110KV鐵路牽引變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、110kv/27.5kv鐵路牽引變電站一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名： 專業(yè)班級：指導(dǎo)教師： 摘 要在中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中要求到2020年鐵路的復(fù)線率和電化率要達(dá)到50%。本文對電氣化鐵路牽引變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作了論述。依據(jù)設(shè)計(jì)要求和相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對單相結(jié)線型、 結(jié)線型和平衡變壓器的比較，最終選擇電壓不平衡度低的結(jié)線平衡變壓器作為主變壓器。通過計(jì)算上、下行線的供電臂的的有效電流和最大電流來確定變壓器的型號和容量。通過變壓器原邊和副邊的短路電流的計(jì)算確定牽引變壓器兩側(cè)的高壓電氣設(shè)備，最終完成牽引變電站的設(shè)計(jì)。最后通過與國家和鐵道部的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行了總結(jié)和評價，該牽引變電站一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵

2、詞：電氣化鐵路；牽引變壓器；平衡變壓器；高壓電氣設(shè)備 the 110 kv/27.5 kv railroad leads a transformer substation one subsystem designabstract：long-term railway network programming in request line rate and electricity of the reply of 2020 railroad to turn a rate and attain 50%.this text led transformer substations design of on

3、e subsystem to make treatise to the electrification railroad.according to the design request with related of nation standard, mutually knot a line type and knot the comparison of line type and equilibrium transformer to the list, end choice electric voltage unbalance degree the low knot line equilib

4、rium transformer be a main transformer.pass a calculation up, bottom line line of power supply arm of of valid electric current and the biggest electric current to make sure the model number and capacity of transformer.the calculation which passes the short-circuit electric current of the original s

5、ide of the transformer and vice- side makes sure the high pressure electricity of two sides equipments, the end completion leads the design of transformer substation.finally passed to carry on summary with related standard and norm of nation and railroad department and evaluate, should lead transfor

6、mer substations design of one subsystem to meet a design request.key word：electric railway; tows the transformer; balanced transformer; high pressure electrical equipment目錄摘 要i目 錄第1章 前 言11.1 牽引變電站概述11.1.1 牽引變電站的特點(diǎn)11.1.2 牽引變電站的功能11.2 牽引變電站發(fā)展概況21.2.1 單相結(jié)線牽引變電站21.2.2 三相結(jié)線牽引變電站31.2.3 采用阻抗匹配平衡變壓器的變電站41.3

7、 本次設(shè)計(jì)的目的和意義51.4 主要完成的工作6第2章 負(fù)荷計(jì)算及變壓器的選擇72.1 基本參數(shù)72.1.1 上、下行線基本參數(shù)72.2 負(fù)荷計(jì)算82.3 變電器選擇112.3.1 選擇變壓器的基本原則112.3.2 變壓器的選擇112.3.3 確定牽引變壓器的型號和容量15第3章 電氣主接線的選擇173.1 選擇的基本原則173.2 電氣主接線設(shè)計(jì)依據(jù)183.3 各電壓等級母線的選擇19第4章 最大持續(xù)工作電流及短路電流214.1 最大持續(xù)工作電流214.1.1 110kv回路214.1.2 27.5kv回路214.2 短路電流的計(jì)算214.2.1 基本參數(shù)214.2.2 阻抗標(biāo)幺值折算21

8、4.2.3 110kv側(cè)短路電流的計(jì)算224.2.4 27.5kv側(cè)短路電流的計(jì)算234.2.5 最大持續(xù)工作電流及短路電流計(jì)算結(jié)果匯總23第5章 主要電氣設(shè)備的選擇255.1 電氣設(shè)備的選擇的基本原則255.1.1 按正常工作條件進(jìn)行選擇255.2 母線的選擇265.2.1 110kv側(cè)母線的選擇265.2.2 27.5kv側(cè)母線的選擇285.3 斷路器的選擇295.3.1 110kv側(cè)短路器的選擇295.3.2 27.5kv側(cè)短路器的選擇305.4 隔離開關(guān)的選擇305.4.1 110kv側(cè)隔離開關(guān)的選擇305.4.2 27.5kv側(cè)的隔離開關(guān)選擇315.5 互感器的選擇325.5.1 電

9、流互感器選擇325.5.2 電壓互感器的選擇355.6 高壓熔斷器的選擇和校驗(yàn)375.7 避雷器的選擇385.8 電氣設(shè)備選擇結(jié)果匯總41結(jié)論42致謝43參考文獻(xiàn)44附i46附47第1章 前言進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國原有的鐵路系統(tǒng)暴露出越來越多的缺點(diǎn)，已經(jīng)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，為適應(yīng)全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)，鐵路網(wǎng)要擴(kuò)大規(guī)模，完善結(jié)構(gòu)，提高質(zhì)量，快速擴(kuò)充運(yùn)輸能力，迅速提高裝備水平。到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到10萬公里，主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電化率均達(dá)到50%，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。因此政府提出中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃。依此電氣化鐵

