牽引變電所I電氣主接線設計

1、目錄第1章 設計思路2 1.1 設計的目的2 1.2 設計的要求2 1.3 設計的依據(jù)2 1.4 設計方案3 1.4.1 設計方案比較3 1.4.2 備用的選擇4第2章 牽引變壓器的選擇5 2.1 參數(shù)的定義5 2.2 牽引變壓器容量計算5 2.3 中期變壓器容量估算5 2.4 牽引變壓器的電壓損失計算6第3章 牽引變電所主接線設計7 3.1主接線要求7 3.2變電所110kV側(cè)主接線設計8 3.3變電所27.5kV側(cè)主接線設計9第4章 短路電流的計算9第5章 設備的選擇12 5.1 110kV側(cè)進線的選擇12 5.2 27.5kV側(cè)母線的選擇13 5.3 開關(guān)設備的選擇13 5.3.1 11

2、0kV側(cè)開關(guān)設備的選擇13 5.3.2 27.5kV側(cè)開關(guān)設備的選擇15 5.4 電流互感器的選取16第6章 繼電保護擬定18 6.1 繼電保護的任務18 6.2 繼電保護的要求18 6.3 繼電保護配置19第7章 并聯(lián)無功補償裝置19第8章 變電所防雷設計21第9章 設計結(jié)論22參考文獻23第1章 設計思路1.1 設計的目的通過對牽引變電所I電氣主接線的設計，可以初步掌握電氣化鐵道牽引變電所電氣主接線的設計步驟和方法。基本掌握變電所主接線圖的繪制方法，鍛煉自己綜合運用所學知識的能力，熟悉有關(guān)設計規(guī)范，將所學的理論知識與實際設計相結(jié)合，建立一個對牽引變電所的供電系統(tǒng)的概念模型，為今后進行工程設

3、計奠定良好基礎(chǔ)。1.2 設計的要求(1)確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式，并分析其正常運行時的運行方式。(2)確定牽引變壓器的容量、臺數(shù)及接線方式。(3)確定牽引負荷側(cè)電氣主接線的形式。(4)對變電所進行短路計算，并進行電氣設備選擇。(5)設置合適的過電壓保護裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝置。(6)用CAD畫出整個牽引變電所的電氣主接線圖。 1.3 設計的依據(jù)包含有H、I兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1 牽引供電系統(tǒng)示意圖圖1中，牽引變電所中的兩臺牽引變壓器為一臺工作，另一臺備用。電力系統(tǒng)1、2均為火電廠，選取基準容量為100MVA，在最大運行方式下，電力系統(tǒng)1、

4、2的綜合電抗標幺值分別為0.12和0.14； 在最小運行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標幺值分別為0.21和0.26。 對每個牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。圖1中，、長度分別25km、40km、20km。線路平均正序電抗為, 平均零序電抗為。1.4 設計方案方案一：三相YNd11聯(lián)結(jié)牽引變電所方案二：三相Vv聯(lián)結(jié)牽引變電所設計步驟：(1)根據(jù)所給數(shù)據(jù)，求計算容量、校核容量和安裝容量,選擇變壓器型號 (2)進行短路電流計算，選擇校驗斷路器、隔離開關(guān)、電壓及電流互感器。 (3)并聯(lián)無功補償?shù)脑O計 (4)防雷接地保護設計1.4.1 設計方案比較方案一：Vv接線主接線簡單，設備投資少。供

5、電可靠，利用率高。電壓必須是線電壓，對于供電和絕緣設備的投入相對比較高。Vv接線采用兩只全絕緣電壓互感器一次收尾相連分別連接到ABC三相監(jiān)測電壓。這樣一次側(cè)沒有接地，在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的時候Vv接線方式不容易引起系統(tǒng)諧振。但是這種方式一般應用在35kV以下的系統(tǒng)，同時測量的是線電壓，不能測量相電壓，也不能監(jiān)測系統(tǒng)單相接地故障。方案二：YNd11接線制造簡單，價格比較便宜，可實現(xiàn)雙邊供電。但主接線比較復雜，投資較多。YNd11接線有利于變電所用電和地區(qū)三相電力，一臺停運時供電不中斷，方便可靠。有較好的抗頻繁短路能力，短時嚴重過負荷和三相負荷不平衡的承受能力強。三相負荷不平衡時，特別是單項短路

