【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 操作運(yùn)行。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)量的增長(zhǎng)迅速，牽引變電所增容、增加饋線的建設(shè)經(jīng)常存在。　高壓側(cè)電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則與步驟(1)應(yīng)以批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針政策和有關(guān)的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點(diǎn)和實(shí)際調(diào)查掌握的各種基礎(chǔ)資料，進(jìn)行綜合分析和方案研究。(2)主結(jié)線設(shè)計(jì)與整個(gè)牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對(duì)電力牽引供電方案密切相關(guān)，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點(diǎn)、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電壓水平及補(bǔ)償措施、無(wú)功、諧波的綜合補(bǔ)償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級(jí)選擇等重大綜合技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)供電系統(tǒng)計(jì)算進(jìn)行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定牽引變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求 [5]。(3)根據(jù)供電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果提供的上述各種技術(shù)參數(shù)和有關(guān)資料，結(jié)合牽引變電所高壓進(jìn)線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進(jìn)線繼電保護(hù)方式、自動(dòng)裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當(dāng)前運(yùn)量和發(fā)展規(guī)劃遠(yuǎn)景等因素，并全面考慮對(duì)主結(jié)線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設(shè)計(jì)合理的電氣主結(jié)線。(4)新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 　高壓側(cè)主接線的基本方式(1)單母線接線如圖21所示圖21　單母線結(jié)線圖單母線接線的特點(diǎn)是：這種接線簡(jiǎn)單、設(shè)備少、配電裝置費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠。每回路斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時(shí)，該回路停電，1 S L 2 S L1 Q S2 Q S1 Q F 2 Q F3 Q F其他回路不受影響。檢修母線和與母線相連的隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時(shí)，將是全部電源斷開(kāi)，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。這種接線方式的缺點(diǎn)是母線故障時(shí)、檢修設(shè)備和母線時(shí)要造成停電；適用范圍：適用于對(duì)可靠性要求不高的10～35kV地區(qū)負(fù)荷。(2)單母線分段接線這種接線方式的特點(diǎn)如圖22所示圖22　單母線分段結(jié)線圖這種接線解決了斷路器的公共備用和檢修備用，在調(diào)試、更換斷路器和整定繼電保護(hù)裝置時(shí)都可以不必停電，提高了供電可靠性。它廣泛應(yīng)用于牽引負(fù)荷和35kV以上線路中，特別是負(fù)荷較重要，線路斷路器較多，檢修斷路器不允許停電的場(chǎng)合。其主要的缺點(diǎn)是設(shè)備較多，接線較復(fù)雜，配電裝置的占地，面積大。(3)橋形結(jié)線當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來(lái)，即構(gòu)成橋型結(jié)線。橋型結(jié)線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內(nèi)橋形和外橋形兩種，如圖23所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線路側(cè)。內(nèi)橋形結(jié)線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運(yùn)行都比較方便。橋形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運(yùn)行，1QS和2QS是斷開(kāi)的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時(shí)，1QS和2QS 合閘，故障線路的斷路器 1QF跳閘，其他三個(gè)元件（另一線路和兩臺(tái)主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內(nèi)橋結(jié)線當(dāng)任一線路故障或檢修時(shí)不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠(yuǎn)比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)內(nèi)橋結(jié)線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時(shí)，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開(kāi)2 S L1 S L1 Q S1 Q F9 Q S5 Q FQ FQ S2 M1 M。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時(shí)隔離開(kāi)關(guān)將跨條斷開(kāi)，安裝兩組隔離開(kāi)關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形結(jié)線的特點(diǎn)與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開(kāi)時(shí)，只要斷開(kāi)它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時(shí)，將是與該線路連接的變壓器短時(shí)中斷運(yùn)行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形結(jié)線適用于電源線路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺(tái)主變中一臺(tái)要經(jīng)常斷開(kāi)或投入）的場(chǎng)合，也可用在有穿越功率通過(guò)的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。