【導(dǎo)讀】對(duì)每個(gè)牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)輸送來(lái)的電能，根據(jù)。沿線上架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車或動(dòng)車組供電，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)系到電氣化鐵路的運(yùn)行情況。目前，我國(guó)交、直流牽引變電所技術(shù)裝備產(chǎn)生了重大變化，主設(shè)備向高。減員值班和無(wú)人值班的牽引變電所的目標(biāo)。然后提出牽引變電所高壓側(cè)和饋線側(cè)的幾種接線方案、通。牽引變電所進(jìn)行二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定變壓器和饋線的繼電保護(hù)。貨運(yùn)鐵路牽引變電所是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，起著變換和分配電能的作用,電保護(hù)的擬定計(jì)算。

　　

【正文】 10?????jjj USI 與 側(cè)比較多了變壓器 2T 的電抗： 10100100 % 3* 2 ?????? NjdT SSUX 則 10kV 側(cè)的總電抗標(biāo)幺值為： )//()( * 2* 3* 2* 2* 110 ???????? TLSLS XXXXXX 三相短路電流周期分量有效值為： 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 * 1010)3(10 ??? ?XII j 其他三相短路電流： 短路穩(wěn)態(tài)電流 )3(10)3()3(39。39。 ??? ? III 設(shè) 10kV 時(shí)，沖擊系數(shù) ?chK ，則沖擊電流 )3(10)3( ???? IKi chch 短路電流最大有效值： )1(21 )3(102)3( ????? IKI chch 三相短路容量： M V 0*10)3(10 ??? XSS j 表 42 短路電流計(jì)算結(jié)果匯總 變壓器運(yùn)行方式 短路點(diǎn) 系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 系統(tǒng)最小運(yùn)行方式 三相短路電流 /kA 三相短路電流 /kA )3(?I )3(chi )3(chI )3(S )3(?I )3(chi )3(chI )3(S 一運(yùn)一備 110kV 側(cè) 1000 側(cè) 10kV 側(cè) 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第 5 章 電氣設(shè)備選型 各級(jí)繼電器保護(hù)時(shí)間配合按表 51 選取： 表 51 繼電保護(hù)時(shí)間配合 計(jì)算點(diǎn) 110K jt (s) dlt (s) jxt (s) ++= ++= 整定時(shí)限如圖： 斷路器的選型及校驗(yàn) (1)斷路器的選擇及校驗(yàn)條件如下： ① ge UU ? ； ② II ? ； ③ )3(??IIek ； ④ 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) )3(chdw Ii ? ； ⑤ 熱穩(wěn)定校驗(yàn) jxt tItI ??? ? 2)3(2 。 設(shè)計(jì)中 110kV 側(cè)牽引變壓器的選擇型號(hào)為 (三相 YN,d11)SF1063000/110，最大長(zhǎng)期工作電流可按變壓器過(guò)載 倍考慮： AI g 2 91 1 036 3 0 0 a x ????? 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 表 52 110kV 高壓斷路器選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 3 110SW G?型斷路器 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 結(jié)論 1 gU 110kV eU 110kV 合格 2 max?gI eI 1200A 合格 3 )3(?I ekI 合格 4 )3(chI dwi 41 kA 合格 5 jxtI 2)3(? . 55 2 ?? tIt2 2 ?? 合格 表 53 高壓斷路器選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 型真空斷路器 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 結(jié)論 1 gU eU 合格 2 max?gI eI 2020A 合格 3 )3(?I ekI 25A 合格 4 )3(chI dwi 63kA 合格 5 jxtI 2)3(? 2 ?? tIt2 25004252 ?? 合 格 高壓隔離開關(guān)的選型及校驗(yàn) (1)隔離開關(guān)選擇和校驗(yàn)原則是： ① ge UU ? ； ② max?? ge II ； ③ dwiI ?