6、時，三相中性點將產(chǎn)生偏移，從而使各相電壓相差很大，影響安全。綜合考慮，選三相YNd11接線的變壓器。1.4.2 備用的選擇(1)移動備用采用移動變壓器作為備用的方式稱為移動備用。采用移動備用方式的電氣化區(qū)段每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器正常時兩臺并聯(lián)運行。所內(nèi)設有鐵路專用岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上停放于適中位置的牽引變電所內(nèi)或供電段段部以便于需要作為備用變壓器投人時縮短運輸時間。在供電段所轄的牽引變電所不超過58個的情況下,設一臺移動變壓器其額定容量應與所轄變電所中的最大牽引變壓器額定容量相同。當牽引變壓器需要檢修時可將移動變壓器按計劃調(diào)入牽引變電所。但在牽引變壓器發(fā)生故障時移動變

7、壓器的調(diào)運和投入約需數(shù)小時。此間，采用移動備用方式的優(yōu)點是牽引變壓器容量較省。因此移動備用方式可用于沿線無公路區(qū)段和單線區(qū)段。(2)固定備用采用加大牽引變壓器容量或增加臺數(shù)作為備用的方式，稱為固定備用。采用固定備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器，一臺運行，一臺備用。每臺牽引變壓器容量應能承擔全所最大負荷，滿足鐵路正常運輸?shù)囊?。采用固定備用方式的?yōu)點是：其投入快速方便，可確保鐵路正常運輸，又可不修建鐵路專用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場地面積較小，土方量較少，電氣主接線較簡單。其缺點是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內(nèi)設備檢修業(yè)務要靠公路運輸。因此，固定備用方式適用

8、于沿線有公路條件的大運量區(qū)段。結(jié)合本次設計的要求，牽引變電所采用直接供電方式向雙線區(qū)段供電，外部有公路直通所內(nèi)。所以綜合考慮情況該變電所采比較適合采用固定備用。當變電所需要檢修時可能通過外部的公路到指定的變電所完成檢修和設備維護，所以在當前進行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設計中采用備用方式。第2章 牽引變壓器的選擇2.2 牽引變壓器參數(shù)如表2-1所示：表2-1變壓器參數(shù)表設備型號額定容量（kVA）額定電壓（kV）額定電流（A）損耗（kV）阻抗電壓（%）空載電流（%）連接組別高壓低壓高壓低壓空載短路3150011027.516566038.5148 10.5 2YNd11 牽引變壓器的電壓損失計算三

9、相接線變壓器的阻抗：參數(shù)定義：變壓器短路電壓百分值，變壓器額定電壓，變壓器額定銅耗，變壓器額定容量原邊Y接相阻抗歸算到27.5KV側(cè)對應Y接，并把Y接轉(zhuǎn)換成接，即次邊繞組阻抗為：三相牽引變壓器電壓損失計算：由于 所以超前與滯后項最大電壓損失計算式如下:計算得： ， 超前相繞組的最大電壓損失為：滯后相繞組的最大電壓損失為：滯后相繞組的電壓損失比超前相大，重負荷設在超前相，也就是a相。第3章 牽引變電所主接線設計3.1主接線要求電氣主接線應滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三項基本要求：(1)靈活性主接線的靈活性主要表現(xiàn)在正常運行或故障情況下都能迅速改變接線方式，即應滿足調(diào)度正常操作靈活的要求，滿足輸電線

