【導讀】針對采用直供加回流供電方式的牽引供電系統(tǒng)進行設(shè)計。的確定，短路計算，供電設(shè)備選型。，計算說明清晰完整，正確無誤；：折合0號圖紙一張；、電氣布置圖以及控制保護圖等相關(guān)圖紙。自身的安全可靠。自1964年10月1日日本承建開通世界上第一條高速鐵路以來，經(jīng)過幾十年的實踐和發(fā)展，工頻25kV交流電,牽引變電所把輸入的110kV三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5kV單相交流電送入接觸網(wǎng)，電氣化鐵路的這些特點對鐵路電氣設(shè)備提出了特殊的要求，尤其是對主變壓器。在研究時將國內(nèi)先進的研究成果與具體實際相?，F(xiàn)其問題，以供本次設(shè)計所借鑒。首先，根據(jù)設(shè)計方案，對牽引變電所的主接線圖進行了合理嚴謹?shù)睦L制。根據(jù)現(xiàn)實參數(shù)和設(shè)計要求進行負荷計算，選出合適的主變壓器。在短路計算中，根據(jù)主變壓器不同的運行狀態(tài)，分別計算。了高低壓側(cè)的最大和最小短路電流。設(shè)備和自用變壓器的選擇。最后，結(jié)合設(shè)備和設(shè)計方案對整個設(shè)計進行調(diào)整。

　　

【正文】 0 1 8 . /m m m? ?? ， Ll? ,則其截面： 20 . 0 1 8 5 0 0 . 9 1 80 . 9 8dLS m mR? ?? ? ? (59) 因此，選擇截面為 的銅導線，可滿足要求。 ③ 校驗熱穩(wěn)定性 ? ? tKI te ?? 2 (510) ? ? ? ? skAQskAtKI dte 2222 ???????? 滿足熱穩(wěn)定性要求。 故選擇的 LCWB6— 110 型電流互感器能滿足要求。 (3) 感器得選擇與校驗 ① LCWD135 電流互感器，電流比為 100/5，其具體技術(shù)參數(shù)： 22 表 511 LCW35型電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù) 型號 額定 容量 /VA 額定電壓 /kV 額定電流比/A 準確級次 1 秒熱穩(wěn) 定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LCWD35 30 800/5 1/10P1 100 141 ② 每相互感器二次負荷列于下表中，據(jù)此進行二次負載的計算與校驗。 表 512 電流互感器二次負載統(tǒng)計 儀表名稱 A相（ ） B 相（ ） C 相（ V. A 電流表（ ITIA型） — 3 — 有功功率表（ IDIW） — 有功瓦時計（ DSI） — 總 計 3 由最大一相（ B 相）負載為依據(jù)進行計算，取 22 30 .eW W V A?? 則可得導線電阻為： 23 0 3 0 .1 0 .9 85dR ?? ? ? ? 銅導線 20 .0 1 8 . /m m m? ?? ， Ll? ,則其截面 20 . 0 1 8 5 0 0 . 9 1 80 . 9 8dLS m mR? ?? ? ? 因此，選擇截面為 的銅導線，可滿足要求。 ③ 校驗熱穩(wěn)定性，由 （ 510） 得： ? ? ? ? skAQskAtKI dte 2222 ???????? 滿足熱穩(wěn)定性要求 故選擇的 LCWD135 電流互感器能滿足要求。 23 電壓互感器的選擇和校驗 (1)選擇原則 ① 電壓互感器的種類和型式選擇 電壓互感器的種類和型式應根據(jù)安裝地點和使用條件選擇。如根據(jù)安裝地點確定采用戶內(nèi)式還是戶外式；根據(jù)電網(wǎng)電壓級別、使用條件確定電壓互感器相數(shù)、絕緣方式等。一般電壓級別低時，如在 36kV系統(tǒng)，多用干式電壓互感器；當電壓在 635kV級別時，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器； 110kV以上的電壓級別，采用串級式電 壓互感器等。 ② 按一、二次回路電壓選擇 為確保電壓互感器安全可靠長期工作和在規(guī)定的準確度級別下運行，要求電壓互感器所接電網(wǎng)電壓不超過也不低于互感器一次額定電壓的 10%，而電網(wǎng)電壓變動一般不會超出電網(wǎng)額定電壓的 10%，因此可按下式確定電壓互感器一次額定電壓，即： 1NWUU? 式中： 1NU 、 WU — 分別為電壓互感器一次側(cè)額定電壓和互感器安裝處電網(wǎng)的額定電壓； 電壓互感器二 次側(cè)額定電壓應符合測量儀表或繼電器的額定電壓，一般為 100V或 3100 。 ③ 根據(jù)負載確定互感器接線方式、容量和準確度級 電壓互感器的準確度級的選擇與電流互感器相同。 為保證電壓互感器在所要求的準確級下工作，電壓互感器的額定二次容量 2eW 應不小于互感器的二次負載容量 2W ，即： 22eWW? 式中： 2eW ` 2W — 分別為每相互感器的額定二次容量和其所承擔的二次負荷總?cè)萘?（ VA ） 。 由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要效驗短路的穩(wěn)定性。 當電壓在 110kV 及以上時，一般不采用鋼箱瓷套管結(jié)構(gòu)式的，因為這種結(jié)構(gòu)使互感器笨重，且造價昂貴。此時，采用單相串級結(jié)構(gòu)，并以瓷箱代替鋼箱，可以使體積減小、重量減輕，并降低造價。 (2)對于戶外高壓電壓互感器選用 JCC1110 型戶外電壓互感器 .供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為 3 級。供 110kV 側(cè)運行監(jiān)視用的電壓互感器選擇：準確級 1～ 級。 24 表 513 JCC1110型戶外電壓互感器參數(shù)表 型號 一次額定電壓 （ V） 基本二次額定電壓 （ V） 輔助一次額定電壓 （ V） 一級額定容量（ VA） 三級額定容量（ VA） 最大容量 （ VA） 備注 JCC1110 310110 3? 3100 100/100/3 500 100 2021 中性點直接接地 由于電壓互感器裝于 110kV 側(cè)只是用于電壓監(jiān)視，并不需要起保護作用，因為如果 110kV 側(cè)發(fā)生故障或事故是，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用 JCC1110 型準確級 1級，額定容量 的電壓互感器便可以滿足要求。 (3) 供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為 3 級。 供計費用的電壓互感器的選擇：型號同上，但準確級為 級。 表 514 電壓互感器參數(shù)表 額定電壓比 級額定容量（ VA） 1 級額定容量（ VA） 3 級額定容量（ VA） 一次的二次 及地試驗電壓（ V） 二次對地試驗電壓（ V） 最大容量 （ VA） 連接組別 27500/100 150 150 500 95 2 1000 I,in 2% 由于電壓互感器裝于 側(cè)不僅要用于電壓監(jiān)視，而且還要起到保護作用，用于保護牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準確級需要 3 級，因此選用該型準確級 3 級，額定容量 的電壓互感器可以滿足要求。 避雷器的選擇 (1)110kV 側(cè)選 Y10W5100/295 型避雷器，其各項技術(shù)參數(shù)如 表 515 25 表 515 Y10W5100/295型避雷器參數(shù)表 注： * 為 8/20us 雷電沖擊殘壓 (峰值 )不大于標稱放電電流 10kA 時 (2) 側(cè)選用 Y10W542/140 型避雷器，其技術(shù)參數(shù)如表 516 表 516 Y10W542/140型避雷器參數(shù)表 注： * 為 8/20us 雷電沖擊殘壓 (峰值 )不大于標稱放電電流 10kA 時 自用變壓器的選擇 根據(jù)牽引變電所二次側(cè)的電壓等級，選擇 S7 系列 作為牽引變電所內(nèi)部自用變壓器，其主要參數(shù)如表 613 所示： 表 613 S7系列三相雙繞組變壓器主要參數(shù) 額定容量/kVA 高壓 /kV 高壓分 接范圍 低壓 /kV 連接組標號 空載 損耗 /kW 負載 損耗 /W 空載 電流 /% 阻抗 電壓 /% 50 ? 5 00 Y,yno 母線的選擇和校驗 母線選擇時所依據(jù)的條件 (1) 按最大長期工作電流選擇母線截面 根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升 xu? 的限制，應使最大長期工作電流小于 xuI ，即 型號 系統(tǒng)標稱電壓 額定電壓 持續(xù)運行電壓 * Y10W5100/295 110KV 100KV 73KV 295KV 型號 系統(tǒng)標稱電壓 額定電壓 持續(xù)運行電壓 * Y10W540/142 42KV 30KV 140KV 26 xu gmaxII? (614) 式中 xuI — 相應于母線工作的環(huán)境和其放置方式下，母線長期允許電流值； gmaxI — 母線在電路中的最大長期工作電流。 (2)按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面 按經(jīng)濟電流密度 nj 選擇母線截面應滿足下列條件 : njIS g? (615) (3)按短路條件校驗母線的熱穩(wěn)定性 在滿足穩(wěn)定性的前提下，母線的最小容許截面 minS ，即 d1 QCS? (616) 式中 C— 與母線材料及其發(fā)熱溫度有關(guān)的系數(shù)； (4)按短路條件校驗母線的機械穩(wěn)定性 母線的沖擊電流通過母線時，使其承受較大的機械應力，將導致固定在支持絕緣子上的母線彎曲變形甚至折斷，因而必須按這時加于母線的彎矩進行應力計算。 對于單條矩形母線，當跨條大于 2（等于 2）時，母線的最大彎矩為 ()1 0 8F l F lMM???? (617) 式中 l— 支持絕緣子間的跨距，厘米 F— 母線所受的機械應力，公斤。 母線的最大計算應力為 MW?? (618) 將 (617)代入 (618)中，得 ( 3 ) 2 9ch1 .7 6 1 0li W? ? ?? ? ? (6 19) 式中 W— 截面系數(shù) 母線的最大計算應力應小于材料的允許應力 xu? ，即 xu??? (620) 則認為母線的機械穩(wěn)定性可以滿足要求。 110kV 側(cè)母線的選擇 (1)按最大長期工作電流選擇母線截面 最大長期工作電流按變壓器過載 倍考慮，則： g. m a x e1 .3 1 .3 1 6 5 2 1 4 .5II? ? ? ?(A) 27 查出鋁母線 (25 4 型 )的允許載流量為 292A(環(huán)境溫度為 176。25 時 )，大于最大工作電流，故初選 100mm2 截面的鋁母線 (單條平放 )。 (2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性 母線在最大負荷 時的溫度 : ? ?? ? ???? 9 2 1 425 202m a x0s????????????????????? ????xuxugII 短路電流計算時間 : js b g st t t? ? ? ? ? 短路電流熱效應： 2 2 2d 5 0. 2 5 ( kA S )Q I t?? ? ? ? ? ? 由 ? ?? ，查得鋁曲線 ??SA 42 642d ???????? SQAA SZ 查表 可得 ??ZA ，對應鋁母 線曲線的縱 坐標為 ? ，即?? xu ??? ?? Z ，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 側(cè)母線的選擇 (1)按最大長期工作電流選擇母線截面 a x 660 858II? ? ? ?A 查出鋁母線 6010 的 允許載流量為 1097A(環(huán)境溫度為 25? 時 )，大于最大工作電流，故初選 6010=600mm2 截面的鋁母線（單條平放）。 (2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性 母線在最大負荷時的溫度 ? ?? ? ???? 1 0 9 78 5 825 202m a x0s????????????????????? ???? xuxugII 短路電流熱效應： 2 2 2d 7. 63 0. 2 11 .6 4( kA S )Q I t?? ? ? ? ? ? 由 ? ?? ，在查得鋁曲線 ??SA 28 42 642d ???????? SQAA SZ 查 表 可 得 4zA 10??， 對 應 于 鋁 母 線 曲 線 的 縱 坐 標 為 72? ，即z x u7 2 2 0 0? ? ? ? ? ? ?，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 (3)校驗母線的機械穩(wěn)定性 三線短路時沖擊電流 ： ch 1. 7 2 7. 63 18 .3 4( kA )i ? ? ? ? 設(shè)母線采用水平排列排放 , ? =40 厘米 ,l=120 厘米 , 2bbh??? , x 1k? 則三相短路時相間電動力為： ? ? ? ? ）（ NalKF xch 7627233 ?????????? ? 母線平放及水平排列時，其抗彎模量為： 2 2 311 0 . 4 ( 4 ) 1 . 0 6 7 ( c m )66W b h? ? ? ? ? 母線的計算應力： 6 61 7 4 . 6 1 . 2 1 0 1 9 . 6 4 1 0 ( p a )1 0 1 0 1 . 0 6 7M F lWW? ? ? ?? ? ? ? ?? 