10、路牽引變電站的水平將會有長足的發(fā)展，大量應(yīng)用新的工藝和技術(shù)滿足國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。牽引變電站是以牽引變壓器為主，將電力系統(tǒng)三相電壓降低，同時以單相方式饋出，向電氣化列車供電。牽引變電站采用新型的平衡變壓器，合理的接線方式。利用現(xiàn)有成熟的高壓電氣化設(shè)備實(shí)現(xiàn)供變電功能。可實(shí)現(xiàn)變壓器副邊兩相電流不等，而原邊三相電流平衡，即無零續(xù)電流。他的特點(diǎn)是變壓器容量利用率高幾乎為100%，副邊有接線繞組，三次偕波電流可以通過。同時還縮小了變電站占地面積、降低了造價、減少了總投資、減少了維護(hù)工作量。1.1 牽引變電站概述1.1.1 牽引電電站的特點(diǎn)電力牽引按牽引網(wǎng)供電電流的種類可分為三種電流制，即直流制，低頻單相

11、交流制和工頻單相交流制。我國電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，額定電壓25kv。牽引動力為電能，牽引供電設(shè)備將國家電力系統(tǒng)輸送的電能變換為適合電力機(jī)車使用的形式，電力機(jī)車則完成牽引任務(wù)，因此牽引供電設(shè)備和電力機(jī)車是電氣化鐵路的兩大主要裝備，鐵路其他裝備和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)與之相適應(yīng)。1.1.2 牽引變電站的功能牽引變電站是將電能從電力系統(tǒng)傳送給電力機(jī)車的電力裝置?？偡Q叫電氣化鐵路的供電系統(tǒng)，又稱牽引供電系統(tǒng)，主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分組成。牽引變電所將電力系統(tǒng)輸電線路電壓從110kv（或220kv）降到27.5kv，經(jīng)饋電線將電能送至接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)沿鐵路上空架設(shè)，電力機(jī)車升弓后便可從其取得電

12、能，用以牽引列車。牽引變電所所在地的接觸網(wǎng)設(shè)有分相絕緣裝置，兩相鄰牽引變電所之間設(shè)有分區(qū)亭，接觸網(wǎng)在此也相應(yīng)設(shè)有分相絕緣裝置。牽引變電所至分區(qū)亭之間的接觸網(wǎng)（含饋電線）稱供電臂。 牽引供電回路是由牽引變電所饋電線接觸網(wǎng)電力機(jī)車鋼軌回流聯(lián)接（牽引變電所）接地網(wǎng)組成的閉合回路，其中流通的電流稱牽引電流，閉合或斷開牽引供電回路會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重的后果。通常將接觸網(wǎng)、鋼軌回路（包括大地）、饋電線和回流線統(tǒng)稱為牽引網(wǎng)。1.2 牽引變電站發(fā)展概況1.2.1單相結(jié)線牽引變電站原理電路圖如圖（1-1）所示。牽引變電站裝設(shè)兩臺單相結(jié)線牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運(yùn)行，也可以一臺運(yùn)行，另一臺備用。牽

13、引變壓器的原邊只接入三相電力系統(tǒng)中的兩相；副邊一端與牽引側(cè)母線連接，另一端與軌道及接地網(wǎng)連接。牽引變電站兩供電臂由同一相供電（圖中為ab）。牽引負(fù)載對電力系統(tǒng)而言屬于純單相負(fù)載。單相結(jié)線牽引變電站的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器的容量利用率（額定輸出容量與額定容量之比值）可達(dá)100%；主接線簡單，設(shè)備少，占地面積小，投資省等。其缺點(diǎn)是：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電站三相負(fù)荷用電；對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響大；對接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)兩邊供電。所以這種結(jié)線只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠的由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合。另外，單相牽引變壓器要按全絕緣設(shè)計(jì)制造。abcu圖1-1 單相結(jié)線牽引變電站的原

14、理電路圖1.2.2 三相結(jié)線牽引變電站這種牽引變電站中裝設(shè)兩臺三相結(jié)線牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺運(yùn)行，另一臺備用。其原理電路和相量關(guān)系分別如圖（1-2）優(yōu)點(diǎn)：是牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電站自用電和地區(qū)三相電力。在兩臺牽引變壓器并聯(lián)運(yùn)行的情況下，當(dāng)一臺停電時，供電不會中斷，運(yùn)行可靠方便。能很好的適應(yīng)山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負(fù)載不均衡的特點(diǎn)。三相結(jié)線變壓器再我國采用的時間長，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對簡單，價格也比較便宜。原邊接線中性點(diǎn)可以引出接地，原邊繞組可按分級絕緣設(shè)計(jì)制造，與 電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)主要是牽引變壓器容量不能得到充分的利

15、用。另外與單相結(jié)線牽引變壓器的牽引變電站相比，主接線要復(fù)雜一些，用的設(shè)備，工程投資也比較多，維護(hù)，檢修工作量及相應(yīng)的費(fèi)用也有所增加。圖1-2 三相結(jié)線牽引變壓器原理電路圖1.2.3 采用結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器的牽引變電站這種牽引變電站中裝設(shè)兩臺結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器，可以兩臺并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺運(yùn)行，另一臺備用。結(jié)線阻抗匹配平衡牽引變壓器是20世紀(jì)90年代初我國研制成功的。這種牽引變壓器原邊情況與普通三像結(jié)線變壓器原邊情況完全相同，鐵芯也是三像芯式的。其主要特點(diǎn)是通過伏辯繞組三角形接線的結(jié)構(gòu)和阻抗的改變，實(shí)現(xiàn)將三像對稱電壓變換成兩像對稱電壓。繞組接線圖和電壓相量圖。圖1-3 結(jié)線平衡變壓器繞組

