軌道交通供電課程設(shè)計

1、xx大學(xué)軌道交通供電課程設(shè)計報告題 目：某交流牽引混合主變電所主接線設(shè)計院 系 信息工程學(xué)院 專 業(yè) xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx學(xué) 號 xxxxxxxxxxxxxx 學(xué)生姓名 xxxxx 指導(dǎo)教師 xxxxxxx 日期：2015年1月17日目 錄1課程設(shè)計的意義11.1題目11.21負荷分析11.21負荷計算12方案的論證和設(shè)計22.1變壓器的選擇22.1.1繞組的選擇22.1.2臺數(shù)和容量的選擇22.2主接線方案設(shè)計與論證32.3.1牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計42.3.2牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計42.3.3主接線方案的確定43.2系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)圖53.2.1各元

2、件的電抗標(biāo)幺值63.3各點的短路電流計算63.31 d1點的短路電流計算63.32 d2點的短路電流計算73.33 d3點的短路電流計算73.34短路計算結(jié)果匯總84 電氣主設(shè)備的選擇與校驗84.1 高壓斷路器的選擇與校驗84.1.2 高壓斷路器的校驗94.2 高壓隔離開關(guān)的選擇與校驗94.2.1 高壓隔離開關(guān)的選擇94.2.2 高壓隔離開關(guān)的校驗94.3電氣設(shè)備選型匯總105 課程設(shè)計體會106參考文獻111課程設(shè)計的意義本人認為有幾方面的意義：1、加深對軌道供電系統(tǒng)的理解。2、學(xué)會選用適合的接線方式。3、熟悉AUTO CAD的使用。4、熟悉短路計算的方法。5、學(xué)會電氣設(shè)備的選擇與校驗。本文

3、先分析、計算負荷，再設(shè)計和論證變壓器與主接線的方案。得到具體的線路，計算短路電流，這樣就可以選擇主要的電氣設(shè)備了。1.1題目某牽引變電所位于大型編組站內(nèi)，向兩條復(fù)線電氣化鐵路干線的四個方向供電區(qū)段供電，已知列車正常情況的計算容量為10000 kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機務(wù)段等地區(qū)負荷供電，容量計算為3750 kVA，各電壓側(cè)饋出數(shù)目及負荷情況如下：25kV回路（1路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為Q1L1=3260Mtkm， Q2L2=3025Mtkm，q=100kWh/10ktkm。10kV共12回路（2路備）。供電電源由系統(tǒng)區(qū)域變電所以雙回路110kV輸送線供

4、電。本變電所位于電氣化鐵路的中間，送電線距離15km，主變壓器為三相接線。根據(jù)上述要求，進行必要的分析，選擇合適的供電方案，繪制變電站主接線圖，包括進線與出線配電設(shè)計，對主要的開關(guān)及電氣設(shè)備完成選型。1.2負荷分析與計算1.21負荷分析 作為一個110kv的變電所，軌道交通的供電的用電是一級負荷，如果斷電會造成重大的人身安全問題，所以供電要十分的可靠。有兩回110kv的進線，2種等級的出線。其中，25kv 6條，10kv 12條。1）25kv負荷的分析在幾個負荷中，作為一級負荷，停電會造成嚴(yán)重的產(chǎn)品問題或人身安全。 2）10kv負荷的分析在車站電力照明機務(wù)段中，車上的控制設(shè)備、自動設(shè)備作為一級

5、負荷，而電力照明作為二級負荷?？偟膩碚f，此變電所在電力系統(tǒng)中有著重要的地位。1.21負荷計算25kv的負荷容量為10000 kVA，10kv的負荷容量為 3750 kVA。假設(shè)兩側(cè)的負荷的功率因素cos=0.9 。側(cè)變電所的容量為 S=（10000+ 3750）/0.9=15277最大持續(xù)工作電流Imax=1.05*S/(cos*3*U)110kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.05*（10000+ 3750）/(0.9*3*115)=80A25kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.3*10000/(0.9*3*27.5)=303A10kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.3*3750/(0.9*

