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1、2010级牵引供电课程设计牵引供电课程设计报告书题 目双线铁路牵引变电所电气主接线院/系(部)电气工程系班 级方1010-5学 号姓 名王胜合指导教师王庆芬完成时间2013年12月20日摘 要牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统。进行双线铁路牵引变电所设计，首先分析负荷及环境情况确定变压器选型，并进行容量计算选出型号并选定了固定备用；按规定供、馈电容量与要求确定电气主接线图；对短路电流进行计算
2、，并进行校验；对牵引变压器和馈线配置继电保护和无功补偿；最后对牵引变电所进行防雷保护。经过上述步骤的分析和计算，最终完成了课题要求。选出各种设备的接线方式，变压器等设备的型号，完成整个线路并用CAD绘制了最终图纸。【关键词】：牵引变电所 主接线 继电保护 无功补偿目 录第1章 课程设计目的和任务要求11.1 设计目的11.2 设计要求1 1.2.1 设计的基本要求1 1.2.2 设计的依据1第2章 方案的比较22.1 负荷分析22.2 方案比较拟定2第3章 变压器备用方式及选型33.1 变压器备用方式33.2 变压器容量计算33.3 变压器的选型6第4章 主接线设计64.1电源侧主接线设计6
3、4.1.1 倒闸操作84.2牵引侧主接线设计9第5章 短路计算105.1短路计算示意图105.2短路计算10第6章 设备选择136.1进线导线的选择13 6.1.1 110kV侧电源进线的型号选择13 6.1.2 27.5kV侧母线的选择136.2电气设备的选择14 6.2.1 高压断路器、隔离开关的选择14 6.2.2 电压互感器的选择16第7章 继电保护187.1 继电保护基本要求187.2电力变压器继电保护的选择18第8章 并联无功补偿198.1 功率因数低的原因198.2 并联电容补偿的作用198.3 并联电容补偿20第9章 防雷保护21第10章 结论21参考文献22第1章 课程设计目
4、的和任务要求1.1 设计目的通过本次设计，对所学的专业知识得到相当的运用和实践，这将使自己所学的理论知识提升到一定的运用层次，为以后完成实际设计奠定扎实的基本功和基本技能，最终达到学以致用的目的。1.2 设计要求1.2.1 设计的基本要求（1）确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析其正常运行时的运行方式。（2）确定该牵引变压器的容量、台数及接线形式。（3）确定该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）设置合适的电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装置。（6）用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。1.2.2 设计的依据（1） 某牵
5、引变电所位于大型编组站内，向两条双线电气化铁路干线的四个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为10000kVA（三相变压器），并以10kV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为3750kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25kV回路（1路备）：两方向年货运量与供电距离分别为Q1L1=3260Mtkm，Q2L2=3025Mtkm，q=100kWh/10ktkm。10kv共12回路（2路备）。（2）供电电源由系统区域变电所以双路110kV输送线供电。本变电所位于电气化铁路的中间，送电线距离15km。在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值分别问0.23；在最小运行方式下，电力
6、系统的标幺值为0.25。（3）环境资料本牵引变电所地区平均海拔为650米，底层主要以砂质粘土为主，地下水位为5.8米。该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，变电所所内不设铁路岔线，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，年最热月平均最高温度为33，年雷暴雨日数为23天，土壤冻结深度为1.3m。第2章 方案的比较2.1 负荷分析本牵引变电所，向两条双线电气化铁路干线的四个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为10000kVA（三相变压器），并以10KV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为3750kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25KV回路（
7、1路备）：两方向年货运量与供电距离分别为Q1L1=32x60Mtkm，Q2L2=30x25Mtkm，q=100kWh/10ktkm。10kv共12回路（2路备）；供电电源由系统区域变电所以双路110kv输送线供电。本变电所位于电气化铁路的中间，送电线距离15km。2.2 方案比较拟定(1) YNd11的接线形式优点：牵引变压器的低压侧保持三相，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的牵引负荷时，另一供电臂没有或出现很小牵引负荷不均衡状况；制造相对简单，价格也比较便宜；一次侧中性点可以接地，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