16、接線1.3 本次設(shè)計(jì)的目的及意義當(dāng)今社會鐵路在國民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來越重要的角色關(guān)系著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和老百姓的生活，但由于近年來原料價格的上漲、油價飚升和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對鐵路的要求越來越高，在鐵路中使用的內(nèi)燃機(jī)效率低下、成本高、污染嚴(yán)重，同時國家頒布了中長期鐵路網(wǎng)規(guī)范要求在2020年鐵路的電化率要達(dá)到50%大力開通城際列車、重載貨運(yùn)列車使用的技術(shù)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。因此興建電氣化鐵路是完全適合我國當(dāng)前的社會發(fā)展。作為電氣化鐵路的重要建筑。牽引變電站承擔(dān)了降壓、變相和向電氣化列車供電的任務(wù)。所以設(shè)計(jì)一座布局合理、效率和容量利用律高、安全、工作可靠、造價低廉的牽引變電站作為本次設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。1

17、.4 主要完成的工作根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行電氣化鐵路牽引變電站一次系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)國家和鐵路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行原始資料收集和數(shù)據(jù)的采集（區(qū)間全運(yùn)行時分t,用電運(yùn)行時分；區(qū)間牽引能耗a；電氣化區(qū)段上、下行單元（每千米）能耗。主接線方式：全橋接線，擁有兩路110kv電源（兩種方案比較）短路電流的結(jié)算：110kv側(cè)，27.5kv側(cè)電氣設(shè)備選擇：110kv側(cè)，27.5kv側(cè)變壓器臺數(shù)及容量：兩臺（16000kv*a）一臺工作，一臺備用互感器的選擇：110kv側(cè)，27.5kv側(cè)防雷與接地：合適的接地，合適的避雷器（110kv和27.5kv）第2章 負(fù)荷計(jì)算及變壓器的選擇2.1 基本參數(shù)2.1.1

18、上、下行線基本參數(shù)雙線區(qū)段采用上，下行并聯(lián)供電方式。供電臂1 n=2.8 n=94對/天 =133對/天供電臂2 n=3.18 n=77對/天 =126對/天供電臂1和2內(nèi)，各列車距饋電點(diǎn)和其他資料如圖（2.1）和表（2.1） 供電臂1l=28kmmm供電臂2l=29.3km上下上下圖2-1 供電原理圖表2-1 計(jì)算原始資料供電臂12列車全部運(yùn)行時間t(min)上行25.227.5下行20.124.4列車用電運(yùn)行時間tu(min)上行16.715.8下行15.219.6列車在t(tu)內(nèi)的能耗(kv*a)上行970852下行8569672.2 負(fù)荷計(jì)算計(jì)算供電臂1，2的基本參數(shù)供電臂 1：供電

19、臂2：對于雙線區(qū)段：并聯(lián)供電方式的上，下行饋線電流。上，下行饋線平均電流為 ： (1-1) (1-2)計(jì)算雙線區(qū)段上下行饋線總電流。上下行饋線總平均電流為（a）上下行饋線總有效電流為 (a) (1-3)可采用簡化公式，即 （a）式中 (1-4)上下行饋線總有效電流也可簡化為 (1-5)式中n,p都為雙線上下行總的追蹤間隔數(shù)和列車用電平均概率。按以上計(jì)算出的基本參數(shù)與計(jì)算圖，則可用式（2.39）計(jì)算供電臂1，2的平均電流。計(jì)算公式如下：(a)(a)供電臂1，2有效電流的計(jì)算供電臂1，2的有效電流，通常用（2.40）計(jì)算?，F(xiàn)已簡化的式（2.41）或式（2.42）計(jì)算，即 (1-6)或供電臂1的有效

20、電流為而式中，則 （a）供電臂2的有效電流為而式中，則（a）2.3 變壓器選擇2.3.1 選擇變壓器的基本原則主變壓器是供電系統(tǒng)和牽引變電所的重要電氣設(shè)備，它的類型和結(jié)構(gòu)是由整個供電系統(tǒng)和供電方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)方案的全面比較確定的。按照對電氣主接線的構(gòu)成產(chǎn)生影響的情況，不同主變壓器的類型和臺數(shù)一般考慮不同。主變壓器總?cè)萘康倪x擇按設(shè)計(jì)規(guī)程的計(jì)算條件，通過供電系統(tǒng)的電計(jì)算進(jìn)行。2.3.2 變壓器選擇1.選用兩臺三相yn d11結(jié)線變壓器當(dāng)選則 型牽引變電器作為主變壓器時，他的計(jì)算容量為：有以上計(jì)算，可知，故得變壓器計(jì)算容量s為：（kva）校核容量為對于得重負(fù)荷供電臂列車用電平均概率為按雙線有上行車或

21、有下行車得概率為由p查附錄c圖c-5，可得重負(fù)荷臂最大電流為其中，對應(yīng)于得輕負(fù)荷供電臂得有效電流已知 故故得最大容量為（kva）校核容量為（kva）k為牽引變壓器的過負(fù)荷倍數(shù)，取k=1.5。變壓器得的安裝容量將計(jì)算容量和校核容量進(jìn)行比較，并結(jié)合采用固定備用方式和系列產(chǎn)品，選用三相 結(jié)線變壓器的安裝容量為kva。2.當(dāng)采用平衡變壓器時平衡變壓器有三種類型分別為（kva） (1-7)當(dāng)，帶入（2.65），可得 結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器的計(jì)算容量為 (1-8)將帶入得當(dāng)，帶入（2.65），可得非阻抗匹配 結(jié)線平衡變壓器的計(jì)算容量為 (1-9)將帶入得平衡變壓器得校核容量設(shè)和分別為按牽引變壓器校核容量得