橋型結(jié)線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結(jié)線。即在初期按橋形結(jié)線，將來(lái)有可能增加電源線路數(shù)時(shí)再擴(kuò)展為其他結(jié)線形式(a) 內(nèi)橋形 (b) 外橋形圖23　內(nèi)橋和外橋結(jié)線圖　牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇本次設(shè)計(jì)是通過(guò)式牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應(yīng)該選擇橋型接線。兩回路電源引入線分別經(jīng)斷路器接入兩臺(tái)主變壓器。本次設(shè)計(jì)要求的供電距離比較長(zhǎng)，牽引負(fù)荷的變化比較劇烈，考慮到這些情況后，牽引變電所高壓側(cè)適合采用外橋接線。并且外橋接線中，兩臺(tái)主變壓器，只有3組斷路器，斷路器數(shù)量比較少、配電裝置簡(jiǎn)單、清晰。無(wú)復(fù)雜的倒閘作業(yè)且具有一定的運(yùn)行靈活性、供電可靠性，使用電器少，建設(shè)費(fèi)用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線接線。即在初期按橋型結(jié)接線。將來(lái)有可能增加電源線路回路時(shí)再擴(kuò)展為其他接線形式。所以在本次設(shè)計(jì)中，在查閱相關(guān)資料后得出采用外橋接線是最適合本次設(shè)計(jì)的結(jié)論。1SL2SL1QS2QS1FQF1B2B2QF 2SL1SLQF1QF2QF2B1B　牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計(jì)牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主接線的基本形式和要求對(duì)牽引負(fù)荷側(cè)也都適用。但是牽引負(fù)荷也有其特殊性，牽引負(fù)荷側(cè)通過(guò)饋線給接觸網(wǎng)供電，由于接觸網(wǎng)沒(méi)有備用，而且接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空線路更為頻繁，因此牽引負(fù)荷側(cè)對(duì)斷路器的類型和備用方式比較高 [6]?！恳冸娝伨€側(cè)的幾種接線形式(1)饋線斷路器 100%備用的接線如圖24所示。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。圖24　饋線斷路器100%備用(2)饋線斷路器 50%備用的接線如圖25所示。這種接線每?jī)蓷l饋線設(shè)一臺(tái)備用斷路器，通過(guò)隔離開(kāi)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)，一般很少采用此種法方法。圖25　饋線斷路器50%備用(3)帶旁路母線和旁路斷路器的接線如圖26所示。一般每2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過(guò)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，以減少備用斷路器的數(shù)量。圖26　帶有旁路母線和旁路斷路器的接線　牽引變電所饋線側(cè)接線的選擇本次設(shè)計(jì)要求有六路饋線，數(shù)目比較多。從供電可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性考慮本次接線選用單母線帶分段旁路母線旁路的方式比較實(shí)用。這種接線能減少備用斷路器的數(shù)量。通過(guò)旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作。V母線在故障時(shí)進(jìn)行檢修，采用加真空短路器的供電方式。采用這種供電方式通過(guò)旁路母線和斷路器相互配合進(jìn)行刀閘操作，就可以對(duì)故障母線進(jìn)行檢修了?！煞N方案的提出及選擇(1)方案一 高壓側(cè)采用外橋形接線兩臺(tái)40000kVA牽引變壓器，一臺(tái)正常使用，一臺(tái)作為固定備用，一次側(cè)接在110kVA進(jìn)線低壓側(cè)采用單母線帶旁路母線的接線方式；方案二高壓側(cè)采用420220kVA牽引變壓器，每?jī)膳_(tái)一組并聯(lián)運(yùn)行；另外一組作為固定備用。兩供電臂電流在三相YN,d11接線牽引變壓器中的分配關(guān)系： 22211239caxxxpIIII??????????????222112bcxxxpIIII?????????22211239abxxxpIIII????????????式中 、 為兩供電臂有效電流， 、 為供電臂的平均電流。在牽引變電1xI2 p12所中，一臺(tái)牽引變壓器運(yùn)行，則全年的實(shí)際負(fù)載能力為（ ）2dcaxbaxde()???410kWh/a式中， 為每臺(tái)牽引變壓器的額定短路損耗（kW ） ? 2eIV側(cè)繞組的額定電流（A）全年空載電壓損失為：（kWh/a）??式中， 為每臺(tái)變壓器的額定空載損耗（kW）。0P?全年?duì)恳儔浩鞯目倱p失為： 0Td??若改為兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，則每臺(tái)通過(guò)供電臂電流的一半，負(fù)荷損耗只有單臺(tái)運(yùn)行時(shí)的1/4，所以兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的總負(fù)荷損耗只有單臺(tái)運(yùn)行時(shí)的 1/2，其全年總負(fù)載電能損失為：（ ）22()???410kWh/a兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)全年實(shí)際空載損耗為：（ ）?4/兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總電能損失為：（ ）0TdAP???41kWh/a根據(jù)上面公式計(jì)算出第一種方案全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總電能損失為：（ ）其中負(fù)載損耗 （ ）空載損耗為 （ ）041kh/aP?410kWh/a同理方案二的全年?duì)恳儔浩鲗?shí)際總損耗為（ ）???41kh/a其中負(fù)載損耗 （ ）空載損耗為 （ ）04/a4/a雖然方案一的全年電能損耗大于方案二，但是方案二的空載損耗比方案二大的多，綜合考慮方案一要比方案二經(jīng)濟(jì)很多。(2)另外方案一用兩臺(tái)牽引變壓器，而方案二用四臺(tái)牽引變壓器，所以方案二要采取兩天變壓器并聯(lián)運(yùn)行，第二種運(yùn)行方式對(duì)技術(shù)要求比較高，其主接線和負(fù)荷接線也比方案一負(fù)載很多。另外就是方案二要比方案一增加兩倍的投資，比如各種高低壓開(kāi)關(guān)器件、主變壓器、互感器以及母線都比方案一多選擇兩倍，所以綜合考慮還是方案一更適合本次設(shè)計(jì)，所以選擇兩臺(tái)牽引變壓器單臺(tái)運(yùn)行的方式是合理的 [7]。第3章　牽引變電所變壓器的選擇牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110kV 或220。