绪论1.1 电气化铁路组成铁路电气化已经成为世界各国牵引动力现代化的主要方向，且各国都把它作为发展国家经济的重大技术措施之一，并纳入国家长远发展规划。电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统两大部分组成。牵引供电装置一般又分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大元件” 。电气化铁路的牵引供电系统本身并不产生电能，而是将电力系统的电能传递给电力机车的。随着科学技术的发展，电力机车也必将全部取代蒸汽机车和内燃机车，因此对牵引供电系统的设计也必然要求越来越科学和合理。目前电气化铁路主要有四种电流制，即直流制、三相交流制

2、、单相低频交流制和单相工频交流制。我国电气化铁道大多数采用网压为 25KV 的单相工频交流制。1.2 国内外电气化铁路现状从世界各国铁路发展史来看，电气化铁路的蓬勃发展已经成为必然的趋势。预计到 2015 年，世界上将有 23 个修建高速电气化铁路的国家和地区，里程将突破30000kM。预计到 2005 年，我国电气化铁路里程将达到 20000kM，到 2010 年将达到 26000kM，铁路电气化率将达到 34.6%，电气化复线率将增加到 68.9%，电气化铁路承担的客货运量将占铁路总运量的 65%以上。到那个时候，我国的 5 条主要繁忙大干线：京哈线、京广线、京沪线、陇海线和沪杭浙赣线都将

3、全线实现电气化；八纵八横 16 条主通道中将有 12 条基本建成电气化铁路；另外，还将修建多条电气化客运专线；全国 6 个大区：西南、西北、华北、中南、东北和华东的电气化铁路将基本连接成网；而我国第一条高速电气化铁路(京沪高速电气化铁路)也将全面动工兴建。届时，我国的电气化铁路里程将跃居世界第二位。1.3 电气化铁路的优越性电气化铁路的优越性主要体现在：(1)拉得多，跑得快，运输能力大，可满足重载、高速、大运量的铁路干线和大陡坡、长隧道的山区铁路运输的需要。石家庄铁道学院毕业设计2(2)节约能源消耗，综合利用能源。蒸汽牵引要燃烧优质煤，而内燃牵引要以价格较高的柴油为燃料，其总功效并不理想。电力

4、牵引从现代化的电力系统取得电能，总功效是原来的一倍甚至几倍，节约了能源消耗。同时，由于电力牵引是从电力系统取得电能，而电力系统可综合利用水力、风力、煤炭(包括劣质煤)、天然气、原子能等各种能源发电，所以电力牵引可以综合利用各种能源，达到经济合理地使用国家能源的目的。 (3)经济效益好。首先，电力牵引的上述两个优点，能产生好的经济效益，大大降低运输成本。而且电力机车不需添加燃料，速度快，宜跑长途，从而减少了检修基地、机器设备和人员；同时，电力机车功率大，拉得多，跑得快，周转时间短，减少了机车运用台数；电力机车的电机和电器等运行可靠，检修周期长、次数少等，这些都能促使运输成本大大降低。(4)对环境

5、无污染，劳动条件好，有利于实现净化运输。蒸汽机车和燃机车运行时，排出大量的煤烟和油烟，对人身体危害很大。而电力机车运行时，不会产生上述有害气体。对环境无污染，铁路乘务人员劳动条件好，旅客比较舒服，铁路沿线居民不受煤烟、油烟之害，有利于实现净化运输。(5)有利于铁路沿线实现电气化，促进工农业发展。牵引供电系统除了主要向电力机车供电以外，还可以解决无地方电源地区的铁路其他用电，以及铁路沿线的城镇、乡村小量用电。1.4 本设计主要内容简介本次设计为交流牵引变电所的负荷计算。该牵引变电所为上、下行复线区段单边供电，且采用直供加回流供电方式，主要内容有：(1)牵引变电所的主接线形式本次设计的牵引变电所为

6、高压侧采用桥式接线的三相牵引变电所，装设两台同型号同容量的三相两绕组牵引变压器，且采用两回路供电。牵引负荷侧主接线采用隔离开关分段的单母线接线方式，其馈线采用馈线断路器 100%备用的接线方式。(2)牵引变压器的选择根据所给原始数据，通过计算牵引变电所的馈线电流、计算容量、校核容量，并比较分析各种变压器的优缺点，进而正确合理地的选择变压器的型号及容量。本设计重点也在于此。由于时间仓促，设计者能力有限以及设计者缺少必要的实践经验，此设计难免有不足之处，敬请各位老师指正。石家庄铁道学院毕业设计3第 2 章 牵引变电所概述2.1 电气化铁路供电系统电气化铁路牵引供电系统包括牵引变电所、接触网、馈电线

