10kv變配電所一次系統(tǒng)與設計畢業(yè)論文（設計）

1、編 號： 審定成績： 自 考 本 科 畢 業(yè) 論 文 論文題目：10kv 變配電所一次系統(tǒng)與設計 姓 名： 許淑玲 準考證號： 460110122654 專 業(yè)：軌道交通供用電技術 學校指導教師姓名：李建民 職稱： 副教授 論文提交日期： （小四號楷體加黑）論文答辯日期：（小四號楷體加黑） 封一所需內(nèi)容為：（見附件） 1. 任務書 2. 開題報告 3. 指導教師評語 4. 答辯材料 注：此頁為封一。 閱后刪除此文本框。 自自 考考 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 10kv10kv 變配電所一次系統(tǒng)與設計變配電所一次系統(tǒng)與設計 作 者 姓 名： 王艷君 學科、專業(yè) ： 軌道交通供用電技術 學

2、 號 ： 200921646 指 導 教 師： 陳?？?完 成 日 期： 蘭 州 交 通 大 學 lanzhou jiaotong university 注：此頁為封二。 閱后刪除此文本框。 摘 要 引變牽引變電所一次設備的設計是鐵路供電設計的重要組成部分。其內(nèi)容包括主 接線形式的選擇，短路電流的計算，設備的選擇與校驗計算等多方面設計內(nèi)容。 本文的主要設計內(nèi)容包括： 1. 根據(jù)負荷情況確定變壓器的容量。 2. 根據(jù)實際工程要求與國家設計規(guī)范的要求選擇主接線形式。 3. 選擇了系統(tǒng)中具有典型性的兩個短路點，計算他們的短路電流。 4. 根據(jù)所得到的短路電流計算結果選擇、校驗設備。 5. 繪制變電所

3、主接線圖、平面俯視圖、側面剖視圖。 本文組織如下：第一章，簡要敘述了我國電氣化鐵道供電的基本情況，說明了電 力牽引事業(yè)在我國建設的重要意義。第二章，詳細介紹了與牽電所設計相關的理論與 基礎知識。其內(nèi)容主要包括牽引變電所概述，主接線的各種接線形式與設計要求，短 路電流計算方法，設備選擇與校驗方法，平面布置的設計要求等。第三章,呼和浩特東 站 110kv 牽引變電所一次設備的具體設計。 關鍵詞：關鍵詞：牽引變電所，電氣主接線，牽引變電所，電氣主接線，變壓器容量變壓器容量 abstract design the first part equipment of the traction substat

4、ion is one of the important parts of design railway electric power supply. its content include: select the format of the main connection, count the short circuit current, select and tuning of the equipment and so on. the main designing of this dissertation includes: 1)bases on the load determine the

5、 capacity of the transformer. 2)bases on the practice of the practice of the project and the nation design normative request select the format of the main connection. 3)select two typical short circuit current select and tuning the equipment. 4)bases on the result of the short circuit current select

6、 and tuning the equipment. 5)protract three blueprint of the distribute-station. the dissertation is organized as follows: section 1; recite the electrification railway in our country. narrate the magnitude meaning of the electric traction affair to our country construct. section 2; introduce the th

7、eory and basic knowledge about the designing traction substation particularly. its content include: summarize of the traction substation, the format and design request of the basic circuit, the count method of the short circuit current, the method of the select and tuning of the equipment, disposal

8、of the equipment and so on. section 3; concrete design of the huhehaote 110kv traction substation. key words: traction substation; basic circuit; calculation of short circuit；electric equipment；disposal desig 目 錄 摘 要 .- 4 - 目 錄 .- 6 - 引 言 .- 9 - 緒 論 .- 10 - 第 1 章 牽引變電所概論 .- 13 - 11 牽引變電所設計概述 .- 13 -

9、 1.2 牽引變電所的分類.- 13 - 1.2.1、牽引變電所按牽引網(wǎng)電流性質的分類 .- 13 - 1.2.2、交流牽引變電所按頻率和牽引網(wǎng)相數(shù)的分類 .- 13 - 1.2.3、工頻單相交流牽引變電所按主變壓器結構種類和接線方式的分類 .- 14 - 1.3 牽引變電所的設計原則.- 14 - 1.4 牽引網(wǎng)與接觸網(wǎng).- 15 - 第 2 章 電氣主接線方案的確定 .- 16 - 2.1電氣主接線概述 .- 16 - 2.2 電氣主接線的基本形式 .- 16 - 2.2.1 單母線接線.- 16 - 2.2.2、橋形接線 .- 17 - 2.2.3、簡單分支接線（雙 t 接線） .- 1

10、9 - 2.3 牽引變電所主接線.- 20 - 2.3.1 三相 yn,d11 接線變壓器.- 21 - 2.3.2 單相 v,v 接線變壓器.- 21 - 2.3.3 斯科特接線變壓器.- 21 - 2.4 牽引側主接線.- 22 - 2.4.1 27.5kv(或 55kv)側饋線的接線方式.- 22 - 2.4.2 復線鐵路斯科特接線變壓器 at 供電方式饋電線接線。 .- 23 - 2.4.3 動力變壓器及自用電變壓器接線.- 24 - 2.5 主接線方案.- 25 - 2.5.1 主接線方案的擬定.- 25 - 2.5.2 主接線方案的確定.- 25 - 第 3 章 高壓電器設備的選擇

11、 .- 27 - 3.1 電器選擇的一般原則.- 27 - 3.1.1 按正常工作條件選擇高壓電器設備.- 27 - 3.1.2 按短路時故障情況進行效驗.- 27 - 3.2 高壓斷路器的選擇 .- 27 - 3.2.1 110kv 側斷路器的選擇.- 28 - 3.2.2 10 kv 側斷路器的選擇.- 28 - 3.3 隔離開關的選擇 .- 29 - 3.3.1 110kv 側隔離開關的選擇.- 30 - 3.3.2 10kv 側隔離開關的選擇.- 30 - 3.4 電壓母線的選擇 .- 31 - 3.5 各主要電氣設備選擇結果一覽表 .- 32 - 3.6 變壓器保護規(guī)劃與整定 .-

