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1、牵引供电课程设计牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所H电气主接线的设计院/系(部)电气工程系班 级学 号 姓 名指导教师完成时间2013年12月31日摘要牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的重要组成部分，主要任务是将电力系统输送来的三相高压电转换成适合电力机车使用的电能，直接影响整个电气化铁路的安全与经济运行，是联系供电系统和电气化铁路的桥梁。本设计为一个110/27.5kV的牵引变电所，首先确定牵引变电所的电气主接线的形式，根据牵引变电所的计算容量、校核容量，选择适当型号的变压器，并确定牵引变压器的容量、台数及接线方式；进行短路计算，从而进行电气设备选择和校验；根据牵引变电所向接触网的供电
2、方式、电气主接线的基本形式、高压进线及母线的型号、并联电容补偿及接地防雷来设计电气主接线图。电气主接线反映牵引变电所设施的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数。根据选取的变压器的容量以及主结线型式，最终设计出基本符合任务要求的牵引变电所电气主接线。 【关键词】： 牵引变电所牵引变压器主接线 短路计算目录第1章设计任务11.1设计目的11.2设计的依据11.3设计的基本要求1第2章牵引变电所变压器的选择22.1牵引变电所的型式22.2牵引变压器的选择32.3变压器备用方式的选择4第3章牵引变电所主接线的选择53.1电气主接线基本要求53.2高压侧电气主接线的选择53.3低压侧电气主接线
3、选择73.4馈线侧接线方式83.5倒闸操作9第4章牵引变电所的短路计算94.1短路计算的目的94.2短路点的选取104.3短路计算10第5章高压设备的选择145.1电气设备选择原则145.2母线的选择155.2.1110kV侧进线的选择155.2.227.5kV侧母线的选择165.3高压断路器175.4隔离开关195.5110kV电压互感器的选型和校验205.6110kV电流互感器的选型和校验21第6章继电保护226.1继电保护的基本作用与基本要求226.2电力变压器的保护23第7章并联无功补偿装置237.1 并联电容补偿的作用237.2并联无功补偿的选型247.3并联电容补偿装置主接线24第
4、8章防雷保护25第9章结论25参考文献27附录28第1章设计任务1.1设计目的随着城市化建设的快速发展，交流电气化铁道牵引供电系统的运用越来越多，在各种各样的主接线方式当中，适合各地情况的牵引变电所主接线纷纷显示出其优势特点。为满足牵引变电所的可靠性、灵活性、经济性的要求，设计部门根据实际运行情况选用最适当的变电所主接线方式。1.2设计的依据(1)确定该牵引变电所的高压侧电气主接线的形式，并分析其运行方式。(2)确定牵引变压器的容量、台数及接线方式。(3)确定牵引负荷侧电气主接线的形式。(4)对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。(5)设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因
5、数的装置 (6)用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。1.3设计的基本要求包含有H、I两牵引变电所的供电系统示意图如图1-1所示，此次对H牵引变电所的供电系统进行设计。HIL2L3L1电力系统1电力系统2L1图1-1牵引供电系统示意图电力系统1、2均为火电厂。选取基准容量为100MVA，其中在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.12和0.14；在最小运行方式下，电力系统的综合标幺值分别为0.21和0.26。对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。图1-1中，、长度分别为25km、40km、20km。线路平均正序电抗为0.4/km，平均零序电抗为1.2/km。基本
6、设计数据如表1-1所示。 表1-1牵引变电所基本设计数据 项目牵引变电所H左臂负荷全日有效值（A）右臂负荷全日有效值（A）左臂短时最大负荷（A）注右臂短时最大负荷（A）牵引负荷功率因数(感性)10kV地区负荷容量（kVA）10kV地区负荷功率因数(感性)牵引变压器接线型式牵引变压器110kV接线型式左供电臂27.5kV馈线数目右供电臂27.5kV馈线数目10kv地区负荷馈线数预计中期牵引负荷增长410300520380 0.83（感性） 22000 0.86（感性）自选自选222回路工作，1回路备用20 注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。环境资料：本牵引变电所地区平
7、均海拔为1050米，地层以砂质粘土为主，地下水位为10.5米。该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。本变电所地区最高温度为38，年平均温度为21，年最热月平局最高气 温为33，年雷暴雨日数为19天，土壤冻结深度为1.5m。第2章牵引变电所变压器的选择2.1牵引变电所的型式牵引变电所按牵引变压器的结线方式分为单相联结；单相V，v联结；三相V，v联结；三相YNd11联结；斯科特联结等。这里选用三相YNd11联结。三相联结牵引变压器又简称三相牵引变电所。这种牵引变电所中装设两台三相YNd11联结牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。三相Y
