【導讀】對每個牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)輸送來的電能，根據。沿線上架設的接觸網，為電力機車或動車組供電，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行，直接關系到電氣化鐵路的運行情況。目前，我國交、直流牽引變電所技術裝備產生了重大變化，主設備向高。減員值班和無人值班的牽引變電所的目標。然后提出牽引變電所高壓側和饋線側的幾種接線方案、通。牽引變電所進行二次系統(tǒng)設計，確定變壓器和饋線的繼電保護。貨運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,電保護的擬定計算。

　　

【正文】 10?????jjj USI 與 側比較多了變壓器 2T 的電抗： 10100100 % 3* 2 ?????? NjdT SSUX 則 10kV 側的總電抗標幺值為： )//()( * 2* 3* 2* 2* 110 ???????? TLSLS XXXXXX 三相短路電流周期分量有效值為： 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 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 10kV 時，沖擊系數 ?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 短路電流計算結果匯總 變壓器運行方式 短路點 系統(tǒng)最大運行方式 系統(tǒng)最小運行方式 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 一運一備 110kV 側 1000 側 10kV 側 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 19 第 5 章 電氣設備選型 各級繼電器保護時間配合按表 51 選?。? 表 51 繼電保護時間配合 計算點 110K jt (s) dlt (s) jxt (s) ++= ++= 整定時限如圖： 斷路器的選型及校驗 (1)斷路器的選擇及校驗條件如下： ① ge UU ? ； ② II ? ； ③ )3(??IIek ； ④ 動穩(wěn)定校驗 )3(chdw Ii ? ； ⑤ 熱穩(wěn)定校驗 jxt tItI ??? ? 2)3(2 。 設計中 110kV 側牽引變壓器的選擇型號為 (三相 YN,d11)SF1063000/110，最大長期工作電流可按變壓器過載 倍考慮： AI g 2 91 1 036 3 0 0 a x ????? 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 20 表 52 110kV 高壓斷路器選擇校驗 序號 裝設地點的電氣條件 3 110SW G?型斷路器 項目 數據 項目 數據 結論 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 序號 裝設地點的電氣條件 型真空斷路器 項目 數據 項目 數據 結論 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 高壓隔離開關的選型及校驗 (1)隔離開關選擇和校驗原則是： ① ge UU ? ； ② max?? ge II ； ③ dwiI ?(3)ch ； ④ tItI tjx ???? 22)3( 。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 21 表 54 110kV 隔離開關選擇校驗 序號 裝設地點的電氣條件 GW4110DW 型隔離開關 項目 數據 項目 數據 結論 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 隔離開關選擇校驗 序號 裝設地點的電氣條件 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 電流互感器應按以下條件選擇，見表 56 所示： 表 56 電流、電壓互感器選擇與校驗 選擇 校驗 電壓 電流 熱穩(wěn)定 動穩(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 ? 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 22 表 57 110kV 電流互感器選擇校驗 序號 裝設地點的電氣條件 LVQB110 型電流互感器 項目 數據 項目 數據 結論 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 序號 裝設地點的電氣條件 LAJ10 型電流互感器 項目 數據 項目 數據 結論 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 電壓互感器應按裝設地點的條件及一次電壓、二次電壓 (一般為 100V)、準確度級等條件進行選擇。由于它的一、二次側均有熔斷器保護，故不需進行短路穩(wěn)定度的校驗。 表 59 電壓互感器選擇 電壓等級 型號 額定電壓 110kV 側 JCC110 110kV 側 避雷器 的選擇 為防雷害，在牽引變電所的進線、出線側，都并聯裝設避雷器以削減、限制侵入所內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，從而使其保護范圍內的電氣設備的絕緣得到保護，并能在較短時間內切斷續(xù)流，使系石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 23 統(tǒng)自動恢復正常運行。 