中間牽引變電所的電氣主接線設計.doc

牽引供電課程設計報告書題 目中間牽引變電所的電氣主接線設計院/系(部)電氣工程系班 級學 號 姓 名指導教師完成時間2013年12月20日摘要牽引變電所是電氣化鐵路的重要組成部分，它直接影響整個電氣化鐵路的安全與經濟運行，是聯(lián)系供電系統(tǒng)和電氣化鐵路的橋梁，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是變電所的主要環(huán)節(jié)，直接關系著整個變電所的電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，并且是牽引變電所電氣部分投資大小的決定性因素?；谏鲜鲈?，本文對牽引變電所的結構和接線方式進行了詳細的分析和選擇。通過負荷計算選取了主變壓器的型號和容量，同時對主變壓器的接線方式進行了研究。通過研究和比較確定了本次設計所采用的主接線方式，并運用autocad軟件繪制出了主接線圖。短路電流計算是本次設計的關鍵部分通過計算結果對斷路器、隔離開關、電壓互感器、母線和避雷器這些電氣設備進行了選型及校驗。從而，完成了本次課程設計。通過對各種計算結果的校驗本文設計得出的結果是合理的、可行的。 關鍵詞： 牽引變電所變壓器主接線目錄第1章課程設計目的和任務要求11.1設計目的11.2任務要求及依據11.2.1任務要求11.2.2依據11.3提出解決方案2第2章方案的比較及選擇22.1牽引變壓器接線形式的比較22.2 牽引變壓器的選擇2第3章牽引變電所變壓器的選擇33.1牽引變電所的備用方式及選擇33.2牽引變壓器容量的計算43.2.1計算容量43.2.2校核容量43.2.3安裝容量和臺數(shù)4第4章主接線的設計54.1牽引變電所高壓側主接線的選擇54.2倒閘操作54.3牽引變電所饋線側主接線設計6第5章牽引變電所的短路計算65.1短路點的選取65.2短路計算6第6章高壓設備的選取96.1110kv側進線選擇96.2 27.5kv側母線的選擇106.3斷路器選取106.4隔離開關選取116.5電壓互感器的選取116.6電流互感器的選取11第7章繼電保護12第8章并聯(lián)無功補償138.1并聯(lián)電容補償裝置主接線138.2并聯(lián)無功補償計算14第9章防雷16總結17參考文獻18附錄19牽引供電課程設計第1章課程設計目的和任務要求1.1設計目的通過本課程設計，能夠運用電氣基礎課程中的基本理論和實踐知識，正確地解決牽引變電所的電氣主接線設計等問題。學習和掌握牽引供電系統(tǒng)在實際生活中的應用和設計技術，充分認識理論知識對應用技術的指導性作用，進一步加強理論知識與應用相結合的實踐和鍛煉。通過牽引變電所的電氣主接線設計的訓練，提高電氣設計能力，學會使用相關的手冊及圖冊資料等。1.2任務要求及依據1.2.1任務要求(1)確定該三相牽引變電所高壓側的電氣主結線的形式，并分析其運行方式。 (2)確定牽引變壓器的容量、臺數(shù)和型號。(3)確定牽引負荷側的電氣主接線的形式。(4)對變電所進行短路計算，并進行電氣設備選擇。(5)對變電所進行繼電保護配置，并進行防雷和接地設計。(6)用cad畫出整個牽引變電所的電氣主接線圖。1.2.2依據(1)該牽引變電所的供電電源是由電力系統(tǒng)的區(qū)域變電所以雙邊雙回路(110kv)的輸電形式輸送電能的，基準容量100mva，在最大運行方式下電力系統(tǒng)的電抗標幺值為0.13，最小運行方式下為0.15，高壓側有一定的穿越功率。(2)該牽引變電所性接觸網的供電方式為直供加回流的供電方式，為單線區(qū)段，同時以10kv電壓給車站電力、照明等地區(qū)符合供電，容量計算為1000mva，還可以提供變電所。(3)牽引變電器的參數(shù)： 額定電壓為110/27.5kv,重負荷臂有效電流和平均電流為366a和285a，重負荷臂的最大電流為580a，輕負荷臂的有效電流為322a和243a。(4)環(huán)境資料： 本牽引變電所地區(qū)海拔為550米，地層以紗質粘土為主，地下水位為5.5米。該牽引變電所位于電氣化鐵路的中間位置，所內不設鐵路岔線，外部有公路直通所內。 本變電所地區(qū)最高溫度為38，年平均溫度為21，年最熱月平均最高氣溫為33，年雷暴日為25天，土壤凍結深度為1.2m。1.3提出解決方案(1)方案一：高壓側采用內橋形接線兩臺牽引變壓器，一臺正常使用，一臺作為固定備用，一次側接在110kva進線低壓側采用單母線分段的接線方式。(2)方案二：高壓側采用四臺牽引變壓器，每兩臺一組并聯(lián)運行；另外一組作為固定備用。第2章方案的比較及選擇2.1牽引變壓器接線形式的比較三相聯(lián)結牽引變電所的優(yōu)點是：牽引變壓器低壓側保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力。能很好的適應當一個供電臂出現(xiàn)很大牽引負荷時，另一供電臂卻沒有或只有很小牽引負荷的不均衡運行情況。三相聯(lián)結變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經驗，制造相對簡單，價格也較便宜。