8、两边供电。(2) 三相V,v牵引变压器优点：牵引变压器的容量利用率可达100%，正常运行时，牵引侧保持三相，所以可供应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联接小；对接触网的供电可实现两边供电。缺点：当一台变压器故障时，另一台必须跨相，即兼供左右两边供电臂的牵引网。分析题目所给的资料可知，变压器拟定采用三相Vv接线变压器。该变压器在满足线路要求的情况下，接线简单，便于维护而且经济。变压器采用固定备用方式，选择两台牵引变压器，其中一台运行，一台备用。该双线牵引变电所采用110kV双回线路的供电电源，110kV电源侧线路较短，故障检修停电机会少
9、，所以高压侧比较适合采用单母线分段供电。而低压侧为了经济和维护方便采用50%备用方式。第3章 变压器备用方式及选型3.1 变压器备用方式从我国的电气化铁路的历史来看，牵引变压器的备用方式有以下两种。（1）移动备用：采用移动变压器作为备用的方式，称为移动备用。优点是牵引变压器的容量比较省，适用于沿线无公路区和单线区段。缺点是不能保证当发生故障时供电持续性。（2）固定备用：采用加大牵引变电所容量或者增加台数作为备用方式。优点每个牵引变电所一般装设两个牵引变压器，一台运行一台备用。每台牵引变压器容量能承担全所的最大负荷，确保铁路的正常运行，其投入快速方便，发挥备用主变压器自动突入装置的功能，可以实现
10、不间断行车的可靠供电，确保铁路的正常运行。适用于沿线有公路的条件的大运量区段。经过比较上述两种备用方式，且该牵引变电所牵引变电所位于大型编组站内，在电气化铁路的中间。牵引变压器在捡修或者发生故障时，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，在当前进行电气化铁路牵引供系统的设计中，牵引变压器的备用方式不再考虑移动备用方式。所以综合考虑情况该变电所比较适合采用固定备用。3.2 变压器容量计算计算分为以下步骤：第一，确定计算容量，按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量。第二，确定
11、校核容量，按列车紧密运行的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力所计算的容量。第三，确定安装容量，在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按其系列产品的规格确定牵引变压器台数与容量。根据设计要求可知中心牵引变电所采用Vv接线，已知列车正常情况的计算容量为10000 kVA(三相变压器)，并以10kV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为3750 kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25kV回路(2路备)：两方向年货运量与供电距离分别为 ，。10kV共6回路(2路备)。 列车紧密运行时的列车对数为： 左供电臂1的最大容量，取n=2 左供电臂2的最大容量 ，取n=3紧密
12、运行时的电流为： 同上右供电臂2的最大容量右供电臂1的最大容量，取n=1 安装容量 。所以选择的三相Vv变压器。 3.3 变压器的选型选用的是牵引变压器20000kVA的Vv接线SF6-QY-10000+10000。变压器参数如表3-1。表3-1 变压器参数表变压器型号原边/次边额定电压短路电压百分值额定空载电流额定铜耗kw额定空载损耗kWSF6-QY-10000+10000110/27.510.5%0.5%12018第4章 主接线设计4.1电源侧主接线设计电气主接线的接线形式主要有单母线接线，单母线分段接线，带旁路母线的单母线接线，双母线接线和无母线接线。（1）单母线分段接线用断路器或隔离开
13、关将单母线分段，以提高供电的灵活可靠性。这种接线，广泛应用在1035kV地区负荷和110kV电源进线回路较少的接线系统。 图4-1 单母线分段接线（2）单母线带旁路母线接线增设组旁路母线W3和一台公共备用的旁路断路器QFP，组成具有旁路母线的单母线接线,使检修出线断路器时不致停电。单母线带旁路母线接线形式如图4-2。图4-2 单母线接旁路母线（3）无母线接线无母线接线又分为内桥接线接线和外桥接线两种形式。在电气化铁道中，线路故障远比变压器故障多，故内桥接线在牵引变电所应用较广泛。若两回电源线路接入系统的环形电网，并有穿越功率通过桥接母线，桥路断路器(QF)的检修或故障将造成环网断开，为此可在线
14、路断路器外侧安装一组跨条，正常工作时用隔离开关将跨条断开。安装两组隔离开关的目的是便于它们轮流停电检修。内桥接法如图4-3。 图4-3 内桥接法外桥接线的特点与内桥接线相反，当变压器发生故障或运行中需要断开时，只需断开它们前面的断路器QF1或QF2，而不影响电源线路的正常工作。但线路故障或检修时，将使与该线路连接的变压器短时中断运行，须经转换操作后才能恢复工作。因而外桥接线适用于电源线路较短、负荷不恒定、变压器要经常切换（例如两台主变中一台要经常断开或投入的场合），也可用在有穿越功率通过的与环形电网连接的变电所中。外桥接法如图4-4。图4-4 外桥接法综合上述，这几类接线方式，各有优劣，然而双线牵引变电所供电距离较近且回路较少，单母线分段接线不仅能够满足稳定可靠的供电能力，而且投资较少维护方便供电灵活，所以电源侧选用单母线分段的接线方式。4.1.1 倒闸操作如图4-4外桥接线正常运行时，QS7、QF、QS8，其他断路器隔离开关均