6、3*10.5)=298A 2方案的論證和設(shè)計2.1變壓器的選擇本系統(tǒng)無特殊要求，可采用冷風(fēng)冷卻的。2.1.1繞組的選擇繞組的形式主要有雙繞組和三繞組。 規(guī)程上規(guī)定在選擇繞組形式時，一般應(yīng)優(yōu)先考慮三繞組變壓器因為一臺三繞組變壓器的價格及所用的控制電器和輔助設(shè)備比兩臺雙繞組變壓器都較少。具有三種電壓等級的變電所，各側(cè)的功率均達到主變壓器額定容量的15%以上或低壓側(cè)雖無負荷，需裝設(shè)無功補償設(shè)備時，變壓器一般先用三繞組變壓器。 在本系統(tǒng)中，10kv的負荷占到了37.5% ,所以優(yōu)先考慮三繞組變壓器。而采用雙繞組變壓器，即要用4個變壓器，不劃算。所以用兩個三繞組變壓器。2.1.2臺數(shù)和容量的選擇根據(jù)原始

7、資料和各種負荷對供電可靠性要求，主變壓器容量與臺數(shù)的選擇，可能有以下兩種方案：方案一:210000千伏安牽引變壓器+26300 kVA地區(qū)變壓器，一次側(cè)同時接于110 kV母線，（110千伏變壓器最小容量為6300 kVA）。方案二:216000千伏安的三繞組變壓器，因10千伏側(cè)地區(qū)負荷與總?cè)萘勘戎党^15%，采用電壓為11027.510.5 kVA，結(jié)線為 兩臺三繞組變壓器同時為牽引負荷與地區(qū)電力負荷供電。各繞組容量比為100:100:50。軌道交通供電作為一級負荷，為提高可靠性，所以采用兩臺變壓器。本變電所考慮為固定備用方式，按故障檢修時的需要，應(yīng)設(shè)兩臺牽引用主變壓器，地區(qū)電力負荷因有一級

8、負荷，為保證變壓器檢修時不致斷電，也應(yīng)設(shè)兩臺。 有兩臺及以上主變壓器的變電所其中一臺是當(dāng)停運后其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所全部負荷的60-70%。并應(yīng)保證用戶的一級和全部二級負荷的供電。為提高可靠性，兩變壓器并聯(lián)運行。而一個變壓器斷電要保證另一個變壓器的能提供全系統(tǒng)的70%的容量。兩個變壓器并列運行。假設(shè)兩個變壓器平分負荷，單個變壓器要滿足該段的負荷。Sa=S/2=15277/2=7638.5kva為了滿足其中一個變壓器固障時，另一個變壓器要能提供所有負荷的用電。所以變壓器的容量要大于所有負荷的容量，即SnS=15277kva 查看110kv三繞組變壓器的技術(shù)參數(shù)。采用SFSZ7-16000/

9、110。其技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。表2-1 SFSZ7-16000/110技術(shù)參數(shù)型號額定容量額定電壓聯(lián)結(jié)組別阻抗電壓（高中）阻抗電壓（高低）阻抗電壓（中低）SFSZ7-16000/11016000KVA12122.5%/27.52.5%/10.5kVYnyn0d1110.5%18%6.5%2.2主接線方案設(shè)計與論證參考設(shè)計規(guī)范： 電力工程電氣設(shè)計手冊 GB 5005992 10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范GB5005394GB 5005992第103條上述年限是指工程預(yù)定投產(chǎn)之日算起的510年。并要適當(dāng)考慮今后變電所在布置上有再擴建的可能性。第325條 610kV主接線線路12回及以上用雙母線第

