货运铁路牵引变电所的电气系统设计

1、毕业设计任务书题目货运铁路牵引变电所的电气系统设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名导师职称讲师一、主要内容 1. 按规定供、馈电容量与要求确定电气主结线。2. 短路电流计算。3. 牵引变压器容量、型式及台数的选择。4. 母线（导体）和主要一次电气设备选择。5. 配置所需的二次系统，并进行继电保护整定计算。6. 进行防雷与接地的设计。二、基本要求1. 设计计算说明书一份，要求条目清楚、计算正确、文本整洁。2. 绘制出牵引变电所电气主接线图。三、主要技术指标（或研究方法）1. 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

2、意图2. 电力系统 1、2 均为区域变电站，电力系统容量分别为 4000MVA 和 4800MVA 选取基准容量 Sj 为 100MVA，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 0.10 和0.12，在最小运行方式下，电力系统 1、2 的综合电抗标幺值分别为 0.11 和 0.14。 对每个牵引变电所而言，110kV 线路为一主一备。图 1 中，L1、L2、L3长度分别 30km、50km、20km。线路平均正序电抗 X1为 0.4/km, 平均零序电抗 X0为 1.2/km。基本设计数据如表 1 所示。表 1 牵引变电所基本设计数据项目项目A A 牵引变电所牵引变电所左臂

3、负荷全日有效值（A）560右臂负荷全日有效值（A）780左臂短时最大负荷（A）注860右臂短时最大负荷（A）1080 续表 1项目项目A A 牵引变电所牵引变电所牵引负荷功率因数0.85(感性)10kV 地区负荷容量（kVA）2100010kV 地区负荷功率因数0.86(感性)牵引变压器接线型式自选牵引变压器 110kV 接线型式自选左供电臂 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2 回路工作，1 回路备用预计中期牵引负荷增长30注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。3.根据需要，可自行补充其它资料。四、应收集的资料及参考文献

4、1. 李彦哲,胡彦奎,王果等.电气化铁道供电系统与设计M.兰州:兰州大学出版社,2006.2. 贺威俊,简克良.电气化铁道供变电工程M.北京:铁道出版社,1983.3. 刘国亭.电力工程 CADM.北京:中国水利水电出版社,2006.4. 曾成碧,赵莉华.电机学M,北京:机械工业出版社,2005.5. 张保会,尹项根.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版社,2005.6. 谭秀炳,交流电.气化铁道牵引供电系统M.西南交通大学出版社.2009.7. 李群湛,贺建闽.牵引供电系统分析M.西南交大出版社 2010.五、进度计划1. 第 1-3 周： 调研、收集材料，完成外文翻译、开题报告；2. 第

5、 4 周： 分析、确定方案；3. 第 5-7 周： 设计、计算、绘图；4. 第 8 周： 中期检查；5. 第 9-11 周： 撰写论文；6. 第 12-14 周： 论文审核定稿；7. 第 15-16 周： 答辩。教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目货运铁路牵引变电所的电气系统设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化一、研究背景牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和动车组使用。牵引变电所把区域电力系统输送来的电能，根据电力牵引

6、对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别输送到铁路沿线上架设的接触网，为电力机车或动车组供电，因此牵引变电所是电气化铁路的“心脏”。牵引变电所能否安全运行，直接关系到电气化铁路的运行情况。因此，牵引变电所的研究对电气化铁路的发展以及安全运行都有着很重要的意义，对国民经济的发展也有直接或间接的影响。二、国内外研究现状我国电气化铁道牵引变电所二次设备技术水平的发展，牵引变电所综合自动化系统被广泛应用。武广高速铁路牵引变电所采用的综合自动化系统技术为牵引供电可靠性及供电质量提供了保障。在对既有经验与技术总结的同时，进一步探索变电所数字化设计的可行性是十分必要的。目前，我国交、直流

7、牵引变电所技术装备产生了重大变化，主设备向高可靠性、小型化和免维修方面发展；变电所主接线和辅助设施逐步趋于简化和典型化；远动监控、故障录波和微机保护与自动装置得到广泛的推广应用，最终将实现高度自动化的减员值班和无人值班的牵引变电所的目标。国外牵引变电所一般采用提高供电方式，以增大系统短路容量，来减小对系统和用户的影响。如：欧洲一些发达国家和日本都采用这种方法。并且国外的牵引变电所在运营模式上已经做到无人值守。三、研究方案根据已经给出的电力系统的容量，参照铁道部电气化铁路牵引变电所设计规范，按照设计任务书要求首先进行参数计算，选择确定牵引变电所主变压器的安装容量和接线形式以及确定主变压器的备用方

