【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 引變電所是電力機(jī)車安全運(yùn)行的核心，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電，因此牽引變電所是電氣化鐵路的“心臟”牽引變電所能否安全運(yùn)行，直接關(guān)系的電氣化鐵路的運(yùn)行情況。因此，對(duì)牽引變電所的研究對(duì)電氣化鐵路的發(fā)展以及運(yùn)行都有著很重要的意義，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)也有直接或間接的影響 [1]。 　電氣化鐵路的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀牽引變電所是電氣化鐵路的重要組成部分，目前電氣化鐵路廣泛采用單向工頻供電法式。它是在 20 世紀(jì) 50 年代中期法國(guó)電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機(jī)車獲得成功之后開(kāi)始推廣的。從那時(shí)以來(lái)，許多國(guó)家都相繼采用。這種電流制在電力機(jī)車上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來(lái)供應(yīng)直流牽引電動(dòng)機(jī)。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應(yīng)提高。目前，較普遍應(yīng)用的接觸網(wǎng)額定電壓是 25kV。采用工頻單相交流制的優(yōu)點(diǎn)是，消除了低頻單相交流制的兩個(gè)主要缺點(diǎn)(與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率并行的非標(biāo)準(zhǔn)頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī))；牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡(jiǎn)化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過(guò)的電流相對(duì)較小，從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面減小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；牽引變電所的間距延長(zhǎng)、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用減少；電力機(jī)車采用直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，也遠(yuǎn)比交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能好，運(yùn)行可靠。采用工頻單相交流制的缺點(diǎn)是，對(duì)電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對(duì)沿電氣石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2化鐵路架設(shè)的通信線有干擾。但是，經(jīng)過(guò)技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相 25kV 交流制。牽引變電所隨著電氣化鐵路的發(fā)展而發(fā)展，目前國(guó)際上電氣化鐵路普遍采用 BT供電方式。在一些客運(yùn)專線上采用 AT 供電方式，這些先進(jìn)的供電方式對(duì)牽引變電所的性能提出了更高的要求。對(duì)變電所的安全運(yùn)行和變電所的容量提出了更高的要求。現(xiàn)在客運(yùn)專線電氣化鐵路牽引變電所采用單相變壓器、室外補(bǔ)償電容裝置及室內(nèi)柜式 電氣設(shè)備。變電所內(nèi)設(shè)置了接觸網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)裝置，即短路檢測(cè)裝置和反向電壓檢測(cè)裝置。保證設(shè)備及作業(yè)人員的安全。采用饋線斷路器操作失靈保護(hù)，斷路器箱體和變壓器碰殼保護(hù)、接觸網(wǎng)熱保護(hù)技術(shù)，提高了運(yùn)營(yíng)可靠性。采用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，牽引變電所無(wú)人值班。牽引變電所保護(hù)系統(tǒng)全部采用數(shù)字化保護(hù)，動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。保護(hù)設(shè)備部件集成化，體積小，占用空間少，故障串低，維修量少?！≡O(shè)計(jì)研究的內(nèi)容本次設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求并按照電氣化鐵路設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)牽引變電所進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括牽引變電所高壓側(cè)主接線和負(fù)荷側(cè)的主接線的設(shè)計(jì)，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和型號(hào)。按照主接線圖等效電路進(jìn)行短路計(jì)算以便對(duì)對(duì)本牽引變電所的一次電氣設(shè)備進(jìn)行選擇(如：斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、互感器等)。對(duì)牽引變電所的防雷和接地進(jìn)行計(jì)算，CAD 畫出電氣主接線圖。