電力牽引供電系統(tǒng)課程設計 (2)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計原始題目1</p><p>　　1.1 具體題目1</p><p>　　2 設計課題的計算與分析1</p><p>　　2.1 計算的意義1</p><p>　　2.2 接線方式的分析與選擇2</p&g

2、t;<p>　　3 .牽引變壓器容量計算6</p><p>　　3.1牽引變壓器的計算容量6</p><p>　　3.2牽引變壓器的校核容量6</p><p>　　3.3牽引變壓器安裝容量6</p><p>　　3.4牽引變壓器類型的選擇7</p><p>　　4.開關設備的選擇7</p

3、><p>　　4.1高壓斷路器的選擇7</p><p>　　4.2高壓熔斷器的選擇9</p><p>　　4.3 儀用互感器的選擇10</p><p>　　4.3.1電流互感器的選擇10</p><p>　　4.3.2電壓互感器的選擇11</p><p>　　4.4 隔離開關的選擇11&

4、lt;/p><p>　　5.繪制電氣主結線圖12</p><p><b>　　6.小結13</b></p><p><b>　　附錄13</b></p><p><b>　　1 設計原始題目</b></p><p><b>　　1.1 具體題

5、目</b></p><p>　　某牽引變電所乙采用直接供電方式向復線區(qū)段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，三相YN,d11接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表1所示。</p><p>　　表1 計算原始資料</p><p>　　2 設計課題的計算與分析</p><p><b>　　2.1 計算的意

6、義</b></p><p>　　牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的主要設備，其容量大小關系到運輸任務及運營成本，所以進行牽引變壓器的容量計算，以便合理選用牽引變壓器的額定容量。對三相YN d11接線方式的牽引變壓器的計算容量、校核容量分別進行分析及計算，最后確定安裝容量和接線設備。</p><p>　　分析題目提供的資料可知，該牽引變電所要負擔向區(qū)段安全可靠的供電任務，因此采用直接供電

7、方式向復線區(qū)段供電的方式，可減輕對鄰近通信線路的干擾影響，大大降低牽引網(wǎng)中的電壓損失，擴大牽引變電所間隔，減少牽引變電所的數(shù)目。</p><p>　　該牽引變電所的設計過程如下:</p><p>　　設該變電所為通過式牽引變電所，則110kV牽引側的接線設計為內橋接線形式。</p><p>　　在牽引變電所的主變壓器采用YN,d11接線形式，在兩臺牽引變壓器并聯(lián)運行

8、的情況下，當一臺停電時，供電不會中斷，運行可靠方便。能很好地適應山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負荷不均衡的特點。</p><p>　　牽引變電所饋線側采用復線區(qū)段饋線斷路器50%備用，且無饋線備用的接線方式，這種接線方便于工作，當工作斷路器需要檢修時，可有各自的備用斷路器來代替其工作，斷路器的轉換操作比較方便，供電可靠性高。</p><p>　　2.2 接線方式的分析與選擇</p>

9、<p>　　2.2.1牽引變電所110kV側主接線設計</p><p>　　此設計中著重考慮滿足供電的可靠性和運行操作中的安全、靈活及便利，而利用分段開關將電源及出線平均分配于兩段母線，在正常運行時，分段斷路器閉合。兩段母線并列運行，當一段母線發(fā)生故障時，分段斷路器QFd自動斷開，使故障段解列，從而可以保證另一段母線能夠正常工作，縮小了故障停電范圍，因此采用如圖1所示內橋接線。</p>&

10、lt;p>　　依據(jù)該牽引變電所負荷等級，要求兩路電源進線，因有系統(tǒng)功率穿越，屬通過式變電所，110kV側采用圖1所示的內橋接線。由于外橋接線適合于輸電距離較短，線路故障會較少，而變壓器需要經(jīng)常操作的場合，這種接線方便于變壓器的投入及切除，而切除一條線路時，需要同時斷開兩臺變壓器，造成一臺變壓器的短時停電，所以若考慮經(jīng)濟運行也可采用圖2所示的外橋接線。 </p><p>　　圖1 內橋接線

11、 圖2 外橋接線</p><p>　　2.2.2 三相YN,d11變壓器主接線</p><p>　　三相YN,d11接線變壓器用于直接供電方式或吸流變壓器供電方式中。變壓器高壓側繞組以星形方式與電力系統(tǒng)的三相相聯(lián)接。變壓器低壓側繞組接成三角形，其中c端子的一角經(jīng)電流互感器接至接地網(wǎng)和鋼軌（吸流變壓器供電方式時接回流線）；另兩角（變壓器a、b端子）分別經(jīng)