10、323條規(guī)定當(dāng)35-63kV線路為8回及以上、110kV線路為6回及以上時，采用雙母線接線。對于單母線分段適用于110-220KV配電裝置，出線回路數(shù)為3-4回；35-65KV配電裝置，出線回路為4-8回；3,6-10KV配電裝置，出線回路為6回及以上。單母線分段帶旁路母線接線適用于較多的應(yīng)用于110kV220 kV進出線回路多的變電所。外橋接線適用于雙線雙變的水電站、變電所35220kV側(cè)，主變年負荷利用小時數(shù)高（不經(jīng)常切換），而線路較短（故障多）場合。雙母線接線有較高的可靠性，廣泛用于出線帶電抗器的610kV配電裝置；3560kV出線數(shù)超過8回，負荷較大時；110220kV出線數(shù)為5回及以

11、上時。2.3.0主接線方案初步的分析表2-2 主接線方案初步的分析單母線分段10-220KV配電3-4回；35-65KV配電4-8回；3,6-10KV配電裝置 6回較符合單母線分段帶旁路母線110kV220 kV回路多35-65KV重要用戶本系統(tǒng)110kv回路只有兩條，不太適合。35kv負荷可以考慮。橋式接線雙線雙變的水電站、變電所35220kV側(cè)可以考慮雙母線接線3560kV出線數(shù)超過8回10220kV出線數(shù)為5回及以上610kV主接線線路12回及以上本系統(tǒng)10kv回路12兩條，比較適合一臺半斷路器中大型發(fā)電廠、變電所不太適合由上面的分析可知，對于25kv側(cè)的負荷，可以選用單母線分段或單母線

12、分段帶旁路母線。對于10kv側(cè)的負荷，可以選用雙母線分段。對于110kv側(cè)的負荷，可以選用單母線分段或橋式接線。2.3.1牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計采用單母線分段還是外橋。側(cè)主接線的設(shè)計 110KV側(cè)初期設(shè)計2回進線2回出線，最終2進線4回出線，由電力工程電氣設(shè)計手冊第二章第二節(jié)中的規(guī)定可知： 110KV側(cè)配電裝置宜采用單母線分段的接線方式。 110KV側(cè)采用單母線分段的接線方式，有下列優(yōu)點： 供電可靠性：當(dāng)一組母線停電或故障時，不影響另一組母線供電； 調(diào)度靈活，任一電源消失時，可用另一電源帶兩段母線： 擴建方便； 在保證可靠性和靈活性的基礎(chǔ)上，較經(jīng)濟。但是，對于110kv側(cè)的負荷，采用

13、橋式接線，接線簡單，用地面積更少，投資少一點。也方便擴建成單母線分段。 共用兩臺三繞組主變壓器、兩回路110 kV進線，線路太長，但應(yīng)有線路繼電保護設(shè)備，故以采用節(jié)省斷路器數(shù)量的外橋結(jié)線較為經(jīng)濟合理 故110KV側(cè)采用外橋的連接方式。2.3.2牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計對于25kv側(cè)的負荷，一般每2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過旁路母線、旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場合以減少備用斷路器的數(shù)量。為了提高供電的可靠性，25kv側(cè)的負荷用單母線分段帶旁路母線。610kV主接線線路12回及以上用雙母線，因此，10kv牽引變電所饋線側(cè)主接線采用雙母線。

14、2.3.3主接線方案的確定綜合考慮上述的經(jīng)濟性、可靠性、靈活性。牽引變電所110kV側(cè)主接線外橋的連接方式。25kv牽引變電所饋線側(cè)主接線都采用單母線分段帶旁路母線。10kv牽引變電所饋線側(cè)主接線采用雙母線。3 短路電流計算3.1基準(zhǔn)值的設(shè)定選定基準(zhǔn)容量Sb = 100MVA，基準(zhǔn)電壓為Ub1 = 115KV，Ub2 = 27.5KV，Ub3 = 10.5KV，計算出的基準(zhǔn)值結(jié)果如表3-1所示。表3-1 計算出的基準(zhǔn)值Ub(kv)Ub1 115Ub2 27.5Ub3 10.5Ib(ka)0.52.015.5Xb132.257.91.13.2系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)圖電力系統(tǒng)的簡化圖如圖3-1所示。圖3-