12、32 - 第 4 章變壓器容量的確定 .- 33 - 41 牽引變電所容量和負荷計算 .- 33 - 4.2 計算條件.- 33 - 4.3 牽引變壓器的計算容量.- 34 - 4.4 牽引變壓器的校核容量.- 39 - 4.5 牽引變壓器的安裝容量.- 40 - 結 論 .- 44 - 致 謝 .- 45 - 參考文獻 .- 46 - 引 言 為適應我國電氣化鐵路迅猛發(fā)展的要求，本文結合我國電氣化鐵道的具體情況和 實踐經(jīng)驗，在參閱了許多鐵道供電相關專業(yè)課本的基礎上，精心寫作而成。 本文全面系統(tǒng)的介紹了牽引變電所電氣主接線的基本形式和接線例舉，以及牽引 變電所容量的計算和選擇。理論與實際并重，

13、取材力求反映電氣化鐵道的最新技術和 裝備，是我們同專業(yè)共同學習和探討的有力文章。同時也是我們進一步提高和改進的 最好說明。 本文的全部文字符號、圖形符號均采用國家標準【gb4728】 。為是敘述過淺顯易懂， 內(nèi)容表達直觀，文中繪制了大量的原理圖、示意圖、電氣主接線圖。 本文是在蘭州交通大學鐵道技術學院李建民副教授的精心指導和改正下虔誠寫作 而成。在寫作過程中得到了同專業(yè)許多同學的幫助和支持，許多鐵道技術學院的老師 和同學給予了十分寶貴的意見和建議，對此表示由衷的感謝。由于寫作水平和能力有 限，其中不妥之處，敬請讀者批評指正。 緒 論 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的一個重要組成部分，它為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運

14、輸和城市提 供能源。由于電能易于控制、輸配簡單經(jīng)濟且便于轉變成其他形式的能量（機械能、 光能、熱能、化學能等） ，電能已廣泛應用到社會生產(chǎn)的各個領域和社會生活的各個方 面。 在我國電氣化鐵道也是由電力系統(tǒng)供電，安全、可靠、經(jīng)濟、合理地為電氣化鐵 道供配電是實現(xiàn)鐵路運輸安全、可靠的重要保證和基礎。我國電氣化鐵路(接觸網(wǎng))采 用單相工頻交流制，額定電壓為 25kv。 一、電氣化鐵道供電系統(tǒng)由一次供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。 （一） 、一次供電系統(tǒng) 一次供電系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)向電氣化鐵道的供電部分。在我國，電力系統(tǒng)通常以 110kv 的電壓等級向電氣化鐵道供電。區(qū)域變電站或發(fā)電廠，三相交流高壓輸電線，

15、這 兩部分即為電氣化鐵道的一次供電系統(tǒng)。 （二） 、牽引供電系統(tǒng) 完成對電力機車供電的屬于鐵路部門管轄的裝置稱為電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)。 電力部門管轄的電力系統(tǒng)與鐵路部門管轄的牽引供電系統(tǒng)是在牽引變電所高壓進 線的門形架處分界。現(xiàn)將牽引供電系統(tǒng)各部分的功用簡述如下： 1牽引變電所 牽引變電所的作用是將 110kv(或 220 kv)三相交流高壓電變換為 27.5(或 55)kv， 然后以 27.5(或 55)kv 的電壓等級向牽引網(wǎng)供電。 2接觸網(wǎng) 接觸網(wǎng)是一種懸掛在電氣化鐵道線路上方，并和鐵路軌頂保持一定距離的鏈形或 單導線的輸電網(wǎng)。電力機車的受電弓和接觸網(wǎng)滑動接觸取得電能。接觸網(wǎng)的額定電

16、壓 為 25kv。 3饋電線 饋電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導線，把牽引變電所變換后的電能送到接觸 網(wǎng)。饋電線一般為大截面的鋼芯鋁絞線。 4軌道 在非電牽引情形下，軌道只作為列車的導軌。在電氣化鐵道，軌道除仍具上述功 用外，還需要完成導通回流的任務，是電路的組成部分。因此，電氣化鐵道的軌道應 具有暢通導電的性能。 5回流線 連接軌道和牽引變電所中主變壓器接地相之間的導線稱為回流線，它也是電路的 組成部分，其作用是將把軌道、地中的回路電流導入牽引變電所。 6分區(qū)所 在電氣化鐵道上，為了提高運行的可靠性，增加供電工作的靈活性，在相鄰兩變 電所供電的相鄰兩供電分區(qū)的分界處常用分相絕緣器斷開。若在斷

17、開處設置開關設備 和相應的配電裝置，則組成分區(qū)所。 7開閉所 某些遠離牽引變電所的大宗負荷，如樞紐站、電力機務段等，接觸網(wǎng)按作業(yè)及運 行的要求需要分成若干組，需要多條供電線路向這些接觸網(wǎng)分組供電。若直接從牽引 變電所向這些接觸網(wǎng)分組供電，不但會增加變電所的復雜程度，而且將大量增加饋電 線的長度，造成一次投資過大。為此，一般采取在大宗負荷附近建立開閉所的辦法來 解決。 8自耦變壓器站(at 所) 工頻單相交流電氣化鐵路采用自耦變壓器(at)供電方式時，在鐵路沿線需每隔 8、12km 設置自耦變壓器和相應的配電裝置，即 at 所。at 所的作用之一便是將牽引變 電所供來的 55kv 電壓經(jīng)自耦變壓

18、器 at 降為接觸網(wǎng)的 25kv 電壓等級，然后向接觸網(wǎng)供 電。 二、電力牽引供電系統(tǒng)的主要特點 我國電力牽引供電系統(tǒng)的主要特點有以下幾方面： 電力機車是單相移動性隨機負荷，是一種負序源。 非線性整流器機車，成為一種諧波源，并從電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)獲取無功。 供電方式及設備種類多樣化，有直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、串 聯(lián)吸流變壓器、bt 供電方式、自耦變壓器 at 供電方式，這些供電方式的技術和經(jīng)濟特 性有較大的差異。對牽引變壓器，有單相、yn，d11 接線、斯科特接線、伍德橋接線、 阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它們具有不同的結構和性能特點。由于供 電方式不同，接觸網(wǎng)結構