查表得鋁母線的允許應力為 669 10 pa? ， xu??? ，滿足機械穩(wěn)定性。 29 第 6 章 結(jié)論與展望 結(jié)論 該設(shè)計是一個目前國內(nèi)鐵路變電與供電工程中很普遍的課題， 在設(shè)計中要有清晰的設(shè)計 思路，實用的設(shè)計方案。在整個設(shè)計過程中，必須要嚴格遵照理論聯(lián)系實際的理念 ，特別是對參數(shù)的計算與校驗，更是要有非常嚴謹?shù)膽B(tài)度。該設(shè)計基本完成了對牽引變電所的整體設(shè)計。實現(xiàn)了對鐵路的雙行供電，特別是對回流采用的措施是架回流線，這樣能保留直接供電方式的優(yōu)點又克服了它的不足，有效的避免了對臨近通信線路的干擾。在主變壓器的選擇中，除了考慮負荷計算中的參數(shù)意外，還考慮了實際鐵路運營中會出現(xiàn)的大運量需求，設(shè)計中選用一個 31500kVA 的主變壓器，這樣既滿足了運力的要求，又提高了運營效率。在兩臺主變壓器的備用和饋線之間互 為備用的設(shè)計中，首先實現(xiàn)了在兩個主供電線路間搭建了連接，正常運行時一臺供電，一臺備用。在設(shè)備選擇上，按照方案設(shè)計的要求也許選出了合適的設(shè)備，并經(jīng)過校驗，符合要求。還有些可能沒考慮到的問題，特別是在具體施工時，有些參數(shù)還要根據(jù)現(xiàn)實情況進行改進。 展望 在設(shè)計中對牽引變電所主變壓器的容量選擇是一個很核心的步驟，實際中客運專線的運力變化和以后專線的發(fā)展趨勢在很大程度上影響著牽引變電所的設(shè)計。在以后設(shè)計中充分考慮這些因素也是做好設(shè)計的關(guān)鍵。帶回流線的直接供電方式有望在回流質(zhì)量和在減少對附近通信線路的干擾方 面進行改進。 30 參考文獻 [1] 譚秀炳 .交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng) (第 2版 )[M].成都：西南交大出版社 ， 2021. [2] 鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設(shè)計院 .電氣化鐵道設(shè)計手冊：牽引供電系統(tǒng) [M].北京：中國鐵道出版社， 1988. [3] 賀威俊，簡克良 .電氣化鐵道供變電工程 [M].北京：中國鐵道出版社， 1983. [4] 李自良，陳薇 .牽引變電所 [M].北京：中國鐵道出版社， 1984. [5] 羅慶躍 .電力系統(tǒng)短路電流計算新方法的研究與實踐 [J].航電技術(shù) .2021,第一期 .38～ 41. [6] 張保會 ， 尹項根 .電力系統(tǒng)繼電保護原理 [M].北京：中國電力出版社， 2021. [7] 王永康 .繼電保護 及自動裝置 [M].北京：電力工業(yè)出版社， 1986 [8] 劉介才 .工廠供電 (第 4版 )[M].北京：機械工業(yè)出版社， . [9] 石改萍 .變電站高壓電氣設(shè)備選型探討 [J].山西電力 ,第五期 .～ 62 [10] 賀威俊，張淑琴 .電力牽引供變電技術(shù) [M].成都：西南交大出版社， 1998 [11] Dev Paul. Dc traction power system grounding[J]. IEEE Transactions on Power Delivery,2021, 21(3)： 1l831190 [12] Yu D,Lo K on catenary currentcarrying theory. Proceedings of the Universities Power Engineering Conference . 2021 31 致 謝 做完這次設(shè)計，自己的確付出了很多時間和精力。但像做這樣一個工作量比較大的畢業(yè)設(shè)計，與老師和同 學的幫助是分不開的。特別是我的指導老師崔躍華老師給了我莫大幫助，能完成整個畢業(yè)設(shè)計，這與崔老師的精心指導和傾力付出是分不開的。當然平時和同學之間的交流也讓我學會了不少東西。所以，在這里我真誠的感謝我的導師和所有幫助過我的人！ 32 附 錄 附錄 A 外文資料翻譯 Power Supply and Distribution System ABSTRACT: The basic function of the electric power system is to transport the electric power towards customers. The l0kV