一次側yn聯(lián)結中性點可以引出接地，一次繞組可按分級絕緣設計制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點主要是牽引變壓器容量利用率不高。單相聯(lián)接牽引變電所的優(yōu)點：牽引變壓器的容量利用率可達100%，主接線簡單，設備少，占地面積少，投資省等。缺點：不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電；對電力系統(tǒng)的負序影響比較大；對接觸網的供電不能實現(xiàn)兩邊供電。2.2 牽引變壓器的選擇通過上面的介紹，本次接線適合選用yn，d11接線變壓器，這種變壓器高壓側采用y接線，低壓側采用接線，這種接線對供電系統(tǒng)的負序影響小。并且低壓側采用接線，產生的諧波電流在其三角形接線的一次繞組內形成環(huán)流，從而不致注如公共的高壓高壓電網中?；谶@些優(yōu)點，我國電氣化鐵路中直接供電和bt供電中普遍采用yn,d11接線方式。另外方案一用兩臺牽引變壓器，而方案二用四臺牽引變壓器，所以方案二要采取兩臺變壓器并聯(lián)運行，第二種運行方式對技術要求比較高，其主接線和負荷接線也比方案一負載很多。另外就是方案二要比方案一增加兩倍的投資，比如各種高低壓開關器件、主變壓器、互感器以及母線都比方案一多選擇兩倍。 綜合考慮，還是方案一更適合本次設計，所以選擇兩臺牽引變壓器單臺運行的方式是合理的。第3章牽引變電所變壓器的選擇3.1牽引變電所的備用方式及選擇牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運輸。在大運量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應盡快投入備用變壓器，顯得比單線區(qū)段要求更高。備用變壓器投入的快供，將影響到恢復正常供電的時間，并且與采用的備用方式有關。備用方式的選擇，必須從實際的電氣化鐵路線路、運量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件(如有無公路)等因素，綜合考慮比較后確定。我國的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。(1)移動備用：采用移動變壓器作為備用的方式稱為移動備用。采用移動備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器，正常時兩臺并聯(lián)運行。所內設有鐵路專用岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上，停放于適中位置的牽引變電所內或供電段段部，以便于需要作為備用變壓器投人時，縮短運輸時間。在供電段的牽引變電所不超過58個的情況下,設一臺移動變壓器，其額定容量應與該區(qū)段的最大單臺牽引變壓器額定容量相同。 (2)固定備用：采用加大牽引變壓器容量或增加臺數(shù)作為備用的方式，稱為固定備用。采用固定備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器，一臺運行，一臺備用。每臺牽引變壓器容量應能承擔全所最大負荷，滿足鐵路正常運輸?shù)囊蟆?3)結合本次設計的任務要求，該牽引變電所外部有公路連通，變電所外部沒有設置鐵路岔線。變電所需要檢修時可能通過外部的公路到指定的變電所完成檢修和設備維護，所以在當前進行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設計中，牽引變壓器的備用方式不再考慮移動備用方式，而是采用固定備用。3.2牽引變壓器容量的計算牽引變電所容量的計算需要如下原始資料:通過區(qū)段的每日列車對數(shù)；車通過引變電所兩邊供電分區(qū)的走行時分、給電走行的時分和能耗；線路資料如供電區(qū)長度、區(qū)間數(shù)、信號系統(tǒng)等。由此進行列車電流與饋線電流的計算。因為該牽引變電所重負荷臂饋線有效電流，平均電流，最大電流.輕負荷臂饋線有效電流，平均電流。并且采用yn,d11接線方式。3.2.1計算容量牽引變電所主變壓器采用接線，主變壓器的正常負荷計算： 將，代入可以求得：3.2.2校核容量緊密運行狀態(tài)下的主變壓器的計算容量為：將， 代入上面公式可以求得：牽引變壓器校核容量：3.2.3安裝容量和臺數(shù)根據上述變壓器容量計算的結果，并且參照壓器技術參數(shù)表，選擇兩臺sf1-25000/110變壓器，一臺工作，另外一臺作為固定備用。當工作變壓器需要進行檢修時，或者排查故障時，只需要進行一系列的倒閘作業(yè)就能讓備用變壓器投入使用從而不至于中斷供電影響鐵路的運行。變壓器的參數(shù)如表3-1所示。表3-1 變壓器參數(shù)額定容(kva)額定電壓(kv)額定電流(a)連接方式高壓側25000110105yn,d11低壓側2500027.5420yn,d11第4章主接線的設計4.1牽引變電所高壓側主接線的選擇本次設計是三相牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應該選擇橋型接線。兩回路電源引入線分別經斷路器接入兩臺主變壓器。