22、計(jì)算條件確定的兩供電臂最大電流，其中（a）。于是求對于得輕負(fù)荷供電臂列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車得概率為由p查附錄c圖c-5，可得重負(fù)荷臂最大電流為求得其中，（a）則，則比照式（2.65）得結(jié)線平衡變壓器得最大容量為則比照式（2.65）得結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器得最大容量為校核容量為（kva）k為牽引變壓器的過負(fù)荷倍數(shù)，取k=1.5。則比照式（2.67）得非阻抗匹配平衡變壓器得最大容量為校核容量為（kva）k為牽引變壓器的過負(fù)荷倍數(shù)，取k=1.5。變壓器得的安裝容量將計(jì)算容量和校核容量進(jìn)行比較，并結(jié)合采用固定備用方式和系列產(chǎn)品，選用三相結(jié)線變壓器的安裝容量為kva。2.3.3確定牽

23、引變壓器的型號和容量對比平衡變壓器和 結(jié)線變壓器的安裝容量在相同情況下平衡變壓器的安裝容量小于 結(jié)線變壓器，所以選擇平衡變壓器。但是平衡變壓器有三種類型對三種變壓器的電壓損失進(jìn)行比較從而選擇最合適的主變壓器。結(jié)線平衡變壓器電壓損失 引前相 滯后相結(jié)線阻抗匹配平衡變壓器電壓損失 引前相滯后相其中和可以取36.9或34.9所以選擇兩臺16000kva容量的sf-pqy16mva/110kv鐵道平衡牽引變壓器。第3章 電氣主接線的選擇3.1 選擇的基本選擇電氣主接線應(yīng)滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性三項(xiàng)基本要求：1、 靈活性主接線的靈活性主要表現(xiàn)在正常運(yùn)行或故障情況下都能迅速改變接線方式，具體情況如下：

24、滿足調(diào)度正常操作靈活的要求，調(diào)度員根據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，能方便、靈活地切除或投入線路、變壓器或無功補(bǔ)償裝置，使電力系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)、最安全的運(yùn)行狀態(tài)。 滿足輸電線路、變壓器、開關(guān)設(shè)備停電檢修或設(shè)備更換方便靈活的要求。設(shè)備停電檢修引起的操作，包括本站內(nèi)的設(shè)備檢修和系統(tǒng)相關(guān)的廠、站設(shè)備檢修引起的站內(nèi)的操作是否方便靈活。 滿足接線過渡的靈活性。一般變電站都是分期建設(shè)的，從初期接線到最終接線的形成，中間要經(jīng)過多次擴(kuò)建。主接線設(shè)計(jì)要考慮接線過渡過程中停電范圍最少，停電時間最短，一次、二次設(shè)備接線的改動最少，設(shè)備的搬遷最少或不進(jìn)行設(shè)備搬遷。 滿足處理事故的靈活性。變電所內(nèi)部或系統(tǒng)發(fā)生故障后，能迅速地隔離故

25、障部分，盡快恢復(fù)供電操作的方便和靈活性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。2、可靠性根據(jù)變電所的性質(zhì)和在系統(tǒng)中的地位和作用不同，對變電所的主接線可靠性提出不同的要求。主接線的可靠性是接線方式和一次、二次設(shè)備可靠性的綜合。對主接線可以作定量的計(jì)算，但需要各種設(shè)備的可靠性指標(biāo)、各級線路、母線故障率等原始數(shù)據(jù)。一般情況下，在主接線設(shè)計(jì)時尚缺乏準(zhǔn)確的可靠性計(jì)算所需的原始資料，而且計(jì)算方法各異，也不成熟，故通常不作定量計(jì)算，其結(jié)果也只能作參考。通常采用定性分析來比較各種接線的可靠性。3、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性是在滿足接線可靠性、靈活性要求的前提下，盡可能地減少與接線方式有關(guān)的投資。主要內(nèi)容如下：1）采用簡單的接線方式，少用設(shè)備

26、，節(jié)省設(shè)備上的投資。在投產(chǎn)初期回路數(shù)較少時，更有條件采用設(shè)備用量較少的簡化接線。能緩裝的設(shè)備，不提前采購裝設(shè)。2）在設(shè)備型式和額定參數(shù)的選擇上，要結(jié)合工程情況恰到好處，避免以大代小、以高代低。3）在選擇接線方式時，要考慮到設(shè)備布置的占地面積大小，要力求減少占地，節(jié)省配電裝置征地的費(fèi)用。3.2 電氣主接線設(shè)計(jì)依據(jù) 1、 變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模變電所根據(jù)十幾年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般裝設(shè)兩臺主變壓器；當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時，330500kv樞紐變電所也可裝設(shè)34臺主變壓器；終端或分支變電所如只有一個電源時，可只裝設(shè)一臺主變壓器。2、 變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用電力系統(tǒng)中的變電所有系統(tǒng)樞

27、紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所三種類型。一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個大電源，進(jìn)行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為330500kv；地區(qū)重要變電所，電壓為220330kv；一般變電所多為終端和分支變電所，電壓為110kv，但也有220kv。3、 負(fù)荷大小和重要性對于一級負(fù)荷必須有兩個獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個電源失去后，能保證對全部一級負(fù)荷不間斷供電。對于二級負(fù)荷一般要有兩個獨(dú)立電源供電，且當(dāng)任何一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負(fù)荷的供電。4、 系統(tǒng)備用容量大小裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，其中一臺事故斷開，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所70%的全部負(fù)荷，在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時間內(nèi)

