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1、电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 评语： 年 月 日一、 题目某牵引变电所丁采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，单相V-V接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1所示。表1 两供电臂电流归算到27.5kV侧电流牵引变电所供电臂长度km端子平均电流A有效电流A短路电流A穿越电流A丁19.414221980915223.2167248978198二、 题目分析及解决方案框架确定单相V-V接线的牵引变压器是将两台单相变压器以V的方式连于三相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两台变压器
2、的次边绕组，各取一端联至牵引变电所的两相母线上。而它们的另一端那么以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时，两臂电压的相位差为60，电流不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60接线。同时，由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同，在这两个相邻的接触网区段间必须采用分相绝缘结构。另外，由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流，因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流，牵引变压器的容量得到了充分利用。在正常运行时，牵引侧保持三相，可供给牵引变电所自用电和地区三相负载。主接线较简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相接线小。对接触网的供电可实现双边供电。它的主要缺点是：当
3、一台牵引变压器故障时另一台必须跨相供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承当的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供给也要中断。牵引变电所三相自用电必须改由劈相机或单相三相自用变压器供电。在设计过程中，通过求解变压器的计算容量、校核容量以及安装容量来选取变压器的型号。然后再变压器型号的根底之上，选取室外110kV侧母线，室外27.5kV侧母线以及室外10kV侧母线的型号。考虑到V-V接线中装有两台变压器的特点，在确定220kV侧主接线时
4、我们采用桥形接线。按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。按照选取的变压器的容量以及22kV侧的和牵引侧的主接线，可以做出设计牵引变电所的电气主接线。单相V-V接线的牵引变压器原理电路如图1所示。图1单相V-V接线牵引变电所三、设计过程牵引变电所的电气主接线分为三个局部来分别设计：110kV侧的主接线、牵引侧的主接线、单相V-V直接供电方式变压器接线。3.1牵引变电所110kV侧主接线图设计单相V-V牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器，因有系统功率穿越，属通过式变电所，所
5、以我们选取结构比拟简单且经济性能高的桥式接线。图2为内桥接线，连接在靠近变压器侧，其适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图3为外桥接线，连接在靠近线路侧，其适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切除。为了配合单相V-V牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。内桥接线和外桥接线的接线方式分别如图2和图3所示。 图2 内桥接线 图3 外桥接线3.2牵引变电所馈线侧主接线设计由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多，为了
6、提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV 侧馈线的接线方式一般有以下三种：1馈线断路器100%备用的接线此种接线用于单线区段，牵引母线不同相的场合。这种接线当工作断路器需检修时，即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。馈线断路器100%备用的接线图如图4所示。图4 馈线断路器100%备用2馈线断路器50%备用的接线此种接线用于单线区段，牵引母线同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修
7、。当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。馈线断路器50%备用的接线图如图5所示。图5 馈线断路器50%备用3带旁路母线和旁路断路器的接线一般情况下，每2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合，以减少备用断路器的数量。带旁路母线和旁路断路器的接线图如图6所示。图6 带有旁路母线和旁路断路器的接线综合以上几种接线方式优缺点的比拟，考虑到牵引变压器类型为单相V-V，且此牵引变电所为两个相邻区间的复线供电，为了提高供电的可靠性，同时防止较大的一次性投资，牵引变电所27.5kV 侧馈线断路器采用50%备
