牽引變電所課程設(shè)計張新鈺分析

1、黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計任 務(wù) 書題 目牽引變電所一次主接線設(shè)計專 業(yè)電氣化鐵道技術(shù)專業(yè)(接觸網(wǎng))班 級 接觸網(wǎng)1404 學(xué) 號14110345姓 名 張新鈺指導(dǎo)教師武文斌電信工程學(xué)院 摘 要本設(shè)計是分接式牽引變電所電氣主接線設(shè)計，牽引變電所的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)輸送來的三相高壓電變換成適合電力機車使用的電能。為了完成接受電能、高壓和分配電能的工作，其電氣接線可分為兩大部分：一次接線和二次接線。根據(jù)題目要求選擇了合理的主接線形式，確定了變壓器的容量、臺數(shù)、型號以及聯(lián)結(jié)組別，并且進行短路計算，然后根據(jù)短路計算的結(jié)果對隔離開關(guān)、斷路器和避雷器進行了選型，選擇了合理的繼電保護裝置，并且為

2、了提高牽引變壓器的功率因數(shù)增設(shè)了并聯(lián)電容補償裝置，從而完成了110kV電氣一次部分的設(shè)計，本設(shè)計書還對倒換變壓器操作時的倒閘操作過程進行了分析，更便于掌握牽引變電所的運行狀態(tài)。關(guān)鍵詞：分接式牽引變電所 供電方式 繼電保護目 錄第1章 設(shè)計任務(wù)11.1 設(shè)計目的11.2 設(shè)計要求11.3 分析問題及解決方案1第2章 牽引變壓器容量計算和選型2第3章 主接線設(shè)計33.1 電氣主接線的設(shè)計原則23.2 牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計23.3 電氣主接線的設(shè)計要求33.4 牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計4第4章 短路計算5第5章 主要一次設(shè)備的選擇7第6章 并聯(lián)電容補償9第7章 變電所保護裝置設(shè)備認知接

3、地防護與避雷裝置.10 7.1接地防護與避雷裝置.10 7.2保護裝置設(shè)備認知操作機構(gòu).11第8章 總結(jié) 16參考文獻17附：分接式三相YNd11牽引變壓器主接線圖 第1章 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計目的經(jīng)過本次設(shè)計，對所學(xué)的專業(yè)知識得到相當(dāng)?shù)倪\用和實踐，這將使自己所學(xué)的理論知識提升到一定的運用層次，為以后完成實際設(shè)計奠定扎實的基本功和基本技能，最終達到學(xué)以致用的目的。1.2 設(shè)計要求1.確定該三相Ynd11牽引變電所高壓側(cè)的電氣主結(jié)線的形式，并分析其正常運行時以及倒換變壓器操作時倒閘操作過程。2.確定牽引變壓器的容量、結(jié)線方式及臺數(shù)。3.確定牽引負荷側(cè)電氣主結(jié)線的形式。4.對變電所進行短路計算，并

4、進行電氣設(shè)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(shè)計。6.用A3圖紙畫出整個牽引變電所的電氣主接線圖。1.3 分析問題及解決方案由于本設(shè)計是分接式變電所，且牽引變電所中的變壓器經(jīng)常切換，且該牽引變電所有穿越功率，故主接線選擇雙T接線。短路計算的最大電流要用最小阻抗下的最大短路電流，故直接用電力系統(tǒng)的標(biāo)幺值為0.12。校驗設(shè)備是否符合要求就按照最大短路電流來校驗。本設(shè)計采用三相YNd11聯(lián)結(jié)牽引變壓器，其結(jié)構(gòu)相對簡單，又因中性點接地，繞組可采取分級絕緣，因此變壓器造價較低。第2章 牽引變壓器容量計算和選型為了經(jīng)濟合理的選擇變壓器容量，計算分為以下步驟：第一，確定計算容量，按正常運

