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1、电气化铁道供电系统与设计课程设计报告学号：3姓名：3 指导教师：3班 级：目录一、题目 1二、题目分析及解决方案框架确定 1三、设计过程 23.1牵引变电所 220kV 侧主接线设计 23.2牵引变电所馈线侧主接线设计 33.3牵引变压器类型选择 53.4牵引变压器容量计算 53.5绘制电气主结线图 7一、题目某牵引变电所戊采用 AT 供电方式向复线区段供电，牵引变压器类 型为 110/27.5kV，SCOTT 接线，两供电臂电流归算到 27.5kV 侧电流如 下表所示。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戊23.6P206291108619410
2、a95168602144二、题目分析及解决方案框架确定分析题目提供的资料可知，该牵引变电所要担负向区段安全可靠的 供电任务，因此采用 AT 供电方式向复线区段供电的方式，可减轻对邻 近通信线路的干扰影响，大大降低牵引网中的电压损失，扩大牵引变电 所间隔，减少牵引变电所的数目。该牵引变电所的设计过程如下：(1) 设该牵引变电所为通过式牵引变压器，则liokv牵引侧的接线设 计为外桥接线形式。(2) 在牵引变电所的主变压器采用斯科特接线形式(三相两相平衡 变压器)，设置两台主变压器，正常时一台工作一台备用，当电源失压或 主变压器故障时，在主用断路器跳闸后，有备用电源自动投入装置是备 用的线路变压器
3、组投入与工作，从而可保证不间断的供电，因主变压 器二次侧采用对称的55kV,故每相所使用的断路器、隔离开关均为双极 联动，并采用并联电容补偿装置跨接于每相的两条线上。(3) 牵引变电所馈线侧采用复线区段馈线断路器 100备用，且无馈 线备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需检修时，可 有各自的备用断路器来代替其工作 ，断路器的转换操作较方便，供电可 靠性高。三、设计过程斯科特结线变压器实际上是由两台单相变压器按规定连接而成。一 台变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为M 座变压器；另一台单相变压器原边绕组一段引出，接到三相电力系统的 另一相，另一端接到M座变压器
4、原边绕组的中点0,称为T座变压器。 这种结线型式把对称三相电压变换成相位差为一的对称二相电压，用2两相中的一相供应一边供电臂，另一相供应另一边供电臂。图一中M座 变压器原边绕组匝数、电压分别用、U 表示，两端分别接入电力11 M系统的B、C相；副边绕组匝数、电压分别用、U 表示，向左边22 M供电臂供电。T座变压器原边绕组匝数、电压分别为乜、U ，一2 11T端接到 M 座变压器原边绕组的中点 0，另一端接到电力系统的 A 相； 副边绕组匝数、电压分别为、U ，向右边供电臂供电。原、副边22 T电流如图中标示。由图可知，T座和M座副边匝数相同，都是 ;原2边匝数不同吧，T座原边匝数是M座的3。
5、实际中，通常把两台单相2 变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱里。3.1牵引变电所220kV侧主接线设计斯科特接线形式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，所以我们选取结构比较简单且经济 性能高的桥式接线。图 1 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 2 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
6、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。3.2牵引变电所馈线侧主接线设计（1） 27.5KV（或55KV）侧馈线的接线方式该牵引变电所采用 AT 供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型 为 110/27.5kV， SCOTT 接线。AT供电方式馈电线有接触网（T）正馈线（F）两根线，断路器和隔离开关均为双线；另有中线馈出，不设断路器和隔离开关。当牵引变压器（斯科特接线变压器）副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。一般将自耦变压器设在馈电线外侧，当相邻变电所越区 供电时，可作为末端的自耦变压器使用。双线铁路一般为四回馈电线， 每两回同相馈电线设一组备用断路器，如图
7、3 所示。该方式是 50%备用的接线方式。2）动力变压器及其自用变压器接线由于该牵引变电所采用 AT 供电方式向复线区段供电，牵引变压器 类型为 110/27.5kV， SCOTT 接线。因此，其动力动力变压器及其自用变 压器采用逆斯科特变压器，如图 4 所示。TTFTTMFM图3复线区段斯科特变压器AT供电方式馈电线主接线图 4 逆斯科特接线3.3牵引变压器类型选择根据原始资料的分析、计算以及备用方式应选择安装容量为2X50MVA 的牵引变压器。3.4牵引变压器容量计算牵引变压器容量应能满足符合的需要。该牵引变电所的主牵引变压器选定了斯主科特接线变压器，为了经 济合理的选择牵引变压器容量，计