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 型號 額定電壓（ kV） 110kV 側 Y10W5100/295 110 側 Y10W542/140 熔斷器 的選擇 RN1 型主要用于電力線路和變壓器的過載和短路保護； RN2 型主要用于保護電壓互感器。綜合各種因素考慮，熔斷器的型號選擇見表 511 所示： 表 511 熔斷器的選擇 型號 額定電壓（ kV） 額定電流（ A） 額定開斷容量（ MVA） RN235 35 1000 導線選擇及校驗 導線的選擇依據 110kV 進線側，進入高壓室的 進線側，從高壓室出來的 饋線側， 10kV 饋線側的母線均為軟母線。 軟母線進行選型，熱穩(wěn)定 校驗 (無需進行 動穩(wěn)定校驗 )。 計算方法：按導線長期發(fā)熱允許電流選擇導線。 溫度修正系數 ?K 由下式求得： 0139。01?? ??? ??? aaK (51) 式中， 1a? 導線額定負荷時的最高允許溫度，設計中取 C?38 0? 導線的允許載流量所采用的環(huán)境溫度，在室外取 C?29 ，室內取C?34 39。0? 導線敷設地點實際的環(huán)境溫度，取 C?22 故在室外時 ??K ，在室內時 2??K 。 工程中常采用查表的方法求母線和導體的容許電流 (載流量 )[2]。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 24 表 512 導線的選擇與校驗 導線名稱 選擇 校驗 按導線長期發(fā)熱允許電流選擇 按 經濟電流密度選擇 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 母線及短導線 √ ＿ ＿ √ √ 普通導線 ＿ ＿ √ ＿ ＿ √ 室內母線 :高壓室內 硬母線長度 l=2020mm,相間距 a=600mm； 高壓室內 10kV 硬母線長度 l=1200mm,相間距 a=250mm。 計算方法： (1)按導線長期發(fā)熱允許電流選擇導線 yxgmax IKI ?? (52) 式中， Igmax通過導線的最大持續(xù)電流； Iyx對于額定環(huán)境溫度，導線長期允許電流； Kθ溫度修正系數。 (2)經濟電流密度選擇導線 /JIS gmaxj ? (53) 式中， Sj導線經濟截面積 ,(mm2)； J經濟電流密度。 注：選擇架空導線截面積，除了要遵循上述原則外，還應考慮導線機械強度及電壓等級等。 表 513 架空導線最小截面積 架空線路電壓等級 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、導線熱穩(wěn)定性校驗 fjxch ktCISS)3(m in ?? (54) 式中， Smin滿足熱穩(wěn)定要求的導線最小截面積 (mm2)； C熱穩(wěn)定系數； )3(chI 三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值 (A)； jxt 假想時間 (s)； fk 集膚效應系數，對于電纜及小面積導線取 1。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 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)硬母線動穩(wěn)定校驗 ca ?? ?1 (55) 式中， σa1母線材料的最大允許應力 (MPa)； σc母線通過 )3(chi 時所受到的最大沖擊應力。 最大電動力按下式計算 )( 72)3()3( ?????? ?alikFchx (56) 式中， xk 導體形狀修正系數，約為 1； )3(chi 三相短路沖擊電流； l平行母線長度 (mm)； a母線間距 (mm)。 最大沖擊應力按下式計算 610/2 )3( ／hb lFWMc ???(Pa) (57) 式中， 10跨距數大于 2 時的取值； 8跨距數等于 2 時的取值； h硬母線截面寬邊長度 (mm)； b硬母線截面窄邊長度 (mm)。 導線選型及校驗 (1)室外 110kV 進線側的軟母線選型及校驗 室外 110kV 進線側母線為軟母線，母線最大工作電流按變壓器過載 倍考慮，由前面計算知 ??? ? 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 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 26 檢驗母線熱穩(wěn)定性 3 5 5 0)3(m i n ＜???? fjxch ktCIS 由于所選母線實際截面 m in2150 SmmS ?? ,因此該母線滿足短路熱穩(wěn)定度要求。 (2)室外 側進線的軟母線選型及校驗 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＞ 校驗母線熱穩(wěn)定性 0 4 3 0)3(m i n ???? fjxch ktCIS 由于所選母線實際截面 m in2720 SmmS ?? ，故選用 LGJ3240 鋼芯鋁導線符合要求。 母線選型及校驗 (1) 硬母線選型及校驗 由 AI g ax ?? ， 2m in mmS ? ，可初步選型 LMY 8100? 平放的硬鋁母線 動穩(wěn)定性校驗：三相短路時間電動力 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體，并使導體與地或處在其他電石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 27 位下的設備絕緣，其選擇依據見表 515 所示 ： 表 515 支持絕緣子和穿墻套管選擇與校驗 選擇 校驗 電壓 電流 熱穩(wěn)定 動穩(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械應力最大。 