8、式。然后提出牵引变电所高压侧和馈线侧的几种接线方案、通过比较确定高压侧和馈线侧的最优接线方案。接着对牵引变电所进行短路计算，根据计算的结果选择确定各高压设备的型号并对所选设备进行动稳定性和热稳定性校验。再接着对牵引变电所进行二次系统设计，确定变压器和馈线的继电保护。然后参照电气化铁路牵引变电所设计规范根据计算结果选择确定防雷和接地设施。并且使用 AutoCAD 绘制出一次侧的主接线图。四、预期达到的结果通过对牵引变压器正常负荷和紧密运行状态下的容量进行计算以及对中远期运量进行估计，对主变压器进行初步选型，确定出主变压器的安装容量和接线形式以及备用方式以及；确定出高压侧和馈线侧分别采用何种接线方

9、式；分别对牵引变压器高压侧和低压侧进行短路计算,正确选择出 110kV 侧和 27.5kV 侧的进线、母线、高压断路器、高压熔断器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和绝缘子等设备并完成校验；确定出牵引变压器和馈线的继电保护方式，选择出合适的防雷和接地装置；最后用 AutoCAD 软件绘制出牵引变电所一次设备的主接线图。指导教师签字时间年 月 日摘要货运铁路牵引变电所是铁路系统的重要组成部分，起着变换和分配电能的作用,它直接影响整个铁路系统的安全与经济运行。本设计主要针对牵引供电系统进行设计和研究。主要包括牵引负荷的计算、主变压器接线方式的分析比较、主变压器型号和台数的选择、牵引变电所进线和馈线

10、方式的选择、短路计算、高压设备的选取和校验、继电保护的拟定与计算、牵引变电所防雷与接地装置的设置。其中电气主接线是变电所设计的主要环节，直接关系着整个变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，并且是牵引变电所电气部分投资大小的决定性因素。短路电流计算是本次设计的关键部分，通过计算对断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、熔断器等进行选择校验和进行继电保护的拟定计算。本次毕业设计实现了任务书要求的全部内容，选择出牵引变压器，高压侧、低压侧的电气设备，确定了主接线方式。并且用 AutoCAD 绘出了系统的主接线图。关键词:主接线主变压器电气设备AbstractFreight

11、 railway traction substation is an important part of the railway system, playing a role in transformation and distribution of electric energy, which directly affects the security and economic operation of the whole railway system.The design is mainly for traction power supply system and substation e

12、ngineering. including traction load calculation, the main transformer wiring analysis and comparison, the main transformer model and the choice of the number of units, traction line and substation feeder mode choice, short circuit calculations, high-voltage equipment selection and validation, formul

13、ation and calculation of relay protection, traction substation lightning protection and grounding device settings. Substation main electrical wiring which is the main part of the design is directly related to the choice of the entire substation electrical equipment, distribution equipment layout, re

14、lay protection and automatic device to determine, and is part of the investment size electric traction substation the decisive factor. Short-circuit current calculation is a critical part of this design, by calculation circuit breakers, disconnectors, voltage transformers, current transformers, fuse

15、s, etc. Select the intended protection checksum calculation.The graduation project has successfully achieved the entire contents of the mission statement.The project has picked out the appropt traction transformers , high-side(low-side) electrical equipment, and has determined the main wiring, as we

16、ll as using AutoCAD to plot main wiring diagram.Key words: Main connection The main transformerElectrical equipment目 录第 1 章绪论11.1课题研究的背景11.2电气化铁路的国内外现状11.3 本设计研究的主要内容 2第 2 章变压器的选择32.1牵引变压器作用及类型32.1.1牵引变压器作用32.1.2牵引变压器的类型32.2牵引变压器台数和容量的选择52.2.1牵引变压器选择原则52.2.2牵引变压器的选择5第 3 章牵引变电所主接线设计83.1电气主接线的基本要求83.2

