【文章內容簡介】 操作運行。同時隨著經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，鐵路運量的增長迅速，牽引變電所增容、增加饋線的建設經(jīng)常存在?！「邏簜入姎庵鹘泳€設計應遵循的主要原則與步驟(1)應以批準的設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針政策和有關的技術政策、技術規(guī)范和規(guī)程為準則，結合工程具體特點和實際調查掌握的各種基礎資料，進行綜合分析和方案研究。(2)主結線設計與整個牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對電力牽引供電方案密切相關，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電壓水平及補償措施、無功、諧波的綜合補償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級選擇等重大綜合技術問題，應通過供電系統(tǒng)計算進行全面的綜合技術經(jīng)濟比較，確定牽引變電所的主要技術參數(shù)和各種技術要求 [5]。(3)根據(jù)供電系統(tǒng)計算結果提供的上述各種技術參數(shù)和有關資料，結合牽引變電所高壓進線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進線繼電保護方式、自動裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當前運量和發(fā)展規(guī)劃遠景等因素，并全面考慮對主結線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設計合理的電氣主結線。(4)新技術的應用對牽引變電所主結線結構和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 　高壓側主接線的基本方式(1)單母線接線如圖21所示圖21　單母線結線圖單母線接線的特點是：這種接線簡單、設備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠。每回路斷路器切斷負荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時，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關時，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待修復后才能恢復供電。這種接線方式的缺點是母線故障時、檢修設備和母線時要造成停電；適用范圍：適用于對可靠性要求不高的10～35kV地區(qū)負荷。(2)單母線分段接線這種接線方式的特點如圖22所示圖22　單母線分段結線圖這種接線解決了斷路器的公共備用和檢修備用，在調試、更換斷路器和整定繼電保護裝置時都可以不必停電，提高了供電可靠性。它廣泛應用于牽引負荷和35kV以上線路中，特別是負荷較重要，線路斷路器較多，檢修斷路器不允許停電的場合。其主要的缺點是設備較多，接線較復雜，配電裝置的占地，面積大。(3)橋形結線當只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來，即構成橋型結線。橋型結線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內橋形和外橋形兩種，如圖23所示。前者的連接母線靠近變壓器側，而后者則連接在靠近線路側。內橋形結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)下合閘運行，1QS和2QS是斷開的。當線路1SL發(fā)上故障時，1QS和2QS 合閘，故障線路的斷路器 1QF跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內橋結線當任一線路故障或檢修時不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應用。當內橋結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，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開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安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時隔離開關將跨條斷開，安裝兩組隔離開關的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形結線的特點與內橋剛好相反，當變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只要斷開它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時，將是與該線路連接的變壓器短時中斷運行，須經(jīng)轉換操作后才能恢復工作。因而外僑形結線適用于電源線路較短、負荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。橋型結線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結構上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結線。即在初期按橋形結線，將來有可能增加電源線路數(shù)時再擴展為其他結線形式(a) 內橋形 (b) 外橋形圖23　內橋和外橋結線圖　牽引變電所高壓側主接線的選擇本次設計是通過式牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應該選擇橋型接線。兩回路電源引入線分別經(jīng)斷路器接入兩臺主變壓器。本次設計要求的供電距離比較長，牽引負荷的變化比較劇烈，考慮到這些情況后，牽引變電所高壓側適合采用外橋接線。并且外橋接線中，兩臺主變壓器，只有3組斷路器，斷路器數(shù)量比較少、配電裝置簡單、清晰。無復雜的倒閘作業(yè)且具有一定的運行靈活性、供電可靠性，使用電器少，建設費用低，在結構上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線接線。即在初期按橋型結接線。將來有可能增加電源線路回路時再擴展為其他接線形式。所以在本次設計中，在查閱相關資料后得出采用外橋接線是最適合本次設計的結論。1SL2SL1QS2QS1FQF1B2B2QF 2SL1SLQF1QF2QF2B1B　牽引變電所饋線側主接線設計牽引負荷是牽引變電所基本的重要負荷，上述電氣主接線的基本形式和要求對牽引負荷側也都適用。但是牽引負荷也有其特殊性，牽引負荷側通過饋線給接觸網(wǎng)供電，由于接觸網(wǎng)沒有備用，而且接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空線路更為頻繁，因此牽引負荷側對斷路器的類型和備用方式比較高 [6]?！恳冸娝伨€側的幾種接線形式(1)饋線斷路器 100%備用的接線如圖24所示。這種接線當工作斷路器需檢修時，此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同的場合。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。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。當每相母線的饋出線數(shù)目較多時，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。圖26　帶有旁路母線和旁路斷路器的接線　牽引變電所饋線側接線的選擇本次設計要求有六路饋線，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用。