电气化铁道供电设计

1、电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班 级： 电气081班 学 号： 姓 名： 赵 瑛 指导教师： 李 彦 哲 评语： 2011 年 11 月 14 日一、 题目某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的四个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为10000kVA（三相变压器），并以10KV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为3750kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25KV回路（1路备）：两方向年货运量与供电距离分别为，。10kV共12回路（2路备）。供电电源由系统区域变电所以双回路110kV输送线供电。本变电所位于电气化铁路的中间，送电线距离15km

2、，主变压器为三相接线。二、 题目分析及解决方案框架确定由上述资料可知，本牵引变电所担负着重要的牵引负荷供电任务（一级负荷）、馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。10千伏地区负荷主要为编组站自动化驼峰、信号自动闭塞、照明及其它自动装置等一部分为一级负荷、其他包括机务段在内均为二级负荷，应有足够可靠性的要求。本变电所为终端变电所，一次侧无通过功率。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，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。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

3、保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器50%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流，因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流，牵引变压器的容量得到了充分利用。在正常运行时，牵引侧保持三相，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接线小。对接触网的供电可实现双边供电。 根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与台数的选择，可能有以下两种方案：方案A:210000千伏安牵引变压器+26300 kVA地区变压器，一次侧同时接于110 kV母线，（110千伏变压器最

4、小容量为6300 kVA）。方案B:215000千伏安的三绕组变压器，因10千伏侧地区负荷与总容量比值超过15%，采用电压为11027.510.5 kVA，结线为两台三绕组变压器同时为牵引负荷与地区电力负荷供电。各绕组容量比为100:100:50。 三、 设计过程3.1牵引变电所110kV侧主接线设计按110 kV进线和终端变电所的地位，考虑变压器数量，以及各种电压级馈线数目、可靠供电的需要程度选择结线方式。(a)单母线分段接线方式(b)内桥接线方式图3.1电气接线方式的选择示意图 （1）对于上述方案A，因有四台变压器，考虑110 kV母线检修不致全部停电，采用单母线用断路器分段的结线方式，如

5、图3.1（a）所示，每段母线连接一台牵引变压器和地区变压器。由于牵引馈线断路器数量多，且检修频繁，牵引负荷母线采用带旁路母线放入单母线分段（隔离开关分段）结线方式，10 kV地区负荷母线同样采用断路器分段的单母线结线系统。自用电变压器分别接于10 kV两段母线上（两台）。（2）对于方案B，共用两台三绕组主变压器、两回路110 kV进线，线路太长，但是应有线路继电保护设备，故以采用节省断路器数量的内桥结线较为经济合理，这种接线方式可以很方便的切换或投入电路，而切除某台变压器时，则需同时断开与之相连的两台断路器，只造成一条出线的短时停电。如图3.1（b）所示。牵引负荷母线结线和10千伏母线结线与方

6、案A的接线相同。3.2牵引变压器的计算（1）牵引变压器不对称系数的计算由已知牵引负荷容量，25kV侧额定电流及每馈电区电流、，见图3.2（a），分别为： （3.1） 其中为25kv侧的额定电流，为列车正常时的计算容量，为额定电压。由（1）式得的值231A。（因电流不对称引入的系数k=0.655） (a)形绕组中电流分配 （b）每相牵引负荷电流与电压向量图图3.2三相YN,d11接线牵引变压器绕组电流分布 两馈电区电流在形绕组中分配后，每相绕组电流为 （3.2） （3.3） （3.4）电流与电压的相量关系如图3.2（b）其中以为基准相。10千伏电压侧为三相对称负荷，设则其额定电流和形绕组中每相电

7、流分别为： （3.5） （3.6） （3.7）110kV高压绕组中的电流，不计励磁电流时，即为负荷电流归算到高压侧的值。对于方案A仅考虑牵引负荷 （3.8） （3.9） （3.10） 对于方案B，应为牵引负荷与地区负荷电流相量和，其值为： （3.11） （3.12） （3.13） 其中电压变换系数 高压110千伏绕组中的阻抗压降，已知参数为：三绕组16000千伏安变压器 双绕组10000千伏安变压器 按式(3.15)和(3.16)分别求得高压绕组的电阻及电抗为： （3.14） （3.15） 三绕组变压器 双绕组变压器 高压各相绕组阻抗压降，由各相阻抗压降三角形可知：对于三绕组变压器， （3.1

8、6） （3.17） （3.18） 对于双绕组变压器， （3.19） （3.20） （3.21） 高压110 kV绕组感应电势（E）及不对称系数，按下式计算 （3.22） （3.23） （3.24）其中： 正序分量 (3.25)负序分量 (3.26) 电压（势）不对称系数 (3.27)将各方案计算结果如表3.1所示。表3.1 各方案计算结果（单位：kv）方案 A 4.2%B 从上述比较可知，在保证电压质量方面，方案（A）和方案（B）的值在允许范围 以内。（2）变压器与配电装置的一次投资与折旧维修费方案A：变压器四台，多增加110kV断路器四组，按SW3-110少油断路器计算，共需（以万元计） （