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3第 2 章　主接線的設(shè)計(jì)　牽引變電所主結(jié)線的概述牽引變電所的主接線，是指由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的設(shè)備文字符號(hào)和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們的作用和運(yùn)行操作順序，按一定要求連接的線路，稱為電氣主結(jié)線圖。其中包括主要設(shè)備的參數(shù)，也包含連接方式和各電氣回路的相互關(guān)系，從而構(gòu)成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運(yùn)行方式，成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)；在設(shè)計(jì)中，主結(jié)線的確定對(duì)變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和防雷等設(shè)施。電氣主結(jié)線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所的主體部分[3] ?！‰姎庵鹘泳€基本要求(1)首先應(yīng)保證可靠性，并力求經(jīng)濟(jì)性。(2)具有必要的運(yùn)行靈活性。(3)應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)型。(4)應(yīng)力求結(jié)線簡(jiǎn)潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地 [4]。　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)依據(jù)任務(wù)書(shū)的嚴(yán)格要求來(lái)進(jìn)行，以國(guó)家的利益與政策出發(fā)點(diǎn)、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、變電所布置、主變壓器接線方式和容量、各個(gè)短路點(diǎn)的短路計(jì)算、器件的選擇與防雷設(shè)施的選擇等技術(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。(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、 ，以及電氣化鐵路當(dāng)前運(yùn)量和發(fā)展石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)4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，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。 　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，選擇的是橋型接線。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)要求的供電距離較長(zhǎng)，牽引負(fù)荷較劇烈，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，、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?！恳冸娝伨€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?！恳冸娝伨€側(cè)接線的選擇本次設(shè)計(jì)從從供電可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性考慮本次接線選用雙母線分段。其優(yōu)點(diǎn)可分為:供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障時(shí)，能迅速恢復(fù)供電；檢修任一回路的母線隔離開(kāi)關(guān)，只停該回路。調(diào)度靈活。各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要。擴(kuò)建方便。向雙母線的左右任何的一個(gè)方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，不會(huì)引起原有回路的停電。便于試驗(yàn)。當(dāng)個(gè)別回路需要單獨(dú)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可將該回路分開(kāi)，單獨(dú)接至一組母線上。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5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220kV 三相電源變換成適合電力機(jī)車的 的單向工頻交流電。由于牽引負(fù)荷具有極度不穩(wěn)定，短路故障多、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的選擇?！恳儔浩鞯慕泳€形式及選擇 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。　牽引變電所的備用方式及選擇 結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，即該牽引變電所外部有公路連通，變電所外部沒(méi)有設(shè)置鐵路岔線,所以綜合考慮情況該變電所采比較適合采用固定備用。當(dāng)變電所需要檢修時(shí)可能通過(guò)外部的公路到指定的變電所完成檢修和設(shè)備維護(hù)，所以在當(dāng)前進(jìn)行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，牽引變壓器的備用方式不再考慮移動(dòng)備用方式?！