7、、轨道、回流线。一般把接触网、馈电线、轨道、回流线叫做牵引网。因此电力牵引供电系统是由牵引变电所和牵引网构成的向电力机车供电的完善的工作系统。牵引供电系统一般由国家电力系统或发电厂用专门的高压输电线路供电。电力系统有许多种电等级网络和设备，其中 110kV 及以上电压等级的输电线路，用区域变电所中的变压器联系起来，主要用于输送强大电力，利用它们向电气化铁路的牵引变电所输送电力，供电牵引用电。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路为双回线。双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回路自动投入，保证不间断供电。电气化铁路供电系统包括以下几个部分(如图

8、 2-1 所示):图 2-1 电气化铁道供电系统(1)区域变电站或发电厂；(2)三相交流高压输电线，这两部分可以称为电气化铁路一次供电系统，其功能是发电、变电和输电；(3)牵引变电所，把一次供电系统输送来的三相交流高压电能变换成较低电压的适合电力机车使用要求的电能；(4)馈电线，把牵引变电所变换后的电能送到接触网；(5)接触网，把电能输送到电力机车；(6)轨道、大地，作为牵引电流回归通路；(7)回流线，把轨道、地中的牵引回归电流导入牵引变电所的主变压器；(8)电力机车。石家庄铁道学院毕业设计4对电气化铁路供电系统的基本要求是：(1)保证向电气化铁路安全、可靠、不间断的供电；(2)提高供电质量，

9、保证必需的电压水平；(3)提高功率因数，减少电能损失，降低工程投资和运营费用；(4)尽量减少单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流、负序电压和高次谐波的影响；(5)尽量减少对邻近的通信线路的干扰影响。2.2 牵引变电所概述牵引变电所是交流工频单相电力牵引供变电系统的重要环节，它包括供电系统中的开闭所、分区所和自耦变压器所。这些供电设施构成了电气化铁路的牵引供电系统。它的主要任务是将电力系统输送的三相高压电变换成适合电力机车使用的电能。牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。由于铁路电力牵引属于一

10、级负荷，所以牵引变电所须由两路高压输电线供电，并且在牵引变电所中设置两台牵引变压器。牵引变电所的额定电压，原边通常为110kV(或 220kV);副边为 27.5kV，比接触网的额定电压高 10%；AT 供电方式牵引变压器副边额定电压为 55kV 或 227.5kV。其中，三相 YN，d11 结线牵引变电所是我国电气化铁道目前采用多的一类。本次设计采用的即为三相 YN，d11 结线牵引变电所，它将 110kV 三相高压电变换为 27.5kV 单相电，并供给牵引网。这种牵引变电所中装设两台三相 YN，d11接线牵引变压器，可并联运行，也可以一台运行，另一台固定备用。其优点是牵引变电所低压侧保持三

11、相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。但其主要缺点是牵引变压器容量不能得到充分利用。牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式可分为一边供电、两边供电和环形供电。一边供电就是牵引变电所的电能由电力系统中一个方向的发电厂送来；两边供电是指牵引变电所的电能由电力系统中两个方向的发电厂送来；环形供电是指若干个发电厂、地区变电站通过高压输电线连接成环形的电力系统。本设计采用一边供电，它的电力系统的频率稳定、电压波动的幅度都较小。同时，由于本设计采用两路电源进线，从而保证电气化铁路的供电不会中断。牵引变电所按承担供电臂的供电任务分类可分为集中供电方式和分散供电方式。每个牵引变电所单独完成所辖区域供电臂

12、供电任务的供电方式即为集中供电方式，石家庄铁道学院毕业设计5通常设置两台变压器；而分散供电方式就是每个牵引变电所除了正常完成所辖供电臂的供电任务外，尚能在事故或检修的情况下承担相邻变电所所辖供电臂的供电任务，即越区供电，可设置一台变压器。本次设计采用集中供电方式，要求变电所有两回路进线，且该两回路进线应来自不同的电源点。2.3 牵引变电所主接线将三相电压变为单相电压是通过变电所的电气接线来实现的。牵引变电所(包括开闭所，分段开关段等)的电气主接线是指由主变压器、断路器、隔离开关等各种电气元件及其连接导线所组成的接受和分配电能的电路。电气主接线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明

13、电能的输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据。在设计中，主接线的确定对变电所的电气设备选择、配电装置布置、以及变电所的技术经济指标都具有重大的影响。主接线要求应可靠地保证对电力牵引负荷和地区负荷供电的需要，应能减少投资和运行费用，应保证运行灵活、检修维护安全方便，应力求接线简单、明显，操作简便可靠。牵引变电所电气主接线采用不同形式的母线即构成不同的接线形式。从供电系统长期运行实践中，主接线是根据变电所的容量规模、性能要求、电源条件及配电出线的要求确定的，其基本主接线形式有：单母线分段接线、带旁路母线的单母线分段接线、双母线接线、桥式接线、双 T 式接线。本次设计的

