【正文】 牽引供電課程設(shè)計 1 第 1 章 設(shè)計目的和任務(wù)要求 設(shè)計目的 本次的課題是牽引變電所 G電氣主接線的設(shè)計，目的是為了將所學習的知識更好地應(yīng)用于實踐之中。然后，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)并考慮一定的裕量來計算牽引變壓器的安裝容量。在認真分析題目的基礎(chǔ)上，按照一定的順序進行設(shè)計。 牽引供電課程設(shè)計報告書 題 目 牽引變電所 G 電氣主接線的設(shè)計 院 /系 (部 ) 電氣工程系 班 級 學 號 姓 名 指導教師 完成時間 ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2020 級 牽引供電課程設(shè)計 摘 要 牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路的核心部分。本次設(shè)計的課題是牽引變電所 G 電氣主接線的設(shè)計，其設(shè)計的意義在于為電氣化鐵路設(shè)計合理實用的牽引供電技術(shù)，主要任務(wù)是牽引變電所主接線設(shè)計、選擇牽引變壓器、斷路器、隔離開關(guān)和電壓、電流互感器等，進而確定電氣主接線。首先，分析比 較幾種牽引變壓器的接線形式，根據(jù)要求選出了一種最佳的接線形式，即 YN， d11 接線形式。最后，計算高壓和低壓母線的短路電流，通過短路電流來選擇相應(yīng)的一次設(shè)備并進行校驗，最終基本完成了牽引變電所電氣主接線，實現(xiàn)了牽引供電系統(tǒng)的基本要求。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，決定著電力機車能否正常順利運行，因此本次設(shè)計意義重大。變壓器的設(shè)計主要是變壓器的接線形式、容量和臺數(shù)的確定。選擇容量較小會使變壓器處于過負荷狀態(tài)，影響變壓器的壽命。 此課題的設(shè)計完全符合電氣化鐵路供電系統(tǒng)的設(shè)計要求，為牽引供電系統(tǒng)提供供電方案，解決實際問題。 任務(wù)要求 牽引變電所 G電氣主接線的任務(wù)要求如下： (1)確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式，并分析其運行方式。 (3)確定牽引負荷側(cè)電氣主接線的形式。 (5)設(shè)置合適的過電壓保護裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝置。 設(shè)計的依據(jù) 包含有 F、 G兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖 1所示。 電力系統(tǒng) 2 均為火電廠，選取基準容量 Sj為 100MVA，在最大運行方式下，電力系統(tǒng) 2的綜合電抗標幺值分別為 和 ；在最小運行方式下，電力系統(tǒng) 2的綜合電抗標幺值分別為 和 。 牽引供電課程設(shè)計 2 圖 1 中， L L L3 長度分別為 30km、 50km、 20km。 圖 13 牽引供電系統(tǒng)示意圖 基本設(shè)計數(shù)據(jù)如表 14所示 : 表 14 牽引變電所基本設(shè)計數(shù)據(jù) 項目 牽引變電所 G 左臂負荷全日有 效值（ A） 500 右臂負荷全日有效值（ A） 730 左臂短時最大負荷（ A） [注 ] 700 右臂短時最大負荷（ A） 980 牽引負荷功率因數(shù) (感性 ) 10kV地區(qū)負荷容量（ kVA） 2 1000 10kV地區(qū)負荷功率因數(shù) (感性 ) 牽引變壓器接線型式 自選 牽引變壓器 110kV接線型式 自選 左供電臂 2 右供電臂 2 10kV地區(qū)負荷饋線數(shù) 2回路工作， 1回路備用 預計中期牽引負荷增長 30％ [注 ]：供電臂短時最大負荷即 為線路處于緊密運行狀態(tài)下的供電臂負荷。通過給定的數(shù)據(jù)計算牽引變壓器的計算容量、校核容量以及安裝容量，進而確定變壓器的容量。最后，根據(jù)牽引變電所負荷平均有功功率來計算并聯(lián)電容的容量，選定電容的型號。 第 2 章 主接線方案的設(shè)計 牽引變電所的電氣主接線，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線所組成的接受和分配電能的電路。