(3)ch ； ④ tItI tjx ???? 22)3( 。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 表 54 110kV 隔離開關(guān)選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 GW4110DW 型隔離開關(guān) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 結(jié)論 1 gU 110kV eU 110kV 合格 2 max?gI eI 630A 合格 3 )3(chI dwi 50kA 合格 4 jxtI 2)3(? . 55 2 ?? tIt2 16004202 ?? 合格 表 55 隔離開關(guān)選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 1 gU eU 合格 2 max?gI eI 2020A 合格 3 )3(chI dwi 100kA 合格 4 jxtI 2)3(? 2 ?? tIt2 64004402 ?? 合格 電流互感器的選擇與校驗(yàn) 電流互感器應(yīng)按以下條件選擇，見表 56 所示： 表 56 電流、電壓互感器選擇與校驗(yàn) 選擇 校驗(yàn) 電壓 電流 熱穩(wěn)定 動(dòng)穩(wěn)定 電流互感器 ge UU ?1 max?? ge II 1)( 212 ?? etjxZ IktI chedw iIk ?12 電壓互感器 geg UUU 1 ?? eWW 22 ? 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 表 57 110kV 電流互感器選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 LVQB110 型電流互感器 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 結(jié)論 1 gU 110kV eU 110kV 合格 2 max?gI eI 2400/5A 合格 3 (3)chI edwIk 12 ?? kA 合格 4 jxtI 2)3(? ?? 21 )( tekI 119073)63( 2 ?? kA 合格 表 58 電流互感器選擇校驗(yàn) 序號(hào) 裝設(shè)地點(diǎn)的電氣條件 LAJ10 型電流互感器 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 結(jié)論 1 gU eU 合格 2 max?gI eI 2020/5A 合格 3 (3)chI edwIk 12 ??? 合格 4 jxtI 2)3(? 2 ?? 21 )( tekI 10000)250( 2 ?? 合格 電壓互感器的選擇 電壓互感器應(yīng)按裝設(shè)地點(diǎn)的條件及一次電壓、二次電壓 (一般為 100V)、準(zhǔn)確度級(jí)等條件進(jìn)行選擇。由于它的一、二次側(cè)均有熔斷器保護(hù)，故不需進(jìn)行短路穩(wěn)定度的校驗(yàn)。 表 59 電壓互感器選擇 電壓等級(jí) 型號(hào) 額定電壓 110kV 側(cè) JCC110 110kV 側(cè) 避雷器 的選擇 為防雷害，在牽引變電所的進(jìn)線、出線側(cè)，都并聯(lián)裝設(shè)避雷器以削減、限制侵入所內(nèi)的雷電波至較低的各型避雷器的殘壓水平，并將雷電流泄入大地，從而使其保護(hù)范圍內(nèi)的電氣設(shè)備的絕緣得到保護(hù)，并能在較短時(shí)間內(nèi)切斷續(xù)流，使系石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。 綜合各種因素，避雷器選擇見表 510 所示： 表 510 避雷器的選擇 電壓等級(jí) 型號(hào) 額定電壓（ kV） 110kV 側(cè) Y10W5100/295 110 側(cè) Y10W542/140 熔斷器 的選擇 RN1 型主要用于電力線路和變壓器的過(guò)載和短路保護(hù)； RN2 型主要用于保護(hù)電壓互感器。綜合各種因素考慮，熔斷器的型號(hào)選擇見表 511 所示： 表 511 熔斷器的選擇 型號(hào) 額定電壓（ kV） 額定電流（ A） 額定開斷容量（ MVA） RN235 35 1000 導(dǎo)線選擇及校驗(yàn) 導(dǎo)線的選擇依據(jù) 110kV 進(jìn)線側(cè)，進(jìn)入高壓室的 進(jìn)線側(cè)，從高壓室出來(lái)的 饋線側(cè)， 10kV 饋線側(cè)的母線均為軟母線。 軟母線進(jìn)行選型，熱穩(wěn)定 校驗(yàn) (無(wú)需進(jìn)行 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) )。 計(jì)算方法：按導(dǎo)線長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)線。 溫度修正系數(shù) ?K 由下式求得： 0139。01?? ??? ??? aaK (51) 式中， 1a? 