【正文】 同時還修建了我國第一條以運煤為主、開行萬噸重載列車、年運量達 1 億 噸 的大秦電氣化鐵道 。 主要局限在隧道多、坡度大的山區(qū)鐵路 .先后建成了寶成線、陽安線、襄渝線襄樊至安康、石太線石家莊 陽泉、寶蘭線寶雞 天水等電氣化鐵道 。電氣化鐵路直接產(chǎn)生重大國民經(jīng)濟效益和社會效益。電氣化鐵路直接產(chǎn)生重大國民經(jīng)濟效益和社會效益。尤其是干線鐵路的快速發(fā)展對我國中長期的現(xiàn)代化建設(shè)起到了無可替代的作用。并以此來進行保護選擇，以 及變電所中的斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等電氣設(shè)備必須依據(jù)短路計算的結(jié)果。線路位于河北、山西省境內(nèi)，橫穿太行山山脈，區(qū)間隧道、橋梁眾多，設(shè)計需要考慮山路坡度大的問題。 牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)輸送來的三相高壓電變化成適合電力機車使用的電能。 四、 預期結(jié)果 通過本次設(shè)計使 石太客專 陽泉 北牽引變電所系統(tǒng) 的 設(shè)計 各方面數(shù)據(jù)計算準確，有較強可行性。 近幾年來我國電氣化建設(shè)飛速發(fā)展，主要有： 19691977 年，我國寶成線的鳳州 — 成都段、陽安線兩條電氣化鐵路建成投入運行，共計約 940km。 研室主任簽字 時 間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計 學 生姓名 吳長在 學號 20xx2434 班級 09014 班 專業(yè) 電氣工程及其自動化 一、 選題背景 石太客運專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運網(wǎng)的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐，本次設(shè)計是進行陽泉北牽引變電所的設(shè)計 滿足系統(tǒng)性能目標和可靠性、可用性、安全性和可維修性要求。 2． 進行 供電方案 比較 ，完成 變壓器容量 計算、短路 保護 計算、選 擇 牽引 電氣 設(shè)備。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 Design on Yangquan North Traction Substation System for Passenger Dedicated Line of ShijiazhuangTaiyuan 20xx 屆 電氣與電子工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 完成日期 20xx 年 6 月 10 日 石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計jiji 計 畢業(yè)設(shè)計成績單 學生姓名 學 號 20xx2434 班 級 09014 班 專 業(yè) 電氣工程及其 自動化 畢業(yè)題目 石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計 指導教師姓名 指導教師職稱 教授 評 定 成 績 指導教師 得 分 評閱人 得 分 答辯小組 組長 得 分 成 績： 系主任 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題 目 石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計 學生姓名 吳長在 學號 20xx2434 班級 09014 班 專業(yè) 電氣工程及其自動化 承擔指導任務(wù)單位 電氣與電子工程學院 導師 王碩禾 導師職稱 教授 一 、主要內(nèi)容 本次設(shè)計主要是按給定的 石太客專既有 條件， 學習專業(yè)資料及相關(guān)技術(shù)規(guī)范 并結(jié)合實際情況來進行 陽泉北牽引變電所的設(shè)計，本設(shè)計包括： 通過負荷、短路計算，選擇供配電方式、變壓器容量，完成高低壓設(shè)備和導線的選型，繪制主接線圖、用電平面布置圖 ， 各個所 平面布置圖等 。 3． 繪制 CAD 牽引變電所主結(jié)線圖、 變壓器原理圖 等相關(guān)圖紙。 本設(shè)計根據(jù)國內(nèi)牽引供電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，采用分段供電，外加無功補償，經(jīng)濟有效的解決壓降問題。 19801990 年，我國電氣化鐵路建成投入共計約 5940km，是 19581961 年的 63 倍，是19691977 年的六倍多。并且進一步理解交流電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)知識，增加實踐性，為以后的工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。而電氣主接線反映牽引變電所設(shè)施的主要電氣設(shè)備以及這些設(shè)備的規(guī)格、型號、技術(shù)參數(shù)以及在電氣上是如何連接的，高壓側(cè)有幾回進線、幾臺牽引變壓器，有幾回接觸網(wǎng)饋電線。 本設(shè)計的任務(wù)是完成石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計： 首先，經(jīng)過方案比較確定本段牽引供電方案，區(qū)段供電方式，變壓器接線方式。 