主接線應(yīng)在變壓器接線方式、諧波無功補償和調(diào)壓方面采取有效的改善電壓質(zhì)量措施。現(xiàn)代技術(shù)的自動裝備和監(jiān)控自動化系統(tǒng)的應(yīng)用對提高主接線的運行靈活性和可靠性都是很有利的。在可能和充分論證的條件下，可采取按遠期規(guī)劃設(shè)計 主接線規(guī)模、分期實施投資、增加設(shè)備，達到最好的經(jīng)濟效益。 電氣主接線從電源系統(tǒng)接受電能，并通過出線或饋電線路分配電能，當進、出（饋）線數(shù)量較多的時候，常設(shè)置匯流母線為中間環(huán)節(jié)，用以聯(lián)系電源進線和出線，并使運行轉(zhuǎn)換方便，但也可采用無母線接線形式。 本次設(shè)計的饋線數(shù)目很少，只有兩條。橋型接線能滿足牽引變電所的可靠性，具有 一定得運行靈活性，使用電氣少，建造費用低，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結(jié)線。本設(shè)計采用 100%完全備用，當一套設(shè)備發(fā)生故障，經(jīng)過正確的倒閘操作順序，另一設(shè)備啟用，以提高供電可靠性。同一回路中串接的隔離開關(guān)和斷路器，在運行操作時，必須嚴格遵守以下操作順序：對饋線送電時必須先合 1QS 和 2QS 在投入 1QF；如欲停止對其供電必須先斷開 1QF 然后斷開 1QS和 2QS。 圖 21 不分段的單母線接線 單母線接線的特點是： (1)接線簡單、設(shè)備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠性。檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停電，其他回路不受影響。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。 適用范圍：適用于對可靠 性要求不高的 10— 35kV 地區(qū)負荷。分段斷路器 MD 正常時閉合，是兩段母線并列運行，電源回路和同一負荷的饋電回路應(yīng)交錯連接在不同的分段母線上。 這種接線方式的特點是： (1)兩母線段可以并列運行，也可以分裂運行。 (3)對于用分段斷路器 QFD 分段，如果 QFD 處于閉合運行狀態(tài)，當某段母線發(fā)生故障時，繼電保護使 QFD 及故障段電源回路的斷路器自動斷開，只該段停電；如果 QFD 處于斷開運行狀態(tài)，當某段電源回路故障而使其斷路器斷開時，備用電源 牽引供電課程設(shè)計 5 自動投入裝置使 QFD 自動閉合，可以保證全部的出線繼續(xù)供電。 這種接線方式的缺點：增加了分段設(shè)備的投入和占地面積；某段母線故障或檢修仍有停電問題；某段的回路斷路器檢修，該回路停電；擴建時，需向兩端均衡擴建。 (3)采用橋型接線 當牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成橋形接線。按中間橫向橋接母線位置不同可分為：內(nèi)橋形與外橋形。 外橋接線： 外橋接線的特點與內(nèi)橋接線相反，當變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只需斷開它們前面的斷路器 1QF 或 2QF，而不影響電源線路的正常工作。因而外橋接線適用于電源線路較短、負荷不恒定、變壓器要經(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環(huán)形電連接的變電所中。理由：兩母線可以并列運行也可以分開運行，任一段母線檢修時，只該段母線停電，其 他段可以繼續(xù)運行，具有一定的可靠性和靈活性。 當需要檢修時，假如仍然需要在 L1 得電，先斷開 QF1，然后斷開 QS3 和 QS5，再閉合 QS4，然后合 QS QF2， 最后閉合 QF，即可滿足檢修時供電需要。 當 L1 線路故障需要由 L2 線路供電時，先閉合 QS2，閉合 QF，故障線路 QF1 跳閘，再斷開 QS1，最后 QF2 閉合即可滿足 L1故障時的供電。 由此可以看出采用外橋型接線對于線路發(fā)生故障時比較有利，可以在停電瞬間通過互感器自動檢測跳開故障線路斷路器，然后閉合備用線路斷路器，保證線路故障時自動轉(zhuǎn)換開關(guān)使牽引變壓器繼續(xù)運行，有利于系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。