8、算过程分了三个步骤；(1) 确定计算容量 按正常运行的计算条件求出主变压器应因牵引 负荷所必需的最小容量。(2) 确定校核容量 按列车紧密运行时的条件并充分利用牵引变压 器的过负荷能力所计算的容量。(3) 安装容量根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用 方式)等，最后按变压器实际品的规格所确定的变压器的台数和容量。计算容量主要是有各供电臂的负荷来决定的，各供电臂的负荷就是 牵引变电所馈线的电流。牵引变电所馈线的电流有牵引计算的结果和线路通过能力以及行车 量等条件决定。根据原始资料中提供的有效电流、平均电流和最大电流，根据参考 资料1中第七章关于变压器容量计算的内容，可确定出牵引变压器的
9、安 装容量。其具体计算过程如下：第一步：牵引变压器的计算容量斯科特结线变压器两副边绕组是相互独立的，故副边绕组的有效电 流为I 二 I JTXX1I 二 I MX X/2式中，I和I 分别为T座、M座绕组有效值；I和I 为对TXMXXX12应于 T 座与 M 座的供电臂 1、 2 的有效电流。则其计算容量为S = U ( I 2+ 1 I 2+ I )y MX 3 TXTX(3 )I 其中，由于是用于AT供电系统，则 U = 55kV, I =丄TX 2IX= 2。MX 2由条件知I =291 A, I =168A, I =145.5A, I =89A,则XXTXMX12由式(3-1)可得计算
10、容量为S 二 16489.37 KVA第二步：牵引变压器的校核容量b max=U(2+ - i2+ IT)M max 3 T max T max3-2)其中：U为牵引侧电压，为55kV； I 、I分别为M座、T座对应TX MX的供电臂最大电流，因为是AT供电，则1= /, /= /,T max 2 a maxM max 2 0 maxI 、I 分别为与a、0对应的供电臂最大电流。 amax0 maxa max由条件知I = 1086 A, I = 602 A,则由式(3-2)可得变压器0 max的最大容量为S = 53768.43kvab max校核容量 S 为J53768.43 = 3584
11、5.62 KVA1.5KVAb maxKS 二 SJ第三步：牵引变压器的设备选型及校验移动备用方式下安装容量选用2X20 (MVA)； 固定备用方式下安装容量选用2X40 (MVA)； 由变压器允许过负荷 50%可知：在移动备用方式下S= (2x 20) x 1.5 = 60 (MVA)b max在固定备用方式下 S= 40x1.5 = 60(MVA)b max已知S= 53768.43MVA，故选用的固定备用或移动备用方式下的安b max装容量是合适的。在采用移动备用方式的情况下，考虑到当两台并联运行 的牵引变压器一台发生故障停电后，由另一台单独运行，允许超载 30%， 并持续 4 小时，为
12、使其单独运行而不影响铁路正常运输，安装容量选用 2 X16000KVA变压器。因为16000KVAX 1.3=20800KVA16489.37 KVA。如果选用移动备用，当牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和 投入约需数小时。此外，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运 输，这种影响，在单线区段或运量小的双线区段可很快恢复正常。但考虑 到本牵引变电所设在沿线有公路条件的大运量的双线区段，确保供电的可 靠性采用固定备用方式。采用固定并用方式的优点是，其投入快速方便，可以确保铁路正常运 输，又可不修建铁路专用线岔，牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较 小，土方量少，电气主接线较简单。其缺点
13、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。3.5绘制电气主结线图附图所示为该牵引变电所主接线方案。图中高压侧采用线路变 压器组的单元接线形式，这种接线形式所用电气设备最少，接线最简单， 两台主变压器均为斯科特接线变压器，正常时一台工作，一台备用。当 工作电源失压或主变压器故障时，在主用断路器跳闸后，由备用电源自 动投入装置使备用的线路变压器投入工作，从而保证了不间断供电。 两回110KV电源进线各挂有一组电容式互感器1TV、2TV。当然，根据 需要，110KV高压侧也可采用双T的接线形式。由于主变压器二次侧为对称的的两相55KV，故没相（两条线）所 使用的断路器、隔离开
14、关均为双极联动的。并联电容补偿装置跨接于每 相的两条线上。两台自用变压器分别接于两台主变压器的二次侧，并采 取二相三相的斯科特反变换获得三相电源。这种供电方式的牵引馈电线，每路始端均跨接有自耦变压器 AT。 AT两端分别与牵引网的接触导线（或接触网）及正馈导线（F）相连， AT中点与钢轨（R）及保护线（PW）相连，并通过火花间隙（放电器） 接地。该主接线中的馈线断路器采用 50%的备用方式。四、 设计方案分析本设计针对的是三相V-v接线的牵引变压器，三相V-v结线牵引变电所 不但保持了单相V-v结线牵引变电所的主要优点，而且克服了单相V-v结线 的缺点。最可取的是，解决了单相V-v结线牵引变电所不便于采用固定备用 及其自动投入的问题。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。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，最终做出 设计牵引变电所的电气主接线参考文献1 铁道部电气化局电气化勘测设计院，电气化铁路设计手册-牵引供电系统.北京：中国铁道 出版社，1