導(dǎo)線額定負(fù)荷時(shí)的最高允許溫度，設(shè)計(jì)中取 C?38 0? 導(dǎo)線的允許載流量所采用的環(huán)境溫度，在室外取 C?29 ，室內(nèi)取C?34 39。0? 導(dǎo)線敷設(shè)地點(diǎn)實(shí)際的環(huán)境溫度，取 C?22 故在室外時(shí) ??K ，在室內(nèi)時(shí) 2??K 。 工程中常采用查表的方法求母線和導(dǎo)體的容許電流 (載流量 )[2]。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 表 512 導(dǎo)線的選擇與校驗(yàn) 導(dǎo)線名稱 選擇 校驗(yàn) 按導(dǎo)線長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇 按 經(jīng)濟(jì)電流密度選擇 動(dòng)穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 母線及短導(dǎo)線 √ ＿ ＿ √ √ 普通導(dǎo)線 ＿ ＿ √ ＿ ＿ √ 室內(nèi)母線 :高壓室內(nèi) 硬母線長(zhǎng)度 l=2020mm,相間距 a=600mm； 高壓室內(nèi) 10kV 硬母線長(zhǎng)度 l=1200mm,相間距 a=250mm。 計(jì)算方法： (1)按導(dǎo)線長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)線 yxgmax IKI ?? (52) 式中， Igmax通過(guò)導(dǎo)線的最大持續(xù)電流； Iyx對(duì)于額定環(huán)境溫度，導(dǎo)線長(zhǎng)期允許電流； Kθ溫度修正系數(shù)。 (2)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線 /JIS gmaxj ? (53) 式中， Sj導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面積 ,(mm2)； J經(jīng)濟(jì)電流密度。 注：選擇架空導(dǎo)線截面積，除了要遵循上述原則外，還應(yīng)考慮導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度及電壓等級(jí)等。 表 513 架空導(dǎo)線最小截面積 架空線路電壓等級(jí) 鋼芯鋁線 （ mm2） 鋁及鋁合金 （ mm2） 銅 （ mm2） 35kV 25 35 ―― 6~10kV 25 35（居民區(qū)） 25（非居民區(qū)） 16 ≤1kV 16 正式 6 8 (3)母線、導(dǎo)線熱穩(wěn)定性校驗(yàn) fjxch ktCISS)3(m in ?? (54) 式中， Smin滿足熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)線最小截面積 (mm2)； C熱穩(wěn)定系數(shù)； )3(chI 三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值 (A)； jxt 假想時(shí)間 (s)； fk 集膚效應(yīng)系數(shù)，對(duì)于電纜及小面積導(dǎo)線取 1。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 表 514 各種起始溫度下 ℃ 值 起始溫度 （ 0Ｃ ） 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 鋁材 99 97 95 93 91 89 87 85 83 79 銅材 186 183 181 179 176 174 171 169 165 161 (4)硬母線動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) ca ?? ?1 (55) 式中， σa1母線材料的最大允許應(yīng)力 (MPa)； σc母線通過(guò) )3(chi 時(shí)所受到的最大沖擊應(yīng)力。 最大電動(dòng)力按下式計(jì)算 )( 72)3()3( ?????? ?alikFchx (56) 式中， xk 導(dǎo)體形狀修正系數(shù)，約為 1； )3(chi 三相短路沖擊電流； l平行母線長(zhǎng)度 (mm)； a母線間距 (mm)。 最大沖擊應(yīng)力按下式計(jì)算 610/2 )3( ／hb lFWMc ???(Pa) (57) 式中， 10跨距數(shù)大于 2 時(shí)的取值； 8跨距數(shù)等于 2 時(shí)的取值； h硬母線截面寬邊長(zhǎng)度 (mm)； b硬母線截面窄邊長(zhǎng)度 (mm)。 導(dǎo)線選型及校驗(yàn) (1)室外 110kV 進(jìn)線側(cè)的軟母線選型及校驗(yàn) 室外 110kV 進(jìn)線側(cè)母線為軟母線，母線最大工作電流按變壓器過(guò)載 倍考慮，由前面計(jì)算知 ??? ? axg AkII ga a x1 ??? ?? 