10、路、變壓器、開關(guān)設備停電檢修或設備更換方便靈活的要求，滿足接線過渡的靈活性，滿足處理事故的靈活性。(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、二次設備可靠性的綜合。對主接線可以做定量計算，但需要各種設備的可靠性指標、各級線路、母線故障率等原始數(shù)據(jù)。一邊情況下，在主接線設計時尚缺乏準確的可靠性計算所需的原始資料，而且計算方法各異，也不成熟，故通常不做定量計算，其結(jié)果也只能做參考。通常采用定性分析來比較各種接線的可靠性。(3)經(jīng)濟性經(jīng)濟性是在滿足接線可靠性、靈活性要求的前提下，盡可能的減少與接線方式有關(guān)的投資。主要

11、內(nèi)容如下：采用簡單的接線方式，少用設備，節(jié)省設備上的投資。在投產(chǎn)初期回路數(shù)減少時，更有條件采用設備用量較少的簡化接線。能緩裝的設備，不提前采購裝設。在設備型式和額定參數(shù)的選擇上，要結(jié)合工程情況恰到好處，避免以大代少、以高代低;在選擇接線方式時，要考慮到設備布置的占地面積大少，要力求減小占地，節(jié)省配電裝置征地費用。3.2變電所110kV側(cè)主接線設計橋型接線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電氣設備少，建造費用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線的接線。即在初期按橋形結(jié)線，將來有可能增加電源線路數(shù)時再擴展為其它接線形式。橋型接線線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內(nèi)橋形和外

12、橋形兩種。內(nèi)橋適用于故障較多的長輸電線路以及主變壓器不需要經(jīng)常切換的場合。外橋適用于故障較少的短輸電線路以及主變壓器需要經(jīng)常切換的場合。由此可采用外橋形接線，如圖3-1(a)所示：正常運行時，T1運行，T2備用。T1運行，由線路L1供電，QS1，QS2，QF1合閘，其它均斷開；T1運行，由線路L2供電，QS5，QS4，QS3，QS2，QF2，QF1合閘，其它均斷開；T2運行，由線路L2供電，QS5，QS6，QF3合閘，其它均斷開；T2運行，由線路L1供電，QS1，QS3，QS4,QS6，QF2，QF3，其它均斷開。 (a) (b)圖3-1橋型接線圖3.3變電所27.5kV側(cè)主接線設計饋線斷路器

13、100%備用的接線如圖3-2所示。這種接線當工作斷路器需檢修時，此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同的場合。即由備用斷路器代替。斷路器的轉(zhuǎn)換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。圖3-2斷路器100%備用的接線圖第4章 短路電流的計算運行方式和短路電流的計算應在最大、小運行方式下采用標幺值法進行計算。牽引變電所短路示意圖如圖4-1所示。 圖4-1牽引變電所短路示意圖(1)牽引變壓器高壓側(cè)（）發(fā)生短路時點在最大運行方式下， ，。在最小運行方式下， ，。牽引變壓器低壓側(cè)（）發(fā)生短路時點最大運行方式下：變壓器電抗標幺值： 短路點的起始次暫態(tài)電流標幺值為： 短路點處的基準電流為： 短路點的起始次暫態(tài)電

14、流為： 最小運行方式下：變壓器電抗標幺值： 短路點的起始次暫態(tài)電流標幺值為： 短路點處的基準電流為： 短路點的起始次暫態(tài)電流為： 綜上計算結(jié)果如表4-1所示。表4-1短路計算結(jié)果 電壓等級 110kV 27.5kV最大運行方式 (kA) 2.561 3.968 (kA) 6.52 9.54最小運行方式 （kA) 1.523 2.94 (kA) 3.87 7.07第5章 設備的選擇5.1 110kV側(cè)進線的選擇最大負荷持續(xù)工作電流按變壓器過載的1.3倍考慮。經(jīng)計算最大負荷持續(xù)電流為：按經(jīng)濟電流密度選擇進線截面： 故應選擇LGJ-240的鋼芯鋁絞線。校驗熱穩(wěn)定度：LGJ-240的允許載流量滿足要求