19、類型也較多。 牽引供電系統(tǒng)和電力機車在電氣上是個連續(xù)的整體，易于實現(xiàn)自動化和信息 化管理。 牽引供電系統(tǒng)中存在的主要技術問題，包括牽引變壓器供電能力的提高及增容、 牽引網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)、電力系統(tǒng)要求對諧波、負序、無功的治理等。為解決這些技術問 題，在設計和運行中需要對牽引供電系統(tǒng)進行深入研究，例如：對各種供電方式的結 構、參數(shù)、性能的分析計算和優(yōu)化；對變壓器過負荷能力及對負荷平衡能力的研究； 對諧波、負序、無功、電壓損失、防干擾能力等進行系統(tǒng)地分析和綜合治理研究等等。 三、對電氣化鐵道供電系統(tǒng)的基本要求 保證向電氣化鐵路安全、可靠、不間斷地供電； 提高供電質量，保證必需的電壓水平； 提高功率因數(shù)，

20、減少電能損失，降低工程投資和運營費用； 盡量減小單相牽引負荷在電力系統(tǒng)中引起的負序電流、負序電壓和高次諧波的 影 響； 盡量減小對鄰近的通信線路的干擾影響。 我國電氣化鐵道已運營了幾十年，在實踐中積累了大量的經(jīng)驗，但與鐵路電氣化 發(fā)達國家相比，在技術及裝備上仍有差距。特別是在面臨高速、重載和擴能要求下， 電氣化鐵道供電系統(tǒng)中更有許多技術難題需要解決。 我的畢業(yè)設計內(nèi)容是 110kv 牽引變電所的一次設備設計，它是電氣化鐵道供電系 統(tǒng)中的重要組成部分，設計內(nèi)容主要包括牽引變電所容量的設計，主接線的設計，短 路計算，一次設備的選擇，以及牽引變電所的平面布置等幾個方面。 本文是在蘭州交通大學李建民副

21、教授的指導下完成的，在撰寫的過程中，得到了 李老師悉心的指導和熱情的幫助，在此致以衷心的感謝。 由于個人能力有限，設計書難免存在不足之處，敬請各位老師批評指正，并提出 寶貴意見。 第 1 章 牽引變電所概論 11 牽引變電所設計概述 牽引變電所是電氣化鐵道供電系統(tǒng)的重要組成部分，它的作用是將 110kv(或 220 kv)三相交流高壓電變換為 27.5(或 55)kv，然后以 27.5(或 55)kv 的電壓等級向牽引網(wǎng) 供電。 1.2 牽引變電所的分類 1.2.1、牽引變電所按牽引網(wǎng)電流性質的分類 （一）直流牽引變電所 直流牽引變電所可分為回轉變流機組、電動發(fā)電機組、離子變流器(水銀整流器)

22、 和半導體整流器等類型。 在電氣化鐵路的早期發(fā)展階段，曾廣泛采用直流電力牽引，即電力系統(tǒng)將三相交 流電送到牽引變電所一次側，經(jīng)過牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過牽引網(wǎng) 供給電力機車使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國家的電氣化鐵路仍在應用。我國僅 工礦、城市電車和地下鐵道采用。我國直流電力牽引的電壓等級是 3000v(工礦企業(yè))、 1500 v (工礦企業(yè))、750 v (地下鐵道)、600 v (城市電車)等。直流制存在的主要問 題是，直流牽引電動機額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進 一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來供應電力機車。由于牽引電流增大，接 觸網(wǎng)導線截

23、面要隨著加大(一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索)，牽引網(wǎng)電壓損失也 相應增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有 15km-30km。牽引變電所的數(shù) 量多，并且為完成整流任務而變得較復雜。由于這些緣故，許多國家已逐漸停止發(fā)展 直流制。 （二）交流牽引變電所 由于把變流或整流裝置已經(jīng)轉移到電力機車上，故和直流牽引變電所相比，交流 牽引變電所的結構比較簡單。 1.2.2、交流牽引變電所按頻率和牽引網(wǎng)相數(shù)的分類 （一）工頻單相交流牽引變電所 我國鐵路干線的電氣化，采用工頻 50hz 單相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為 25kv(某 些國家也有采用工頻 60hz，以及額定電壓為 50kv 的情況)。這

24、是國際公認的優(yōu)越的電 流制。這種電流制在電力機車上將交流電降壓后應用整流裝置整流來供應直流牽引電 動機。牽引變電所的主變壓器主要用來降壓、分相，所內(nèi)沒有變流以及變頻裝置。和 直流制以及低頻交流制相比，變電所結構簡單，維護方便。由于接觸網(wǎng)額定電壓較高， 其中通過的電流相對較小。從而使接觸網(wǎng)導線截面減小、結構簡化，也使牽引變電所 之間的距離延長、數(shù)目減少，工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運營費用也相 應減少。工頻單相交流制的缺點是：對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流、負序電壓分量；使高 次諧波含量增加以及功率因數(shù)較低；對沿電氣化鐵路架設的通信線有干擾。但是，經(jīng) 過技術方面和經(jīng)濟方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點

25、是主要的。因此，我國電氣化鐵路 采用工頻單相 25kv 交流制。 （二）低頻交流牽引變電所 1.低頻單相交流牽引變電所 歐美不少國家采用或 25hz 單相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為 11 或 25kv。低頻 3 2 16 單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關。應 用低頻的條件，一方面是由于歐洲電力工業(yè)發(fā)展的初期原來就存在低于 50hz 的頻率； 另一方面，交流整流子式牽引電動機因存在變壓器電勢而對整流過程造成困難，不適 宜在較高的頻率下運行。電力工業(yè)主要采用 50hz 標準頻率后，低頻制電氣化鐵道要么 須自建專用的低頻率的發(fā)電廠，要么在牽引變電所變頻后送人牽引網(wǎng)