17、牵引变电所一次侧主接线的基本形式83.3牵引变电所馈线侧主接线基本形式103.4电气主接线方案的确定12第 4 章短路电流计算134.1短路点的确定134.2110KV 短路电流计算 134.327.5KV 短路电流计算 154.410KV 侧短路电流计算 16第 5 章电气设备选型195.1断路器的选型及校验195.2高压隔离开关的选型及校验205.3电流互感器的选择与校验215.4电压互感器的选择225.5避雷器的选择225.6熔断器的选择235.7导线选择及校验235.7.1导线的选择依据235.7.2导线选型及校验255.7.3母线选型及校验265.8支持绝缘子265.8.1支持绝缘子

18、选型及校验275.8.2穿墙套管选型及校验27第 6 章继电保护的配置与整定296.1继电保护的任务和要求296.1.1继电保护的任务296.1.2继电保护基本要求296.2牵引变压器的保护306.2.1纵联差动保护306.2.2瓦斯保护316.2.3过电流保护326.2.4接地保护326.3馈线的保护32第 7 章变电所的防雷保护与接地装置的设计347.1变电所的防雷保护347.1.1直击雷防护347.1.2雷电波侵入的防护347.2接地装置357.2.1接地与接地装置的定义357.2.2接地装置的设计36第 8 章结论37参考文献38致谢39附录40附录 A外文资料40附录 B系统图52第

19、 1 章绪 论1.1课题研究的背景牵引供电系统的构成简化图如图 1-1 所示。相对牵引变电所而言，通常把为其供电的电力系统称为外部电源或一次系统。牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成。图 1-1牵引供电系统的构成简图电力系统与输电线：它们为电气化铁路提供高压电源，其电压为 110kV 或220kV。电气化铁路的牵引负荷是一级负荷，故要求电源有足够的容量和较高的可靠度。牵引变电所：牵引变电所的作用是将电力系统供应的电能转变为是核电力牵引供电方式的电能，其中的核心元件是牵引变压器，并设有备用。与地方变电所相比，牵引变电所绝大多数情况下是用于提供牵引用电作为区别，而称为牵引变电所。牵引网：由馈(电)

20、线、接触网、轨(地)、回流线等组成，是牵引供电网(回路)，完成对电力机车的送电任务。1.2电气化铁路的国内外现状电气化铁路对于实现我国铁路重载、高速起到了至关重要的作用。至 2007年底，我国的电气化铁路营业里程已达到了 24046.6km，占我国铁路总营业里程的 37.8%，各大干线都已实现了电气化。近年来，我国变电所自动化的技术特点是新老交替、新老结合、新老并存，既有以常规远动装置为核心派生的老站改造模式，又有局部或完全分散的新站设计模式，更有保护监控仪表录波防误操作等功能，并且很多变电所都实现了自动化。现代电力牵引都以公用电网配电，实质上是取用经变换的单相电。在我国，矿山电力牵引、城市电

21、车和地下铁道或轻轨交通都采用直流制，电压从45V 到 3000V 不等；电气化铁路都采用工频(50Hz)，额定电压为 27.5kV 或227.5kV 的单相交流制。1.3 本设计研究的主要内容本设计主要是货运铁路牵引变电所电气设计。根据步骤进行设计，通过对牵引与电气计算，确定变压器容量、台数、接线方式和备用方式，根据原始资料及技术要求确定变压器主接线形式，短路计算，再根据短路计算结果进行一次设备的选型与校验最后是牵引变电所防雷保护与接地装置的设计。供变电系统及装置的设计，不仅要满足正常运行方式下的各种工作状态及运行条件的要求，而且还应考虑在故障条件下如何缩小或限制故障的范围及影响，并保证电气设

22、备在故障状态下可靠的工作。第 2 章变压器的选择2.1牵引变压器作用及类型2.1.1牵引变压器作用牵引变压器的作用是将110kV或220kV三相交流电能变换成27.5kV(或55kV)的单相交流电能供电力机车使用，在牵引变电所中起到降压分相的作用。目前，我国牵引供电系统中采用的牵引变压器主要有：单相变压器、三相星形三角形接法变压器、三相三绕组十字交叉接线变压器、斯科特接线变压器、三相星形延边三角形接法变压器和三相星形曲折延边三角形接线变压器。2.1.2牵引变压器的类型按牵引变压器的联接方式分为单相联结；Vv 联结；和三相 YNd11 联结；Scott 联结等。(1)单相牵引变电所的优点：牵引变