但考慮牽引負荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點，有針對性的在電氣接線上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運行靈活性。 牽引供電課程設(shè)計 7 (1)由于接觸網(wǎng)沒有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線路更為頻繁，因此牽引負荷側(cè)電氣接線對接觸網(wǎng)饋線斷路器的類型與備用方式較一般電力負荷要求更高。 (3)與饋線數(shù)目、電氣化鐵路年運量、單線或復線，以及變電所附近鐵路其他設(shè)施如大型樞紐站、電力機車段和地區(qū)負荷等的供電要求有關(guān)。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。斷路器的轉(zhuǎn)換操作方便，供電可靠性高，但一次投 資較大。這種接線每兩條饋線設(shè)一臺備用斷路器，通過隔離開關(guān)的，備用斷路器可代替其中任何一臺斷路器工作。 (3)帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線 帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線如圖 26所示。通過旁路母線，旁路斷路器可以代替任意饋線斷路器工作。 圖 24 饋線斷路器 100%備 用 牽引供電課程設(shè)計 8 圖 25 饋線斷路器 50%備用 圖 26 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線 經(jīng)過分析比較，最終選擇饋線斷路器 50%備用的方式，因為這種接線方式簡單、操作方便而且供電可靠性比較高，更重要的是這種方式比 100%備用的方式要更具有經(jīng)濟性。因為單母線接線操作簡單、經(jīng)濟性好而且能滿足一定的可靠性。 第 3 章 牽引變壓器選擇 牽引變壓器的備用方式 牽引變壓器的備用方式有移動備用和固定備用 兩種。 固定備用是在每個牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺數(shù)不變、而增大變壓器容量，使在正常情況下一臺工作，一臺備用（稱為固定全備用）。特殊情況下需作具體比較。而采用移動備用變壓器的情況下，對單相或 V,v 形接線的單相變電所牽引側(cè)電氣接線的構(gòu)成，將產(chǎn)生較大影響。由于牽引負荷具有不穩(wěn)定性、短路故障多、諧波含量大等諸多不利因素，運行環(huán)境比一般電力負荷惡劣，因此要求牽引變壓器具有一定的過負荷能力和抗沖擊電流的能力。 牽引變壓器容量計算 牽引變壓器容量計算的一般分為三個步驟： 首先，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)求出牽引變壓器供應(yīng)牽引負荷所必需的最小容量，稱為計算容量。這是為確保牽引變壓器安全運行所必需的容量。 (1)牽引變壓器的計算容量： avave III 212221et 24IUKS ??? 其中： 1eI — 重負荷供電臂有效電流（ A） 2eI — 輕負荷供電臂有效電流（ A） tK — 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般取 U — 牽引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，取 將 730AI1e? ， 500AI2e? ， ? ， ? 代入上式得 44179kVAS? 。 2 臺并聯(lián)的優(yōu)點是 可以減小牽引變壓器的阻抗，減小了電壓的損失，所選變壓器的型號為 31500/110SF1 ? ，其參數(shù)如表 32所示： 表 32 變壓器參數(shù) 額定容量(kVA) 額定電壓 (kV) 額定電流 (A) 損耗 (kW) 阻抗電壓(%) 空載電流(%) 高壓 低壓 高壓 低壓 空載 短路 31500 4 110 165 660 148 2 第 4 章 短路計算 短路計算的目的 短路計算的目的如下： (1)在選擇電氣主 接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制