28、，應(yīng)保證一級和二級負(fù)荷。系統(tǒng)備用容量的大小將會影響運(yùn)行方式的變化。例如：檢修母線或斷路器時，是否允許線路、變壓器停運(yùn)；故障時允許切除的線路、變壓器的數(shù)量等。設(shè)計(jì)主接線時應(yīng)充分考慮這個因素。3.3 各電壓等級母線的選擇方案一：圖3-1 電氣接線圖1方案二：圖3-2 電氣接線圖2經(jīng)過比較接線方式二比一結(jié)構(gòu)簡單切換方便投資少，所以決定采用接線方式二作為本次設(shè)計(jì)的主線方式。第4章 最大持續(xù)工作電流及短路電流的計(jì)算4.1 最大持續(xù)工作電流4.1.1 110kv側(cè)回路110kv側(cè)的最大持續(xù)工作電流為：（a）4.1.2 27.5kv側(cè)回路27.5kv側(cè)的最大持續(xù)工作電流為：（a）4.2 短路電流的計(jì)算4.2

29、.1 基本參數(shù)變電站距供電地點(diǎn)的距離為60km，單位阻抗為0.4/km，已知變壓器的電壓百分值，取基準(zhǔn)值mva。4.2.2 阻抗標(biāo)幺值折算當(dāng)已知輸電線路的長度l，每公里電抗，線路所在區(qū)段的平均電壓時，即可求出基準(zhǔn)標(biāo)幺電抗 (1-10)已知變壓器的電壓百分值，由其定義可知： (1-11)在忽略變壓器電阻時上式變?yōu)槭街?，為變壓器的?biāo)幺額定電抗。式是變壓器額定標(biāo)幺值與百分值之間的關(guān)系。由標(biāo)幺值額定計(jì)算公式得變壓器的電抗基準(zhǔn)標(biāo)幺值為 (1-12)4.2.3 110kv側(cè)短路點(diǎn)短路電流的計(jì)算1、短路計(jì)算 側(cè)（1） 首先應(yīng)該取短路點(diǎn)，按照分析可以把所有設(shè)備的計(jì)算歸算到110kv和27.5kv側(cè)，因此只取兩

30、個短路點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算即可。（2） 先計(jì)算側(cè):取, mva。計(jì)算各線路和變壓器的阻抗標(biāo)幺值. 從到變電站t可以經(jīng)由兩條路線.t所110kv線路一的等效電路如下圖3.1所示：ll0t所圖4.1 等效電路圖l0：所以線路一的總阻抗為：即正常運(yùn)行時的總阻抗為0.1815線路二的等效電路與電路一相同這里不做過多敘述。把sc當(dāng)成無限大容量的電源.那么取e*=1， （ka）110kv電網(wǎng)沖擊系數(shù)取 沖擊電流為 ：（ka）短路電流最大有效值為： （ka）4.2.4 27.5kv側(cè)短路點(diǎn)短路電流的計(jì)算短路計(jì)算側(cè)變壓器的阻抗計(jì)算方法同上。取最大值計(jì)算 27.5kv電網(wǎng)沖擊系數(shù)取 沖擊電流短路電流最大有效值為： 4.2

31、.5 最大持續(xù)電流及短路電流計(jì)算結(jié)果匯總表4-1 最大持續(xù)工作電流變壓器回路（kv）最大持續(xù)工作電流（a）110109.174927.5436.6996表4-2 短路電流變壓器回路（kv）（ka）（ka）（ka）（ka）1100.5022.76587.03964.452927.52.0992.50526.0224.0333第5章 主要電氣設(shè)備選擇5.1 電氣設(shè)備的選擇的基本原則5.1.1 按正常工作條件進(jìn)行選擇1、按正常工作條件選擇電氣設(shè)備（1） 額定電壓選擇在選擇電氣設(shè)備時，必須使電氣裝置地點(diǎn)電路的最大工作電壓不超過電氣設(shè)備的最高工作電壓，才能保證在正常運(yùn)行情況下電器的絕緣不致破壞。即（2）

32、 按額定電流選擇在選擇電器時，為使發(fā)熱不超過允許溫度，就必須保證電器的額定電流不小于電器所在電路中最大連續(xù)工作電流，即式中：電氣設(shè)備的長期允許電流值電路的最大長期工作電流各電路的最大長期工作電流的計(jì)算見下表：2、按短路情況校驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定（3） 短路計(jì)算點(diǎn)的選擇（見前）（4） 短路計(jì)算時間的確定短路的計(jì)算時間就是短路電流通過所選擇電氣設(shè)備的時間，它等于被校驗(yàn)電氣設(shè)備所在電路的主保護(hù)動作時間與該電路內(nèi)斷路器斷路時間之和，即 而 (s)斷路器的固有動作時間電弧持續(xù)時間空氣斷路器=0.010.02s 多油或少油斷路器=0.020.04s3、短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定條件為電器斷路時允許的發(fā)熱量，制造廠常