5、行的計算條件求出主變壓器供應(yīng)牽引負荷所必須的最小容量。第二，確定校核容量，按列車緊密運行的計算條件并充分利用牽引變壓器的過負荷能力所計算的容量。第三，確定安裝容量，在計算容量和校核容量的基礎(chǔ)上，再考慮備用方式，最后按其系列產(chǎn)品的規(guī)格確定牽引變壓器臺數(shù)與容量。根據(jù)要求所給條件，計算出所需變壓器計算容量為： 根據(jù)要求所給條件，計算出所需變壓器最大容量為： 變壓器校核容量為： 將計算容量和校核容量進行比較，并結(jié)合采用的固定備用方式和系列產(chǎn)品，選用三相YNd11聯(lián)結(jié)變壓器的安裝容量為，所選變壓器的型號是SF1-31500/110。第3章 主接線設(shè)計3.1 電氣主接線的設(shè)計原則 應(yīng)根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)的

6、地位和作用，首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運行和經(jīng)濟調(diào)度的要求。根據(jù)規(guī)劃容量，本期建設(shè)規(guī)模，輸送電壓等級，進出線回路數(shù)，供電負荷的重要性，保證供電平衡，電力系統(tǒng)線路容量，電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)劃與等級條件確定，應(yīng)滿足可靠性、靈活性、經(jīng)濟性的要求。3.2 牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計依據(jù)該牽引變電所負荷等級，要求兩路電源進線，因有系統(tǒng)功率穿越，屬通過式變電所，考慮經(jīng)濟運行也可采用圖3-1所示的雙T 接線。雙T接線適合于輸電距離較短，線路故障較少，而且變壓器需要經(jīng)常操作的場合。3.3 電氣主接線的設(shè)計要求 電氣主接線必須滿足可靠性了、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求。(1) 保證必要的供電可靠性

7、和電能質(zhì)量 安全可靠是電力生產(chǎn)的首要任務(wù)，停電不僅使發(fā)電廠造成損失，而且對國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更嚴重，往往比少發(fā)電能的價值大幾十倍，至于導(dǎo)致人身傷亡、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失和政治影響，更是難以估量。因此，主接線的接線形式必須保證供電可靠。 電壓、頻率和供電連續(xù)可靠，是表征電能質(zhì)量的基本指標(biāo)，主接線應(yīng)在各種運行方式下都能滿足這方面的要求。(2) 具有一定的靈活性和方便性 主接線不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修及故障時，也能適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運行方式，使停電時間最短，影響范圍最小。滿足檢修時的靈活性要求。在某一設(shè)備需要檢修時

8、，應(yīng)能方便地將其退出運行，并使該設(shè)備與帶電運行部分有可靠的安全隔離，保證檢修人員檢修時方便和安全。 (3) 具有經(jīng)濟性 在主接線設(shè)計時，在滿足供電可靠的基礎(chǔ)上，盡量使設(shè)備投資費和運行費為最少，注意節(jié)約占地面積和搬遷費用，在可能和允許條件下應(yīng)采取一次設(shè)計，分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。3.4 牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計 饋線側(cè)采用50%備用，這種接線適用于單線區(qū)段牽引母線同相得場合和復(fù)線區(qū)段每相牽引母線只有兩條饋線的場合，并且饋線只向牽引網(wǎng)供電。每兩條饋線設(shè)一臺備用斷路器，通過隔離開關(guān)的輪換，備用斷路器可代替任何饋線斷路器工作。牽引母線用兩臺隔離開關(guān)分段是為了便于兩段母線輪流檢修。 圖3.3

9、-1饋線50%備用第4章 短路計算為使所選電器設(shè)備和導(dǎo)體有足夠的可靠性、經(jīng)濟性和合理性，并在一定時期內(nèi)適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，而進行短路電流計算。其計算電路如圖4-1圖4-1 短路計算電路 其等效電路如圖4-2圖4-2 短路等效電路圖 （1）確定基準值 取 （2）變壓器的電抗標(biāo)幺值 （3）k-1點的相關(guān)計算 總電抗標(biāo)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(guān)計算總電抗標(biāo)幺值 三相短路電流周期分量有效值 其他三相短路電流 第5章 主要一次設(shè)備的選擇1、按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓。 2、按