23、压器的容量利用率可达 100%；主结线简单，设备少，占地面积小，投资省等。缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电；对电力系统的负序影响最大；对接触网的供电不能实现两边供电。这种联结只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。图 2-1单相联接原理图(2)Vv 联结牵引变电所不但保持了单相 V，v 联结牵引变电所的主要优点，而且完全克服了单相 V，v 联结牵引变电所的缺点。最可取的是解决了单相V，v 联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题。同时，三相V，v 联结牵引变压器有两台独立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传递；两台的容量

24、可以相等，也可以不相等；两台的二次侧电压可以相同，也可以不相同，有利于实现分相有载或无载调压。为牵引变压器的选型提供了一种新的连接形式。图 2-2Vv 联接原理图(3)三相联结牵引变电所，这种牵引变电所中装设两台三相 YNd11 联结牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。三相 YNd11 联结牵引变电所的优点是：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力；能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时，另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况；三相 YNd11 联结变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也较便宜；一次侧

25、 YN 联结中性点可以引出接地，一次绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便。对接触网的供电可实现两边供电。缺点主要是牵引变压器容量利用率不高。当重负荷相线圈电流达到额定值时，牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的 75.6%，引入温度系数也只能达到 84%。图 2-3YNd11 联接原理图2.2牵引变压器台数和容量的选择2.2.1牵引变压器选择原则(1)为保证供电的可靠性，在变电所中，一般装设两台主变压器；(2)为满足运行的灵敏性和可靠性，如有重要负荷的变电 所，应选择两台三绕组变压器，选用三绕组变压器占地面积小，运行及维护工作量少，价格低于四台双绕组变压器，因此三绕组变压器的选择大大

26、优于四台双绕组变压器；(3)装有两台主变压器的变电所，其中一台事故后其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的 70%以上，并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。2.2.2牵引变压器的选择三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的。本变电所考虑为固定备用方式，按故障检修时的需要，应设两台牵引用主变压器。计算容量公式：(2-1) tcaNKIUS23其中() kV5 .27,94. 02NtUK 全日平均电流A16.39741. 1560KI左左gA19.55341. 1780KI右右gA04.59556016.39719.5532780431III2431222gg2左左右右IIca计算容量：

27、AkV35.4614594. 004.5955 .27332tcaNKIUS牵引变电所的并联补偿分为并联电容补偿和并联无功补偿两种，可以与牵引网的并联电容补偿联合运用，也可以单独使用。考虑到投资效益比，电气化铁路多单独使用。根据本设计基础资料的要求，因此需要进行并联无功补偿(PRC)，考虑到变压所的高压侧的无功损耗大于有功损耗，故取进行补偿，9 . 0cos292. 0cos2然后计算。AkV55.3922335.4614585. 085. 030SP补偿后：AkV29.4263492. 055.3922392. 030PS紧密运行下的计算容量：A93.60941. 1860KI左左gA96.

28、76541. 11080KI右右gA28.83986096.76593.60921080431III2431222gg2左左右右IIca紧密运行下的计算容量：AkV16.6508694. 028.8395 .27332tcaNKIUS由于牵引负荷功率因数为 0.85。AkV24.5532316.6508685. 085. 030SP补偿后：AkV96.6013392. 024.5532392. 030PS校核容量： (2-2)KSmax校S其中 K=1.5AkV31.400895 . 196.60133KSS补校中期变压器计算：中期牵引负荷增长 30%:AkV58.5542429.426343

29、 . 1S3 . 1长S紧密运行方式下：AkV15.7817496.601333 . 1S3 . 1长S校核容量：AkV1 .521165 . 115.781745 . 1S长校S根据计算的容量,选用 SF10-QY-63000/110 型牵引变压器两台。空载损耗44.6，负载损耗 246，空载电流 0.2%,阻抗电压 10.5%。同时根据要求，10KV 侧选用 SF11-1000/27.5 型电力变压器。空载损耗1.65，负载损耗 13.5，空载电流 1.0%,阻抗电压 6.5%。第 3 章牵引变电所主接线设计3.1电气主接线的基本要求电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的

30、首要环节。对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。(1)可靠性保证对牵引负荷和地区负荷的供电可靠性和电能质量。牵引负荷和部分地区负荷均为一级负荷，必须保证供电的安全可靠性，为此要保证牵引变电所电源引入可靠，选择主接线时要考虑在电路的转换、设备的检修和事故处理时供电的可靠性和连续性。为了满足电能质量的要求，主接线应在变压器接线方式、谐波补偿和调压方式方面注意改善电能质量。(2)操作方便主接线应力求简单、清晰、操作方便。由于接触网事故较多，检修频繁，牵引变电所倒闸作业较多，主接线越简单清晰，程序操作越少，操作越方便。(3)灵活性应能适应必要的各种运