26、，這就變得復雜 化。于是，其發(fā)展受到了限制。 2.低頻三相交流牽引變電所 有的國家曾采用hz 三相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為 3.7kv。此時不需變相裝 3 2 16 置， 并可始終保持牽引網(wǎng)處于三相對稱運行狀態(tài)，但要架設三相接觸網(wǎng)，結構復 雜。 1.2.3、工頻單相交流牽引變電所按主變壓器結構種類和接線方式的分類 有單相結線(又稱簡單單相結線，或純單相結線)；單相 v,v 結線；三相 v,v 結線； 三相 yn,d11 結線和三相不等容量 yn,d11 結線；三相 yn,dll,dll 十字交叉結線；斯科 特結線；yn, 阻抗匹配平衡結線；非阻抗匹配 yn，平衡結線，yn，平衡結線等。 我國臺

27、灣省電氣化鐵道采用的還有列布蘭結線。國外，主要在日本，還有伍德橋結線 和改進伍德橋結線等。 1.3 牽引變電所的設計原則 一、在采用集中供電方式（每個牽引變電所單獨完成所轄供電臂供電任務）的牽 引變電所中通常設置兩臺變壓器。 在采用分散供電方式（每個牽引變電所除了在正常時完成所管轄供電臂的供電任 務外，尚能在事故或檢修的情況下承擔相鄰變電所所轄供電臂的供電任務，即越區(qū)供 電）的牽引變電所中，可設一臺變壓器。 二、變壓器事故或檢修時，集中供電方式一般采用移動（或固定）備用變壓器， 采用移動備用變壓器時，牽引變電所應設置專用岔線，對無條件設置專用岔線的個別 變電所，則采用固定備用變壓器。 電氣化區(qū)

28、段具備公路檢修條件采用固定備用變壓器時，變電所中設置的兩臺變壓 器，可一臺工作，一臺備用，變電所中不必設置專用岔線。 三、牽引變電所由電力系統(tǒng)供電。由于電氣化鐵道為一級負荷，因此必須要求電 力系統(tǒng)可靠地向牽引變電所供電。 對于集中供電方式，牽引變電所要求有兩回路進線。該兩回路進線應來自不同的 電源點。 對于分散供電方式，在牽引變電所中只設置一臺變壓器時，可采用一回進線，但 相鄰兩變電所的進線也應來自不同的電源點。 四、變壓器的接線方式，目前多采用的有三相 y/-ll 接線、單相 v/v 接線、單 相接線以及三相-兩相斯科達接線等四種。 五、牽引變電所的饋線數(shù)目一般按如下原則考慮：單線區(qū)段采用兩

29、回；復線區(qū)段 采用 4 回；牽引變電所所在車站股道超過 6 股時，應考慮設單獨饋電線；在樞紐站 （或區(qū)段站）的到發(fā)場以及電力機車機務段和折返段應設置單獨饋電線；對支線一般 也應設單獨饋電線。 六、為了改善牽引供電系統(tǒng)的供電質量，減少牽引負荷對電力系統(tǒng)的影響和對通 信線路的影響，在牽引變電所中根據(jù)需要可設置串聯(lián)和并聯(lián)電容補償裝置。 七、牽引變電所之間的距離，單線區(qū)段一般為 50-60km，復線區(qū)段和單線雙機牽引 區(qū)段一般為 40-50km。 樞紐地區(qū)的供電，分為“由外向里供”和“由里向外供”兩種，前者在樞紐內(nèi)不 設牽引變電所，一般設置開閉所；后者在樞紐內(nèi)設置牽引變電所。 八、牽引變電所場地的確定

30、，除根據(jù)供電要求合理分布外，還應考慮如下因素： （一）場地條件，包括場地土方量小，高壓進線和牽引側饋線電線走廊暢通，岔 線引入方便、節(jié)省用地等。變電所場地的標高應高于百年洪水位，并躲開地質不良地 段。 （二）考慮運營管理人員的生活條件。因此有條件時，應盡量設在大站。 （三）盡量躲開污穢地區(qū)、高海拔地區(qū)，遠離機場、雷達站、廣播電臺、電視臺 等弱電設備地區(qū)。 1.4 牽引網(wǎng)與接觸網(wǎng) 牽引供電回路的構成為：牽引變電所、饋電線、接觸導線、電力機車、鋼軌與大 地、回流線。在這個閉合系統(tǒng)中通常將饋電線、接觸導線、鋼軌與大地回流線統(tǒng)稱為 牽引網(wǎng)。 接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路

31、。接觸網(wǎng)由 接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎幾部分組成。 第 2 章 電氣主接線方案的確定 2.1電氣主接線概述 牽引變電所（包括開閉所、分區(qū)所）的電氣主接線是指有隔離開關、互感器、避 雷器、斷路器、主變壓器、母線、電力電纜、移相電容器等高壓一次電設備，按工作 要求順序連接構成的接受和分配電能的牽引變電所內(nèi)部的電器主電路。它反映了牽引 變電所的基本結構和性能，在運行中表明電能的輸送和分配關系、一次設備的運行方 式，是實際運行操作的依據(jù)。 電器主接線圖通常畫成單線圖的形式（單線圖是表示三相交流電氣裝置中一相連 接順序的圖） 。在個別情況下，當三相電路中設備顯得不對稱時，則部分的用三線圖表

32、 示。主接線的確定對牽引變電所電氣設備的選擇、配電裝置的布置以及運行的可靠性 和經(jīng)濟性有很密切的關系。所以主接線是牽引變電所電氣設計中一個很主要的問題。 電氣主接線一方面從電源系統(tǒng)接受電能，一方面又通過饋電線路將電能分配出去。 電氣主接線的電源回路和用電回路之間采用什么方式連接，以保證工作可靠、靈活十 十分重要的問題。當進、出（饋）線數(shù)量較多（一般多于 4 回路時） ，常設置匯流母線 （簡稱母線）作 a 為中間環(huán)節(jié)，用以聯(lián)系電源回路和用電回路，并使運行轉換方便， 但也可以采用無母線接線形式。從供電系統(tǒng)長期運行實踐中，人們總結歸納了一下幾 種基本的電氣接線形式，它們可以廣泛適用于電壓等級。 2.