8、Nd11联结牵引变电所的优点是：牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力；能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时，另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况；三相YNd11联结变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也较便宜；一次侧YN联结中性点可以引出接地，一次绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便。对接触网的供电可实现两边供电。缺点主要是牵引变压器容量利用率不高。当重负荷相线圈电流达到额定值时，牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%。2.2牵引变压器的选择(1)牵引变压器台数的确定考虑
9、到该变电所为三相牵引变电所，与系统联系紧密，故选用采用三绕组变压器，高压侧为Y形接线，中、低压侧为连接。由于牵引负荷属于一级负荷，并考虑备用，所以选用两台主变压器，一台自用电变压器。通过本章的学习加深了对牵引变压器的基本知识的理解，对设计和以后的实际工程设计及研究工作奠定了理论基础。(2)牵引变压器安装容量的确定和选择牵引变电所的主变压器采用YNd11接线形式，主变压器正常负荷计算：（kVA）将=410A，=300A 代入可以求得：S=25121.25（kVA）紧密运行状态下的主变压器计算容量：（kVA）将=520A，=380A 代入可以求得：=31853.25（kVA）（kVA）可求得：=2
10、1235.5（kVA）根据所得容量，初步选择的牵引变压器为。为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量，预计中期牵引负荷增长为20%。（kVA）可以求得：=30253.5（kVA）根据以上计算，最终选择的牵引变压器为。参数见表2-1。表2-1变压器参数表设备型号额定容量（kVA）额定电压（kV）额定电流（A）损耗（kV）阻抗电压（%）空载电流（%）连接组别高压低压高压低压空载短路3150011027.516566038.514810.52YNd112.3变压器备用方式的选择牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器投入，以确保电气化铁路的正常运输。在大运量的双线区段，牵引变压器
11、一旦出现故障，应尽快投入备用变压器，显得比单线区段要求更高。备用变压器投入的快供，将影响到恢复正常供电的时间，并且与采用的备用方式有关。备用方式的选择，必须从实际的电气化铁路线路、运量、牵引变电所的规模、选址、供电方式及外部条件等因素，综合考虑比较后确定。这里选用的变压器备用方式为固定备用。固定备用，采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式，称为固定备用。采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵
12、引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。其缺点是：增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输。因此，固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。根据设计任务书要求来确定牵引变压器的结线形式：采用三绕组变压器，高压侧为Y形接线，中、低压侧为连接。由于牵引负荷属于一级负荷，并考虑备用，所以选用两台主变压器，一台自用电变压器。 第3章牵引变电所主接线的选择牵引变电气主接线是变电所设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定与电力系统整体及变电所本身运行的可靠性，灵活性和经济性是密切相关的，而且对电气设备的选择，配电装置布置，继电保护和控制方
13、式的拟定有较大影响，因此必须合理的确定主接线。本章主要介绍了牵引变电所单母线结线、单母线分段结线、桥形结线、等几种结线形式及特点，并根据设计任务书要求确定高压侧采用内桥形结线，牵引负荷侧采用单母线结线。3.1电气主接线基本要求(1)保证电力牵引负荷，运输用动力，信号负荷安全，可靠供电需要和电能质量。(2)具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。(3)应有较好的经济性，力求减小投资和运行费用。(4)应力求接线简捷明了，并有发展和扩建的余地。3.2高压侧电气主接线的选择(1)单母线接线单母线接线图如图3-1所示。图3-1单母线结线图单母线接线的特点是：结线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并
14、能满足一定的可靠性。每回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时，仅该回路停电，其他回路不受影响。检修母线和与母线相连的隔离开关时，将造成全部停电。母线发生故障时，将是全部电源断开，待修复后才能恢复供电。这种接线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电；适用范围：适用于对可靠性要求不高的1035kV地区负荷。(2)单母线分段接线用断路器分段的单母线分段接线图如图3-2所示。 图3-2单母线分段结线图这种接线方式的特点是：分段母线检修时将造成该段母线上回路停电。进线上断路器检修时造成该进线停电。适用范围：广泛应用于1035kV地区负荷、城市电牵引各种变电所和110kV电源进线回路较少的110kV接线系统。 (3)桥形接线当只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线间用横向母线将它