14、牵引变电所为高压侧采用桥式接线的三相牵引变电所主接线，装设两台同型号同容量的三相两绕组牵引变压器。桥式接线根据连接桥所处位置的不同，又可分为内桥式接线和外桥式接线。本设计采用的是内桥式接线，同时为了提高内桥式接线供电的可靠性和运行的灵活性，又在进线断路器外侧设置了一条带隔离开关的横向母线，称之为外跨条。这种形式的主接线在两条电源进线回路上均设有断路器，任意一条电源线路故障时，另一条都可自行投入使用，不影响向牵引变电所的供电。它不但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，而且在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线结线。 牵引负荷侧主接线采用隔离开关分段的单

15、母线接线方式，其馈线采用馈线断路器 100%备用的接线方式。单母线分段后可进行轮换检修，既具有单母线接线简单明显，经济方便的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。而馈线断路器的 100%备用虽操作转换较方便，但投资较大。考虑到本设计中馈线数量较少，故采用此种备用方式。此外，牵引变电所的直流操作电源采用复式整流装置。为提高整流电源的独立石家庄铁道学院毕业设计6性和可靠性，整流装置的交流电压除取自 27.5kV 侧所用电变压器 T-3 外，还取自110kV 进线隔离开关外侧设置的 110kV/0.23kV 的单相变压器 0T，以便在正常和事故情况下都能可靠的向整流装置供电。牵引变电所主接线图见附录

16、 B。2.4 牵引变电所主变压器牵引变压器是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏” 。牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分为主变压器(牵引变压器)、动力变压器、自耦变压器(AT)、所用变压器几种；根据接线型式不同，又有单相变压器、三相变压器、三相-二相变压器等。动力变压器一般是给本所以外的非牵引负荷供电，电压等级一般为 27.5/10kV，容量从几百至几千 KVA 不等。自耦变压器(AT)是 AT 供电的专用变压器，自身阻抗很小，一般沿牵引网每 1020kM 设一台，用以降低线路阻抗，提高网压水平及减少通信干扰。本次设计中，根据用途，

17、主要用到了三相主变压器和所用变压器。主变压器是牵引变电所内的核心设备，担负着将电力系统供给的 110kV的三相电源变换成适合电力机车使用的 27.5kV的单相电的任务。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，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。而所用变压器(又称自用电变压器)是给本所的二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电的设备，电压一般为 27.5/0.4kV或 27.5/0.23kV，容量从几十至几百KVA不等，本所用变压器电压为 27.5/0.4kV，容量为 80KVA。另外，

18、在变压器发生事故或检修时，变电所一般采用移动式或固定式备用变压器。采用移动式备用时，牵引变电所需设置专用的岔线。由于本次设计的牵引变电所不设置专用的岔线，所以采用固定式备用变压器。2.5 牵引变电所向接触网的供电方式对于单线区段，牵引变电所向接触网供电的方式有单边供电和两边供电；对于双线区段，牵引变电所向接触网供电的方式有同相一边并联供电、同相一边分开供电和双边纽结供电。我国电气化铁路大多采用单边供电方式，即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能。从两边获得电能的为双边供电，石家庄铁道学院毕业设计7双边供电可提高接触网末端网压，但由于其故障范围大、继电保护装

19、置复杂等原因尚未广泛采用。复线区段可通过分区亭将上下行接触网联接，实现“并联供电” ，即同相一边并联供电，可适当提高末端网压。本次设计采用的是单边同相一边分开供电，它的开关设备、继电保护和倒闸操作都比较简单。2.6 接触网的供电方式 电力机车所需要的电力靠电气化铁路的电网提供。电气化铁路的供电方式有好几种，广泛采用的有直接供电(DF)方式、带回流线的直接供电(DN)方式(如图 2-1)、自耦变压器(AT)供电方式、吸流变压器(BT)供电方式等。通常情况下，铁路系统采用直接供电方式或带回流线的直接供电方式。而对于运输繁忙的干线、高速重载区段或沿铁路电力系统电源点较少的区段，可采用自耦变压器供电方

20、式。图 2-1 带回流线的直接供电方式示意图综合铁路、电力系统、对铁路内外通信线路的防干扰要求等技术经济因素，本次设计采用直供加回流的供电方式。直供加回流供电方式是将从牵引变电所输出的电能，直接通过接触网供应给电力机车，回归电流除小部分通过轨道、大地回到牵引变电所外，还有大部分的电流通过回流线回到牵引变电所。回流线每隔一定距离与钢轨相连，既起到对邻近通信线路的防干扰作用，又兼有保护线的特性。这种供电方式的接触网结构简单可靠，工程投资、运营成本和维修工作量都少，近年来得到广泛应用。石家庄铁道学院毕业设计8石家庄铁道学院毕业设计9第 3 章 计算条件3.1 原始数据资料牵引计算结果：供电臂 A-上