33、2 電氣主接線的基本形式 2.2.1 單母線接線 圖 2-2-1 如圖 2-2-1 所示，整個配電裝置中只設一組母線。將各個電源的電能匯集后再分 配到各引出線。連到母線上的電源回路與出線回路的分布應使通過母線各斷面上的電 流最小。 在斷路器與隔離開關配合操作時，必須嚴格遵守“倒閘操作”程序。倒閘操作的 原則是：接通電路時，先閉合隔離開關，后閉合斷路器；切斷電路時，先斷開斷路器 后斷開隔離開關。為了避免誤操作，在斷路器與隔離開關之間應加裝電磁或機械閉鎖 裝置，使得在斷路器未開斷之前，不能操作隔離開關。 單母線接線的優(yōu)點： 接線簡單、設備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠性； 每一回路

34、由斷路器切斷符合電流和故障電流。檢修斷路器時，可用兩側隔離開關 使斷路器與電壓隔離，保證檢修人員的安全。 任一出線（用電回路）可從任何電源回路取得電能，不致因運行方式的不同而造 成相互影響。 單母線接線的缺陷是： 母線故障及檢修母線和與母線連接的隔離開關時要造成停電。 檢修任一回路及其斷路器時，會使該回路停電。但其他回路不受影響。由此單母 線接線僅適用于對可靠性要求不高的 10kv35kv 地區(qū)負荷。 為了克服單母線接線的缺陷，通常采用以下措施： 用斷路器或隔離開關將母線分段。 增加旁路母線及相應設備，使檢修任一進出回路的斷路器時不致停電。 2.2.2、橋形接線 當牽引變電所只有兩回路電源進線

35、和兩臺主變壓器時，常在電源線路間用橫向母 線將它們連接起來，即構成橋形接線如圖 2-2-2 所示。橋式接線要比分段單母線接線 簡化，它減少了斷路器的數(shù)量，四回電路只采用三臺斷路器，配電裝置結構也較簡 l1 l2 電源側 qs4qs5 qs1qs2 qf1qf2 qf qs3 t1t2 l1 電源側 qs1 qs3 qf t1 l2 qs2 qf2 qf1 t2 （a）內(nèi)橋接線 （b）外橋接線 圖 2-2-2 橋形接線按中間橫向橋接母線的位置不同而分為內(nèi)橋接線（如圖 2-2-2-a）和外橋 接線（如圖 2-2-2-b）兩種。前者的橋接母線連接在靠變壓器側，而后者則連接在考線 路側。橋形接線正常運

36、行時，三臺斷路器均處于關閉狀態(tài)。 內(nèi)橋接線的線路斷路器 qf1、qf2 分別連接在兩回電源線路上，因而電源線路退出 工作或投入運行都比較方便。當線路發(fā)生線路短路故障時，僅故障線路的斷路器自動 跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器）仍可繼續(xù)工作。但當任一主變壓器 （例如 t1）故障或退出運行時與變壓器 t1 連接的兩臺斷路器 qf1 和 qf 都必須斷開， 從而使線路(l1)將暫時中斷供電。但隨時用隔離開關 qf3 將變壓器 t1 隔開后線路 l1 即可恢復供電。 根據(jù)接線形式的特點，內(nèi)橋接線適合于線路長，線路故障率高，而變壓器不需頻 繁操作的場合，這種接線形式可以很方便的切換或投入線路，

37、而切除某臺變壓器時， 則需同時斷開與之相連的兩臺斷路器造成一條出線的短時停電。 為避免在線路斷路器檢修時造成一條線路長期停電，可在線路隔離開關 qs1 及 qs2 外側加裝一帶隔離開關的跨條（qs4 及 qs5 通路） 。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他們輪流停電檢修。另外，當橋形斷路器 qf 檢修時也 可利用此跨條使兩臺變壓器與兩條線路保持聯(lián)絡。 由于線路故障比變壓器故障要多，同時牽引變壓器又不需頻繁的操作，故內(nèi)橋接 線在牽引變電所獲得了較廣泛的應用。 圖 2-2-2-b 中外橋接線的特點與內(nèi)橋接線相反，外僑接線適合與輸電距離較短， 線路故障較少，而變壓器需要

38、經(jīng)常操作的場合。這種接線方便與變壓器的投入及切除， 而切除一條線路時，需要同時斷開兩臺變壓器。造成一臺變壓器的短時停電。如圖 2- 2-2-b 中變壓器 t1 切除時只需斷開 qf1，拉開 qs3.。而切除 l1 線路時，要斷開 qf1 及 qf 然后斷開隔離開關 qs1，使 l1 退出運行。如需恢復 t1 運行，要重新閉合 qf1 及 qf。為避免變壓器側斷路器檢修時，形成一臺變壓器長期停電?？稍谧儔浩鲀?nèi)側接一 跨條如圖 2-2-2-b 中虛線。 2.2.3、簡單分支接線（雙 t 接線） 圖 2-2-3 對于圖 2-2-3 所示的牽引變電所，其兩回電源線路是從輸線路 wl1,wl2 采用分支

39、 連接（又稱 t 型連接）的方式獲得。此時，牽引變電所的進線線路會較短；同時，又 由于此處牽引變電所兩回電源線路不是以構成環(huán)形電網(wǎng)的方式接入電力系統(tǒng)的，因此 牽引變電所高壓母線無穿越功率通過。這種情況下，上述橋形接線的橋路斷路器沒有 任何作用，但考慮運行的靈活性，可在兩電源線路間保留帶有隔離開關的跨條，形成 如圖 2-2-3 的簡單接線或稱雙線 t 型接線。 這種接線與橋形接線相比，需用高壓電器更少，配電裝置結構更簡單，線路繼點 保護也簡單。牽引變電所任一電源進線線路故障，則由輸電線路（wl1 或 wl2）兩側繼 電保護動作，使輸電線路兩端斷路器（qf3 與 qf5 和 qf4 與 qf6）跳