15、。5.2 27.5kV側(cè)母線的選擇最大負荷持續(xù)工作電流： 按經(jīng)濟電流密度選擇進線截面： 故應選擇硬鋁母線，型號為 。校驗熱穩(wěn)定度：的允許載流量滿足要求。5.3 開關(guān)設備的選擇開關(guān)設備包括斷路器和隔離開關(guān)電器。選擇標準見下表所示，根據(jù)表中條件，選擇合理的開關(guān)設備并校驗。開關(guān)電器的選擇與校驗 ：表5-1 選擇與校驗條件選擇項目校驗項目額定電壓額定電流 動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器隔離開關(guān)注：、分別為開關(guān)電器的額定電壓、額定電流和額定開斷電流；、分別為開關(guān)電器工作點的線路額定電壓、最大負荷電流和三相短路電流穩(wěn)態(tài)值；、t分別為開關(guān)電器的動穩(wěn)定電流峰值、熱穩(wěn)定電流及其試驗時間；假想時間，繼電保護整定時間（s）；斷

16、路器動作時間（s）；0.05考慮短路電流非周期分量熱影響的等效時間。 110kV側(cè)開關(guān)設備的選擇對于開斷電路中負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用環(huán)境、負荷種類及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類型和型號，及戶外或戶內(nèi)，以及滅弧介質(zhì)的種類。對110kV三相系統(tǒng)中，廣泛采用少油式或者斷路器，交流牽引負荷側(cè)由于故障跳閘頻繁，從減少運行維修工作量考慮，較普遍采用真空斷路器或者斷路器。(1)高壓斷路器的型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為:,根據(jù)上面數(shù)據(jù)和表5-1的條件，以及附錄可選擇的斷路器型號為： 最大負荷電流為：校驗斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求

17、校驗斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗時間假想時間 ,所以，滿足要求(2)高壓隔離開關(guān)型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和表5-1的條件，以及附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為： 型的隔離開關(guān)校驗隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求校驗隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流，隔離開關(guān)的試驗時間假想時間,所以，滿足要求綜合上述的分析，110kV側(cè)電氣設備的選擇校驗如表5-2。表5-2110kV側(cè)設備的選擇校驗 27.5kV側(cè)開關(guān)設備的選擇(1)27.5kV側(cè)斷路器型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相

18、短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和表5-1的條件，以及附錄可選擇的斷路器型號為：校驗斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求校驗斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗時間假想時間 ,所以，滿足要求(2)27.5kV側(cè)隔離開關(guān)型號選擇如下：工作點的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和表5-1的條件,以及附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為：校驗隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值，所以 滿足要求校驗隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流，隔離開關(guān)的試驗時間假想時間,所以，滿足要求27.5kV側(cè)一次設備的選擇型號如表5-3

19、所示。 表5-327.5kV側(cè)設備的選擇校驗5.4 電流互感器的選取(1)110kV側(cè)電流互感器的選取最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮 而，且查出電流互感器LCW-110的額定電壓為110kV，額定電流比為(300-600)/5，故初步確定選用的型號為LCW-110的電流互感器，其參數(shù)如下表5-4所示。表5-4LCW-110的電流互感器參數(shù)型號額定電流比/A準確度級次額定二次負荷10%倍數(shù)0.513D二次負荷倍數(shù)LCW-1101-1.22.4-1.215短路熱穩(wěn)定性校驗 因為 ，故滿足熱穩(wěn)定性。短路動穩(wěn)定性校驗 顯然，滿足動穩(wěn)定性。(2)27.5kV側(cè)電流互感器的選取最大長期工作電流