21、行：n=3，KVAhA1833min6 .29上gtmin7 .37上t下行：n=3，KVAhA2455min5 .30下gtmin2 .35下t供电臂 B-上行：n=4，KVAhA2217min1 .27上gtmin4 .36上t 下行：n=4，KVAhA1999min9 .26下gtmin8 .33下t其中，n-供电臂的区间数；-列车在供电臂内上(下)方向的全部运行时间(min)； 下上t-列车在内的能耗()；A 下上tKVAh-列车在供电臂内上(下)方向的用电时间(min)。 下上gt近期调查年货量为=3000 万吨/年，牵引吨数=4500 吨，=57 对/日，其Q非N中该线路为复线客货

22、运铁路，上行供电臂 A 长为 22kM，下行供电臂 B 长为20kM。列车对数 N： 式中波动系数 K =1.2，储备系数 K =1.15，货物列车净载重系数=0.705，即货车净载重与12净货车总重之比。日对净/36705. 0450036510300015. 12 . 1365104421GKKN石家庄铁道学院毕业设计103.2 供电臂的参数确定在进行馈线电流的计算以前，先要确定各个供电臂的基本参数。供电臂 A：(3-1)(7 .1167 .3718334 . 24 . 2AtAIt上上上 (3-2)(4 .1672 .3524554 . 24 . 2AtAIt下下下 (3-3)(6 .1

23、486 .2918334 . 24 . 2AtgAI上上上(3-4)(2 .1935 .3024554 . 24 . 2AtgAI下下下 (3-5)(94. 014407 .3736ATtNm上上 (3-6)(88. 014402 .3536ATtNm下下 (3-7)247. 0144036 .2936nTtgNp上上 (3-8)254. 0144035 .3036nTtgNp下下 (3-9)27. 16 .297 .37上上上tgta (3-10)154. 15 .302 .35下下下tgta其中，-供电臂内列车平均电流(A)；tI-供电臂内列车用电平均电流(A)；I-供电臂同时存在的平均列

24、车数；m-供电臂内列车用电平均概率；p-列车电流间断系数。a石家庄铁道学院毕业设计11同理供电臂 B：(A)，(A)，=196.3(A)，=178.3(A)2 .146上tI9 .141下tI上I下I=0.91，=0.845，=0.169，=0.168，=1.34，=1.257上m下m上p下p上a下a石家庄铁道学院毕业设计12第 4 章 馈线电流进行负荷计算的第一步就是计算牵引供电臂的馈线电流。牵引变电所的负荷主要是电力牵引列车。与电力系统的负荷相比，牵引负荷的位置是移动的，其大小随线路坡度、列车密度等因素而发生很大的变化，且牵引负荷在供电分区任意分布，接触网电流为非正弦波。这些特点，使牵引供

25、电计算变得相当复杂，从而使馈线电流的计算也变得较复杂。馈线电流即为供电臂上的电流，它由牵引计算的结果和线路通过能力及行车量等条件决定。馈线电流的计算主要包括馈线平均电流和有效电流的计算。计算pIxI和的计算方法，目前多采用平均行车量法和概率计算法。前者是以给定的运量pIxI作为依据，并应用牵引计算的结果(列车能耗、列车运行时间和列车用电时间)规定了有关条件。后者主要应用概率知识和有关列车对数、列车电流和列车运行时间计算和。pIxI4.1 供电臂的平均电流的计算由第 3 章中计算的供电臂 A、B 的基本参数，运用概率计算法计算其平均电流有：供电臂 A：=3 0.247 148.6=110(A)(

26、4-1)上上上InpIp=3 0.254 193.2=147(A)(4-2)下下下InpIp故有： =110+147=257(A)(4-3)下上pppaIII供电臂 B：=4 0.169 196.3=131.9(A)(4-4)上上上InpIp =4 0.168 178.3=119.8(A)(4-5)下下下InpIp故有： =131.9+119.8=251.7(A)(4-6)下上pppbIII也可运用平均行车量法来计算：=1.667 36 (1833+2455)=257.3(A)(4-7)310667. 1下上ANIpa310=1.667 36 (2217+1999)=253(A) (4-8)3

27、10667. 1下上ANIpb310由此可见，两种方法的计算结果大致相同，为保险起见，接下来的计算运用数石家庄铁道学院毕业设计13值稍大的平均行车量法的计算结果，即：(A)，(A)。3 .257paI253pbI4.2 供电臂的有效电流的计算 供电臂 A、B 的有效电流，通常用计算，现用实用简下上下上ppxxxIIIII222化公式计算，即：pxxIKI供电臂 A 的有效电流=， (4-9)1xIxKpaI而供电臂有效电流系数为： (4-10) 088. 188. 094. 01213. 11 . 1111 . 11下上mmaKx其中 (4-11)213. 15 .306 .292 .357

28、.37gtta所以有 =1.088 257.3=279.9(A) (4-12)1xI同理供电臂 B 的有效电流：=282.348(A)2xI 石家庄铁道学院毕业设计14石家庄铁道学院毕业设计15第 5 章 牵引变压器的容量计算及校核对交流牵引变电所而言，牵引变电所容量的计算与确定，就是牵引变压器容量的计算与确定。牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，其容量大小将关系到能否完成预定的运输任务和运营成本。从安全运行和经济方面来看，容量过小会使变压器长期过载，将造成变压器寿命缩短，以至烧损变压器，反之，容量过大将使变压器长期不能满载运行，损耗增加，从而造成变压器容量浪费，使运营费用增大。为了经济合理的