外橋接線中，兩臺主變壓器，只有3組斷路器，斷路器數(shù)量比較少、配電裝置簡單、清晰。無復雜的倒閘作業(yè)且具有一定的運行靈活性、供電可靠性，使用電器少，建設費用低，在結構上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線接線。內橋接線中，兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網，并有穿越功率通過橋接母線，橋路斷路器(qf)的檢修或故障將造成環(huán)網斷開，為此可在線路斷路器外側安裝一組跨條，正常工作時用隔離開關將跨條斷開。安裝兩組隔離開關的目的是便于它們輪流停電檢修。所以在本次設計中，在查閱相關資料后得出采用內橋接線是最適合本次設計的結論。接線如圖4-1所示。圖4-1內、外橋接線4.2倒閘操作如圖4.1，在正常狀態(tài)下，橋形母線上的斷路器qf開閘運行，1qf和2qf是閉合的。當變壓器1發(fā)生故障或運行中需要斷開時，斷路器1qf跳閘，qf閉合，線路1由變壓器2帶著繼續(xù)正常運行。但若是線路故障或檢修時，將是與該線路連接的變壓器短時中斷運行，須經轉換操作后才能恢復工作。因而外僑形結線適用于電源線路較短、負荷不穩(wěn)定、變壓器需要經常切換（例如兩臺主變中一臺要經常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒電網連接的變電所中。4.3牽引變電所饋線側主接線設計本次設計從供電可靠性、靈活性和經濟性考慮本次接線選用饋線斷路器100%備用的接線方式。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。即由備用斷路器代替。斷路器的轉換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。如圖4-2所示。圖4-2饋線斷路器100%備用第5章牽引變電所的短路計算5.1短路點的選取因短路計算的主要內容是確定最大短路電流，所以對一次側設備的選取一般選取110kv高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側設備和牽引饋線斷路器的選取一般選取27.5kv低壓母線短路點作為短路計算點。5.2短路計算其計算電路如圖5-1。圖5-1 短路計算電路 其等效電路如圖5-2。圖5-2 短路等效電路圖(1)確定基準值 取 (2)變壓器的電抗標幺值(3)k-1點的相關計算最大運行方式下總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流最小運行方式下總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流(4)k-2點的相關計算 最大運行方式下總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流 最小運行方式下總電抗標幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流 短路計算結果如表5-1所示。表5-1 短路計算結果工作方式短路計算點三相短路電流/ka三相短路容量/mva最大k-13.863.863.869.845.83769.20k-23.823.823.827.034.16181.82最小k-13.353.353.358.545.06666.67k-23.683.683.686.804.00175,50第6章高壓設備的選取6.1110kv側進線選擇計算電流：(1)按經濟電流密度選擇進線截面。查表選標準截面，即選lgj-95型鋼芯鋁絞線。(2)校驗發(fā)熱條件查表得溫度為時明敷的lgj-95型截面為的鋼芯鋁絞線的滿足發(fā)熱條件。(3)校驗機械強度 查表知，按明敷在戶外絕緣支持件上，且支持件間距為最大時，鋁芯線的最小截面為。滿足機械強度要求。6.2 27.5kv側母線的選擇最大負荷持續(xù)電流為 查表電力牽引供變電技術附表三lmy矩形導體尺寸 平放1129(a) 豎放1227(a)，大于最大工作電流，故初步選用截面的鋁母線。 假定線距，檔距為，檔數(shù)大于2，則最大動力： 所以，由發(fā)熱條件，且滿足機械強度校驗，所以低壓母線滿足要求。6.3斷路器選取(1)最大工作電流按變壓器1.3倍考慮初選額定電流為1200a的/1200的少油斷路器。(2)短路關合電流校驗極限通過電流為,而，所以滿足。6.4隔離開關選取(1)最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而要滿足，可初選型號為gw4-110ddw/630的隔離開關。(2)校驗短路時的熱穩(wěn)定性，所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。6.5電壓互感器的選取供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為3級。供110kv側計費的電壓互感器選擇：準確級0.5級。