10、工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流。3、按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量。對于分斷負荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，則為，為最大負荷電流。4、隔離開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗（1）動穩(wěn)定校驗條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（2）熱穩(wěn)定校驗條件 注：為短路穩(wěn)定電流，為熱效時間，為電器的熱穩(wěn)定電流，為電器的熱穩(wěn)定試驗時間。對于上面的分析，如表5-1示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。表5-1 一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度

11、熱穩(wěn)定度數(shù)據(jù)110kV4.02A4.183kA6.316kA27設(shè)備型號規(guī)格少油斷路器SW3-110G110kV1200A15.8kA41 kA998.56高壓隔離開關(guān)GW4-110DDW110kV630A-50 kA1600避雷器Y10W5-100/295110kV-第6章 并聯(lián)電容補償 根據(jù)任務(wù)書要求，本次設(shè)計變電站要求對10kV側(cè)進行無功補償設(shè)計。要求27.5kV側(cè)負荷的功率因素cosj從0.8提高到0.9。 （1）牽引變電所負荷平均有功功率 （2）需補無功容量 （3）安裝無功容量 取 取選取電容器型號為CY-1-50-1的電容器 （4）實際安裝無功容量 串聯(lián)電容器單元數(shù) 并聯(lián)電容器單元

12、數(shù) 第七章 變電所保護裝置設(shè)備認知、接地防護與避雷 裝置 7.1接地防護與避雷裝置 讓雷電進入到防雷系統(tǒng)后，則需要變電所內(nèi)的設(shè)備做好搪地，這樣會引導(dǎo)雷擊電流流入大地，不會對設(shè)備造成破壞，使雷電的能量得到有效的泄放，使引線上的電壓保持在正常的范圍內(nèi)，避免發(fā)生反擊的情況。所以在變電所內(nèi)的防雷系統(tǒng)中，要具有良好的接地體，這是防雷的關(guān)鍵，可以有效的避免二次反擊雷的產(chǎn)生，保護電子設(shè)備的安全。因此，牽引變電所要做好接地網(wǎng)，不僅在使接地網(wǎng)滿足規(guī)范的要求，同時還要對接地電阻進行定期的檢測，確保電阻能夠滿足安全運行的需要。所以需要在實際牽引變電所運行中，根據(jù)運行的情況，來對進行等電位連接、電源防雷裝置及浪涌電壓

13、保護裝置的安裝和設(shè)置，從而使變電所內(nèi)的所有設(shè)備都能夠達到統(tǒng)一的防雷效果。而當(dāng)變電所內(nèi)所有設(shè)備都能夠滿足防雷保護要求后，則需要進行統(tǒng)一接地網(wǎng)的敷設(shè)，同時為了進一步確保防雷措施的安全性，則還需要在避雷針和接地體下增加接地體，而且還要單獨對這些接地體進行敷設(shè)。7.2保護裝置設(shè)備認知操作機構(gòu)高壓斷路器高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最為重要的電器。在正常運行狀態(tài)下，依靠斷路器接通或斷開負荷電流起控制作用；在故障狀態(tài)時，依靠斷路器與繼電保護裝置配合迅速而準確的切斷短路電流而起保護作用。它具有很強的滅弧能力，性能完善，同時具有控制和保護雙重作用。斷路器在斷開時，觸頭間會產(chǎn)生電弧，高壓斷路器有專門的滅弧機構(gòu)。高壓斷路

14、器的滅弧方法有很多種，有利用電流產(chǎn)生的電磁吹力來滅弧的磁吹滅弧，有利用電弧將介質(zhì)分解成強大氣流的氣吹滅弧，還有利用真空不易產(chǎn)生電弧的性能滅弧等等。根據(jù)滅弧介質(zhì)的不同，可分為油斷路器、六氟化硫（SF6）斷路器和真空斷路器等。1.少油斷路器采用變壓器油作為滅弧介質(zhì)的斷路器稱為油斷路器，油斷路器有少油斷路器和多油斷路器兩種。變壓器油不僅作為滅弧介質(zhì)，還要作為絕緣介質(zhì)的斷路器為多油斷路器；變壓器油只作為滅弧介質(zhì)和觸頭開斷后弧隙絕緣介質(zhì)，而帶電部分與地之間的絕緣采用磁介質(zhì)的斷路器稱為少油斷路器。少油斷路器的滅弧室和觸頭都安裝在瓷套中，少量油作滅弧介質(zhì)。少油斷路器在我國電氣化鐵路發(fā)展初期得到較為廣泛的應(yīng)用