40、閘而斷開。但雙回 輸電線路 wl1,wl2 上分支連接的變電所的數(shù)目應有限制。若分支線過多，對可靠性的 影響相對增大，同時對輸電線路(wl1,wl2)繼電保護的整定造成困難。 按電源參數(shù)不同，雙 t 式主接線通常采用下列幾種運行方式： 1.若兩路電源允許在 25kv 側并聯(lián)，可采用一路電源（如 wl1）供電，另一路電源 （如 wl2）備用的運行方式。正常供電時，某電源開關（如 qs2）斷開，其它開關均閉 合，兩臺主變壓器并列運行。 當需要由 wl2（備用電源）代替 wl1（主供電源）供電時，其倒閘操作順序如下： （1）斷 qf2；（2）斷 qs3,qs4；（3）合 qs2;(4)合 qf2，此

41、時兩路電源將在 25kv 側 母線暫時并聯(lián);(5)斷 qf1;(6)斷 qs1;(7)合 qs3,qs4;(8)合 qf1。上述操作并不造成全 所停電，供電可靠性較高。 2.若兩路電源允許在 25kv 側并聯(lián)，還可采用兩路電源同時供電的運行方式。正常 供電時，跨條隔離開關斷開，其它開關均閉合，兩臺主變壓器分列運行。 當某一路電源（如 wl1）需退出檢修時、可將接在 wl1 電源線路上的主變壓器 t1 轉換到 wl2 電源線路上。倒換電源的操作順序如下：（1）斷 qf1；（2）斷 qs1；（3）合 qs3；qs4；（4）合 qf1；此時兩臺主變壓器并列運行由電源 wl2 供電。 在這種運行方式下

42、倒換電源操作時，不會造成全所停電。 3.若兩路電源不允許在 25kv 側并聯(lián)，通常采用一路電源（如 wl1）供電，另一路 電源（如 wl2）備用的運行方式。正常供電時，某電源隔離開關（如 qs2）斷開，其它 開關均閉合，兩臺主變壓器并列運行。當需要由 wl2（備用電源）代替 wl1(主供電源) 供電時，其倒閘操作順序如下： (1)斷 qf1、qf2；（2）斷 qs1； （3）合 qs2；（4）合 qf1、qf2。 這種供電方式在倒換電源操作過程中將造成全變電所停電。若該電化區(qū)段實現(xiàn)了 運動化調(diào)度控制，則可大大縮短停電時間。否則，若用電話調(diào)度和手動操作進行這種 轉換操作約需半小時停電，對供電可靠

43、性有較大影響。 4.若兩路電源不允許在 25kv 側并聯(lián)，也可采用兩路電源同時供電的運行方式。正 常供電時，跨條隔離開關斷開，其它開關均閉合，兩臺變壓器分列運行，其倒換電源 的操作順序同 2. 5.若兩路電源允許在 110kv 側用隔離開關并聯(lián)，雙 t 主線可采用兩路電源同時供 電，此時跨條隔離開關斷開，兩臺主變壓器分列運行。倒換電源的操作順序如下： （1）閉合 qs3、qs4；（2）斷 qs1 或 qs2 即可。也可采用一路電源（如 wl1）供電， 另一路電源（如 wl2）備用的供電方式，此時，備用電源的隔離開關（如 qs2）斷開， 其它開關均閉合，兩臺主變并列運行。其倒換電源操作順序如下：

44、（1）合 qs2；（2） 斷 qs1。 總之，雙 t 式接線運行的靈活性較高，應盡量采用倒換電源操作時不造成全變電 所停電的運行方式。在雙 t 接線中，兩路電源，兩臺主變壓器只需兩套斷路器，并且 110kv 側無系統(tǒng)功率穿越。主接線結構簡單，110kv 線路不需設置繼電保護裝置，使二 次接線裝置也較簡單，可節(jié)省投資。在電力系統(tǒng)日趨穩(wěn)定的條件下，其供電可靠性日 趨提高，故雙 t 接線在牽引變電所中得到了廣泛的應用。 2.3 牽引變電所主接線 牽引變電所按其在電網(wǎng)中的位置、重要程度和電源引入方式的不同可分為：中心 變電所，它有 4 路以上進線并有系統(tǒng)功率穿越；通過式變電所，它有兩路進線并有系 統(tǒng)功

45、率穿越；分接式變電所，它有兩路進線，無系統(tǒng)功率穿越。所謂系統(tǒng)功率穿越是 指該變電所的母線上有其它變電所的負荷電流通過。 下面介紹牽引變壓器主接線。 2.3.1 三相 yn,d11 接線變壓器 三相 yn,d11 接線變壓器用于直接供電方式或溪流變壓器供電方式中。變壓器高壓 側繞組以星形方式與電力系統(tǒng)的三相相連接。變壓器低壓側繞組結成三角形，其中 c 端子的一角經(jīng)電流互感器接致接地網(wǎng)和鋼軌（溪流變壓器供電方式時接回流線）另兩 角（變壓器 ab 端子）分別經(jīng)電流互感器、斷路器和隔離開關引接至牽引母線。 2.3.2 單相 v,v 接線變壓器 單相 v，v 接線變壓器是由兩臺單相變壓器構成，高壓側兩個

46、繞組接在電力系統(tǒng)的 兩個線電壓上。 當采用直接供電方式時，低壓側兩個繞組接成 v 形，兩變壓器的次邊繞組，各取 一端連至 27.5kv 的 a 相和 b 相母線上。而他們的另一端則以連 成公共端的方式接至 接地網(wǎng)和鋼軌或鋼軌引回的回流線。為保證供電的可靠性及經(jīng)濟性，采用變壓器移動 備用的方式。其主接線如圖 2-3-1 所示。為便于移動變壓器的接入，低壓側單獨設有 斷路器和隔離開關，移動變壓器高壓側臨時連接。 至鋼軌或 回流線 至鋼軌或 回流線 移動備用 a bbc 工作工作 22.75kva b 相母線 圖 2-3-1 2.3.3 斯科特接線變壓器 斯科特接線變壓器是一種平衡變壓器，它將電力系