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 (1)110kV 側母線支持絕緣子選型及校驗 取 L=1m， a=1m, 則 NF 6721m a x ??????? ? 校驗 ： 1m a F?? 選擇則 ZS—110/3 型號支持絕緣子。 (2) 側母線支持絕緣子選型及校驗 取 L=2m， a=40cm 則 NF 1 3 6721m a x ??????? ? 校驗 ： 1m a F?? 選擇則 ZS—35/4 型號支持絕緣子 。 穿墻套管選型及校驗 (1) 進線側穿墻套管選型及校驗 因為母線 AI g ax ?? ，選擇 CWLB—35/1000 穿墻絕 緣陶瓷套管。 動穩(wěn)定性校驗： NF ? ，查表，可知 kNFyx ? ，故 yx maxFF? ，滿足動穩(wěn)定性校石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 28 驗。 熱穩(wěn)定性校驗： 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 線側穿墻套管選型及校驗 同理， 出線側選擇 CWLB—35/1000 型號的穿墻套管。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 29 第 6 章 繼 電 保護的配置與整定 繼電保護的任務和要求 繼電保護的任務 (1)當電力系統(tǒng)中的電氣設備發(fā)生短路故障時，能自動、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，保證其它無故障部分迅速恢復正常運行； (2)當 電力系統(tǒng)中的電氣設備出現不正常運行狀態(tài)時，并根據運行維護的條件 (例如有無經常值班人員 )，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對 電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免誤動作。 繼電保護基本要求 對于動作于跳閘的繼電保護裝置，在技術上一般應滿足 4 個基本要求，即可靠性、選擇性、速動性、靈敏性。 (1)可靠性：是指繼電保護裝置自身在工作過程中的安全性和信賴性，是對繼電保護最基本的性能要求。它又可分為可信賴性和安全性 2 個方面?？尚刨囆砸罄^電保護在異常或故障情況下，能準確地完成設計所要求的動作；安全性要求繼電保護在非設計所要求動作的所有情況下，能夠可靠地不動作。 (2)選擇性：是指當電力系統(tǒng)中的電氣設備發(fā)生短路故障時，電 力系統(tǒng)中的所有繼電保護裝置應該有選擇性地動作，將故障設備從電力系統(tǒng)中切除，并保證切除故障設備后電力系統(tǒng)的停電范圍最小。 (3)速動性：是指當電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障時，繼電保護裝置應能盡快地在最短時間內切除故障?？焖賱幼鞯哪康氖菧p少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 (4)靈敏性：是指繼電保護裝置對其保護范圍內的電氣設備發(fā)生短路故障時的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內出現設備故障時，不論短路點的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正 確反應并動作。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 30 牽引 變壓器 的 保護 變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設備。它的安全運行直接關系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運行，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。因此必須針對變壓器的故障和異常工作情況，根據其容量和重要程度，裝設動作可靠，性能良好的繼電保護裝置。一般包括： 縱聯差動保護 變壓器差動保護是反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護，保護變壓器本體及其引出線。但由于他對油箱內部的匝間短路故障不夠靈敏，而變壓器油箱內部的故障又是電力系統(tǒng)最危險故障 之一，因此縱差保護必須和瓦斯保護一起構成變壓器的主保護。變壓器縱差保護是按照循環(huán)電流原理構成的，如圖 61 示出了雙繞組變壓器縱差保護原理接線圖。 差動保護整定計算： 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.. ????? 靈敏度系數的校驗： 31 6345 50m in. ??? s e tKs e n IIK ? 圖 61 縱差保護原理 接線圖 II 2I 1I 22I 2I 22I 11K TK TA 2K TA 1石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 31 靈敏度系數一般不應低于 2 所以滿足要求 縱差保護是電氣主設備的主保護，它靈敏度高、選擇性好，在變壓器保護上運用較為成功。 變壓器縱差保護基本原理：由于變壓器高壓側和低壓側的額 定電流不同，因此為了保證縱差保護的正確工作，就須適當選擇兩側電流互感器的變比，使得正常運行和外部故障時，兩個電流相等。 正常運行或外部故障時，差動繼電器中的電流等于兩側電流互感