29、选择牵引变压器容量，计算分三个步骤进行：首先按正常运行的计算条件求出变压器应牵引负荷所必须的最小容量，即确定计算容量；接着按列车紧密运行时的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力所计算的容量，即确定校核容量；最后根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式等)，按变压器实际产品的规格所确定的变压器台数与容量。5.1 牵引变压器的计算容量计算容量取决于各供电臂的负荷电流，各供电臂的负荷即是牵引变电所的馈线电流。牵引变压器的容量应能满足负荷的需要。对于三相牵引变压器，由于低压侧三角形接线绕组中的三相电流是不均匀的，故有重负荷相与轻负荷相之分。为此，应以重负荷绕组中的有效电流计算其容量。由于

30、，供电臂 B 为重负荷，应以它的有效电流计算其容量，故有：21xxII (5-1)pbpaxxtIIIIUKS2421222533 .2572)9 .279()348.282(45 .279 . 022(KVA)17975式中，-三相变压器的温度系数，一般取=0.9。tKtK5.2 牵引变压器的校核容量牵引变压器的最大容量是为了满足列车紧密运行的需要，而校核容量是在此基础上保证牵引变压器在充分利用过负荷能力的情况下能安全运行。校核容量可以充分地利用过负荷能力满足最大容量的需要。变压器的过负荷能力，是以过负荷倍数即负荷电流与额定电流之比 K 来表示的。一般情况下，校核容量小于最大容量。石家庄铁道

31、学院毕业设计16校核容量的计算条件，是按其最大容量的需要来确定的。应计算最大列车数()，具体有如下要求：maxN非N(1)重负荷臂按对应的非平行运行图区间通过能力(或按线路输送能力)的 95%非N列车概率积分最大值来计算供电臂最大短时电流(简称最大电流)，轻负荷臂取对应的供电臂有效电流。非N(2)应用非平行运行图区间通过能力来校核。非N5.2.1 对应于的重负荷供电臂有效电流计算非N下面运用概率计算法计算负荷供电臂有效电流。对应于，重负荷供电臂 B 的列车用电平均概率有：非N (5-2)268. 0144041 .2757nTtgNp上非上 (5-3)266. 0144049 .2657nTt

32、gNp下非下按双线有上行车或下行车的概率为： =0.268+0.266-0.268 0.266=0.463 (5-4)下上下上PPPPP由 P 查曲线得，=3.37 187.38=631.47(A)。其中，pnfI,maxII37. 3max (5-5)(38.1879 .261 .27)19992217(4 . 24 . 2)()(AtgAI下上下上5.2.2 对应于的轻负荷供电臂有效电流计算非N对应于，轻负荷供电臂 A 同时存在的平均列车数：非N (5-6)49. 114407 .3757TtNm上非上 (5-7)39. 114402 .3557TtNm下非下由式(4-11)得=1.213

33、，则a (5-8)056. 139. 149. 11213. 11 . 1111 . 11下上mmaKx (5-9)310667. 1下上非ANIp=1.667 57 (1833+2455) 0.001=407.44(A)石家庄铁道学院毕业设计17故得: =1.056 407.44=430.26(A) (5-10)pxxIKI15.3 最大容量及校核容量的计算最大容量为： maxS (5-11)1maxmax65. 02xtIIUKS=0.9 27.5 (2 631.47+0.65430.26) =38180(KVA) 其中，-温度系数。tK校核容量为：=38180/1.5=25454(KVA

34、)(5-12)SKSSmax石家庄铁道学院毕业设计18第 6 章 牵引变压器的选择牵引变压器是牵引变电所内的核心设备，担负着将电力系统供给的 110kV或220kV的三相电源变换成适合电力机车使用的 27.5kV的单相电的作用。变压器容量过大或过小都不利于变压器的运行，因此牵引变压器的选择变得极其重要。6.1 牵引变压器的类型根据类型不同，牵引变压器可分为：单相牵引变压器、三相牵引变压器、三相-二相牵引变压器。6.1.1 单相牵引变压器由单相牵引变压器构成的单相牵引变电所，一般采用两台单相牵引变压器 V/V接线。这种牵引变电所的优点是：牵引变压器容量利用率可达到 100%；在正常运行时，牵引侧

35、保持三相，所以可供应牵引变电所自用电和地区三相负载；主接线较简单，设备较少，投资较省；对电力系统的负序影响比单相结线小；对接触网的供电可实现两边供电。它的主要缺点是：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，在倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，从而影响行车。而当一台变压器跨相供电时，它实质上成为了单相结线牵引变电所，对电力系统的负序影响随之增大。单相结线牵引变压器负荷，在电力系统中引起的不对称度最严重，达到 100%。6.1.2 三相牵引变压器三相牵引变电所是我国电气化铁道目前采用较多的一类。在牵引变电所安装时，三