31、行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。(4)经济性在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。(5)发展扩建性的可能性主接线应考虑将来的发展和扩建的方便。设计主接线要考虑倒远景规划，在需要的时候可以很方便地改造和扩建。3.2牵引变电所一次侧主接线的基本形式电气主接线主要有以下几种形式：(1)桥型接线当牵引变电所只有两条电源进线和两台主变压器，且有系统功率穿越时采用桥式接线，通过式牵引变电所一次侧常采用桥型接线。内桥接线内桥接线的连接桥断路器设置在内侧。其余两台断路器接在线路上。因此线路的切除和投入比较方便，而且当线路发生短路故障时，仅故障线

32、路的断路器断开，不影响其它回路运行。此外，变压器切除和投入的操作比较复杂，需切除和投入与该变压器连接的两台断路器，也影响了一回未故障线路的运行。连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。当输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需经常切除时，采用内桥接线比较合适，如图 3-1 所示。图 3-1内桥接线 图 3-2外桥接线外桥接线外桥接线的特点与内桥接线正好相反。联结桥断路器设置在外侧，其它两台断路器接在变压器回路中，线路故障和进行切除以及投入操作时，需动过与之相得两台断路器并影响一台未故障变压器的运行。但变压器的切除和投入时，不影响其它回路运行。当出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换时，

33、采用外桥接线的方式比较合适，如图 3-2 所示。(2)单母线接线单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。(3)单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电；当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户

34、停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。(4)双母线接线优点：供电可靠；调度灵活；扩建方便；便于试验。缺点：增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关；当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置4。3.3牵引变电所馈线侧主接线基本形式由于 27.5kV 馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所 27.5kV 侧馈线的接线方式一般有下列三种：(1)馈线断路器

35、 100% 备用的接线此种接线用于单线区段，牵引母线不同相的场合。这种接线当工作断路器需检修时，即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。馈线断路器100%备用的接线图如图3-3所示。(2)馈线断路器50% 备用的接线馈线断路器50%备用的接线图如图3-4所示。50%备用的接线，此种接线用于单线区段，牵引母线同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修。当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。此外该接

36、法虽然在经济上比100%备用的接线优越，但可靠性相对来说较低。在只考虑可靠性时，应偏向于选择馈线断路器50%备用，只从经济性方面考虑的话，却应该偏向于选择馈线断路器100%备用。但实际生活中，往往从两方面同时考虑而选择备用方式。图 3-3馈线断路器 100%备用图 3-4馈线断路器 50%备用(3)带旁路母线和旁路断路器的接线一般情况下，每2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合，以减少备用断路器的数量。由于牵引变压器为三相YN,d11牵引变压器且此变电所着重要的牵引负荷供电任务，为提高供电的安全可靠性，同时

37、避免较大的一次性投资，牵引变电所27.5kV侧馈线采用带有旁路母线和旁路断路器的接线方式。带旁路母线和旁路断路器的接线图如图3-5所示。图 3-5带有旁路母线和旁路断路器的接线3.4电气主接线方案的确定考虑110 kV母线检修时不致全部停电，并且有系统功率穿过，所以采用外桥式接线。由于该变电所处于大型编组站内牵引馈线断路器数量多，且检修频繁，故27.5kV牵引负荷母线采用单母线分段带旁路母线的接线方式。按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。 牵引变电所A担负着重要的牵引负荷供

38、电任务(一级负荷)，馈线数目多，影响范围广，应保证安全可靠的供电，所以为满足故障检修时的需要，应设两台牵引用变压器，使用固定备用方式。第 4 章短路电流计算短路是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。造成短路的主要原因有：电气设备绝缘损坏、有关人员误操作、鸟兽为害事故等。短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多，对供电系统产生极大的危害。同时为了正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏，也需要进行短路电流的计算。4.1短路点的确定短路计算时主接线图可以等效为如图 4-1 所示：图 4-1短路等效电路图冲击系数按表