選用 LGJ150 型鋼芯鋁絞線 LGJ150 型鋼芯鋁絞線的允許最大電流為 360A 大于 alI 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 檢驗(yàn)?zāi)妇€熱穩(wěn)定性 3 5 5 0)3(m i n ＜???? fjxch ktCIS 由于所選母線實(shí)際截面 m in2150 SmmS ?? ,因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。 (2)室外 側(cè)進(jìn)線的軟母線選型及校驗(yàn) 同理可得 AI g ax ?? AkII ga a x1 ??? ?? 選用 LGJ3240 鋼芯鋁絞線 LGJ3240 鋼芯鋁絞線的允許最大電流為 1482A＞ 校驗(yàn)?zāi)妇€熱穩(wěn)定性 0 4 3 0)3(m i n ???? fjxch ktCIS 由于所選母線實(shí)際截面 m in2720 SmmS ?? ，故選用 LGJ3240 鋼芯鋁導(dǎo)線符合要求。 母線選型及校驗(yàn) (1) 硬母線選型及校驗(yàn) 由 AI g ax ?? ， 2m in mmS ? ，可初步選型 LMY 8100? 平放的硬鋁母線 動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)：三相短路時(shí)間電動(dòng)力 NalikF chx 0 0 67272)3()3( ???????????? ?? 3522 mhbW ??????? PaPaW lF ac 7165)3( 8 210 ??????? ??? ? ?? 滿足要求，選用 LMY 8100? 平放的硬鋁母線。 支持絕緣子 支持絕緣子在配電裝置中用以固定母線和導(dǎo)體，并使導(dǎo)體與地或處在其他電石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 位下的設(shè)備絕緣，其選擇依據(jù)見表 515 所示 ： 表 515 支持絕緣子和穿墻套管選擇與校驗(yàn) 選擇 校驗(yàn) 電壓 電流 熱穩(wěn)定 動(dòng)穩(wěn)定 支持絕緣子 ge UU ? — — jsyx FF ? 穿墻套管 geUU? max?? ge II It2t≥jxsh tI 2)3( jsyx FF ? 在三相短路電流下，中間相母線承受的機(jī)械應(yīng)力最大。 若絕緣子間跨距和絕緣子管間跨距分別為 L 和 1l ，則左端絕緣子 72)3(1m a x ?????? aliF ch(N) 712)3(2m a x 10)( ?????? LliaF ch(N) LlFF 11m a x3m a x ?? 支持絕緣子選型及校驗(yàn) (1)110kV 側(cè)母線支持絕緣子選型及校驗(yàn) 取 L=1m， a=1m, 則 NF 6721m a x ??????? ? 校驗(yàn) ： 1m a F?? 選擇則 ZS—110/3 型號(hào)支持絕緣子。 (2) 側(cè)母線支持絕緣子選型及校驗(yàn) 取 L=2m， a=40cm 則 NF 1 3 6721m a x ??????? ? 校驗(yàn) ： 1m a F?? 選擇則 ZS—35/4 型號(hào)支持絕緣子 。 穿墻套管選型及校驗(yàn) (1) 進(jìn)線側(cè)穿墻套管選型及校驗(yàn) 因?yàn)槟妇€ AI g ax ?? ，選擇 CWLB—35/1000 穿墻絕 緣陶瓷套管。 動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)： NF ? ，查表，可知 kNFyx ? ，故 yx maxFF? ，滿足動(dòng)穩(wěn)定性校石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 驗(yàn)。 熱穩(wěn)定性校驗(yàn)： 18 , 10tI kA t s??， ??? kch )3( ， stjx ? jxsht tItI 2)3(2 ? ，滿足要求。 所以選擇 CWLB—35/1000 穿墻絕緣陶瓷套管。 (2) 出 線側(cè)穿墻套管選型及校驗(yàn) 同理， 出線側(cè)選擇 CWLB—35/1000 型號(hào)的穿墻套管。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 第 6 章 繼 電 保護(hù)的配置與整定 繼電保護(hù)的任務(wù)和要求 繼電保護(hù)的任務(wù) (1)當(dāng)電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其它無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行； (2)當(dāng) 電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件 (例如有無(wú)經(jīng)常值班人員 )，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì) 電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免誤動(dòng)作。 