47、統(tǒng)的三相電壓變成相差 90 度的兩相電壓。高壓側繞組接成 t 形，接至電力系統(tǒng)的三個相上，低壓側兩相繞組設 斷路器和隔離開關，接至母線上。 采用直接供電方式時，低壓側兩次邊繞組，各取一端聯(lián)至 27.5kv 的 a 相和 b 相母 線上，它們的公共端接至接地網(wǎng)和鋼軌。在用于自耦變壓器供電方式時，變電所應另 設自耦變壓器，一般自耦變壓器設在饋電線外側。 2.4 牽引側主接線 2.4.1 27.5kv(或 55kv)側饋線的接線方式 由于 27.5kv(或 55kv)饋線斷路器的跳閘次數(shù)較多，為了提高供電的可靠性，按 饋線斷路器備用方式不同，牽引變電所 27.5kv（或 55kv）側饋線的接線方式一

48、般有下 列三種: 1.饋線斷路器 100%備用的接線 圖 2-4-1 如圖 2-4-1 所示。此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同相的場合。這種接線當 工作斷路器需檢修時，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。 2.饋線斷路器 50%備有的接線 圖 2-4-2 如圖 2-4-2。此種接線由于單線區(qū)段，牽引母線同相的場合和復線區(qū)段，每相母線 只有兩條饋線的 場合。這種接線每兩條饋線設一臺備用 斷路器，通過隔離開關的 轉 換，備用斷路器可代替其中任一臺斷路器工作。牽引母線用兩臺隔離開關分段時 為了 便于兩段母線輪流檢修。 上述兩種接線只是當牽引變電所設在小站，饋電

49、線只供區(qū)間時采用。當每相線的 饋出線數(shù)目較多時（如牽引變電所設在樞紐地區(qū)或大的區(qū)段站處）,應采用下面的第三 種接線方式。 （3）帶旁路母線和旁路斷路器的接線 圖 2-4-3 如圖 2-4-3 所示。一般每 24 條饋線設一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路 器可代替任一饋線斷路器工。這種接線方式適應于沒想牽引母線數(shù)目較多的場合，以 減少備用斷路器的數(shù)量。 2.4.2 復線鐵路斯科特接線變壓器 at 供電方式饋電線接線。 at 供電方式饋電線由電線網(wǎng)（t）和正饋線（f）兩根線，斷路器和隔離開關均為 雙級；另有中線饋出，不設斷路器和隔離開關。當牽引變壓器（斯科特接線變壓器） 副邊線圈無中點抽頭時，

50、在變電所內(nèi)還應另設自耦變壓器。一般將自耦變壓器設在饋 電線外側，當相鄰變電所越區(qū)供電時，可作為末端的自耦變壓器使用。雙線鐵路一般 為四回饋電線，每兩回同相饋電線設一組備用斷路器。如圖 2-4-4 所示。 atatat at tt ft tm fm f t ntfft 圖 2-4-4 2.4.3 動力變壓器及自用電變壓器接線 動力變壓器主要共給非牽引負荷用電。牽引變電所沿鐵路線設置，有些地區(qū)電網(wǎng) 薄弱不能供給鐵路非牽引負荷用電。可在牽引變電所內(nèi)設置動力變壓器，將 27.5kv 電 壓降至 10kv，以三相供給鐵路或地方其它負荷。一般動力變壓器的容量為 10002000kva，若地區(qū)需要容量較大，

51、則應另外單設 110kv 的動力變壓器。 直接供電方式，牽引側母線為三相時，動力變壓器一般采用 d, d12 接線，若牽引 側母線為兩相垂直相差時，動力變壓器可采用逆斯科特接線。將兩相電壓變成三相電 壓供給非牽引負荷，其主接線如圖 2-4-5 所示。 圖 2-4-5 牽引變電所的自用電主接線與此相似，次變電壓為三相 380220v，原邊無斷路器， 采用高壓熔斷器。三相時自用變壓器采用 d,yn 接線。兩相變?nèi)鄷r采用逆斯科特變壓 器。 2.5 主接線方案 2.5.1 主接線方案的擬定 對本變電所原始材料進行分析，結合對電氣主接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟性等 基本要求，綜合考慮。在滿足技術、經(jīng)濟政

52、策的前提下，力爭使其技術先進，供電可 靠，經(jīng)濟合理的主接線方案。此主接線還應具有足夠的靈活性，能適應各種運行方式 的變化，且在檢修、事故等特殊狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全、擴建發(fā)展方 便。故擬定的方案如下： 一、方案 a:110kv 側采用雙母線接線，27.5kv 側采用饋線斷路器 100%備用的單母 線接線。 （一）優(yōu)點： 1.供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組導線而不致 使供電中斷，一組母線故障后，能迅速恢復供電，檢修任一回路母線隔離開關，只停 該回路。 2.調(diào)度靈活，各個電源和各個回路負荷可任意切換，分配到任意母線上工作，能 夠靈活地適應系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)

53、度和系統(tǒng)潮流變化的需要。 （二）缺點： 1.增加一組母線和每回路就需增加一組母線隔離開關。 2.當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器，容易誤操作。為了避免隔 離開關誤操作，需在隔離開關和斷路器之間裝設連鎖裝置。 二、方案 b: 110kv 側采用雙 t 接線，27.5kv 側同方案 a。 優(yōu)點： 1.主接線結構簡單，110kv 線路不需設置繼電保護裝置，使二次接線裝置也較簡單， 可節(jié)省投資。 2.在保證供電可靠性的同時還具有較高的靈活性。 2.5.2 主接線方案的確定 兩種方案相比較，都能保證供電的可靠性，但是方案 b 所用的高壓電器更少，配 電裝置更簡單，線路繼電保護也簡單，結合經(jīng)濟