15、1 電力系統(tǒng)的簡化圖阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖如圖3-2所示。圖3-2 阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖3.2.1各元件的電抗標(biāo)幺值為了短路點的電流更加準(zhǔn)確，假設(shè)一個電力系統(tǒng)的標(biāo)幺值得X0*，X0*=0.1X1*為輸電線路L1=15km的標(biāo)幺值,其中，架空線路的單位長度電阻為X0=0.35輸電線路的標(biāo)幺值X1* = X0*L1*Sb/Ub12=0.35*15*100/1152=0.04變壓器的電抗標(biāo)幺值X*計算。Uk(1-2)%=10.5% Uk(1-3)%=18% Uk(2-3)%=6.5%Uk1%=1/2Uk(1-2)%+ Uk(1-3)%- Uk(2-3)%=11Uk2%=1/2Uk(1-2)%+ Uk(2-3)%-

16、 Uk(1-3)%=7Uk3%=1/2Uk(2-3)%+ Uk(1-3)%- Uk(1-2)%= -0.5Sn為變壓器的容量，Sn=16MW變壓器高壓側(cè)電抗標(biāo)幺值Uk1*= Uk1%*Sb/(100*Sn)=11*100/(100*16)=0.6875變壓器中壓側(cè)電抗標(biāo)幺值Uk2*= Uk2%*Sb/(100*Sn)=7*100/(100*16)=0.4375變壓器低壓側(cè)電抗標(biāo)幺值Uk3*= 0 ；Uk3%為負數(shù)所以為0。3.3各點的短路電流計算以下的計算按無限大容量的系統(tǒng)來計算。3.31 d1點的短路電流計算d1處的阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖如圖3-3所示。圖3-3 d1處的阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖到d1處的總電

17、抗標(biāo)幺值X*（d1）= X0*+X1*=(0.1+0.04)/2=0.07三相短路電流周期分量有效值I（d1）=Ib1/ X*（d1）=0.5/0.07=7.143（KA）次暫態(tài)和和穩(wěn)態(tài)短路電流相等I”=I*= I（d1）=7.143（KA） 沖擊電流ish=2.55 I”=2.557.143=18.21（KA）沖擊電流有效值Ish =1.51I”=1.517.143=10.78（KA）短路容量為：Sd1=Sd/ X*（d1） =100/0.07=1428（MVA） 3.32 d2點的短路電流計算d2處的阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖如圖3-4所示。圖3-4 d2處的阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖到d2處的總電抗標(biāo)幺值X*（

18、d2）= X0*/2+X1*/2+(Uk1*+Uk2*)/2=(0.1+0.04)/2+(0.6875+0.4375)/2=0.6325三相短路電流周期分量有效值I（d2）=Ib1/ X*（d2）=2.01/0.6325=3.18（KA） 次暫態(tài)和和穩(wěn)態(tài)短路電流相等I”=I*= I（d2）=3.18（KA）沖擊電流：ish=2.55 I”=2.553.18（KA） =8.109（KA）沖擊電流有效值：Ish =1.51I”=1.513.18（KA） =4.8（KA）短路容量為：Sd1=Sb/ X*（d2） =100/0.6325=158.1（MVA） 3.33 d3點的短路電流計算d3處的阻抗

19、等效網(wǎng)絡(luò)圖如圖3-5所示。圖3-5 d3處的阻抗等效網(wǎng)絡(luò)圖到d3處的總電抗標(biāo)幺值X*（d3）= X0*/2+X1*/2+(Uk1*+Uk3*)/2=(0.1+0.04)/2+0.6875/2=0.414三相短路電流周期分量有效值I（d3）=Ib3/ X*（d3）=5.5/0.414=13.28（KA） 次暫態(tài)和和穩(wěn)態(tài)短路電流相等I”=I*= I（d3）=13.28（KA）沖擊電流ish=2.55 I”=2.5513.28（KA） =33.864（KA）沖擊電流有效值Ish =1.51I”=1.5113.28（KA） =20.05（KA）短路容量為：Sd1=Sb/ X*（d3） =100/0.4