12、電流互感器、斷路器和隔離開關引接至牽引母線。兩臺變壓器可并聯(lián)工作；也可一臺工作，另一臺固定備用。如圖6（見附錄）所示。</p><p>　　2.2.3牽引變電所27.5kV饋線側主接線設計</p><p>　　由于27.5kV(或55kV)饋線斷路器的跳閘次數(shù)較多，為了提高供電的可靠性，按饋線斷路器備用方式不同，牽引變電所27.5kV 側饋線的接線方式一般有下列三種：</p>

13、<p>　　（1）饋線斷路器100%備用的接線</p><p>　　如圖3所示。這種接線當工作斷路器需檢修時，即由備用斷路器代替。斷路器的轉換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。</p><p>　　圖3 饋線斷路器100%備用的接線</p><p>　?。?）饋線斷路器50%備用的接線</p><p>　　如圖4所示。此種接

14、線用于單線區(qū)段，牽引母線同相的場合和復線區(qū)段，每相母線只有兩條饋線的場合。這種接線每兩條饋線設一臺備用斷路器，通過隔離開關的轉換，備用斷路器可代替其中任一臺斷路器工作。牽引母線用兩臺隔離開關分段是為了便于兩段母線輪流檢修。</p><p>　　圖4饋線斷路器50%備用的接線</p><p>　　在此設計中由于牽引變電所設在小站，且饋電線只供區(qū)間時采用，當每相母線的饋出線數(shù)目較多時（如牽引變

15、電所設在樞紐地區(qū)或大的區(qū)段站處），我們可以采用第三種接線方式</p><p>　?。?）帶旁路母線和旁路斷路器的接線</p><p>　　如圖5所示。一般每2至4條饋線設一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場合，以減少備用斷路器的數(shù)量。</p><p>　　圖5 帶旁路母線和旁路斷路器的接線

16、</p><p>　　考慮到牽引變壓器類型為三相變壓器，且此牽引變電所只為區(qū)間正線供電，為了提高供電的可靠性，同時避免較大的一次性投資，牽引變電所27.5kV 側饋線斷路器采用50%備用的接線。饋線的接線方式為饋線斷路器50%備用的接線。每2條饋線設1臺備用斷路器和2臺備用隔離開關，備用斷路器和備用隔離開關中的1臺可代替任一饋線斷路器和隔離開關工作。</p><p>　　3 .牽引變壓器容

17、量計算</p><p>　　為了經(jīng)濟合理的選擇牽引變壓器容量，計算分3個步驟進行：</p><p>　　(1)確定計算容量—按正常運行的計算條件求出主變壓器供應牽引負荷所必須的最小容量。</p><p>　　(2)確定校核容量—按列車緊密運行時的計算條件并充分利用牽引變壓器的過負荷能力所計算的容量。</p><p>　　(3)安裝容量—根據(jù)計

18、算容量和校核容量，再考慮其他因素（如備用方式）等，最后按變壓器實際產品的規(guī)格所確定的變壓器臺數(shù)與容量。</p><p>　　計算容量主要由各供電臂的負荷來決定，各供電臂的負荷就是牽引變電所的饋線電流。牽引變電所的饋線電流由牽引計算的結果和線路通過能力及行車量等條件決定。</p><p>　　3.1牽引變壓器的計算容量</p><p><b>　　(1)&l

19、t;/b></p><p>　　其中為溫度系數(shù)，取0.9，U為牽引側電壓，為27.5kV，=295A，=218A，代入可得：S=16.8MVA。</p><p>　　3.2牽引變壓器的校核容量</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　其中為溫度系數(shù)，取0.9，U為牽引側電壓，為27.5kV，

20、=590A，=218A，代入可得：=32.7MVA。</p><p>　　這里三相YN,d11變壓器的過負荷倍數(shù)為1.5，所以可得該變壓器的校核容量為： =21.8MVA (3)</p><p>　　3.3牽引變壓器安裝容量</p><p>　　牽引變壓器的安裝容量是在計算容量和校核

21、容量的基礎上，再考慮備用方式，最后按變壓器的產品規(guī)格確定的變壓器臺數(shù)與容量。確定安裝容量除了計算容量和校核容量外，主要考慮的因素是備用方式。這里牽引變壓器采用固定備用。</p><p>　　3.4牽引變壓器類型的選擇</p><p>　　當牽引變壓器的計算容量和校核容量確定以后，選擇兩者中的大者，并按采用的備用方式、牽引變壓器的系列產品（額定容量優(yōu)先級為R10系列，即10000，12500