最后 ,進行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補償分析。 在 繁忙干線 建設(shè)客運專線，實現(xiàn)客貨分線運輸，能夠大幅度提高鐵路運輸能力，分流既有線的大部分客車，緩解既有線運能緊張的局面，同時還可以滿足大經(jīng)濟區(qū)、大城市的增量運輸?shù)男枨螅v出既有線用來發(fā)展貨物 重載運輸 ，適應(yīng)日益增長的運輸需要。 石太客運專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運網(wǎng)的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著時代的發(fā)展國內(nèi)外電氣化鐵路也在不斷發(fā)展，牽引動力電氣化鐵路建設(shè)已成為世界范圍內(nèi)鐵路技術(shù)發(fā)展的方向。 到 1980 年底 ， 共建成電氣化鐵道 1676km。 截止到 20xx 年十月我國電氣化鐵路總里程達到 26000km，點氣化率達 %。 (2)通過既有數(shù)據(jù)進行負荷計算，來選擇主變壓器安裝容量以及臺數(shù)。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 3 第 2 章 牽引變電所供電方案及主接線設(shè)計 外部電源供電介紹 山西電網(wǎng)是我國重要的火電基地，是我國北部“西電東送”的重要通道，電能輸出量高居全國第一，目前已經(jīng)形成 500 千伏電網(wǎng)為骨干、重點負荷區(qū)以 220千伏為環(huán)網(wǎng)的電網(wǎng)格局 ， 全省共有 500 千伏線路 11 條計 949 公里， 500 千伏變電站 5 座，變電容量 1200 萬千伏安； 220 千伏線路 124 條計 5232 公里， 220 千伏變電站 51 座，變電容量 萬千伏安。 如圖 21 所示。因此本線采用單邊末端并聯(lián)供電。在正常情況下，上、下行接觸網(wǎng)在 AT 所、分區(qū)所處并聯(lián)，實現(xiàn)上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)供電，在分區(qū)所設(shè)置越區(qū)開關(guān)，可實現(xiàn)越區(qū)供電。在 AT 牽引變電所中，牽引變壓器將 220 千伏三相電降壓成單相 55 千伏，則鋼軌與接觸網(wǎng)間的電壓正好是自耦變壓器兩端的電壓的一半即 。能夠?qū)崿F(xiàn)機車電流由左右兩側(cè)接觸我那個雙邊供電，越區(qū)供電能力大大加強。它是電氣設(shè)備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據(jù)，也是運行人員進行各種倒閘操作和事故處理的重要依據(jù)?？煽烤褪侵鹘泳€應(yīng)滿足對不同負荷的不中斷供電，且保護裝置在正常運行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，而且能盡可能的縮小停電范圍。 因此，主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟合理。 總的來說，對主 接線的要求主要是可靠性和經(jīng)濟性兩個方面。單相 V,v 接線牽引變電所的特點： 牽引變壓器容量利用率可達到 100%； 正常運行時，牽引側(cè) 保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負荷； 主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較??； 石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 6 對電力系統(tǒng)的負序影響比單相接線?。? 對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)雙邊供電。 圖 24 三相 V,v 接線牽引變電所的原理電路圖 (3)三相 YN,d11 接線牽引變壓器接線 這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相 YN,d11 接線牽引變壓器，一臺運行，另一臺石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 7 固定備用。其原理 如圖 26所示 。 當牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成 橋形結(jié)線 。 牽引變電所 側(cè)采用單母線隔離開關(guān)分段接線型式，饋線采用上、下行饋線斷路器互相備用的方式；設(shè)置兩組并聯(lián)電容補償裝置。 分區(qū)所 ： 每個供電臂的上、下行接觸網(wǎng)之間用兩臺斷路器相聯(lián)，正常運行時，斷路器閉合，實現(xiàn)供電臂上下行并聯(lián)供電。 不同供電臂通過電動隔離開關(guān)實現(xiàn)越區(qū)供電。牽引變電所按不設(shè)自耦變壓器， AT 所設(shè)兩臺自耦變壓器，一臺運行，一臺備用；分區(qū)所設(shè)四臺自耦變壓器，兩臺投入運行，兩臺備用。這是為確保牽引變壓器安全運行所必需的容量。 主變壓器容量計算相關(guān)的原始資料如下： 供電臂 1—— 2n? 70N? 對 /天， 118N ?非 對 /天 石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 11 供電臂 2—— 2n? 70N? 對 /天， 118N ?非 對 /天 其中， n 表示區(qū)間數(shù)， N 表示計算列車數(shù)， N非 表示最大列車數(shù)。 ② 上 (下 )行供 電臂同時存在的平均列車數(shù)，即 () NtTm ? ? 上 （ 下 ）上 下 (35) 式中， N —— 上 (下 )行供電臂的列車對數(shù) (對 /日 )； T—— 為全日時間，即 1440min。ee = IKI 式 中： 39。為了確定牽引變壓器的安裝容量，除了其計算容量與校核容量外，主要考慮因素是備用方式。如表 32 所示。 由于采用的是完全備用方式，主變壓器單臺 運行，牽引變壓器高壓側(cè)三相接地短路短路電流與 1d 點的三相接地短路電流相等，最終在計算可能通過各種電氣設(shè)備和母線最大電流時，計算短路點 1 2 3,d d d 的三相接地短路電流即可 [12]。 表 41 沖擊系數(shù) 電壓等級 220kV chK 各級繼電保護時間配合按表 42 選取 。 高壓斷路器 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(yīng)按使用環(huán)境、負石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計 21 荷種類及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類型和型號，及戶外或戶內(nèi)，以及滅弧介質(zhì)的種類。 校驗斷路器的熱穩(wěn)定性： 斷路器的熱穩(wěn)定電流， ? 斷路器的試驗時間， =4ts 假想時間 ： 0 . 0 5 1 . 5 1 . 5 6 0 . 0 5 3 . 1 1j x j dt t t s? ? ? ? ? ? ? 229 9 8 .5 6 , 3 8 0 .8 3t z jxI t I t?? 22t z jxI t I t? 滿足要求 。 (3)電力變壓器高壓側(cè)我們選擇的是戶內(nèi)真空斷路器。 ○ 2 牽引主變壓器 隔離開關(guān)型號選擇如下： 工作點的線路額定電壓為： ? , 三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為： ? 根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為： G W 4 2 7 .5 k V / 1 2 5 0 A? 校驗隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性： 隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值 80 kA ?? 所以 ， 滿足要求 。 根據(jù)設(shè)計需要選擇每相上的儀表種類、個數(shù)和連接方式，然后決定測量用電壓、電流互感器的連接、選型與校驗 (設(shè)計中假設(shè)儀表盤距電壓、電流互感器安裝點 30m)。 220kV 側(cè)的電壓互感器是用于計費，并不需要起保護作用，因為如果 220kV側(cè)發(fā)生故障時，其他地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將故障切除，所以選擇 JCC 220? 準確級 級的電壓互感器。 220kV 電壓互感器的選型和校驗 (1)電壓互感器的選型 假設(shè)二次負荷為：一個饋線上共有一個有功瓦時計，一個無功電度表，一個電壓表測母線電壓，一個絕緣監(jiān)視裝置。 ○ 3 電力變壓器 隔離開關(guān)型號選擇如下： 工作點的線路額定電壓為： ? ,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為： ? 最大負荷電流為： 根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為： G W 4 2 7 .5 k V / 6 3 0 A? 校驗隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性： 隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值 50kAdwi ? ，所以 50 kA ?? 滿足要求 校驗隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性： 隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流 20kAtI ? ，隔離開關(guān)的試驗時間 =4ts 假想時間 0 . 0 5 0 . 5 0 . 5 6 0 . 0 5 1 . 1 1j x j d st t t? ? ? ? ? ?? 221 6 0 0 , 3 4 .1 1 2t z jxI t I t?? 22t z jxI t I t? 所以，滿足要求。 校驗斷路器的熱穩(wěn)定性： 斷路器的熱穩(wěn)定電流， 10kAtI ? 斷路器的試驗時間 , =4ts 假想時間 0 . 0 5 0 . 5 0 . 5 6 0 . 0 5 1 . 1 1j x j dt t t s? ? ? ? ? ? ? 22t z jxI t I t? 所以，滿足要求。型號選擇如下： 工作點的額定電壓為： ? 三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為： ? 最大負荷電流為： 根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的斷路器型號為： 6 220 / 1200SW ? 校驗斷路器的動穩(wěn)定性： 短路器的動穩(wěn)定電流峰值 41 kA ?? 滿足要求。 (1)牽引主變壓器高壓側(cè) (220kV)我們選擇的是戶外少油斷路器。選擇標準見下表所示，根據(jù)表 51 中條件，選擇合理