電氣化鐵道供電系統(tǒng)課程設計

1、電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計課程設計報告班 級： 電氣081班 學 號： 200809043 姓 名： 指導教師： 評語： 2011 年 12 月 30 日1、 題目 某牽引變電所位于大型編組站內(nèi)，向兩條復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10000kva（三相變壓器），并以10kv電壓給車站電力照明機務段等地區(qū)負荷供電，容量計算為3750kva，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，。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輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的中間，送電線距離15k

2、m，主變壓器為三相接線。二、 題目分析及解決方案框架確定由上述資料可知，本牽引變電所擔負著重要的牽引負荷供電任務（一級負荷）、饋線數(shù)目多、影響范圍廣，應保證安全可靠的供電。10千伏地區(qū)負荷主要為編組站自動化駝峰、信號自動閉塞、照明及其它自動裝置等一部分為一級負荷、其他包括機務段在內(nèi)均為二級負荷，應有足夠可靠性的要求。本變電所為終端變電所，一次側(cè)無通過功率。三相牽引變壓器的計算容量是由牽引供電計算求出的。本變電所考慮為固定備用方式，按故障檢修時的需要，應設兩臺牽引用主變壓器，地區(qū)電力負荷因有一級負荷，為保證變壓器檢修時不致斷電，也應設兩臺。根據(jù)原始資料和各種負荷對供電可靠性要求，主變壓器容量與臺

3、數(shù)的選擇，可能有以下兩種方案：方案a:2×10000千伏安牽引變壓器+2×6300 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b:2×15000千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。 三、設計過程 3.1牽引變電所110kv側(cè)主接線設計按110 kv進線和終端變電所的地位，考慮變壓器數(shù)量，以及各種電壓級饋線數(shù)目、可靠供電的需要程度選擇結(jié)線方式。1

4、10kv3b6300kva1b10000kva4b6300kva2b1000kva10kv25kv 圖1(a)方案一主接線 圖1(b)方案二主接線 （1）對于上述方案a，因有四臺變壓器，考慮110 kv母線檢修不致全部停電，采用單母線用斷路器分段的結(jié)線方式，如圖1（a），每段母線連接一臺牽引變壓器和地區(qū)變壓器。由于牽引饋線斷路器數(shù)量多，且檢修頻繁，牽引負荷母線采用帶旁路母線放入單母線分段（隔離開關分段）結(jié)線方式，10 kv地區(qū)負荷母線同樣采用斷路器分段的單母線結(jié)線系統(tǒng)。自用電變壓器分別接于10 kv兩段母線上（兩臺）。（2）對于方案b，共用兩臺三繞組主變壓器、兩回路110 kv進線，線路太長，

5、但是應有線路繼電保護設備，故以采用節(jié)省斷路器數(shù)量的內(nèi)橋結(jié)線較為經(jīng)濟合理，如圖1（b）。牽引負荷母線結(jié)線和10千伏母線結(jié)線與方案（a）的結(jié)線相同。3.2 牽引變壓器計算（1）牽引變壓器不對稱系數(shù)的計算（a）由已知牽引負荷容量，25kv側(cè)額定電流及每饋電區(qū)電流、，見圖2（a），分別為： （1） （2） （因電流不對稱引入的系數(shù)k=0.655） 圖2(a)形繞組中電流分配兩饋電區(qū)電流在形繞組中分配后，每相繞組電流為 （3） （4） （5）電流與電壓的相量關系如圖2（b）其中以為基準相。 圖2（b）每相牽引負荷電流與電壓向量圖10千伏電壓側(cè)為三相對稱負荷，設cos=0.9則其額定電流和形繞組中每相電流

6、分別為： （6） （7） （8） （9）110kv高壓繞組中的電流，不計勵磁電流時，即為負荷電流歸算到高壓側(cè)的值。對于方案（a）僅考慮牽引負荷 (10) （11） （12)對于方案（b），應為牽引負荷與地區(qū)負荷電流相量和，其值為： （13） （14） （15）其中電壓變換系數(shù) 。b）高壓110千伏繞組中的阻抗壓降，已知參數(shù)為：三繞組16000千伏安變壓器 雙繞組10000千伏安變壓器 按式(16)和(17)分別求得高壓繞組的電阻及電抗為： （16） （17）三繞組變壓器 雙繞組變壓器 高壓各相繞組阻抗壓降，由各相阻抗壓降三角形可知：對于三繞組變壓器， （18） （19） （20）對于雙繞組變壓

7、器， （21） （22） （23）(c）高壓110 kv繞組感應電勢（e）及不對稱系數(shù)，按下式計算: 其中： （24） （25） （26）正序分量 ： 負序分量 ： 電壓（勢）不對稱系數(shù) ： 將各方案計算結(jié)果如表1所示。 表1 各主接線方案技術(shù)參數(shù)計算結(jié)果方案單位（kv）百分值a4.2%b2.54%從上述比較可知，在保證電壓質(zhì)量方面，方案（a）和方案（b）的值在允許范圍以內(nèi)。（2）變壓器與配電裝置的一次投資與折舊維修費方案a：變壓器四臺，多增加110kv斷路器四組，按sw3-110少油斷路器計算，共需（以萬元計） (27) （每組斷路器包括斷路器及機構(gòu)1臺、電流互感器1臺，及兩側(cè)隔離開關2臺，