33、以內(nèi)允許通過電流所產(chǎn)生的熱量來表示，時間t通常定為5s或10s，新斷路器為4s短路電流所產(chǎn)生的熱量由于; 故有：4、動穩(wěn)定校驗(yàn)電器的動穩(wěn)定度由制造廠規(guī)定的極限通過電流峰值表示，它也稱為電器的動穩(wěn)定電流，在運(yùn)行中，可能通過的最大電流是回路中可能發(fā)生的三相短路電流最大沖擊值，因此校驗(yàn)電器的動穩(wěn)定時需滿足：或式中：、電器極限通過電流峰值和有效值、短路沖擊電流及其有效值5、由第四章中最大持續(xù)工作電流和短路電流的列表（）知110kv側(cè)的最大持續(xù)工作電流為（a），（a）。27.5kv側(cè)的最大持續(xù)工作電流為（a），（a）。依據(jù)電壓和電流作為選擇電氣設(shè)備的初級標(biāo)準(zhǔn)。5.2 母線的選擇5.2.1 110kv側(cè)母

34、線的選擇一、110kv側(cè)母線采用硬母線(1) 按最大長期工作電流選擇母線截面根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應(yīng)使最大長期工作電流小于，即；最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮，則 （a） 由電力牽引供變電技術(shù)附錄二附表3查出鋁母線（lmy型）153的允許載流量為156a（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流，故初選153=45mm2截面的鋁母線（單條平放）。(2) 校驗(yàn)?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負(fù)荷時的溫度=短路電流計(jì)算時間一般高壓系統(tǒng)中，本次計(jì)算中取0.064。短路電流熱效應(yīng)： 由，在電力牽引供變電技術(shù)圖6.6中查得鋁曲線在電力牽引供變電技術(shù)中查表6.6可得，對應(yīng)鋁母線曲線的縱坐標(biāo)為

35、，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。(3)校驗(yàn)?zāi)妇€的機(jī)械穩(wěn)定性沖擊電流（ka）三相短路時相間電動力為：母線平放及水平排列時，其抗彎模量為：母線的計(jì)算應(yīng)力： 由電力牽引供變電技術(shù)表6.4鋁母線的允許應(yīng)力為，滿足機(jī)械穩(wěn)定性。5.2.2 27.5kv側(cè)母線的選擇二、27.5kv側(cè)母線選用矩形鋁母線（室內(nèi)選硬母線、室外選軟母線）(1) 按最大長期工作電流選擇母線截面由電力牽引供變電技術(shù)附錄二附表3查出鋁母線404的允許載流量為456a（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流，故初選404=160mm2截面的鋁母線（單條平放）。(2) 校驗(yàn)?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負(fù)荷時的溫度=短路電流計(jì)算時間一般高壓

36、系統(tǒng)中，本次計(jì)算中取0.064。短路電流熱效應(yīng)： 由，在電力牽引供變電技術(shù)圖6.6中查得鋁曲線在電力牽引供變電技術(shù)中查表6.6可得，對應(yīng)鋁母線曲線的縱坐標(biāo)為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。(3)校驗(yàn)?zāi)妇€的機(jī)械穩(wěn)定性沖擊電流（ka）三相短路時相間電動力為：母線平放及水平排列時，其抗彎模量為：母線的計(jì)算應(yīng)力： 由電力牽引供變電技術(shù)表6.4鋁母線的允許應(yīng)力為，滿足機(jī)械穩(wěn)定性。5.3 斷路器的選擇5.3.1 110kv側(cè)斷路器的選擇一、110kv側(cè)斷路器選用sw4-110/1000型戶外式少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-1： 表5-1 110kv側(cè)斷路器型號額定電壓（kv）額定電流（a）極限通過

37、電流有效值 峰值熱穩(wěn)定電流（ka）4ssw6-110/1200110100032ka 55ka21對所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)樵撔吞枖嗦菲?滿足要求 滿足要求 滿足要求滿足要求滿足要求所以，該型號戶外高壓斷路器滿足要求5.3.2 27.5kv側(cè)斷路器的選擇二、27.5kv側(cè)選用ln1-27.5型的六氟化硫斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-2：表5-2 27.5kv側(cè)斷路器型號額定電壓（kv）額定電流（a）極限通過電流有效值 峰值熱穩(wěn)定電流（ka）4sln1-27.5 25 60014.5ka 25ka 8.5對所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)樵撔吞枖嗦菲?滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求 所以，

38、該型號戶內(nèi)高壓斷路器滿足要求5.4 隔離開關(guān)的選擇5.4.1 110kv側(cè)隔離開關(guān)的選擇一、(1) 110kv側(cè)帶接地刀閘隔離開關(guān)選用gw5-110g/630型，技術(shù)參數(shù)見表5-3：表5-3 110kv隔離開關(guān)型號額定電壓（kv）額定電流（a）極限通過電流有效值 峰值4s熱穩(wěn)定電流（ka）操作機(jī)構(gòu)gw5-110g/63011063029 50ka20cj-6對所選的隔離開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)?滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求所以，該型號高壓隔離開關(guān)滿足要求(2) 110kv側(cè)隔離開關(guān)選用gw4-110/600型技術(shù)參數(shù)見表5-4：表5-4 110kv隔離開關(guān)型號額定電壓（kv）額定電流（a）極

39、限通過電流有效值 峰值4s熱穩(wěn)定電流（ka）操作機(jī)構(gòu)gw5-110/63011063029 50ka20cj-6對所選的隔離開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)?滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求所以，該型號高壓隔離開關(guān)滿足要求5.4.2 27.5kv側(cè)隔離開關(guān)的選擇二、(1) 27.5kv側(cè)帶接地刀閘隔離開關(guān)選用gw2-35gd/600型，其技術(shù)參數(shù)見表5-5：表5-5 27.5kv隔離開關(guān)型號額定電壓（kv）額定電流（a）極限通過電流有效值 峰值熱穩(wěn)定電流（ka）5sgw2-35gd/60035600- 50ka14對所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)樵撔吞柛綦x開關(guān) 滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求所以該型號

