供变电技术课程设计

1、课程名称：供变电技术课程设计设计题目：牵引变电所电气主接线设计 院 系： 电气工程系 专 业： 铁道电气化 年 级： 2010 姓 名： 指导教师： 西南交通大学峨眉校区 2013年 11月 16日课 程 设 计 任 务 书专 业 铁道电气化 姓 名 学 号 开题日期：2013年 10月 1日 完成日期：2013年 11 月 16 日题 目 牵引变电所电气主接线设计 一、设计的目的 通过该设计，使学生初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线的绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的基础。 二

2、、设计的内容及要求 1、按给定供电系统和给定条件，确定牵引变电所电气主接线； 2、选择牵引变电所电气主接线中的主要设备，如：母线、绝缘子、隔离开关、断路器、熔断器、互感器等。 选择时应有先考虑采用国内经鉴定的新产品、新技术。 3、提交详细的课程设计说明书和牵引变电所电气主接线图。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日牵引变电所课程设计原始资料1.原始资料（选其中一所进行设计）2.电力系统及牵引变电所分布图 图例： ：电力系统，火电为主 ：地方220/110kV区域变电所 ：地方110/35/10kV变电站 ：铁道牵引变电所 ：三相高压架空输电线图中： L1：220kV

3、双回路 150kM LGJ-300 L2：110kV 双回路 10kM LGJ-120 L3：110kV 20kM L4：110kV 40kM L5：110kV 60kM L6：110kV 双回路 20kM L7：110kV 30kM L8：110kV 50kM L9：110kV 60kM L10：110kV 60kM 未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为X=0.4/kM牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：A：23.15万kVA B：23.15万kVA C：23.15万kVA D：21.5万kVA E：21.5万kVA F：21.5万kVA2、电力系统对各牵引变电所

4、的供电方式及运行条件1 甲站对A所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。A所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。2 甲站对B所供电时，110kV线路还需经B所送至丙站。正常运行时B所内有系统功率穿越。当甲站至B的输电线路故障时，B所由丙站供电，丙站内110kV母线分段运行，输电线L4、L5分别接入不同的分段母线上。正常运行时，丙站内110kV母线分段断路器断开。B所提供甲站至丙站的载波通道。B所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。27.5k

5、V侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。3 C所由丙站送出的两回110kV线路供电。但正常运行时，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV线路（L6）平时不向牵引负荷供电。只经过C所的110kV母线转接至某企业110kV变电站。C所内采用两台变压器，固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区10kV 负荷供电（一回）。C所内设有27.5/10kV 1000kVA动力变压器一台。10kV高压间内设有4路馈线，每路馈线设有：电流表、电压表、有功电度表、无功电度表。设有电流速断

6、和接地保护，继电保护动作时间0.1秒。10kV高压间设在27.5kV高压室一端，单独开门。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。4 牵引变电所D、E、F由乙站供电。正常运行时，110kV线路在E所内断开，不构成闭合环网。E所内的牵引变压器正常运行时，接入由D所送来的电源线L8上，L8故障时可转接至F所由L9供电。D、F所均可能有系统功率穿越。但正常运行时，F所无系统功率穿越。D所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电有地方10kV可靠电源。5 E所内采

7、用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，有公路引入所内。27.5kV侧不设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电采用在110kV进线隔离开关内侧接入（）/0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。6 F所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。该地区无地方10kV电源。7 牵引变电所A、C、E 110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F 27.5kV侧要求计费，采用低压侧(27.5kV侧)计费时，110kV侧仍需设电压监视。8 各变电所设计时，一律按

8、海拔h1000m，I级污秽地区，盐密0.1毫克/厘米2，最高环境温度+40考虑。9 各牵引变电所均设置避雷针三座。10 牵引变电所B、D 110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E 110kV线路采用横向相对引入方式；A、F 110kV线路采用T字型引入方式。11 假定各牵引变电所馈线主保护动作时间tb=0.1秒，27.5kV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。12 各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为220V。目录第一章牵引变电所主结线设计原则及要求

9、1.1概述 1.2电气主接线基本要求 1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤第二章牵引变电所电气主接线图设计说明第三章 短路计算3.1短路计算的相关概念、内容和目的3.2短路点的选取 3.3短路计算 第四章 设备及选型4.1母线的选择及校验 4.2支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验4.3 高压断路器选取及校验 4.4 隔离开关的选取及校验 4.5 电压互感器选取 4.6 电流互感器选择 4.7避雷器的选取 4.8避雷针的选取 电气设备一览表 参考书目 第一章牵引变电所主结线设计原则及要求1.1概述牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，是指由主变压器、高压电 器和设备等各种电器元件和

10、连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备 文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图，称为电气主结线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能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，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠

11、性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外，电气主结线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。1.2电气主接线基本要求1. 安全性主要体现在：隔离开关的正确配置和隔离开关接线的正确绘制。隔离开关的主要用途是将检修部分与电源隔离，以保证检修人员的安全。在主接线图中，凡是应该安装隔离开关的地方都必须配置隔离开关，不能有个别遗漏之处，也不允许从节省投资来考虑而予以省略。主接线的安全性是必须绝对保证的，在比较分析主接线的特点时，不允许有“比较安全、安全性还可以”等不合适的结论。2. 可靠性电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电所来说是可靠的，而对另一些发电厂和变