22、，1600，20000，25000，31500，40000，50000，63000，80000，100000（KVA）等）以及有否地區(qū)動力負荷等諸因素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。本設計中選擇牽引變壓器安裝容量為2×25000KVA。牽引變壓器選擇用SFY-25000/110型三相雙繞組牽引變壓器。</p><p>　　4.開關設備的選擇</p><p>　　4.1高壓斷路器

23、的選擇</p><p>　　對于開斷電路中負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用地點和負荷種類及特點選擇斷路器的類型和型號、即戶內或戶外式，以及滅弧介質的種類，并能滿足下列條件：</p><p>　?。?) 斷路器的額定電壓，應不低于電網(wǎng)的工作電壓，即</p><p><b>　　Ue ≥ Ug</b></p><p&

24、gt;　　式中, Ue 、Ug—分別為制造廠給出的短路器額定電壓和網(wǎng)絡的工作電壓，伏或千伏。</p><p>　　（2) 斷路器的額定電流Ie，應不小于電路中的最大長期負荷電流，即</p><p><b>　　Ie ≥ Ig</b></p><p>　　式中, Ig—斷路器的最大長期負荷電流，安或千安。</p><p>

25、　?。?）根據(jù)斷路器的斷路能力，即按照制造廠給定的額定切斷電流Ieq、或額定斷路容量Sed選擇斷路器切斷短路電流（或短路功率）的能力。為此，應使額定切斷電流Ieq不小于斷路器滅弧觸頭剛分離瞬間電路內短路電流的有效值Idt，或在一定工作電壓下應使斷路容量Sed不小于短路功率Sdt。即</p><p>　　Ieq ≥ Idt或Sed=Ue·Ieq ≥ Sdt（三相系統(tǒng)）</p><p&g

26、t;　　式中，Idt—短路后t秒短路電流有效值（周期分量），對快速斷路器，取Idt=I", t≤0.1； </p><p>　　Sdt—短路后t秒短路功率，對快速熔斷器Sdt=Sd。 </p><p>　　對于牽引系統(tǒng)，牽引網(wǎng)電壓為27.5千伏，當采用三相35千伏系列的斷路器時，斷路器容量需按下式換算：</p><p>　　Sed=·Sed=0.

27、78Sed</p><p>　　式中，Sed—35千伏斷路器用在27.5千伏系統(tǒng)中的三相斷路容量。</p><p>　　牽引網(wǎng)饋電線用單相斷路器，按額定斷路容量選擇時應滿足的條件為（Ieq不變）：</p><p>　　S(2)ed=27.5·Ieq ≥ S(2)dt</p><p>　　式中，S(2)ed、S(2)dt—分別為單相斷

28、路器的額定斷路容量和單相牽引網(wǎng)中短路后t秒的短路功率。</p><p>　　為了求得短路電流有效值Idt，必須確定切斷短路的計算時間tjs，即從短路發(fā)生到滅弧觸頭分開時為止的全部時間，它等于繼電保護動作時間tb和斷路器固有動作時間tg之和，故tjs=tb+tg。</p><p>　　在設計和電氣設備選擇中，由實際選擇的保護裝置與斷路器型號，可得到tb和tg的實際值，但如無此數(shù)據(jù)時，一般可按

29、下述情況選取。</p><p>　　對快速動作的斷路器，取tg=0.05秒，而對于非快速動作的斷路器，tjs =0.1～0.15秒；</p><p>　　對于繼電保護，應按具有最小動作時間的速斷主保護作為動作時間，即tb=0.05秒，因此，對于快速動作的斷路器，切斷短路的計算時間tjd=0.05～0.1秒，對于非快速動作的斷路器，tjs =0.15～0.2秒。</p><

30、;p>　　可知，短路發(fā)生后tjs＞0.1秒，因短路電流的非周期分量已接近衰減完畢，此時短路電流即為短路周期分量電流的有效值。</p><p>　　當tjs≤0.1秒時，則須計入短路電流的周期分量。</p><p>　?。?）校驗短路電流通過時的機械穩(wěn)定性</p><p>　　在短路電流作用下，對斷路器將產生較大的機械應力，為此，制造廠給出了能保證機械穩(wěn)定性的極

31、限通過電流瞬時值igf，即在此電流通過下不致引起觸頭熔接或由于機械應力而產生任何機械變形。因而，應使</p><p>　　igf>i(3)ch</p><p>　　式中，igf，i(3)ch—分別為斷路器的極限通過電流或斷路器安裝處的三相短路沖擊電流（幅值）。</p><p>　?。?）校驗短路時的熱穩(wěn)定性</p><p>　　短路電流