36、相牵引变压器 YN 接线的原绕组接入三相电力系统，接线的副绕组一角接地和钢轨，另两角分别接入接触网的两个相邻区段。6.1.2.1 三相牵引变压器容量利用率由三相 YN，d11 结线牵引变压器绕组电流分布(如图 6-1)，可得出其绕组电流的关系(就电流绝对值而言)为：石家庄铁道学院毕业设计19 (6-1)378. 0713137caabbcababcabcIIIIIIIII图 6-1 三相 YN，d11 结线牵引变压器绕组电流分布三相变压器侧额定电流(线电流)等于绕组额定电流的倍。当时，eI3IIIba由式(6-1)第一式可知，等于绕组 bc 或 ac 电流的，即 1.134 倍。当绕组 bc

37、或I73ac 电流达到额定值时，。这时牵引变压器的输出3eIeeIII655. 03134. 1容量为 eeeeecIUIUIUS31. 1655. 022(6-2)式中，为牵引变压器副边额定电压。三相变压器额定容量。于是，eUeeeIUS3牵引变压器的容量利用率 (6-3) 756. 0331. 1eeeeecIUIUSS即三相 YN，d11 结线牵引变压器承担单相牵引负荷时，其输出容量只能达到其额定容量的 75.6%。但是在实际中，由于绕组 bc、ac 电流达到额定值时，绕组 ab 只达到或710.378 倍的额定电流。原边对应相绕组电流也是这样。所以三相牵引变压器还没有达到额定温升，即还

38、有一定的负载能力。为了考虑这一负载能力，通常引入一个温度系数。tK可按下式计算(6-4)21312118 . 0114 . 24 . 31IIIIdddKt石家庄铁道学院毕业设计20式中，-最大一相绕组的负荷电流；1I、-其余两组绕组的负荷电流；2I3I-变压器额定条件下的短路损耗与空载损耗之比值。若铁芯采用冷轧d硅钢片，则=56;若铁芯采用热轧硅钢片，则=34。dd由上式可知，为定值时，温度系数与两供电臂负荷电流大小的比值有关。dtKn从研究三相牵引变压器的温升及冷却变化规律中可得 (1) (6-5)nKt04. 087. 0n在设计中，一般近似地取=0.9，或取，即三相牵引变压器的实际tK

39、111. 11tK输出容量可在额定容量的 75.6%的基础上再提高 11.1%，亦即其容量利用率可达到1.1110.756=0.84。6.1.2.2 三相牵引变压器不对称度当两供电臂电流相等时，三相牵引变压器的电流不对称度为 50%；当两供电臂中一臂有电流，另一臂无电流时，三相牵引变压器的电流不对称度为 100%。6.1.2.3 三相牵引变压器的优缺点由三相牵引变压器构成的三相牵引变电所，其优点是：牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电流；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；在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格

40、也较便宜；对牵引网的供电可实现两边供电。其缺点主要是：牵引变压器容量不能得到充分利用；与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比，主结线要复杂一些，用的设备、工程投资也较多，维护、检修工作量及相应的费用也有所增加。6.1.3 三相-二相牵引变压器三相-二相牵引变压器按其接线型式主要分为斯科特结线变压器、采用 YN，结线阻抗匹配平衡变压器、采用 YN，结线平衡变压器等。6.1.3.1 斯科特结线变压器斯科特结线牵引变压器实际上是由两台单相变压器按规定连接而成的。一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为 M 座变压器；另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另

41、一相，另一端接到石家庄铁道学院毕业设计21M 座变压器原边绕组的中点 O，称为 T 座变压器。这种接线型式把对称三相电压变换成对称二相电压，用其一相供应一边供电臂，另一相供应另一边供电臂。斯科特结线牵引变电所装设两台斯科特结线牵引变压器，可以两台并联运行，也可一台运行，另一台固定备用。这种牵引变电所的优点是：变压器容量可全部利用；当 M 座和 T 座两供电臂负荷电流大小相等、功率因数也相等时，斯科特牵引变压器原边三相电流对称；能供应牵引变电所自用电和站区三相电力(用逆斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压)；对接触网供电可实现两边供电。其缺点是：斯科特结线牵引变压器制造难度大，造价较

42、高；牵引变电所主接线复杂，设备较多，工程投资也较多，维护、检修工作量及相应的费用也有所增加；其原边 T 接点(O 点)电位随负载变化而产生漂移，严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，且同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担，为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。在 M 座和 T 座两供电臂负荷电流大小相等、功率因数也相等的条件下，斯科特结线牵引变压器原边三相电流大小相等、相位互差，即原边三相电流对称。当120然，实际中假设条件不能完全满足，故原边三相电流也不是完全对称的。6.1.3.2 YN，结线阻抗匹配