8、分別為11萬元、1.9萬元和2×0.95萬元）方案b：三繞組變壓器2臺，另增加變壓器前面和跨條隔離開關（110kv）4組共需（以萬元計） (28)（3）方案a與方案b的年電能損耗計算及比較(a)方案a采用型和型三相變壓器，其參數(shù)為：牽引變壓器 地區(qū)變壓器 按已知條件，可求牽引負荷的最大功率損耗時間為： (29)地區(qū)負荷小時，用插入法得，（地區(qū)負荷）=2750小時。牽引變壓器和地區(qū)變壓器的年能量損耗和分別由式 求得（取無功經(jīng)濟當量=0.1）： 其中 各值已在前面求出； (30)(b）方案b采用2×sfs7-16000110型三項三繞組變壓器，其參數(shù)為：各繞組容量比100：10

9、0：50；，各繞組短路電壓，。則依下式：可求得年電能損耗為已知，則代入上述各值后，得： (31)待添加的隱藏文字內(nèi)容23.3繪制電氣主結(jié)線圖方案a和方案b的主接線圖如附錄所示。四、 過程論述因地區(qū)負荷占比例較大，且有部分為一級負荷，應保證必要的電壓質(zhì)量，主要應檢驗電壓不對稱系數(shù)，然后進行兩種方案的經(jīng)濟比較。4.1 電壓不對稱系數(shù)的計算比較從表1比較可知，在保證電壓質(zhì)量方面，方案一和方案二的值在允許范圍以內(nèi)。且方案二的不對稱度相對方案一更小，故從技術(shù)方面比較，方案二優(yōu)于方案一。則按此條件應首選方案二。4.2 經(jīng)濟方面比較(1)方案一 2×10000+2×6300千伏安變壓器共

10、4臺，多增加110千伏斷路器4組，按sw3-110少油斷路器計算，共需（以萬元計）2×80+2×50+4×（11+1.9+2×0.95）=274.8(萬元)（每組斷路器包括斷路器及機構(gòu)1臺，電流互感器1臺，及兩側(cè)隔離開關2臺，分別為11萬元，1.9萬元和2×0.95萬元）方案二 2×16000千伏安三繞組變壓器2臺，另增加變壓器前面和跨條隔離開頭（110千伏）4組，共需2×96+4×0.95=195.8(萬元)方案一110千伏配電間隔數(shù)增加，其占地費用不予計算。每年折舊維修費，按取一次投資的8%計，則方案一 (萬元

11、)方案二 (萬元)(2)各方案的年電能損耗費（主變壓器正常工作采用兩臺并聯(lián)運行方式）為： 方案一 =+（萬元） 方案二 （萬元） (3)各方案運行費用：為年折舊維修費與年電能損耗費之和方案一 （萬元/年)方案二 （萬元/年)(4)經(jīng)濟比較表，以方案二為基數(shù)，則方案一凈增數(shù)如下表（表2）所示： 表2 各主接線方案經(jīng)濟比較表 方 案項 目方案一多出方案二多出一次投資（萬元）0年運行費（萬元）0由上述結(jié)果可知方案二較于方案一更經(jīng)濟，經(jīng)濟性更好。故從經(jīng)濟方面比較則應首選方案二。五、總結(jié) 由不對稱系數(shù)和經(jīng)濟性比較可知，方案b在保證同樣可靠性的前提下，對地區(qū)負荷供電電壓質(zhì)量較好，且投資和年運營費用都較低，

12、又節(jié)省占地面積，故推薦方案b。且采用了內(nèi)橋接線。因為內(nèi)橋接線適合于線路長，線路故障率高，而變壓器不需要頻繁操作的場合且這種接線形式可以很方便的投入或切換。110kv側(cè)采用單母線分段接線方式，提高了供電可靠性。這次課程設計采用了單母線分段接線方式，因為正常工作時分段斷路器閉合，使兩段母線并列運行，電源回路和同一負荷的饋電回路應交錯連接在不同的分段母線上。這樣當母線檢修時，停電范圍可縮小一半；母線故障時，分段斷路器由于保護動作而自動跳閘，將故障母線隔開，非故障母線及與其連接的線路仍正常工作，僅使故障母線連接的電源線路與饋電回路停電。母線分段數(shù)目越多，母線故障停電范圍越小，但所需斷路器、隔離開關等設備也隨之增多，同時使運行變得較為復雜。而且該接線方式接線簡單、設備少、配點裝備費用低，經(jīng)濟性好，并能滿足一定的可靠性；檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停電，其他回路不受影響。由于饋線斷路器備用較多可能會增加投資，在經(jīng)濟上有些欠缺，同時，會產(chǎn)生較大的負序和諧波。這次課程設計對專業(yè)知識的學習和專業(yè)知識的檢驗起到了非常積極的作