32、通過時斷路器的熱穩(wěn)定性，由制造廠家給出的在t秒（t分別為4、5或10秒）內允許通過的人穩(wěn)定電流It來表征，即在給定的時間t內，It通過斷路器時，其各部分的發(fā)熱溫度不超過規(guī)定的短路最大容許發(fā)熱溫度。因此，短路電流Id通過斷路器時，其熱穩(wěn)定條件為：</p><p>　　I2t·t ≥ Qd</p><p>　　式中，It—為制造廠家規(guī)定的ｔ秒熱穩(wěn)定電流。</p><

33、;p>　　Qd—短路電流發(fā)熱效應。</p><p>　　Qd = Qz + Qfi</p><p>　　4.2高壓熔斷器的選擇</p><p>　　高壓熔斷器用以切斷過負荷電流和短路電流，選擇是首先應考慮裝置的種類與型式、是屋內或屋外使用，對于污穢地區(qū)的屋外式熔斷器還應保證絕緣泄露比距的要求，以加強絕緣，此外，高壓熔斷器應滿足:</p><

34、p>　　(1）按工作電流　Ue > Ug（與斷路器意義相同）。</p><p>　　(2）按工作電流 IeR ≥ Iei≥ Ig </p><p>　　式中，IeR、Iei—分別為熔斷器額定電流和熔件額定電流；</p><p>　　Ig—網(wǎng)絡中最大長期工作電流</p><p>　　(3）按斷流容量 Iq≥I" 或

35、Se≥S" </p><p>　　式中，Iq、Se分別為熔斷器的極限開斷電流和額定斷流容量。</p><p>　?。?）對污穢地區(qū)屋外安裝的熔斷器，其絕緣泄露比距應滿足</p><p>　　因熔斷器的熔斷時間很短，故采用熔斷器保護的導體和電器可不校驗短路電流的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。此外，高壓熔斷器熔件的選擇還必須與網(wǎng)絡中各分段、分支電路的熔斷器熔件或與

36、饋電線繼電保護之間，從時間特性上保證互相間動作的選擇性和時限配合關系。</p><p>　　4.3 儀用互感器的選擇</p><p>　　4.3.1電流互感器的選擇</p><p>　?。?） 電流互感器的選擇一般有如下原則需要遵循：</p><p>　　應滿足一次回路的額定電壓、最大負荷電流及短路時的動、熱穩(wěn)定電流的要求；</p>

37、;<p>　　應滿足二次回路測量、自動裝置的準確度要求和保護裝置10%誤差的要求；</p><p>　　應滿足保護裝置對暫態(tài)特性的要求（如500KV保護）；</p><p>　　用于變壓器差動時，各側電流互感器的鐵芯宜用相同的鐵芯型式。各互感器的特性宜相同，以防止區(qū)外故障時，各互感器特性不一致而產生差流，造成誤動。</p><p>　?。?） 電流互感

38、器類型選擇</p><p>　　為保證保護裝置的正確動作，所選擇的互感器至少要保證在穩(wěn)態(tài)對稱短路電流下的誤差不超過規(guī)定值。至于故障電流中的非周期分量和互感器剩磁等問題帶來的暫態(tài)影響，則只能根據(jù)互感器所在系統(tǒng)暫態(tài)問題的嚴重程度、保護裝置的特性、暫態(tài)飽和可能引起的后果和運行情況進行綜合考慮定性分析，至于精確的暫態(tài)特性計算由于過于復雜且現(xiàn)場工作情況很難進行，因此不進行討論。</p><p>　　

39、330—500KV系統(tǒng)保護、高壓側為330—500KV的變壓器保護用的電流互感器，由于系統(tǒng)一次時間常數(shù)較大，互感器暫態(tài)飽和較嚴重，由此可能導致保護錯誤動作的后果。因此互感器應保證實際實際短路工作循環(huán)中不致暫態(tài)飽和，即暫態(tài)誤差不超過規(guī)定值，一般選用P類互感器，尤其是線路保護考慮到重合閘的問題，要考慮雙工作循環(huán)的問題，因此推薦使用TPY型。</p><p>　　220KV系統(tǒng)保護、高壓側為220KV的變壓器保護互感器

40、其暫態(tài)飽和問題及其影響較輕，可按穩(wěn)態(tài)短路條件計算互感器穩(wěn)態(tài)特性，進而選擇互感器。當然，為減輕可能發(fā)生的暫態(tài)飽和影響，我們有必要留有適當?shù)脑６取?20KV系統(tǒng)保護的暫態(tài)系數(shù)一般不小于2。</p><p>　　110KV系統(tǒng)保護用互感器一般按穩(wěn)態(tài)條件考慮，采用P類互感器。</p><p>　　高壓母線差動保護用電流互感器，由于母線故障時故障電流很大，而且外部故障時流過互感器的電流差別也很大；即