54、建設的需要，在滿足要求的前提下， 盡可能節(jié)約設備的投資。故應選方案 b。 主接線圖如下： 正常運行時，一路電源供電，另一路電源備用，兩臺主變壓器一臺正常運行，一 臺備用。 第 3 章 高壓電器設備的選擇 3.1 電器選擇的一般原則 工業(yè)企業(yè)的供電系統(tǒng)是由各種電器設備按照一定的主接線關系組成，為確保其安 全可靠、經(jīng)濟合理地運行，必須正確合理地選擇各種電器設備。在選擇電器設備時， 既要考慮安全可靠留有適當余地，又要考慮到經(jīng)濟和安裝地點的客觀情況，如氣候條 件（風、雨、雪和濕度等）和環(huán)境情況（灰塵和有害氣體） 。 一般情況下，對高壓電器設備的選擇應遵守下面原則： 按正常運行條件下的額定電壓、額定電流

55、和使用環(huán)境進行設備選擇； 按短路條件下的熱穩(wěn)定性、動穩(wěn)定性和斷開短路電流能力對設備進行效驗 3.1.1 按正常工作條件選擇高壓電器設備 為了保證在正常運行情況下各種電器設備能可靠工作，必須考慮電器設備的額定 電壓和額定電流。 按額定電壓選擇：應使電器設備的額定電壓不小于設備安裝網(wǎng)絡的額定電壓。 2、按額定電流選擇：電器設備的額定電流是指在規(guī)定環(huán)境條件下，電器設備允許 長期通過的電流。故實際通過電器設備的長期工作電流應不大于電器設備的額定電流。 3.1.2 按短路時故障情況進行效驗 為保證電器設備在短路時，不會因短路電流流過而遭損壞，應對所選的電器設備 進行短路的動穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和斷路電流進行

56、效驗。 1、短路的動穩(wěn)定性效驗：效驗的條件是在通過電器設備可能的最大短路電流沖擊 值的作用下，所產(chǎn)出的電動力不能超出該設備所容許的受力。也就是說在短路電流沖 擊的作用下，電器設備的任何部分不至于產(chǎn)生永久的變形。 2、短路電流的熱穩(wěn)定性效驗：熱穩(wěn)定效驗的條件是指通過電器設備可能的最大短 路電流所產(chǎn)生的熱量不應超出設備允許的熱量。也就是說在產(chǎn)生熱量的作用下，電器 設備的任何部位不至于被損壞。 3、短路電流效驗：斷路電流效驗的一般條件是，電器設備可能斷開最大短路故障 電流不允許超過設備的額定短路電流。 3.2 高壓斷路器的選擇 選擇斷路器時應滿足以下基本要求： 1、在合閘運行時應為良導體，不但能長期

57、通過負荷電流，即使通過短路電流，也 應該具有足夠的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。 2.在跳閘狀態(tài)下應具有良好的絕緣性。 3.應有足夠的斷路能力和盡可能短的分段時間。 4、應有盡可能長的機械壽命和電氣壽命，并要求結構簡單、體積小、重量輕、安 裝維護方便。 3.2.1 110kv 側斷路器的選擇 1、該回路為 110 kv 電壓等級，故可選用六氟化硫斷路器。 2、斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。 3、回路額定電壓 ue110kv 的斷路器，且斷路器的額定電流不得小于通過斷路器 的最大持續(xù)電流 imax=1.050.1054（ka）=105.4(a) 20000 3 115 4、為方便運行管理及維護，選取

58、 110kv sf6 斷路器為同一型號產(chǎn)品，選為 ofpt(b)- 110 斷路器，其主要技術參數(shù)如下： 型號 額定 電壓 kv 額定 電流 a 最高 工作 電壓 kv 額定 開斷 電流 ka 動穩(wěn) 定 電流 ka 4s 熱穩(wěn) 定電流 ka 自動重 合閘無 電流間 隔時間 s 固有分 閘時間 s 時間 s ofpt-110110125012631.58031.50.030.12 5、對所選的斷路器進行校驗 （1）斷流能力校驗 所選斷路器的額定開斷電流 i。= 31.5ka i =4.83ka，則斷流能力滿足要求。 （2）短路關合電流的校驗 所選斷路器的額定關合電流，即動穩(wěn)定電流為 80ka，流

59、過斷路器的沖擊電流為 12.29ka，則短路關合電流滿足要求，因為其動穩(wěn)定的 校驗參數(shù)與關合電流參數(shù)一樣，因而動穩(wěn)定也滿足要求。 （3）熱穩(wěn)定校驗 設后備保護動作時間 1s，所選斷路器的固有分閘時間 0.03s，選擇熄弧時間 t =0.03s。則短路持續(xù)時間 t =1+0.03+0.03 =1.06s。因為電 源為無限大容量，非周期分量因短路持續(xù)時間大于 1s 而忽略不計，則短路熱效應 qk = i”2t =4.8321.06=24.729ka2.s 允許熱效應 ir2t =31.52 4 = 396 ir2tqk 熱穩(wěn)定滿足要求。以上各參數(shù)經(jīng)校驗均滿足要求，故選用 ofpt(b)-110 斷

60、 路器。 （4）斷路器配用 cd5-xg 型電磁操作機構 3.2.2 10 kv 側斷路器的選擇 1、該回路為 10kv 電壓等級，故可選用真空斷路器。 2、該斷路器安裝在戶內(nèi)，故選用戶內(nèi)式斷路器。 3、回路額定電壓為 10kv，因此必須選擇額定電壓 ue 10 kv 的斷路器，且其 額定電流不小于流過斷路器的最大持續(xù)電流 imax=1.051150.7（a） 20000 3 10.5 4、初選 sn9-10 真空斷路器，主要數(shù)據(jù)如下： 型號 額 定 電 壓 kv 額 定 電 流 k a 額 定開斷 流電 ka 動 穩(wěn)定 電 流 ka 4 s 熱 穩(wěn)定 電流 ka 固 有分閘 時間 s sn9