39、4-1 选取：表 4-1冲击系数电压等级110kV27.5kV10kVchK1.801.801.80根据原始材料知，S1=4000MVA，S2=4800MVA，Sj=100MVA，L1=30km，L2=50km，L3=20km。4.2110kV短路电流计算(1)系统最大运行方式下 由已知可以求得各支路阻抗：84 . 020,204 . 050313212LXXLXXLL已知最大运行方式下电力系统 1、2 的综合电抗标幺值分别为和10. 0*1SX。12. 0*2SX基准电流为：kA5 . 0115310031110jjjUSI支路的电抗标幺值分别为：15. 011510020222*2cjLL

40、USXX06. 01151008223*3cjLLUSXX则 110kV 侧的总电抗标幺值为：1 . 018. 0/26. 0)/()(*3*2*2*1*)110(LSLSXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kA0 . 51 . 05 . 0*)110(110)3(110XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA0 . 5)3(110)3()3( III设 110kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA73.122)3(110)3(IKichch短路电流最大有效值：kA55. 7) 1(21)3(1102)3(IKIchch三相短路容量：MVA10001 . 0100*)110

41、()3(110XSSj(2)系统最小运行方式下已知最小运行方式下电力系统 1、2 的综合电抗标幺值分别为和11. 0*1SX。14. 0*2SX基准电流为：kA5 . 0115310031110jjjUSI则 110kV 侧的总电抗标幺值为：11. 020. 0/26. 0)/()(*3*2*2*1*110LSLSXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kA55. 411. 05 . 0*110110)3(110XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA55. 4)3(110)3()3( III设 110kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA58.112)3(110)3(IKic

42、hch短路电流最大有效值：kA87. 6251. 1) 1(21)3(1102)3(IKIchch三相短路容量：MVA09.90911. 0100*110)3(110XSSj4.327.5kV短路电流计算(1)系统最大运行方式下基准电流为：kA0 . 2%1055 .273100325 .27jjjUSI与 110kV 侧比较多了变压器的电抗：1T17. 063000101001005 .10100%3*1NjdTSSUX则 27.5kV 侧的总电抗标幺值为：27. 017. 018. 0/25. 0)/()(*1*3*2*2*15 .27TLSLSXXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：k

43、A41. 727. 00 . 2*5 .275 .27)3(5 .27XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA41. 7)3(5 .27)3()3( III设 27.5kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA86.182)3(5 .27)3(IKichch短路电流最大有效值：kA19.1175. 541. 1) 1(21)3(5 .272)3(IKIchch三相短路容量：MVA37.37027. 0100*5 .27)3(5 .27XSSj(2)系统最小运行方式下基准电流为：kA0 . 2%1055 .273100325 .27jjjUSI与 110kV 侧比较多了变压器的电抗：

44、1T17. 063000101001005 .10100%3*1NjdTSSUX则 27.5kV 侧的总电抗标幺值为：28. 017. 020. 0/26. 0)/()(*1*3*2*2*15 .27TLSLSXXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kA14. 728. 00 . 2*5 .275 .27)3(5 .27XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA14. 7)3(5 .27)3()3( III设 27.5kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA18.182)3(5 .27)3(IKichch短路电流最大有效值：kA78.10) 1(21)3(5 .272)3(IKI

45、chch三相短路容量：MVA14.35728. 0100*5 .27)3(5 .27XSSj4.410kV侧短路电流计算(1)系统最大运行方式下：基准电流为：kA5 . 5%1051031003210jjjUSI与 27.5kV 侧比较多了变压器的电抗：2T5 . 61000101001005 . 6100%3*2NjdTSSUX则 10kV 侧的总电抗标幺值为：77. 65 . 618. 0/25. 0)/()(*2*3*2*2*110TLSLSXXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kA81. 07 . 65 . 5*1010)3(10XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA81.

46、0)3(10)3()3( III设 10kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA06. 22)3(10)3(IKichch短路电流最大有效值：kA11. 3) 1(21)3(102)3(IKIchch三相短路容量：MVA77.1477. 6100*10)3(10XSSj(2)系统最小运行方式下基准电流：kA5 . 5%1051031003210jjjUSI与 27.5kV 侧比较多了变压器的电抗：2T5 . 61000101001005 . 6100%3*2NjdTSSUX则 10kV 侧的总电抗标幺值为：78. 65 . 620. 0/26. 0)/()(*2*3*2*2*110T