40、高壓隔離開關(guān)滿足要求(2) 27.5kv側(cè)隔離開關(guān)選用gn2-35/600型，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表3-5：表5-6 27.5kv隔離開關(guān)型號額定電壓（kv）額定電流（a）極限通過電流有效值 峰值熱穩(wěn)定電流（ka）5sgn235/6003560030ka 64ka25對所選的斷路器進(jìn)行校驗(yàn)因?yàn)樵撔吞柛綦x開關(guān) 滿足要求 滿足要求 滿足要求 滿足要求所以該型號高壓隔離開關(guān)滿足要求5.5 互感器的選擇5.5.1 電流互感器的選擇1）按一次回路額定電壓選擇電流互感器的一次額定電壓必須大于電流互感器安裝處的電網(wǎng)額定電壓，即 2）按一次回路額定電流選擇 電流互感器的一次額定電流應(yīng)滿足 式中：、分別為電流互感器的一

41、次側(cè)額定電流和安裝處一次回路最大工作電流；3）電流互感器的準(zhǔn)確級和額定容量的選擇其準(zhǔn)確度和額定容量應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來確定。為保證足夠的準(zhǔn)確度，其準(zhǔn)確度不得低于二次負(fù)載的準(zhǔn)確級或二次負(fù)載所要求的準(zhǔn)確級。如裝于重要回路中的電度表或計(jì)費(fèi)用的電度表一般采用0.5-1級，相應(yīng)電流互感器至少是0.5級；供運(yùn)行監(jiān)視、供電電能的電度表一般采用1-1.5級 的；相應(yīng)互感器應(yīng)為1級；供繼電保護(hù)或供只需估計(jì)電參數(shù)的儀表用的電流互感器一般采用3級即可。注意1.電流互感器工作時其二次側(cè)不得斷開；2.二次側(cè)有一端子必須接地；3.接地時必須注意端子的極性。一、(1) 110kv側(cè)選用lcw110型瓷絕緣戶外式電流互感器，電流

42、比為100/5，其具體技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-7：表5-7 110kv電流互趕器感型號額定電壓額定電流比準(zhǔn)確級次1秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)lcw110110kv100/5a0.5、175150由電力牽引供變電技術(shù)附錄二表13查得對應(yīng)的額定容量為30v.a，熱穩(wěn)定倍數(shù),電動力穩(wěn)定倍數(shù)，其中0.5級用于測量，3級用于保護(hù)。(2)每相互感器二次負(fù)荷列于下表中，據(jù)此進(jìn)行二次負(fù)載的計(jì)算與校驗(yàn)。表5-8 電流互感器二次負(fù)載統(tǒng)計(jì)表儀表名稱 二次負(fù)荷（v.a） a相 b相 c相電流表（iti-a型）有功功率表（idi-w）有功瓦時計(jì)（dsi）總 計(jì) 3 1.45 1.45 0.5 0.5 1.95 3 1.95由最大一

43、相（b相）負(fù)載為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取則可得導(dǎo)線電阻為 銅導(dǎo)線，,則其截面因此，選擇截面為的銅導(dǎo)線，可滿足要求。(3校驗(yàn)熱穩(wěn)定性 滿足熱穩(wěn)定性要求(4)按的條件校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機(jī)械應(yīng)力： 設(shè)相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離則作用于瓷套帽上的機(jī)械應(yīng)力為 ：說明互感器對機(jī)械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的lcw110型電流互感器能滿足要求。二、(1) 27.5kv側(cè)選用型油浸絕緣電流互感器，電流比為100/5，其具體技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-9：表5-9 27.5kv電流互趕器感型號額定電壓額定電流比準(zhǔn)確級次1秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)27.5kv400/5a1/10p1100141

44、由電力牽引供變電技術(shù)附錄二表13查得對應(yīng)的額定容量為，熱穩(wěn)定倍數(shù),電動力穩(wěn)定倍數(shù)(2)每相互感器二次負(fù)荷列于下表中，據(jù)此進(jìn)行二次負(fù)載的計(jì)算與校驗(yàn)。表5-10 電流互感器二次負(fù)載統(tǒng)計(jì)表儀表名稱 二次負(fù)荷（v.a） a相 b相 c相電流表（iti-a型）有功功率表（idi-w）有功瓦時計(jì)（dsi）總 計(jì) 3 1.45 1.45 0.5 0.5 1.95 3 1.95由最大一相（b相）負(fù)載為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取則可得導(dǎo)線電阻為： 銅導(dǎo)線，,則其截面因此，選擇截面為的銅導(dǎo)線，可滿足要求。(3校驗(yàn)熱穩(wěn)定性 滿足熱穩(wěn)定性要求(4)按的條件校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機(jī)械應(yīng)力： 設(shè)相間距離，互感