12、电所则不一定满足可靠性要求。电气主接线可靠性的高低，与经济性有关。一般来讲，主接线的可靠性愈高, 所需的总投资和年运行费愈多。另一方面，可靠性愈高，因停电而造成的经济损失愈小。所以，对主接线可靠性进行分析时，要根据资金是否充沛，停电的经济损失多少等，从各方面加以综合考虑。3. 经济性它通常与可靠性方便性之间有矛盾。4. 方便性(1)操作的方便性 尽可能使操作步骤少，以便于人员掌握，不致出错。 (2)调度的方便性 根据调度要求，方便地改变运行方式。(3)扩建的方便性1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤：1. 应以批准的设计任务书为依据，以国家经济

13、建设的方针政策和有关的技术政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。2. 主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。3. 根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系

14、统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。4. 新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。第二章牵引变电所电气主接线图设计说明 有原始资料可知，牵引变电所A由甲站供电。正常运行时，L2为双回路，既有两条电源进线，并且来自同一个变电站，因此为中间式变电所，无系统功率穿越。A所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。由于A变电所无系统功率穿越，因此采用双接线形式。两回电源进线中，一回主用，一回备用

15、。变压器采用两台三相主变压器，其绕组链接形式为YND-11，二次侧绕组有一相接地并与钢连接。由于该变电所的供电方式为单线双边供电，共有四条馈线，A相和B相上各两条，考虑到经济性，不采用带旁路母线的单线分段形式，但为了保证馈线供电可靠性，采用断路器50%备用的馈线接线方式，没两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可替代任一断路器工作。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。改牵引变电所的运行方式如下:1、 一次侧两路110KV电源进线，一路为主用，一路为备用，两台三相主变压器1B、2B，平时用隔离开关将两路隔开，当主电源故障中断时，则转换到由备用电源给变压器供电，

16、该转换由备用电源自投装置自动完成。设备检修时同理。2、 二次侧二次侧如上分析采用馈线断路器50%备用的方式。当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，27.5KV的馈线能继续工作。馈线上采用50%备用，当某一条馈线断路器发生故障时，合上相应的备用断路器。 第四章 设备及选型4.1母线的选择及校验一、 110KV侧母线采用软母线1 按最大长期工作电流选择母线截面根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于，即；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，则 由电力牵引供变电技术附录二附表3查出铝母线（LMR型）253的允许载流量为214.93A（环境温度为时），大于

17、最大工作电流，故初选253=75mm2截面的铝母线（单条平放）。2 校验母线的短路热稳定性要求短路最终温度，应先求出起始温度，根据，利用曲线，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的，曲线如图所示。（1）短路电流计算时间（2）短路电流热效应（3）因S=57.995 ，从书中图6.6中查得铝曲线由 再由 ，查得 约为70 ，而XU=200，即Z XU，说明所选截面母线能满足热稳定性要求，因此，应该选择253mm2的软铝母线。二、 27.5KV侧母线的选取1、按最大长期工作电流选择母线截面。根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于，即；最大长期工作电流按变压器过载1.3

18、倍考虑，则由电力牵引供变电技术附录二附表3查出铝母线608的允许载流量为973A（环境温度为时），大于最大工作电流，故初选608=480mm2截面的铝母线（单条 平放）。2、 校验母线的短路热稳定性要求短路最终温度，应先求出起始温度，根据，利用曲线，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的。母线在最大负荷时的温度；（1） 短路电流计算时间（2） 短路电流热效应（3）由s=60.132，在书中图6.6中查得铝曲线As=0.48104再由 ,查得 约为65，而xu=200，即zxu,说明所选截面母线能满足热稳定性要求，因此，应该选608mm2的铝线。3、 校验母线的机械稳定性三相短路冲击电流

19、为 ich=11.09KA(1)将母线水平排列平放， 已知：a=40cm，l=120cm，h=60mm，b=8mm则（2）三相短路时的相间电动力为：（3） 母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：（4）母线的计算应力：由电力牵引供变电技术表6.4知，铝母线的允许应力为，满足机械稳定性。故最后确定选择截面为608=480mm2的铝母线。4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验由于牵引变压器安装在室外，而进线是直接接到牵引变压器上的，所以不用穿墙套管，故对于侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙套管。而侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内，所以对侧既需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙套管。一、 110

20、kV侧支柱绝缘子选取1 按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变压器侧额定电压考虑。查附表11可以初选型号为ZS-110/3的支柱绝缘子，其技术数据见表4支柱绝缘子（型号）额定电压（kV）机械破坏荷重（KN）ZS110/311032.支柱绝缘子机械稳定性校验：绝缘子受力(取L=120cm,a=40cm)故能满足机械稳定性要求二、 27.5KV侧支柱绝缘子选取1 按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器侧额定电压 考虑。查附表11可以初选型号为ZA-35Y的户内支柱绝缘子，选型号为ZS-354的户外支柱绝缘子,其技术数据见支柱绝缘子（型号）额定电压（kV）机械破坏荷重（kN）ZA35Y（户内）353