20、可按變壓器過載1.3倍考慮 而，電流互感器LCW-35的額定電壓為35kV，額定電流比為(15-1000)/5，故初步確定型號為LCW-35的電流互感器，其參數(shù)如下表5-5所示。表5-5LCW-35的電流互感器參數(shù)型號額定電流比/A準確度級次額定二次負荷10%倍數(shù)0.513D二次負荷倍數(shù)LCW-35(15-1000)/5 1-1.22.4- 1.2 15短路熱穩(wěn)定性校驗 故滿足熱穩(wěn)定性。短路動穩(wěn)定性校驗 故滿足動穩(wěn)定性。第6章 繼電保護擬定6.1 繼電保護的任務繼電保護的任務是：自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其它無故障部分迅速恢復正常運行；反

21、應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件，而動作于發(fā)出信號、減負荷或跳閘。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。6.2 繼電保護的要求動作于跳閘的繼電保護，在技術(shù)上應滿足四個基本要求，即可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護性能的最根本要求。選擇性是指保護裝置動作時，在可能最小的區(qū)間將故障從電力系統(tǒng)中斷開，最大限度的保證系統(tǒng)中無故障部分仍能繼續(xù)

22、安全運行。速動性是指盡可能快的切除故障，以減少設備及用戶在大短路電流、低電壓下運行的時間，降低設備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。靈敏性是指對于其保護范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。6.3 繼電保護配置1.主接線各部分的繼電保護根據(jù)變壓器的故障種類及異常運行方式應裝設如下保護裝置：(1)針對變壓器油箱內(nèi)部短路和油面降低的瓦斯保護。(2)針對變壓器繞組和引出線的多相短路，大接地電流電網(wǎng)側(cè)繞組和引出線的接地短路以及繞組匝間短路的縱差保護或電流速斷保護。(3)針對外部相間短路并作瓦斯保護和縱差保護(或電流速斷保護)后備的過電流保護(或復合電壓啟動的過電流保護或負序電流保護)。(4

23、)針對大接地電流電網(wǎng)中外部接地短路的零序電流保護。(5)針對對稱過負荷的過負荷保護，等等。2.輸電線路的繼電保護按照保護動作原理分為縱聯(lián)電流差動保護和方向比較式縱聯(lián)保護。線路縱聯(lián)保護是利用某種通信通道將線路兩側(cè)的電氣量（電流、電流的相位、功率方向等）縱向聯(lián)系起來，將線路一側(cè)的電氣量信息傳到另一側(cè)去，將兩側(cè)的電氣量同時比較形成的保護。方向比較式縱聯(lián)保護比較的是線路兩端的功率方向，又稱為方向高頻保護。第7章 并聯(lián)無功補償裝置并聯(lián)電容的作用：提高功率因數(shù)；吸收諧波電流，具有濾波作用；改善電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量，提高牽引變電所牽引側(cè)母線電壓；減少電力系統(tǒng)電能損失。并聯(lián)電容補償裝置如圖7-1所示。主要設備有：

24、表7-1并聯(lián)電容補償裝置圖牽引變電所功率因數(shù)取值：補償前，牽引側(cè)，牽引變壓器高壓側(cè)；補償后，牽引變壓器高壓側(cè)；并聯(lián)電容補償裝置的償度。選取電容器型號為CY-1-50-1的電容器 。(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， (4)實際安裝無功容量串聯(lián)電容器單元數(shù)(取稍大的整數(shù))并聯(lián)電容器單元數(shù)(取稍大的整數(shù))(5)實際安裝無功容量 第8章 變電所防雷設計變電所的設備相對集中，一旦發(fā)生雷電事故，往往導致重要電氣設備的損壞，更換修復困難，并造成大面積停電，嚴重影響國民經(jīng)濟和人民生活，因此變電所的防雷保護要求十分可靠。變電所遭受的雷電災害一般來自兩個方面：一方面是雷直擊變電所；另一方面是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波沿該導線侵入變電所。對直擊雷的保護，一般采用避雷針或避雷線，根據(jù)我們運行經(jīng)驗，凡裝設符合規(guī)定要求的避雷針（線）的變電所繞擊和反擊事故率是非常低得，約每年每百所0.3次。由于雷擊線路比較頻繁，沿線路侵入的雷電波的危害是變電所雷害事故的主要原因，雷電流的幅