45、器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離，則作用于瓷套帽上的機(jī)械應(yīng)力為 ：說明互感器對機(jī)械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的lzbj1-27.5型油浸絕緣電流互感器能滿足要求。5.5.2 電壓互感器的選擇1)電壓互感器的種類和型式選擇電壓互感器的種類和型式應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)和使用條件選擇。如根據(jù)安裝地點(diǎn)確定采用戶內(nèi)式還是戶外式；根據(jù)電網(wǎng)電壓級別、使用條件確定電壓互感器相數(shù)、絕緣方式等。一般電壓級別低時，如在3-6kv系統(tǒng)，多用干式電壓互感器；當(dāng)電壓在6-35kv級別時，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；110kv以上的電壓級別，采用串級式電壓互感器等。2)按一、二次回路電壓選擇 為確保電壓互感器安全可靠長期工作和在

46、規(guī)定的準(zhǔn)確度級別下運(yùn)行，要求電壓互感器所接電網(wǎng)電壓不超過也不低于互感器一次額定電壓的10%，而電網(wǎng)電壓變動一般不會超出電網(wǎng)額定電壓的10%，因此可按下式確定電壓互感器一次額定電壓，即： 式中： 、分別為電壓互感器一次側(cè)額定電壓和互感器安裝處電網(wǎng)的額定電壓；電壓互感器二次側(cè)額定電壓應(yīng)符合測量儀表或繼電器的額定電壓，一般為100v或 3)根據(jù)負(fù)載確定互感器接線方式、容量和準(zhǔn)確度級 電壓互感器的準(zhǔn)確度級的選擇與電流互感器相同。 為保證電壓互感器在所要求的準(zhǔn)確級下工作，電壓互感器的額定二次容量應(yīng)不小于互感器的二次負(fù)載容量，即： 式中： 、分別為每相互感器的額定二次容量和其所承擔(dān)的二次負(fù)荷總?cè)萘浚╲a）

47、。 由于電壓互感器是并接在主回路中，當(dāng)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效驗(yàn)短路的穩(wěn)定性。當(dāng)電壓在110kv及以上時，一般不采用鋼箱瓷套管結(jié)構(gòu)式的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)使互感器笨重，且造價昂貴。此時，采用單相串級結(jié)構(gòu)，并以瓷箱代替鋼箱，可以使體積減小、重量減輕，并降低造價。3) 注意 1.防止二次側(cè)短路；2.二次側(cè)一端必須接地。(1) 對于戶外高壓電壓互感器選用型戶外串級電壓互感器供繼電保護(hù)用的電壓互感器的選擇：準(zhǔn)確級為3級。供110kv側(cè)運(yùn)行監(jiān)視用的電壓互感器選擇：準(zhǔn)確級11.5級。其具體技術(shù)參數(shù)見表3-15:表5-10 110kv電壓互趕器感型號額定電壓（kv）額定容量

48、（v.a）最大容量（v.a） 原線圈 副線圈1級 2級 3級 300 500 500 2000 由于電壓互感器裝于110kv側(cè)只是用于電壓監(jiān)視，并不需要起保護(hù)作用，因?yàn)槿绻?10kv側(cè)發(fā)生故障或事故是，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護(hù)裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用型準(zhǔn)確級1級，額定容量500v.a的電壓互感器便可以滿足要求。(2) 27.5kv側(cè)選用jdjj-35型的單相帶接地保護(hù)的油浸式電壓互感器供繼電保護(hù)用的電壓互感器的選擇：準(zhǔn)確級為3級。 供計(jì)費(fèi)用的電壓互感器的選擇：型號同上，但準(zhǔn)確級為0.5級。表5-11電壓互感器具體技術(shù)參數(shù)型號額定電壓（kv）額定容量（v.a）最大容量（v.a

49、）原線圈副線圈1級 2級 3級jdjj-35150 250 6001200由于電壓互感器裝于27.5kv側(cè)不僅要用于電壓監(jiān)視，而且還要起到保護(hù)作用，用于保護(hù)牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準(zhǔn)確級需要3級，因此選用jdjj-35型準(zhǔn)確級3級，額定容量600v.a的電壓互感器可以滿足要求。5.6高壓熔斷器的選擇和校驗(yàn)熔斷器是用以切斷過載電流和短路電流，選擇熔斷器時首先應(yīng)根據(jù)裝置地點(diǎn)和使用條件確定種類和型式；對于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需要按額定電壓和斷流容量兩項(xiàng)來進(jìn)行選擇。27.5kv側(cè)高壓熔斷器選用rw5-35z型戶外高壓熔斷器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-12：表5-12 27.5kv高壓熔

50、斷器型號額定電壓（kv）最大斷流容量（mva）rw5-35z35400因?yàn)?滿足電壓要求最大斷流容量滿足開斷能力所以該型號高壓熔斷器滿足要求 5.7 避雷器的選擇一 避雷器的選擇1) 選用避雷器必須滿足的要求是：避雷器的vs特性，va特性要分別與被保護(hù)設(shè)備的vs特性和va特性正確配合；避雷器的滅弧電壓與安裝地點(diǎn)的最高工頻相電壓應(yīng)正確的配合。這樣即使在系統(tǒng)發(fā)生一相接地故障的情況下，避雷器也可能接地滅共頻續(xù)電流電弧，避免避雷器發(fā)生爆炸。2) 選用管型避雷器時應(yīng)注意管型避雷器不能用作有繞組的電氣設(shè)備的過電壓保護(hù)，而只用與線路，發(fā)電廠和變電站進(jìn)線的保護(hù)；管型避雷器遮斷電流的上限應(yīng)不小于安裝處短路電流的最大值，下限不大于安裝處短路電流的最小值。3) 閥型避雷器分普通和磁吹型兩大類