8、用的接线。3.3单相V-V直供方式变压器接线单相V-V接线变压器是由两台单相变压器构成，高压侧两个绕组接在电力系统的两个线电压上。因为是采用直接供电方式，低压侧两个绕组接成V形，两台变压器的次边绕组，各取一端联至27.5KV的a相和b相母线上。而它们的另一端那么连成公共端的方式接至地网和钢轨或钢轨引回的回流线参见附图1。为了保证供电的可靠性及经济性，采用变压器移动备用的方式。其主接线如图7所示。为了便于移动变压器的接入及低压变压器的接入，低压侧单独设有断路器和隔离开关，移动变压器高压侧临时连接。直接供电方式下单相V-V变压器主接线图如图7所示。图7 直接供电方式下单相V-V变压器主接线3.4牵
9、引变压器容量计算1单相V-V接线牵引变压器绕组的有效电流单相V-V接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器连接而成，每台变压器供给所管辖供电臂的负荷。所以其绕组有效电流即为馈线有效电流，故(A)(1)式中，为绕组电流有效值。根据题意，。2计算单相V-V接线牵引变压器的计算容量单相V-V接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器连接而成，其两台变压器计算容量公式分别为(2)(kVA) 3变压器校核容量单相V-V结线牵引变压器的最大容量为(3)(kVA)式中，为供电臂b的最大电流。在最大容量的根底之上，再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量，就可以得到校核容量，即(4)(kVA)式中，K为牵引变压器过负
10、荷倍数，取K=1.5。那么可得(4) 确定单相V-V接线牵引变压器的安装容量及型号选择将单相V-V接线的变压器的计算容量和校核容量进行比拟，并结合采用移动备用方式和系列产品，选用单相V-V变压器的安装容量为220000KVA。由变压器允许过电荷50%可知：移动备用方式下 应选用的安装容量是适宜的。考虑到在采用移动备用方式的情况下，当两台并联运行的牵引变压器一台发生故障停电后，未了使另一台单独运行而不影响铁路正常运输，安装容量选用变压器。因为因此选择16000/110型号的变压器。3.5 绘制电气主结线图电气主接线如附图2所示，为保证供电可靠性经济性兼得，牵引变压器采用移动备用方式。因采用单相V
11、-V牵引变压器，单相V,v接线的牵引变压器的接线简单，设备较少，投资较省。对电力系统的负序影响比单相接线小。对接触网的供电可实现双边供电。3.开关设备的选择1高压断路器的选择对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用地点和负荷种类及特点选择断路器的类型和型号、即户内或户外式，以及灭弧介质的种类，并能满足以下条件 断路器的额定电压，应不低于电网的工作电压，即式中 , 分别为制造厂给出的短路器额定电压和网络的工作电压，伏或千伏。断路器的额定电流，应不小于电路中的最大长期负荷电流，即式中 断路器的最大长期负荷电流，安或千安。根据断路器的断路能力，即按照制造厂给定的额定切断电流、或额定
12、断路容量选择断路器切断短路电流或短路功率的能力。为此，应使额定切断电流不小于断路器灭弧触头刚别离瞬间电路内短路电流的有效值，或在一定工作电压下应使断路容量不小于短路功率。即 或 三相系统式中，短路后t秒短路电流有效值周期分量，对快速断路器，取；短路后t秒短路功率，对快速熔断器。 对于牵引系统，牵引网电压为27.5千伏，当采用三相35千伏系列的断路器时，断路器容量需按下式换算：式中，35千伏断路器用在27.5千伏系统中的三相断路容量。 牵引网馈电线用单相断路器，按额定断路容量选择时应满足的条件为不变：式中，、分别为单相断路器的额定断路容量和单相牵引网中短路后t秒的短路功率。为了求得短路电流有效值
13、，必须确定切断短路的计算时间，即从短路发生到灭弧触头分开时为止的全部时间，它等于继电保护动作时间和断路器固有动作时间之和，故。在设计和电气设备选择中，由实际选择的保护装置与断路器型号，可得到和的实际值，但如无此数据时，一般可按下述情况选取。对快速动作的断路器，取秒，而对于非快速动作的断路器，秒；对于继电保护，应按具有最小动作时间的速断主保护作为动作时间，即秒，因此，对于快速动作的断路器，切断短路的计算时间秒，对于非快速动作的断路器，秒。可知，短路发生后秒，因短路电流的非周期分量已接近衰减完毕，此时短路电流即为短路周期分量电流的有效值。当秒时，那么须计入短路电流的周期分量。校验短路电流通过时的机
14、械稳定性在短路电流作用下，对断路器将产生较大的机械应力，为此，制造厂给出了能保证机械稳定性的极限通过电流瞬时值，即在此电流通过下不致引起触头熔接或由于机械应力而产生任何机械变形。因而，应使式中，分别为断路器的极限通过电流或断路器安装处的三相短路冲击电流幅值。校验短路时的热稳定性短路电流通过时断路器的热稳定性，由制造厂家给出的在t秒t分别为4、5或10秒内允许通过的人稳定电流来表征，即在给定的时间t内，通过断路器时，其各局部的发热温度不超过规定的短路最大容许发热温度。因此，短路电流通过断路器时，其热稳定条件为：式中，为制造厂家规定的秒热稳定电流。短路电流发热效应。2高压熔断器的选择高压熔断器用以切断过负荷电流和短路电流，选择是首先应考虑装置的种类与型式、是屋内或屋外使用，对于污秽地区的屋外式熔断器还应保证绝缘泄露比距的要求，以加强绝缘，此外，高压熔断器应满足按工作电流与断路器意义相同。按工作电流式中、分别为熔断器额定电流和熔件额定电流；