41、使各互感器特性一致，其暫態(tài)飽和的情況也可能差別很大，因此母線差動保護用的電流互感器最好要具有抗暫態(tài)飽和的能力。實際工程應用中，一般按穩(wěn)態(tài)條件選擇互感器，而抗飽和的問題更多的由保護裝置進行處理。</p><p>　　4.3.2電壓互感器的選擇</p><p>　?。?） 給重合閘提供必要信號，一條線路兩側重合閘的方式要么是檢無壓，要么是檢同期，線路PT可以為重合閘提供電壓信號。</p&

42、gt;<p>　?。?）現(xiàn)在部分線路PT時用的電容式電壓互感器，可以為載波通信提供信號通道。</p><p>　　（3） 目前對一些特殊的供電用戶線路提供計量電壓。</p><p>　?。?） 將系統(tǒng)高電壓轉變?yōu)闃藴实牡碗妷海?00V），為儀表、保護提供必要的電壓。</p><p>　?。?） 與測量儀表相配合，測量線路的相電壓與線電壓，與繼電保護裝置

43、相配合，對系統(tǒng)及設備進行過電壓、單相接地保護。</p><p>　　4.4 隔離開關的選擇</p><p>　　高壓側的隔離開關分為接地式與防污式隔離開關，以110kV 為標準，選擇</p><p>　　GW4-110(D)/1250 和GW4-110(W)/1250 兩種隔離開關，技術指標如下表4 所示。</p><p>　　表4 GW22

44、-126(D)(W)/1250 型隔離開關主要技術參數(shù)</p><p>　　低壓側的隔離開關只需防污式?.無需接地式?.以27.5kV 為標準?.選擇</p><p>　　GW4-27.5(W)/1250。適用于頻率為50Hz􀇽額定電壓為27.5kV􀇽額定電流為1250A的鐵道電氣化線路中?.作為有電壓無負荷時分合電路用?.也供鐵道自動閉塞信事情裝置時使

45、用。并可單級使用。隔離開關配用CS11、CS14 型手力操動機構并與CJ2、CJ5、CJ6、CJ11 免維護系列電動操動機構組合?.特別適合電力系統(tǒng)和電氣化鐵路領域對遠距離分、合的需要。</p><p>　　5.繪制電氣主結線圖</p><p>　　該牽引變電所主接線方案如圖7（見附錄）所示。為保證供電可靠性，牽引變壓器采用固定備用方式。采用固定備用方式的優(yōu)點是，其投入快速方便，可確保鐵路

46、正常運輸，又可不修建鐵路專用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場地面積較小，土方量較少，電氣主接線較簡單。其缺點是增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內設備檢修業(yè)務要靠公路運輸。因此，固定備用方式適用于有公路條件的大運量區(qū)段。</p><p>　　因采用三相牽引變壓器，同一牽引變電所饋線電壓同相，且省去牽引變電所出口處電分相裝置，改善了電力機車行的弓網(wǎng)關系。此種接線適用于高速電氣化鐵路的機車運行。唯一不足的是，會產生

47、較大的負序和諧波。</p><p><b>　　6.小結</b></p><p>　　經(jīng)過一周時間的緊張準備，課程設計終于完成，不僅對專業(yè)有了更深刻的理解和掌握，而且還加強了對各種能力的鍛煉。</p><p>　　通過這次課程設計，我深知自己學習的膚淺和粗略，理論和實踐不能分離，要緊密結合才能真正的掌握專業(yè)知識。變壓器作為電力系統(tǒng)的核心，對整個

48、電力系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，掌握變壓器的相關知識，才能進一步學習其他的知識。以變壓器為核心，選擇容量，接線方式，隔離開關，斷路器，互感器和熔斷器，完成系統(tǒng)的一次接線。整個過程緊密相連，稍有不慎，就會影響下一步。</p><p>　　課程設計不僅是對個人能力的考驗，也是對團隊精神的一種鍛煉。如果一個人獨立完成，不僅費時費力，還不知道最終的結果是否合理；如果幾個人合作，不僅能加深對知識的理解，還能鍛煉與人協(xié)作的能力。

49、對于這次緊張而有趣課程設計，讓我受益匪淺。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　圖6 三相YN,d11變壓器主接線</p><p>　　圖7 采用雙T接線的復線三相牽引變電所電氣主接線</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>