15、，但少油斷路器燃弧時間較長，動作速度慢，體積相對較大，且不適于頻繁操作，隨著技術(shù)的發(fā)展，最終將會被性能更加優(yōu)良的六氟化硫斷路器和真空斷路器所取代。目前少油斷路器僅在110kV側(cè)使用，有SW3-110型（電磁操動機構(gòu)）和SW6-110型（液壓操動機構(gòu)）兩種。2.六氟化硫斷路器六氟化硫是一種無色、無臭、無毒、不燃的惰性氣體，它具有良好的滅弧和絕緣性能，用六氯化硫氣體作為滅弧和絕緣介質(zhì)的新型氣吹斷路器，已得到了廣泛的應(yīng)用。六氟化硫斷路器在吹弧的過程中，氣體不排入大氣，而在封閉系統(tǒng)中反復(fù)使用。戶外SF6斷路器結(jié)構(gòu)形式有瓷柱式和罐式兩種。磁柱式的滅弧室置于瓷套內(nèi)，價格較低；罐式的滅弧室置于接地的金屬罐中

16、，用SF6作為絕緣介質(zhì)，重心低，在進出線套管上可安裝電流互感器，同時利用出線套管的電容制成電容式分壓器，獲得電壓信號，也可和其它設(shè)備組成復(fù)合式開關(guān)設(shè)備，抗震性強。由于SF6的優(yōu)良電氣絕緣和滅弧能力，近年來六氟化硫全封閉組合電器得到了快速發(fā)展，特別是在高壓、超高壓斷路器領(lǐng)域中扮演著重要的角色。3.真空斷路器真空斷路器是利用真空作為絕緣和滅弧手段的斷路器。其核心部件是真空滅弧室。真空滅弧室的外殼常用微晶玻璃或高強度陶瓷等無機絕緣材料制成，兩端有金屬端蓋。靜觸頭與上端蓋焊成一體，動觸頭借助于波紋管伸縮，實現(xiàn)分合閘的操作。真空滅弧室的真空度應(yīng)保持在Pa以上。真空滅弧室的開斷特性與觸頭結(jié)構(gòu)和觸頭材質(zhì)關(guān)系

17、極大，大容量滅弧室都需要利用短路電流產(chǎn)生的磁場滅弧，因此觸頭做成各種形狀。觸頭的材質(zhì)，不僅應(yīng)具有導(dǎo)電性能好，開斷能力強，耐壓強度高，電壽命長等一般特性，還需要滿足抗熔焊性能好，截流水平低等特殊要求。真空斷路器電壽命長，能頻繁操作，新型的真空斷路器可以開斷額定電流上萬次，開斷短路電流數(shù)十次，而且無爆炸、火災(zāi)的危險，目前正得到廣泛的應(yīng)用。4、斷路器的操作機構(gòu) 斷路器的分、合閘操作功率大，必須有專門的操動機構(gòu)來完成。斷路器操動機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動速度較快，操作功率大，是斷路器必備的配件。各種斷路器配置不同的操動機構(gòu)，斷路器的各種自動化操作是通過操動機構(gòu)與控制電路聯(lián)合實現(xiàn)的。斷路器的操動機構(gòu)主要有電磁操

18、動機構(gòu)、彈簧操動機構(gòu)、液壓操動機構(gòu)和氣動操動機構(gòu)。電磁操動機構(gòu)是利用電磁鐵作為操作動力，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠，但是需要較大容量的直流電源。彈簧操動機構(gòu)是利用電動機使合閘彈簧壓縮貯能作為操作動力。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，不需要大容量直流電源。液壓操動機構(gòu)是利用氮氣壓縮貯能，以油作為傳遞壓力的媒介，由工作缸活塞的運動帶動斷路器工作。這種機構(gòu)效率高，一次貯能，可多次動作，而且動作平穩(wěn)，但各部件加工精度要求較高，工作中要保持良好的密封性能。氣動操動機構(gòu)是利用壓縮機將空氣壓縮存在貯氣缸內(nèi)，由壓縮空氣推動操動機構(gòu)中的汽缸活塞，是斷路器動作，其優(yōu)點是操動平穩(wěn)可靠，不需大容量電源，但需要有壓縮空氣系統(tǒng)。高壓隔