43、平衡变压器YN，结线阻抗匹配平衡变压器原边情况与普通三相 YN，d11 结线变压器的原边情况完全相同，铁芯也是三芯式的。副边绕组在普通三相 YN，d11 结线变压器的非接地相增设两个外移绕组、。内三角形接线的一角 c 与轨道、接地网连ab接。、两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。其主要特点是通过副边绕组三角形接线的结构和阻抗的改变，实现将三相对称电压变换成二相对称电压。采用 YN，结线阻抗匹配平衡变压器的牵引变电所中，装设两台 YN，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，另一台固定备用。其优点是：当阻抗匹配系数一定时()，无论副边或

44、，原13 IIII边三相电流平衡，即无零序电流。当副边、时，原边三相电IIcoscos流对称，没有负序电流对电力系统的影响。原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率，变压器容量可全部利用。原边仍为 YN 接线，中性点引出，与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有接线绕组，三次谐波电流可以流通，使主磁通和电势波形有较好的正弦度。利用逆斯科特接线变压器把对称两石家庄铁道学院毕业设计22相电压变换成对称三相电压，可供应牵引变电所自用电和站区三相电力。对接触网的供电可实现两边供电。其缺点是：设计计算及制造工艺复杂，造价较高。、两供电臂之间的分相绝缘器两端承受的电压较高，应注意加强分相绝缘器

45、的绝缘。采用 YN，结线平衡变压器的牵引变电所，是对 YN，结线阻抗匹配平衡变压器的改造，在此不对其具体介绍。另外，还有非阻抗匹配 YN，结线平衡变压器，在此也不予以介绍。6.2 牵引变压器的选择牵引变压器的安装容量，是在计算容量与校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按其系列产品确定的牵引变压器台数与容量。为了确定牵引变压器的安装容量，除了其计算容量与校核容量外，主要考虑因素是其备用方式。牵引变压器的系列产品，额定容量优先数为 R10 系列，有10000，12500，16000，20000，25000，31500，40000，50000，63000，80000，100000(KVA)等。本次

46、设计中，选择计算容量与校核容量中值较大的KVA，又因备38180maxS用方式为固定全备用，所以安装容量采用 2 31500KVA 的牵引变压器。由变压器允许过负荷 50%可得，固定全备用方式下，=31500 1.5=47250KVAmaxbS与由计算得到的=38180KVA 相比略大一些，故所选安装容量是合适的。maxbS查电气化铁道施工手册牵引变电所P18表 1-2-1，如下：表 6-1 三相双绕组牵引变压器主要技术数据表型号SF1-31500/110SF1-20000/110额定容量(KVA)3150020000高压110110额定电压(kV)低压27.527.5高压165105额定电流

47、(A)低压661420阻抗电压(%)10.510.5连接组别YN，d11YN，d11综合比较各种变压器的优缺点及不平衡度等因素，并考虑到设计中涉及的是大运量的复线区段，且该线路采用两台变压器固定全备用，所以最后选择的两台变压器的型号为 SF1-31500/110。石家庄铁道学院毕业设计23石家庄铁道学院毕业设计24第 7 章 结论与展望7.1 结论电力牵引供电系统中，牵引变电所是一个不可或缺的重要组成部分。在我国，电气化铁路大多数采用工频单相交流牵引制，这是一种新技术，随着新技术的应用，在供电方式、保证供电质量、提高供电的可靠性和经济性方面有了很大的提高，而这种牵引制的实现正体现在牵引变电所中

48、，则牵引变电所的设计就更加重要了。本次设计是 110kV 牵引变电所的设计，牵引变电所将三相 110kV 高压转变成27.5kV 的单相电。设计中要求：进行牵引供电负荷计算，根据牵引负荷计算结果合理确定牵引变压器容量，确定牵引变压器的类型接线及供电容量。设计的基本情况如下：(1)牵引变电所的主接线，在 110kV 侧，采用了带外跨条的内桥式接线，该种接线方式具有结构简单、运行可靠等优点；27.5kV 侧，采用了单母线分段接线方式，这种接线方式不仅有单母线接线方式本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度上提高了供电的可靠性。(2)牵引变电所装设了两台同型号、同容量的 YN，d11 变压器，

49、平时一台工作，一台备用。(3)通过负荷计算对牵引变压器进行了合适的选型，牵引变压器采用 SFS7-31500/110 型号。总之，本次设计基本满足了设计的要求，牵引变压器能够满足牵引供电系统各种运行方式的需要，且其选型具有先进性和通用性，运行可靠，但仍然存在很多欠缺和不足之处，有待于改进和提高。7.2 展望现代电网的设计运行技术近年取得了长足发展，但随着生活现代化的进程，对电力供应的可靠性要求也日益提高。因此，输电和配电系统的可靠性已成为规划、设计、运行应考虑的首要因素。目前我国电力工业还会有很大发展，按照我国“九五”规划和 2010 年发展目标的要求，将继续维持较高的增长速度。从长远出路来看

