電力牽引供電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　1 設(shè)計(jì)原始題目</b></p><p><b>　　1.1 具體題目</b></p><p>　　某牽引變電所乙采用直接供電方式向復(fù)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(cè)電流如表1所示：</p><p><b>　　

2、表1 計(jì)算原始資料</b></p><p><b>　　2 題目分析</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中，先按給定的計(jì)算條件求出牽引變壓器供應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的最小容量，然后按列車緊密運(yùn)行時(shí)供電臂的有效電流與充分利用牽引變壓器過負(fù)荷能力，求出所需要的容量，稱為校核容量。這是為確保牽引變壓器安全運(yùn)行所必須的容量。最后計(jì)算容量和校核容量，再考慮其他因素（如

3、備用方式等），然后按實(shí)際系列產(chǎn)品的規(guī)格選定牽引的臺(tái)數(shù)和容量，稱為安裝容量或設(shè)計(jì)容量。</p><p><b>　　3 詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電氣主接線一方面從電源系統(tǒng)接收電能，另一方面又通過饋電線路將電能分配出去。電氣主接線的電源回路和用電回路之間采用什么方式連接，以保證工作可靠、靈活是十分重要的問題。牽引變電所（包括開閉所、分區(qū)所）的電氣主結(jié)線是指由

4、隔離開關(guān)、互感器、避雷器、斷路器、主變壓器、母線、電力電纜、移相電容器等高壓一次電氣設(shè)備，按工作要求順序連接構(gòu)成的接受和分配電能的牽引變電所內(nèi)部的電氣主電路。</p><p>　　牽引變電所的電氣主結(jié)線分為三個(gè)部分來分別設(shè)計(jì)：110kV電源側(cè)的電氣主接線、牽引側(cè)的主接線、三相YN，d11直接供電方式變壓器接線。</p><p>　　3.1 牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計(jì)</p>

5、<p>　　由于27.5kV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(cè)饋線的接線方式一般有下列三種：</p><p>　　3.1.1 帶旁路母線和旁路斷路器的接線</p><p>　　一般每2至4條饋線設(shè)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(chǎng)合，以減少

6、備用斷路器的數(shù)量。 </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(shí)避免較大的一次性投資，牽引變電所27.5kV 側(cè)饋線斷路器采用50%備用的接線。每2條饋線設(shè)1臺(tái)備用斷路器和2臺(tái)備用隔離開關(guān)，備用斷路器和備用隔離開關(guān)中的1臺(tái)可代替任一饋線斷路器和隔離開關(guān)工作。</p><p>　　3.1.2 饋線斷路器100%備用的接線&

7、lt;/p><p>　　這種接線當(dāng)工作斷路器需檢修時(shí)，此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同的場(chǎng)合。即由備用斷路器代替。斷路器的轉(zhuǎn)換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。</p><p>　　3.1.3 饋線斷路器50%備用的接線</p><p>　　這種接線每?jī)蓷l饋線設(shè)一臺(tái)備用斷路器，通過隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換，備用斷路器可代替其中任一臺(tái)斷路器工作。當(dāng)每相母線的饋出線數(shù)目較多時(shí)

8、，一般很少采用此種法方法。</p><p>　　3.2 牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計(jì)</p><p>　　著重考慮滿足供電的可靠性和運(yùn)行操作中的安全、靈活及便利，而利用分段開關(guān)將電源及出線平均分配于兩段母線，在正常運(yùn)行時(shí)，分段斷路器閉合。兩段母線并列運(yùn)行，當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器自動(dòng)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，因此采用內(nèi)橋接線。&

9、lt;/p><p>　　依據(jù)該牽引變電所負(fù)荷等級(jí)，要求兩路電源進(jìn)線，因有系統(tǒng)功率穿越，屬通過式變電所，110kV側(cè)采用內(nèi)橋接線。由于外橋接線適合于輸電距離較短，線路故障會(huì)較少，而變壓器需要經(jīng)常操作的場(chǎng)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(shí)，需要同時(shí)斷開兩臺(tái)變壓器，造成一臺(tái)變壓器的短時(shí)停電，所以若考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也可采用外橋接線。 </p><p>　　3.3三相YN,d11方式變壓

10、器接線</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(cè)繞組以星形方式接到110kV（220kV）三相電力系統(tǒng)的高壓輸電線上。變壓器低壓側(cè)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)和軌道（吸流變壓器供電方式時(shí)接回流線）；另兩角（變壓器a、b端子）分別經(jīng)電流互感器、斷路器和隔離開關(guān)引接到27.5kV的a相和b相母線上。兩臺(tái)變壓器可并聯(lián)運(yùn)行；也可一臺(tái)工作，

11、另一臺(tái)固定備用。</p><p>　　圖1 三相YN,d11變壓器主接線</p><p>　　4 牽引變壓器容量計(jì)算</p><p>　　為了經(jīng)濟(jì)合理的選擇牽引變壓器容量，計(jì)算分3個(gè)步驟進(jìn)行：</p><p>　　(1)確定計(jì)算容量—按正常運(yùn)行的計(jì)算條件求出主變壓器供應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的最小容量。</p><p>　　(