19、離開關(guān)及其操動機構(gòu)隔離開關(guān)是一種沒有滅弧裝置的開關(guān)電器，其動、靜觸頭、導(dǎo)電桿均暴露在外。在分閘狀態(tài)下有明顯的斷口，在合閘狀態(tài)下能可靠的通過額定電流和短路電流。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能切斷負荷電流和短路電流，所以隔離開關(guān)通常和斷路器配合使用，且在操作中必須注意與斷路器操作的先后順序。實用中，若隔離開關(guān)與斷路器串聯(lián)，隔離開關(guān)進行分合閘操作的條件是斷路器處于分閘狀態(tài)。即在分閘操作時先分斷路器，后分隔離開關(guān)；在合閘操作時，先合隔離開關(guān)，再合斷路器。若隔離開關(guān)與斷路器并聯(lián)，隔離開關(guān)進行分合閘操作的條件是隔離開關(guān)處于合閘狀態(tài)，即合閘時，先合斷路器再合隔離開關(guān)；分閘時先分隔離開關(guān)再斷開斷路器。隔離開關(guān)的主

20、要用途有：1.為設(shè)備或線路的檢修與分斷進行電氣隔離；2.在斷口兩端電位接近相等的情況下，倒換母線，改變接線方式；3.分合一定長度的母線和電纜；4.分合一定容量的空載變壓器、一定長度的空載線路和電壓互感器。隔離開關(guān)安裝地點可分為戶內(nèi)型和戶外型，按觸頭的運動方式可分為水平回轉(zhuǎn)式、垂直回轉(zhuǎn)式、伸縮式和直線移動式。其操動機構(gòu)有手動和電動兩種，由于隔離開關(guān)是不帶負荷進行操作，故對分合閘的速度和時間沒有嚴格的要求，所以多采用手動才動機構(gòu)，只有在遠距離控制的要求下，才采用電動操動機構(gòu)。GW系列交流隔離開關(guān)，用于電氣化鐵道額定電壓36126kV的電力系統(tǒng)中，供有電壓無負荷時分合線路用。GW系列隔離開關(guān)包括三個

21、單極，每極為雙柱式結(jié)構(gòu)。主要由底座、支持絕緣子、導(dǎo)電部分組成。7.2.3互感器電流互感器變電所中裝設(shè)的電流互感器，由于一次主電路電流很大，所以電流互感器一次繞組匝數(shù)極少，繞組截面粗，直接串接于主電路中；二次繞組外接測量儀表和繼電保護裝置的電流繞組，負荷阻抗極小。所以電流互感器相當(dāng)于一臺容量很小、工作狀態(tài)近似副邊斷路的變壓器，結(jié)構(gòu)上也類似于變壓器。電流互感器在接線時，一定要注意極性，在工程實用中，一般采用減極性接線。電流互感器的接線方式有單相接線、兩項不完全星形接線、星形接線、兩相電流差接線、三角型接線和零序接線六種，這六種接線分別適用于不同場合。運行中的電流互感器，若副邊繞組開路，副邊繞組將感應(yīng)數(shù)千伏的高壓，危及人身和設(shè)備的安全，同時鐵芯劇烈發(fā)熱，導(dǎo)致電流互感器損壞。因此運行中的電流互感器禁止將其二次側(cè)開路，電流互感器副邊繞組不允許安裝熔斷器，不接負載的二次繞組都必須將其短接。電壓互感器變電所中裝設(shè)的電壓互感器，由于一次主電路電壓很高，所以一次繞組匝數(shù)較多，直接并接于一次電路中；二次繞組匝數(shù)較少，直接和測量儀表及繼電保護裝置的電壓繞組相連，負荷阻抗很大。因此，電壓互感器相當(dāng)于一臺容量很小、工作狀態(tài)近似副邊開路的變壓器，其結(jié)構(gòu)上也類似變