由于牽引負(fù)荷具有極度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點(diǎn)，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣的多，因此要求牽引變壓器過(guò)負(fù)荷和抗短路沖擊的能力要強(qiáng)。根據(jù)這些特點(diǎn)對(duì)牽引變壓器的接線方式和安裝容量盡心選擇 [8]。　牽引變壓器的接線形式及選擇(1) 接線變壓器NY,d1這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺(tái)三相 聯(lián)結(jié)牽引變壓器，可以兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)固定備用。,其原理電路和相量關(guān)系分別如圖31(a)和(b)所示(a) (b)圖31　三相 連接牽引變壓器原理電路NY,d1ABCABCUAIB.. . . 32313131Ia b(z)(y) ww22 ψ bψ a UBUAUC.. .三相 聯(lián)結(jié)牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)是：NY,d1①牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力；②能很好的適應(yīng)當(dāng)一個(gè)供電臂出現(xiàn)很大牽引負(fù)荷時(shí)，另一供電臂卻沒(méi)有或只有很小牽引負(fù)荷的不均衡運(yùn)行情況；③三相 聯(lián)結(jié)變壓器在我國(guó)采用的時(shí)間長(zhǎng)，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對(duì)簡(jiǎn)NY,d1單，價(jià)格也較便宜；④一次側(cè)YN聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)可以引出接地，一次繞組可按分級(jí)絕緣設(shè)計(jì)制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。(2)單相聯(lián)結(jié)牽引變壓器單相牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器的容量利用率可達(dá)100%；主結(jié)線簡(jiǎn)單，設(shè)備少，占地面積小，投資省等。缺點(diǎn)：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電；對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響最大；對(duì)接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)兩邊供電。這種聯(lián)結(jié)只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場(chǎng)合。(3)單相V，v 牽引變壓器單相V，v牽引變壓器的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到 100%；正常運(yùn)行時(shí)，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(fù)載；主接線較簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，投資較?。粚?duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)?。粚?duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)：當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。(4)三相V，v 聯(lián)結(jié)牽引變壓器不但保持了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的主要優(yōu)點(diǎn)，而且完全克服了單相 V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V， v聯(lián)結(jié)牽引變電所不便于采用固定備用即其自動(dòng)投入的問(wèn)題。同時(shí)，三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器有兩臺(tái)獨(dú)立的鐵芯和對(duì)應(yīng)繞組通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；兩臺(tái)的容量可以相等，也可以不相等；兩臺(tái)的二次側(cè)電壓可以相同，也可以不相同，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無(wú)載調(diào)壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的連接形式。(5)通過(guò)上面的介紹，本次接線適合選用YN，d11接線變壓器，這種變壓器高壓側(cè)采用Y接線，低壓側(cè)采用△接線，這種接線對(duì)供電系統(tǒng)的負(fù)序影響小。并且低壓側(cè)采用△接線，產(chǎn)生的諧波電流在其三角形接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致注如公共的高壓高壓電網(wǎng)中。基于這些優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)電氣化鐵路中直接供電和BT 供電中普遍采用YN,d11接線方式?！恳冸娝膫溆梅绞郊斑x擇牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時(shí)，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運(yùn)輸。在大運(yùn)量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)盡快投入備用變壓器，顯得比單線區(qū)段要求更高。備用變壓器投入的快供，將影響到恢復(fù)正常供電的時(shí)間，并且與采用的備用方式有關(guān)。備用方式的選擇，必須從實(shí)際的電氣化鐵路線路、運(yùn)量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件(如有無(wú)公路)等因素，綜合考慮比較后確定。我國(guó)的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。(1)移動(dòng)備用采用移動(dòng)變壓器作為備用的方式稱為移動(dòng)備用。采用移動(dòng)備用方式的電氣化區(qū)段每個(gè)牽引變電所裝設(shè)兩臺(tái)牽引變壓器正常時(shí)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。所內(nèi)設(shè)有鐵路專用岔線。備用變壓器安放在移動(dòng)變壓器車上停放于適中位置的牽引變電所內(nèi)或供電段段部 以便于需要作為備用變壓器投人時(shí)縮短運(yùn)輸時(shí)間。在供電段所轄的牽引變電所不超過(guò)5～7個(gè)的情況下,設(shè)一臺(tái)移動(dòng)變壓器其額定容量應(yīng)與所轄變電所中的最大牽引變壓器額定容量相同。當(dāng)牽引變壓器需要檢修時(shí)可將移動(dòng)變壓器按計(jì)劃調(diào)入牽引變電所