這種接線能減少備用斷路器的數(shù)量。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作。V母線在故障時進行檢修，采用加真空短路器的供電方式。采用這種供電方式通過旁路母線和斷路器相互配合進行刀閘操作，就可以對故障母線進行檢修了?！煞N方案的提出及選擇(1)方案一 高壓側采用外橋形接線兩臺40000kVA牽引變壓器，一臺正常使用，一臺作為固定備用，一次側接在110kVA進線低壓側采用單母線帶旁路母線的接線方式；方案二高壓側采用420220kVA牽引變壓器，每兩臺一組并聯(lián)運行；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，一臺牽引變壓器運行，則全年的實際負載能力為（ ）2dcaxbaxde()???410kWh/a式中， 為每臺牽引變壓器的額定短路損耗（kW ） ? 2eIV側繞組的額定電流（A）全年空載電壓損失為：（kWh/a）??式中， 為每臺變壓器的額定空載損耗（kW）。0P?全年牽引變壓器的總損失為： 0Td??若改為兩臺變壓器并聯(lián)運行，則每臺通過供電臂電流的一半，負荷損耗只有單臺運行時的1/4，所以兩臺并聯(lián)運行的總負荷損耗只有單臺運行時的 1/2，其全年總負載電能損失為：（ ）22()???410kWh/a兩臺運行時全年實際空載損耗為：（ ）?4/兩臺運行時全年牽引變壓器實際總電能損失為：（ ）0TdAP???41kWh/a根據(jù)上面公式計算出第一種方案全年牽引變壓器實際總電能損失為：（ ）其中負載損耗 （ ）空載損耗為 （ ）041kh/aP?410kWh/a同理方案二的全年牽引變壓器實際總損耗為（ ）???41kh/a其中負載損耗 （ ）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)濟很多。(2)另外方案一用兩臺牽引變壓器，而方案二用四臺牽引變壓器，所以方案二要采取兩天變壓器并聯(lián)運行，第二種運行方式對技術要求比較高，其主接線和負荷接線也比方案一負載很多。另外就是方案二要比方案一增加兩倍的投資，比如各種高低壓開關器件、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計，所以選擇兩臺牽引變壓器單臺運行的方式是合理的 [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)的重要設備，擔負著將電力系統(tǒng)供給的110kV 或220。由于牽引負荷具有極度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點，運行環(huán)境比一般電力負荷惡劣的多，因此要求牽引變壓器過負荷和抗短路沖擊的能力要強。根據(jù)這些特點對牽引變壓器的接線方式和安裝容量盡心選擇 [8]?！恳儔浩鞯慕泳€形式及選擇(1) 接線變壓器NY,d1這種牽引變電所中裝設兩臺三相 聯(lián)結牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運行；也可以一臺運行，另一臺固定備用。,其原理電路和相量關系分別如圖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)結牽引變電所的優(yōu)點是：NY,d1①牽引變壓器低壓側保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力；②能很好的適應當一個供電臂出現(xiàn)很大牽引負荷時，另一供電臂卻沒有或只有很小牽引負荷的不均衡運行情況；③三相 聯(lián)結變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經(jīng)驗，制造相對簡NY,d1單，價格也較便宜；④一次側YN聯(lián)結中性點可以引出接地，一次繞組可按分級絕緣設計制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。(2)單相聯(lián)結牽引變壓器單相牽引變電所的優(yōu)點：牽引變壓器的容量利用率可達100%；主結線簡單，設備少，占地面積小，投資省等。缺點：不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電；對電力系統(tǒng)的負序影響最大；對接觸網(wǎng)的供電不能實現(xiàn)兩邊供電。這種聯(lián)結只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達，三相負荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應的場合。(3)單相V，v 牽引變壓器單相V，v牽引變壓器的優(yōu)點：牽引變壓器容量利用率可達到 100%；正常運行時，牽引側保持三相，所以可供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相負載；主接線較簡單，設備較少，投資較??；對電力系統(tǒng)的負序影響比單相聯(lián)結??；對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點：當一臺變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。(4)三相V，v 聯(lián)結牽引變壓器不但保持了單相V，v聯(lián)結牽引變電所的主要優(yōu)點，而且完全克服了單相 V，v聯(lián)結牽引變電所的缺點。最可取的是解決了單相V， v聯(lián)結牽引變電所不便于采用固定備用即其自動投入的問題。同時，三相V，v聯(lián)結牽引變壓器有兩臺獨立的鐵芯和對應繞組通過電磁感應進行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的二次側電壓可以相同，也可以不相同，有利于實現(xiàn)分相有載或無載調壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的連接形式。(5)通過上面的介紹，本次接線適合選用YN，d11接線變壓器，這種變壓器高壓側采用Y接線，低壓側采用△接線，這種接線對供電系統(tǒng)的負序影響小。并且低壓側采用△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，我國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，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運輸。在大運量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應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，將影響到恢復正常供電的時間，并且與采用的備用方式有關。備用方式的選擇，必須從實際的電氣化鐵路線路、運量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件(如有無公路)等因素，綜合考慮比較后確定。我國的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。(1)移動備用采用移動變壓器作為備用的方式稱為移動備用。采用移動備用方式的電氣化區(qū)段每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器正常時兩臺并聯(lián)運行。所內設有鐵路專用岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上停放于適中位置的牽引變電所內或供電段段部 以便于需要作為備用變壓器投人時縮短運輸時間。在供電段所轄的牽引變電所不超過5～7個的情況下,設一臺移動變壓器其額定容量應與所轄變電所中的最大牽引變壓器額定容量相同。當牽引變壓器需要檢修時可將移動變壓器按計劃調入牽引變電所