21、.75ZS-354(户外)3542.支柱绝缘子机械稳定校验(1)短路时左端绝缘子的承受力为 故能满足机械稳定要求（2）短路时中间相中间位置的支柱绝缘子承受力为故能满足机械稳定要求三、 27.5KV侧穿墙套管选取1 按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑。 查附表11.1初步选择的穿墙套管型号为户外：CWLB-351000 户内：CLB-3510002.穿墙套管热稳定性校验： 前面选择母线时已经算出查附表11.2知其短路时通过的允许热稳定电流20KA即：故其满足热稳定性要求.4.3 高压断路器选取及校验交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设

22、计110KV侧选用SF6断路器，27.5KV侧选用真空断路器。一、 110KV侧断路器选取1 最大长期工作电流按变压器额定电压的1.3倍考虑。查附表6.2初步选定断路器型号为：LW-110，额定电流取1250A2 短路关合电流的校验查附表6.2知：型号为LW-10的SF6断路器的极限通过电流为80KA，而 ich=7.796KA80KA , 故满足要求3 校验短路时的热稳定性由前面计算可得：而所以，故满足热稳定性要求，因此选型号为LW-110的SF6断路器，额定电流为1250A所以，选用额定电流为1000A的型少油断路器。二、 27.5kV侧真空断路器选取1 最大长期工作电流按变压器额定值1.

23、3倍考虑初选额定电流为600A的ZN6-27.5型的真空断路器，其技术数据见表型号额定电压（kV）额定电流（A）极限通过电流4s热稳定电流（kA）峰值有效值ZN6-27.52560025kA14.5kA102.短路关合电流的校验极限通过电流为，而，所以，故满足要求。3.校验短路时的热稳定性由前面计算可得：而所以，故满足热稳定性要求。所以，选用额定电流为600A的ZN6-27.5型的真空断路器。4.4 隔离开关的选取及校验由于在所设计的电气主结线中，侧隔离开关在室外，而侧既有室内的也有室外的，所以对侧只需选择室外的，而侧要选择室内和室外的。一、 110kV侧隔离开关选取1 最大长期工作电流按变压

24、器额定电流的1.3倍考虑而要满足，可初选型号为GW4-110/600的隔离开关。其技术数据见表型号额定电压（kV）额定电流（A）极限通过电流5s热稳定电流（kA）峰值有效值GW4-110/60011060050kA-142 校验短路时的热稳定性（1）所以 ，故满足热稳定性要求。所以侧隔离开关选用型号为户外GW4-110/600。 二、 27.5KV侧隔离开关选取1 最大长期工作电流按变压器额定电流1.3倍考虑。而，所以初选户内型号为GN2-35T/1000，初选户外型号为GW5-35G1000。其技术数据见表型号额定电压（kV）额定电流（A）极限通过电流热稳定电流（kA）5s峰值有效值GN2-

25、35T/100035100070kA4927.5GW5-35G100035100050KA29142 短路时热稳定性的校验（1）户内隔离开关的校验 所以 ，故满足热稳定性。所以侧户内隔离开关选用型号GN2-35T/1000。 （2）户外隔离开关的校验 所以 ，故满足热稳定性。所以侧户外隔离开关选用型号GW5-35G1000。4.5 电压互感器选取一、 110KV侧电压互感器选取供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为3级。供110kV侧计费的电压互感器选择：准确级0.5级。由于电压互感器装于110kV侧用于计费，并不需要起保护作用，因为如果110kV侧发生故障或事故时，其地方的电力系统会启动继

26、电保护装置跳闸，将其故障或事故切除，因此选用型准确级0.5级，额定容量500VA的电压互感器便可以满足要求。其技术数据见表型号额定电压（kV）额定容量（V.A）最大容量（V.A） 原线圈 副线圈0.5级 1级3级3005005002000由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。二、27.5KV侧电压互感器选取由于电压互感器装于27.5kV侧要起到保护作用，用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故，故其准确级需要3级，因此选用JDJJ-35型准确级3级，额定容量600VA的电压互感器可以满足要求。其技术数据见表型号额定电压（

27、kV）额定容量（V.A）最大容量（V.A）原线圈副线圈0.5级 1级3级JDJJ-35150 2506001200由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。4.6 电流互感器选择一、110KV侧电流互感器选择1 最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑而，可初选型号为LCW-110的电流互感器，测量计费用0.5级，保护用1级。其技术数据见表型号额定电压额定电流比准确级次1秒热稳定倍数动稳定倍数LCW110110kV300/5A0.51751502 短路时热稳定性校验因此满足热稳定性要求3 校验机械稳定性故选择的LCW110型电流互感器能满足要求。二、 27.5KV侧电流互感器选择1、最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：而，可以初选型号为LCW-35-10005的电流互感器，继电保护采用3级。其技术数据见表4-14：表4-14型号额定电压（kV）额定电流比（A）准确级次1秒热稳定倍数动稳定倍数LCW-35-10005351000/50.5/3651002、短路时热稳定性的校验满足热稳定性要求3、短路时机械稳定性的校验按的条