繼電保護(hù)基本要求 對(duì)于動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)裝置，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足 4 個(gè)基本要求，即可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性。 (1)可靠性：是指繼電保護(hù)裝置自身在工作過(guò)程中的安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最基本的性能要求。它又可分為可信賴性和安全性 2 個(gè)方面。可信賴性要求繼電保護(hù)在異?；蚬收锨闆r下，能準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)所要求的動(dòng)作；安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)所要求動(dòng)作的所有情況下，能夠可靠地不動(dòng)作。 (2)選擇性：是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，電 力系統(tǒng)中的所有繼電保護(hù)裝置應(yīng)該有選擇性地動(dòng)作，將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除，并保證切除故障設(shè)備后電力系統(tǒng)的停電范圍最小。 (3)速動(dòng)性：是指當(dāng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地在最短時(shí)間內(nèi)切除故障?？焖賱?dòng)作的目的是減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。 (4)靈敏性：是指繼電保護(hù)裝置對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)的反應(yīng)能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能正 確反應(yīng)并動(dòng)作。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 牽引 變壓器 的 保護(hù) 變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設(shè)備。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運(yùn)行，特別是大容量變壓器，一旦因故障而損壞造成的損失就更大。因此必須針對(duì)變壓器的故障和異常工作情況，根據(jù)其容量和重要程度，裝設(shè)動(dòng)作可靠，性能良好的繼電保護(hù)裝置。一般包括： 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 變壓器差動(dòng)保護(hù)是反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護(hù)，保護(hù)變壓器本體及其引出線。但由于他對(duì)油箱內(nèi)部的匝間短路故障不夠靈敏，而變壓器油箱內(nèi)部的故障又是電力系統(tǒng)最危險(xiǎn)故障 之一，因此縱差保護(hù)必須和瓦斯保護(hù)一起構(gòu)成變壓器的主保護(hù)。變壓器縱差保護(hù)是按照循環(huán)電流原理構(gòu)成的，如圖 61 示出了雙繞組變壓器縱差保護(hù)原理接線圖。 差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算： AIKKUfI kstnpzaunb 1 5 1 07 5 5 0)()( m a a x. ???????????? AIKI unbr e lac tk 1 9 6 31 5 1 a x.. ????? 靈敏度系數(shù)的校驗(yàn)： 31 6345 50m in. ??? s e tKs e n IIK ? 圖 61 縱差保護(hù)原理 接線圖 II 2I 1I 22I 2I 22I 11K TK TA 2K TA 1石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 靈敏度系數(shù)一般不應(yīng)低于 2 所以滿足要求 縱差保護(hù)是電氣主設(shè)備的主保護(hù)，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護(hù)上運(yùn)用較為成功。 變壓器縱差保護(hù)基本原理：由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額 定電流不同，因此為了保證縱差保護(hù)的正確工作，就須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)電流相等。 正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，差動(dòng)繼電器中的電流等于兩側(cè)電流互感