20、14=241.55（MVA） 3.34短路計算結(jié)果匯總計算出的短路計算結(jié)果匯總3-2所示。表3-2 計算出的短路計算結(jié)果匯總 類型短路點基準(zhǔn)電壓 （kV）三相短路穩(wěn)態(tài)電流（kA)沖擊電流（kA）ish沖擊電流有效值（kA）短路容量（MWA）d11157.14318.2110.781428d227.53.188.1094.8158.1d310.513.2833.86420.05241.554 電氣主設(shè)備的選擇與校驗4.1 高壓斷路器的選擇與校驗110kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.05*（10000+ 3750）/(0.9*3*115)=80A25kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.3*10

21、000/(0.9*3*27.5)=303A10kv側(cè)最大持續(xù)工作電流Imax=1.3*3750/(0.9*3*10.5)=298A 4.1.1 高壓斷路器的選擇額定電壓選擇：UNUNs, 額定電流選擇：INImax， 分?jǐn)嚯娏鱅ocI根據(jù)這些條件，初步選定幾個高壓六氟化硫斷路器，高壓六氟化硫斷路器主要技術(shù)參數(shù)如表3-3所示。表3-3 高壓六氟化硫斷路器主要技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù) 名稱LW25-126LW17-27.5LN2-12額定電壓 kV 110 40010最高額定電壓kV 127.512額定電流A 1250 12501250額定短時耐受電流 kA( It) 31.5(4S)25(4S)25(4S)

22、額定峰值耐受電流 kA（Imax(3)） 806363額定短路開斷電流kA31.52525全斷開時間s0.060.040.044.1.2 高壓斷路器的校驗熱穩(wěn)定校驗：It2tQk= I2t動穩(wěn)定校驗：Imax(3) ish對于110斷路器熱穩(wěn)定校驗：It2tQk It2t=31.524=3969 Qk =7.1432*4=204, 熱穩(wěn)定校驗滿足動穩(wěn)定校驗： Imax(3)=80KA 18.41KA 滿足動穩(wěn)定要求25kv與10kv的校驗類似，不再列舉。4.2 高壓隔離開關(guān)的選擇與校驗4.2.1 高壓隔離開關(guān)的選擇額定電壓選擇：UNUNs, 額定電流選擇：INImax，根據(jù)這些條件，初步選定幾

23、個高壓隔離開關(guān)，高壓隔離開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如表3-4所示。表3-4 高壓隔離開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)名稱GW4-110GGN2-25TGN1-10額定電壓 kV1102510最高額定電壓kV12627.511.5額定電流A630400600額定短時耐受電流 kA( It) 31.5(4S)14(5S)20(4S)額定峰值耐受電流 kA（Imax(3)） 5052604.2.2 高壓隔離開關(guān)的校驗熱穩(wěn)定校驗：It2tQk= I2t動穩(wěn)定校驗：Imax(3) ish對于110隔離開關(guān)熱穩(wěn)定校驗：It2tQk It2t=31.524=3969 Qk =7.1432*4=204, 熱穩(wěn)定校驗滿足動穩(wěn)定校驗： Imax(3)=50KA 18.41KA 滿足動穩(wěn)定要求25kv與10kv的校驗類似，不再列舉。4.3電氣設(shè)備選型匯總電氣設(shè)備選型匯總?cè)绫?-5所示。表3-5 電氣設(shè)備選型匯總名稱型號變壓器SFSZ7-16000/110110kv斷路器LW25-12625kv斷路器LW17-27.510kv斷路器LN2-12110kv隔離開關(guān)GW4-110G25kv隔離開關(guān)GN2-25T10kv隔離開關(guān)GN1-105 課程設(shè)計體會1、加深對軌