47、LSLSXXXXXX三相短路电流周期分量有效值为：kA81. 07 . 65 . 5*1010)3(10XIIj其他三相短路电流：短路稳态电流 kA81. 0)3(10)3()3( III设 10kV 时，冲击系数，则冲击电流8 . 1chKkA06. 22)3(10)3(IKichch短路电流最大有效值：kA11. 3) 1(21)3(102)3(IKIchch三相短路容量：MVA75.1478. 6100*10)3(10XSSj表 4-2短路电流计算结果汇总系统最大运行方式系统最小运行方式变压器运行方式短路点三相短路电流/kA三相短路电流/kA )3(I)3(chi)3(chI)3(S )

48、3(I)3(chi)3(chI)3(S110kV 侧5.012.737.5510004.5511.586.87909.0927.5kV 侧7.4118.8611.19370.377.1418.1810.78357.14一运一备10kV 侧0.812.063.1114.770.812.063.1114.75第 5 章电气设备选型各级继电器保护时间配合按表 5-1 选取：表 5-1继电保护时间配合计算点110K5 .27K(s)jt1.501.00(s)dlt1.561.06(s)jxt1.50+1.56+0.05=3.111.00+1.06+0.05=2.11整定时限如图：5.1断路器的选型及校

49、验(1)断路器的选择及校验条件如下：；geUU ；max.geII ；)3( IIek动稳定校验；)3(chdwIi热稳定校验。jxttItI2)3(2设计中 110kV 侧牵引变压器的选择型号为(三相 YN,d11)SF10-63000/110，最大长期工作电流可按变压器过载 1.3 倍考虑：AIg86.4291103630003 . 1max表 5-2110kV 高压断路器选择校验装设地点的电气条件型断路器3110SWG序号项目数据项目数据结论1gU110kVeU110kV合格2maxgI429.86AeI1200A合格3)3(I5.0kAekI15.8kA合格4)3(chI7.55kAd

50、wikA41合格5jxtI2)3(28.17711. 37.552tIt256.99848 .152合格表 5-327.5kV 高压断路器选择校验装设地点的电气条件ZN12-27.5 型真空断路器序号项目数据项目数据结论1gU27.5kVeU27.5kV合格2maxgI1719.45AeI2000A合格3)3(I7.41kAekI25A合格4)3(chI10.43kAdwi63kA合格5jxtI2)3(86.11511. 241. 72tIt225004252合格5.2高压隔离开关的选型及校验(1)隔离开关选择和校验原则是：；geUU ；maxgeII；dwiI(3)ch。tItItjx22)

51、3(表 5-4110kV 隔离开关选择校验装设地点的电气条件GW4-110DW 型隔离开关序号项目数据项目数据结论1gU110kVeU110kV合格2maxgI429.86AeI630A合格3)3(chI7.55kAdwi50kA合格4jxtI2)3(28.17711. 37.552tIt216004202合格表 5-527.5kV 隔离开关选择校验装设地点的电气条件GN4-27.5/2000 型隔离开关序号项目数据项目数据结论1gU27.5kVeU27.5kV合格2maxgI1719.45AeI2000A合格3)3(chI10.43kAdwi100kA合格4jxtI2)3(86.11511.

52、 241. 72tIt264004402合格5.3电流互感器的选择与校验电流互感器应按以下条件选择，见表 5-6 所示：表 5-6电流、电压互感器选择与校验选择校验电压电流热稳定动稳定电流互感器geUU1maxgeII1)(212etjxZIktIchedwiIk12电压互感器gegUUU1 . 19 . 01eWW22-表 5-7110kV 电流互感器选择校验装设地点的电气条件LVQB-110 型电流互感器序号项目数据项目数据结论1gU110kVeU110kV合格2maxgI429.86AeI2400/5A合格3(3)chI7.55kAedwIk12kA78.1761252合格4jxtI2)

53、3(44.1911. 32.5221)(tekIkA119073)63(2合格表 5-827.5kV 电流互感器选择校验装设地点的电气条件LAJ-10 型电流互感器序号项目数据项目数据结论1gU27.5kVeU27.5kV合格2maxgI1719.45AeI2000/5A合格3(3)chI10.43kAedwIk12kA52.2542290合格4jxtI2)3(86.11511. 241. 7221)(tekI10000)250(2合格5.4电压互感器的选择电压互感器应按装设地点的条件及一次电压、二次电压(一般为 100V)、准确度级等条件进行选择。由于它的一、二次侧均有熔断器保护，故不需进行