恳儔浩魅萘康挠?jì)算 現(xiàn)根據(jù)鐵路運(yùn)行實(shí)際情況作如下假設(shè)：該供電系統(tǒng)是雙線區(qū)段供電并采用上，下行并聯(lián)得供電方式。其負(fù)荷情況如下：(1)近期調(diào)查年貨運(yùn)量 γ=8950 萬(wàn)噸/年(2)牽引噸數(shù) Q=6000t(3)牽引計(jì)算結(jié)果：（ΣA 中已包括機(jī)車自用電）供電臂 A ： 上行：n=3， ΣA=2022kVAh ，Σtg= Σt= min 下行：n=3，ΣA=2200kVAh，Σtg= Σt= N 非=90 對(duì)/天 供電臂 B： 上行：n=3 ，ΣA=2500kVAh，Σtg= Σt= 下行：n=3，ΣA=2100kVAh，Σtg= Σt=石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)6N 非=90 對(duì)/天cosφ=，在牽引母線上補(bǔ)償，補(bǔ)償后 cosφ= 供電區(qū)間內(nèi)的需要輸送能力N= = =80(列/ 日)= 40 對(duì)/ 日凈???QK36510421 ? 其中 ——波動(dòng)系數(shù)，取 ；1——儲(chǔ)備系數(shù)，復(fù)線取 ；2——年運(yùn)貨量(8950 噸/年)?——貨物列車載重系數(shù)(有各種車輛的百分比決定)；凈?——列車牽引重量(噸) ；Q 供電臂 AB 的基本參數(shù)：供電臂 A: 上行：I = = = AaA上 ??上 .下行：I = = = A下a下 下t. .供電臂 B: 上行：I = = = A 上aB?上 .下行：I = = = A下a .下 . 上下行供電臂列車帶電平均電流：供電臂 A: 上行：I = = =125 A上aA??.?下行：I = = = A下a上上gt. .供電臂 B: 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)7上行：I = = = A上aB??.?下行：I = = = A下a .. 供電臂中同時(shí)存在的平均列車數(shù)：供電臂 A：m 上= = = 140.?m 下= = =?下 供電臂 B：m 上= = = ?m 下= = = 供電臂內(nèi)列車帶電平均概率：供電臂 A：p 上= = =?上 ?p 下= = = .供電臂 B：p 上= = = ?p 下= = = 列車電流間斷系數(shù):供電臂 A： a 上= = =?a 下= = =.石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)8供電臂 B： a 上= = =?a 下= = = 供電臂 AB 的平均電流 I 、I 、I 、I上aA下a上aB下aI 上 =∑A =402022 = A上aA上 310310I =∑ =402200 = A下 下I =∑ =402500 = A上aB上 3 3I =∑ =402100 = A下 下I = I + I = AaA上 下aAI = I + I = AB上 下B 供電臂 AB 的有效電流 I 、I XB供電臂 A：KxA 上 = = = 上AnP???21? ???IxA 上 = KxA 上 IaA 上 == AKxA 下 = = = 21下 下AnP??? 6.???IxA 下 = KxA 下 IaA 下 == APA=PA 上 +PA 下 － PA 上 PA 下 =+－ =KxA= = =???21? ???IxA = KxAIaA== A供電臂 B：KxB 上 = = = 上BnP???2? .03???石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9IxB 上 = KxB 上 IaB 上 == AKxB 下 = = = 21下 下BnP???? .0???IxB 下 = KxB 下 IaB 下 =140= APB=PB 上 +PB 下 － PB 上 PB 下 =+－ =KxB= = =???21? ???Ixb= KxBIaB== A其中， ——有效系數(shù)，取 ；)3(*大dP——供電臂出現(xiàn)帶電運(yùn)行列車的平均概率；K ——供電臂有效電流系數(shù)；X 變壓器的計(jì)算容量 S：S=KtU BAxBIIa24? = ???= kVA其中，K ——變壓器的溫度系數(shù)，一般取 ；tU——牽引變電所母線額定電壓即 kV； 變壓器的校核容量：按非平行運(yùn)行區(qū)間通過(guò)能力 N 非的要求進(jìn)行核算：輕負(fù)荷臂 A 對(duì)應(yīng)于 N 非的有效電流 IxA：PA 上 = = =?非 1439?PA 下 = = = 3PA=PA 上 +PA 下 － PA 上 PA 下 =+－ =石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10KxA= = =???21? ???IaA = 非 ∑A103=90(2022+2200） 103= AIxA = KxAIaA== A重負(fù)荷臂 B 對(duì)應(yīng)于 N 非的最大短時(shí)電流：PB 上 = = =?非 14359?PB 下 = = = 2PB=PB 上 + PB 下 － PB 上 PB 下 =+－ =查表及 Imax=f(p)曲線得：I== = A)(6下上 下 ）（ 上??gUtA）（ ）（ .??Imax== A三相 Y△,d11 接變壓器最大短時(shí)容量：Sbmax =KtU(2Imax+)=(2+)= kVA三相 Y△,d11 接變壓器的校核容量為：S 校 =Sbmax/k=其中，k——過(guò)負(fù)荷倍數(shù)，取 。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11 變壓器的安裝容量：固定備用的安裝容量應(yīng)選用 225000kVA 的變壓器有變壓器允許過(guò)負(fù)荷 50℅可知：固定備用的 Sbmax=25000=37500 22092 kVA故所選用的固定備用方案是合適的。根據(jù)設(shè)備手冊(cè)，選 SF725000/110 型石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