9、每组断路器包括断路器及机构1台、电流互感器1台，及两侧隔离开关2台，分别为11万元、1.9万元和20.95万元）方案B：三绕组变压器2台，另增加变压器前面和跨条隔离开关（110kV）4组共需（以万元计） （3）方案A 与方案B 的年电能损耗计算及比较方案A采用型和型三相变压器，参数为：牵引变压器 地区变压器 按已知条件，可求牵引负荷的最大功率损耗时间为： (3.28)由式（29）得的值为4000小时。地区负荷小时，用插入法得，（地区负荷）=2750小时。牵引变压器和地区变压器的年能量损耗和分别由式 （3.29） （3.30） 求得（取无功经济当量=0.1）：由题中已知条件及公式（1）得，各值已

10、在前面求出。故代入数值得 则将以上数值代入式（3.30）可以得出 kwh 方案B采用2SFS7-16000110型三项三绕组变压器，其参数为：各绕组容量比100：100：50；，各绕组短路电压，。则依下式： （3.31）由式（3.32）可求得年电能损耗为：其中由式（1）得=83.98A。 （3.32）由式（3.33）代入数值得 （3.33）由式（3.34）代入数值得 又已知，则 （3.34）代入数值得：，再由下式可以得到 （3.35）代入相关数值得：同样，由式（3.35）可得由式（3.32）代入上述各值后，可得年电能损耗为： 由技术经济全面比较表明，在保证同样可靠性的前提下，方案B对地区负荷供

11、电电压质量较好，且投资和年运营费用都较低，又节省占地面积，故推荐方案B。四、 设计方案分析4.1 牵引变电所110kv侧主接线图设计由不对称系数和经济性比较可知，方案B在保证同样可靠性的前提下，对地区负荷供电电压质量较好，又节省占地面积，故推荐方案B。且采用了内桥接线如图4.1所示。内桥接线，连接在靠近变压器侧，其适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图4.2为外桥接线，其适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合。在保证同样可靠性的前提下，采用内桥接线。内桥与外桥接线方式分别如图4.1与图4.2所示。图4.1 内桥接

12、线 图4.2 外桥接线4.2牵引变电所馈线侧主接线设计本牵引变电所担负着重要的牵引负荷供电任务（一级负荷）、馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。10千伏地区负荷主要为编组站自动化驼峰、信号自动闭塞、照明及其它自动装置等一部分为一级负荷、其他包括机务段在内均为二级负荷，应有足够可靠性的要求。本变电所为终端变电所，一次侧无通过功率。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，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。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

13、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。由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流，因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流，牵引变压器的容量得到了充分利用。在正常运行时，牵引侧保持三相，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接线小。对接触网的供电可实现双边供电。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

14、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4.3所示。（2）馈线断路器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。馈线断路器50%备用的接线图如图4.4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

15、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。在只考虑经济性时，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4.3 馈线断路器100%备用图4.4 馈线断路器50%备用4.3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，

16、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，且10千伏地区负荷中也含部分一级负荷。为提高供电的安全可靠性，同时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4.5所示。图4.5 带有旁路母线和旁路断路器的接线此次的设计方案，牵引变电所110kV侧主接线采用的是内桥接线方式，因为这种接线方式方便于线路的投入与切除，但是切除一条线路时，需要同时断开两台变压器，造成一台变压器的短时

17、停电，为避免变压器侧断路器检修时，形成一台变压器长期停电，可在变压器内侧接一跨条。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，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。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。本变电所为终端变电所，一次侧无通过功率，针对它的这种特点，对设计的框架进行了确定，选择单母线分段接线，固定备用方式，两路电源进线，25KV侧采用8路馈线，10KV侧6路馈线。从而对牵引变电所的主接线做出了AB两种设计方案。

18、A方案主要采用的是双绕组变压器，而B方案则主要采用三绕组变压器，两种设计方案中10KV侧都由独立的11010KV的变压器供电。然后，对不同方案进行电压不对称系数的检验和经济比较，通过电能质量和经济两方面比较优先推选出A方案。在这之后，利用Microsoft Visio软件画出了不同方案的主接线图以及其它一些设计用图。最后，提供了断路器隔离开关以及互感器等的选择指标，达到了进一步完善设计方案的目的。五、结论由电压不对称系数和经济性比较可知，方案B在保证同样可靠性的前提下，对地区负荷供电电压质量较好，且投资和年运营费用都较低，又节省占地面积，故推荐方案B。此次课程设计采用了单母线分段接线方式。因为正常工作时分段断路器闭合，是两段母线并列运行，电源回路和同一负荷的馈电回路应交错连接在不同的分段母线上。这样当母线检修时，停电范围可缩小一半；母线故障时，分段断路器由于保护动作而自动跳闸，将故障母线隔开，非故障母线及与其连接的线路仍正常工作，仅使故障母线连接的电源线路与馈电回路停电。母线分段数目越多，母线故障停电范围越小，但所需断路器、隔离开关等设备也随之增多，同时使运行变得较为复杂。而且该接