54、短路稳定度的校验。表 5-9电压互感器选择电压等级型号额定电压110kV 侧JCC-110110kV27.5kV 侧DJ-27.527.5kV5.5避雷器的选择为防雷害，在牵引变电所的进线、出线侧，都并联装设避雷器以削减、限制侵入所内的雷电波至较低的各型避雷器的残压水平，并将雷电流泄入大地，从而使其保护范围内的电气设备的绝缘得到保护，并能在较短时间内切断续流，使系统自动恢复正常运行。综合各种因素，避雷器选择见表 5-10 所示：表 5-10避雷器的选择电压等级型号额定电压（kV）110kV 侧Y10W5-100/29511027.5kV 侧Y10W5-42/14027.55.6熔断器的选择RN

55、1型主要用于电力线路和变压器的过载和短路保护；RN2型主要用于保护电压互感器。综合各种因素考虑，熔断器的型号选择见表 5-11 所示：表 5-11熔断器的选择型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断容量（MVA）RN2-35350.510005.7导线选择及校验5.7.1导线的选择依据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。温度修正系数由下式求得：K (5-1)0101aaK式中，-导线额定负荷时的最高允许温度，设

56、计中取1aC38 -导线的允许载流量所采用的环境温度，在室外取，室内取0C29C34 -导线敷设地点实际的环境温度，取0C22故在室外时，在室内时。3 . 1K2K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)2。表 5-12导线的选择与校验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 室内母线:高压室内 27.5kV 硬母线长度 l=2000mm,相间距 a=600mm； 高压室内 10kV 硬母线长度 l=1200mm,相间距 a=250mm。计算方法：(1)按导线长期发热允许电流选择导线 (5-2)yxgmaxIKI式中，Igma

57、x-通过导线的最大持续电流； Iyx-对于额定环境温度，导线长期允许电流； K-温度修正系数。(2)经济电流密度选择导线 (5-3)/JISgmaxj式中，Sj-导线经济截面积,(mm2)； J-经济电流密度。注：选择架空导线截面积，除了要遵循上述原则外，还应考虑导线机械强度及电压等级等。表 5-13架空导线最小截面积架空线路电压等级钢芯铝线（mm2）铝及铝合金（mm2）铜（mm2）35kV2535610kV2535（居民区）25（非居民区）161kV16正式 68(3)母线、导线热稳定性校验 (5-4)fjxchktCISS)3(min式中，Smin-满足热稳定要求的导线最小截面积(mm2)

58、； C-热稳定系数； -三相短路电流稳态有效值(A)；)3(chI -假想时间(s)；jxt -集肤效应系数，对于电缆及小面积导线取 1。fk表 5-14各种起始温度下值起始温度（0）40455055606570758085铝材99979593918987858379铜材186183181179176174171169165161(4)硬母线动稳定校验 (5-5)ca1式中，a1-母线材料的最大允许应力(MPa)； c-母线通过时所受到的最大冲击应力。)3(chi最大电动力按下式计算 (5-6)(1073. 172)3()3(alikFchx式中，-导体形状修正系数，约为 1；xk -三相短路

59、冲击电流；)3(chi l-平行母线长度(mm)； a-母线间距(mm)。最大冲击应力按下式计算 (Pa) (5-7)610/2)3(hblFWMc式中，10-跨距数大于 2 时的取值； 8-跨距数等于 2 时的取值； h-硬母线截面宽边长度(mm)； b-硬母线截面窄边长度(mm)。5.7.2导线选型及校验(1)室外 110kV 进线侧的软母线选型及校验室外 110kV 进线侧母线为软母线，母线最大工作电流按变压器过载 1.3 倍考虑，由前面计算知A86.429maxgAkIIga66.3303 . 186.429max1选用 LGJ-150 型钢芯铝绞线LGJ-150 型钢芯铝绞线的允许最

60、大电流为 360A 大于alI检验母线热稳定性 S49.134111. 3997550)3(minfjxchktCIS由于所选母线实际截面,因此该母线满足短路热稳定度要min2150SmmS求。(2)室外 27.5kV 侧进线的软母线选型及校验同理可得AIg45.1719maxAkIIga65.13223 . 145.1719max1选用 LGJ-3240 钢芯铝绞线LGJ-3240 钢芯铝绞线的允许最大电流为 1482A1322.65校验母线热稳定性 03.153111. 29910430)3(minfjxchktCIS由于所选母线实际截面，故选用 LGJ-3240 钢芯铝导线min2720