由于電壓互感器裝于110kv側用于計費，并不需要起保護作用，因為如果110kv側發(fā)生故障或事故時，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用型準確級0.5級，額定容量500va的電壓互感器便可以滿足要求。由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。 6.6電流互感器的選取(1)最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，而，由表5-12查出電流互感器lcw-110的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為lcw-110的電流互感器。(2)短路熱穩(wěn)定性校驗因為，故滿足熱穩(wěn)定性。(3)短路動穩(wěn)定性校驗 顯然，滿足動穩(wěn)定性。各設備的參數(shù)如表6-1所示。表6-1 一次側設備的選擇校驗選擇校驗項目電壓(kv)電流(a)斷流能力(ka)動穩(wěn)定度(ka)熱穩(wěn)定度數(shù)據1105.023.866.31627設備型號規(guī)格少油斷路器sw3-110g110120015.8ka41998.56高壓隔離開關gw4-110ddw110630-501600電壓互感器jcc6-110110/(300600)-電流互感器lcw-110110/5-第7章繼電保護繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務是：自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復正常運行；反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。主變壓器繼電保護的配置：本設計主變壓器容量為25000kva，通過電力系統(tǒng)繼電保護原理可知該容量的變壓器首先應裝設瓦斯保護（包括輕瓦斯和重瓦斯）、縱差動保護、過負荷保護、零序方向過電流保護。線路繼電保護的配置：線路保護有縱聯(lián)保護、距離三段式保護、電流三段式保護、零序保護等，對于本次設計的110kv線路，采用縱聯(lián)保護投資大，并且該線路電壓等級也不高，本站只是終端變電站，在系統(tǒng)中的地位也不是很高，應多考慮經濟性，而采用距離三段式足矣保證該可靠性、靈敏性及快速性。第8章并聯(lián)無功補償8.1并聯(lián)電容補償裝置主接線 圖8-1表示了并聯(lián)電容補償裝置的兩種主接線，（a）用于直接供電方式、帶回流線的直接供電方式和bt供電方式等牽引變電所；圖（b）用于at供電方式的牽引變電所。主接線的主要設備有： 并聯(lián)電容器組c。用于無功補償，與串聯(lián)電抗器匹配，濾掉一部分諧波電流。串聯(lián)電抗器l。用于限制斷路器合閘是的涌流和分閘時的重燃電流；與電容器組匹配，濾掉一部分諧波電流；防止并聯(lián)電容補償裝置與供電系統(tǒng)發(fā)生高次諧波并聯(lián)諧振；發(fā)生短路故障（例如牽引側母線短路）時，避免電容器組通過短路點直接放電，保護電容器不受損壞；還可以抑制牽引母線瞬時電壓降低為零。斷路器qf。為了投切和保護并聯(lián)電容補償裝置。隔離開關qs。為了在維護檢查并聯(lián)電容補償裝置時有明顯電點。電壓互感器tv1，tv2（或放電線圈）。為了實現(xiàn)電容器組的繼電保護，并聯(lián)電容器組退出運行時放電。電流互感器ta1，ta2。為了實現(xiàn)并聯(lián)電容補償裝置的電流測量和繼電保護。避雷器f。作為過電壓保護。熔斷器fu。作為單臺電容器的保護。 圖8-1 并聯(lián)電容補償裝置8.2并聯(lián)無功補償計算 在牽引變電所牽引側設計和安裝并聯(lián)電容補償裝置，既是減少牽引負荷諧波影響的一項措施，又是提高牽引負荷功率因數(shù)的一種對策。按牽引變電所負荷平均有功功率計算需補無功容量，并根據無防倒要求進行調整。還應考慮，對于運量大的雙線電氣化鐵路，按牽引變電所無牽引負荷概率的100%進行調整。牽引變電所功率因數(shù)取值：補償前，牽引側，牽引變壓器高壓側；補償后，牽引變壓器高壓側 (1) 重供電臂負荷平均有功功率：需補無功容量，無防倒要求時： 安裝無功容量：代入，可求得：實際安裝無功容量，選取電容器型號為bwf10.5-16-1串聯(lián)電容器單元數(shù)n按下式確定：并聯(lián)電容器單元數(shù)m按下式確定：m應受下列允許值限制，最小允許值：為電容器組工作電壓，為故障電容器端電壓，按下式確定：最大允許值：實際安裝無功容量： (2)輕供電臂并聯(lián)電容補償計算輕供電臂并聯(lián)電容補償計算同重供電臂算法相同。并聯(lián)補償計算的結果如表8-1所示。表8-1并聯(lián)補償計算的結果m*na6426.752043.402589.4841*42624b5479.651742.272207.8835*42240 第9章防雷牽引變電所是重要的電力樞紐，一旦發(fā)生雷擊事故,就會造成大面積停電。一些重要設備如變壓器等，多半不是自恢復絕緣，其內部絕緣如故發(fā)生閃絡,就會損壞設備。因此，變電所實際上是完全耐雷的。變電所的雷害事故來自