50、，应该进一步依靠科技进步，石家庄铁道学院毕业设计25大幅度增加再生能源发电的比例，并且实现能源的高效利用，同时发展与环境兼容的能源利用技术以及发展新型输配电技术和电能质量控制技术。铁路牵引供电只是我国电力工业中的一小部分，现代化铁路以高速、快捷作为最终的目标。首先只有对牵引供电系统进行不断的改进和提高，才能实现这个最终的目标。随着我国电力技术的发展，牵引供电系统也不断更新，如我国磁悬浮铁路的修建就是一个很好的例子。综上所述，对现代电网的要求可以概括为“可靠、高效、灵活、开放”。用它描述未来电网的特征似更恰当。未来的牵引变电所会更加高效，电气化铁道的运营会更加完善，我国的电气化铁道前途一片光明!

51、石家庄铁道学院毕业设计26参考文献1 袁则富,何英光译.电气化铁道供电M.成都:西南交大出版社.1989.25302 李自良,陈薇.牵引变电站M.北京:中国铁道出版社.1984.44493 曹建.电气化铁道供电系统M.北京:中国铁道出版社.1984.19234 贺威俊,简志良.电气化铁道供电工程M.北京:中国铁道出版社.1983.885 郑州铁路局编.铁道供电(第四册)M.1999.74796 冯仁杰.中等专业学校教材:电气化铁道供电系统M.北京:中国铁道出版社.19977 林永顺.牵引变电所M.北京:中国铁道出版社.1991.15188 王新学.电力网及电力系统M.第三版.北京:中国电力出版

52、社.1992.59609 何仰赞,温增银.电力系统分析M.第三版(上下册).武汉:华中科技大学出版社.2002.10211010 缪耀珊.交流电气化铁道吸流变压器和回流线装置M.北京:人民铁道出版社.1979.515211 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统M.成都:西南交大出版社.2002.157912 铁道部电气化工程局第一工程处组编.牵引变电所-电气化铁道施工手册M.北京:中国铁道出版社.2000.374013 刘介才.工厂供电M.第三版.北京:机械工业出版社.1997.565914 陈跃.电力系统分析M.北京:中国水利出版社.2003.9910315 Protective Relay

53、A. R Van C. Warrington 1974.555616 Applied Protective Relaying Westinghouse Electric Cooperation 1976.1014石家庄铁道学院毕业设计27致 谢毕业设计是大学的最后一个音符，它是对大学四年所学知识的综合应用。通过这次毕业设计，我不仅把大学中所学过的专业课知识很好的运用于实际，而且很大程度上拓宽了自己其它方面的知识，为今后的工作打下了坚实的基础。在毕业设计期间，我们的指导老师崔跃华老师经常不辞劳苦地到教室，给我们耐心的讲解，或者是共同探讨设计过程中所遇到的疑难问题，给了我们很多很好的建议和意见。这

54、次毕业设计的成功，崔老师付出了太多的汗水和艰辛。在此，我向崔老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时，在我们搞毕业设计的过程中，和我同组的几位同学：常宏杰、李晓飞、汪路等给了我不少的帮助，毕业设计的顺利完成，是我们组成员集体智慧的结晶，是大家共同配合的结果。在此，对他们的合作和帮助表示感谢！付出总会有回报，这几个月的认真设计，再加上崔老师的精心辅导，我们迈过了艰难的每一步，按时地完成了毕业设计，基本达到了预期的目标。最后，感谢在大学时期带给我文化知识的所有老师以及在学习生活中给予我帮助的同学，并致以诚挚的谢意！田娜田娜 2006年6月石家庄铁道学院毕业设计28附录 A外文资料Electrified

55、 Railway of our countryIn our country, the first electrified railway built in a line Baoji Po Fung states, stands 91kM to the official opening in August 1961,has more than 40 years, as the end of 2002 the National electrified railway business mileage has 18336kM. Accompanied by the Zhengzhou Xuzhou

56、started electrification projects, Jinan Bureau is about to enter the Business of the electrification of railway, and become the electrified railway new members.My electrified railway use the public frequency of single-phase communication electric traction system, and its rated voltage is 25kV. The t

57、raction power is electricity, traction power equipment change the national electricity transmission system for electricity used to power locomotives used in the form of electricity. So the traction power supply equipment and electric locomotives are the two major railway equipment, railway equipment

58、 and other infrastructure should be commensurate with.(一) traction power supply system profilesThe power devices, that transmit the electric from the electric power system to power locomotives, call the shopping strip or the electrified railway power supply systems. And the power supply systems prim

59、arily components traction substations and the contact network. Traction substations transmit the power system voltage from 110kV lines (or 220kV) to 27.5kV, the electricity will be fed wires sent to the contact network; The contact network built along the railway network over the bridge, and the pow

60、er of locomotives or bow can be obtained the energy from it to drive the train. Traction substations location of the contact network has hours of insulation, and between the two neighboring traction substations has district booths, corresponding to a sub-network of the insulation. The contact networ