12、2)確定校核容量—按列車緊密運(yùn)行時(shí)的計(jì)算條件并充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能力所計(jì)算的容量。</p><p>　　(3)安裝容量—根據(jù)計(jì)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(shí)際產(chǎn)品的規(guī)格所確定的變壓器臺(tái)數(shù)與容量。計(jì)算容量主要由各供電臂的負(fù)荷來決定，各供電臂的負(fù)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(jì)算的結(jié)果和線路通過能力及行車量等條件決定。</p><p

13、>　　4.1牽引變壓器的計(jì)算容量</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　其中為溫度系數(shù)，取0.9，U為牽引側(cè)電壓，為27.5kV，=295A，=218A，代入可得：S=16.8MVA。</p><p>　　4.2牽引變壓器的校核容量</p><p><b>　　(2)</b

14、></p><p>　　其中為溫度系數(shù)，取0.9，U為牽引側(cè)電壓，為27.5kV，=590A，=218A，代入可得：=32.7MVA。</p><p>　　這里三相YN,d11變壓器的過負(fù)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>

15、　　4.3牽引變壓器類型的選擇</p><p>　　當(dāng)牽引變壓器的計(jì)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(chǎn)品（額定容量?jī)?yōu)先級(jí)為R10系列，即10000，12500，1600，20000，25000，31500，40000，50000，63000，80000，100000（KVA）等）以及有否地區(qū)動(dòng)力負(fù)荷等諸因素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。本設(shè)計(jì)中選擇牽引變壓器安裝容

16、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>　　5 主要電氣設(shè)備的選擇</p><p>　　5.1 斷路器的選擇</p><p>　　目前一般使用的斷路器類型有:高壓斷路器、油斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器、SF6斷路器。</p><p>　　5.1.1 高壓斷路

17、器的選擇</p><p>　　27.5kV側(cè)的最大短路電流為1052A，工作電壓為27.5kV，根據(jù)GB/T11022《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備公用的技術(shù)要求》，選擇ZN85-40.5/1250-31.5型號(hào)的高壓斷路器。</p><p>　　5.1.2其他斷路器的選擇</p><p>　　要根據(jù)使用場(chǎng)合和用途選擇斷路器類型，少油斷路器屬于通用產(chǎn)品，如果沒有特殊要求，

18、一般選少油斷路器；真空斷路器分合閘時(shí)間短、允許動(dòng)作次數(shù)多，一般頻繁操作和對(duì)動(dòng)作時(shí)間有特殊要求的場(chǎng)合使用；SF6斷路器絕緣性能好，一般用于高壓系統(tǒng)中。</p><p>　　5.2 隔離開關(guān)的選擇</p><p>　　與高壓斷路器計(jì)算相似，無需校驗(yàn)斷流容量或開斷短路電流。27.5kV側(cè)的最大短路電流為1052A，工作電壓為27.5kV，根據(jù)IEC60129《交流隔離開關(guān)與接地開關(guān)》的技術(shù)要求，

19、選擇GW4—40.5/1250型號(hào)的高壓交流隔離開關(guān)。</p><p>　　5.3 互感器的選擇</p><p>　　電壓互感器的一次繞組是與高壓電路并聯(lián)的，在使用中二次側(cè)不允許短路。電壓互感器的一、二次側(cè)均必須裝設(shè)熔斷器，以防發(fā)生短路燒毀互感器或影響一次電路的正常運(yùn)行。電壓互感器的二次側(cè)有一端必須接地，以防止電壓互感器的一、二次繞組絕緣擊穿時(shí)，一次側(cè)的高電壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備安全

20、。</p><p>　　電流互感器一次線圈串聯(lián)在一次主回路中，在工作時(shí)二次側(cè)絕對(duì)不許開路。電流互感器一般均做成單相，電流互感器在使用時(shí)，為防止電流互感器的一、二次繞組絕緣擊穿時(shí)，一次側(cè)的高電壓竄入二次側(cè)，危及人身和設(shè)備的安全。電流互感器的二次側(cè)有一端必須接地。</p><p>　　6 繪制電氣主接線圖</p><p>　　該牽引變電所主接線方案如附錄所示。為保證供電

21、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(diǎn)是，其投入快速方便，可確保鐵路正常運(yùn)輸，又可不修建鐵路專用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場(chǎng)地面積較小，土方量較少，電氣主接線較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內(nèi)設(shè)備檢修業(yè)務(wù)要靠公路運(yùn)輸。因此，固定備用方式適用于有公路條件的大運(yùn)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，

22、改善了電力機(jī)車行的弓網(wǎng)關(guān)系。此種接線適用于高速電氣化鐵路的機(jī)車運(yùn)行。唯一不足的是，會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)序和諧波。</p><p><b>　　7小結(jié)</b></p><p>　　通過設(shè)計(jì)可以看出，直接供電方式復(fù)線區(qū)段供電采用三相YN,d11接線時(shí)，為了滿足三相YN,d11兩臺(tái)變壓器的需要?jiǎng)t需要有兩回電源線路。橋形接線110kV側(cè)因有系統(tǒng)穿越功率通過母線，110kV線路設(shè)有繼

23、電保護(hù)裝置，牽引變電所27.5kV 側(cè)饋線斷路器采用50%備用的接線。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李彥哲,胡彥奎 ,王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社.2006</p><p>　　[2] 鐵道部電氣化局電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)院,電氣化鐵道設(shè)計(jì)手冊(cè)—牽引供電系統(tǒng)[M].北京