牽引變電所B主接線及變壓器容量計算110kv牽引變電所設計

1、課程設計報告 課 程 電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計 題 目 牽引變電所B主接線及變壓器容量計算 學 院 電氣工程學院 年 級 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 目 錄1 概述12 設計方案簡述23 牽引變壓器容量計算23.1牽引變壓器容量的計算2牽引變壓器計算容量2牽引變壓器過負荷能力校驗33.2牽引變壓器功率損耗計算33.3牽引變電所電壓不平衡度計算4計算電網(wǎng)最小運行方式下的負序電抗4計算牽引變電所在緊密運行工況下注入110kV電網(wǎng)的負序電流4構造歸算到110kV的等值負序網(wǎng)絡4牽引變電所110kV母線電壓不平衡度計算及校驗44 導線選擇54.1軟母線選擇5室外11

2、0kV進線側(cè)的母線選擇6室外27.5kV側(cè)的母線選型及校驗7室外10kV饋線側(cè)的母線選型及校驗。75 主接線選擇8總結(jié)9附錄一 牽引變壓器主要技術數(shù)據(jù)表10附錄二 牽引變電所B主接線圖11參考文獻121 概述包含有A、B兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1-1所示：圖1-1 牽引供電系統(tǒng)示意圖表1-1 設計基本數(shù)據(jù) 項目B牽引變電所左臂負荷全日有效值（A）310右臂負荷全日有效值（A）280左臂短時最大負荷（A）400右臂短時最大負荷（A）350牽引負荷功率因數(shù)0.85（感性）牽引變壓器接線型式Y(jié)N,d11牽引變壓器110kV接線型式簡單(雙T)接線左供電臂27.5kV饋線數(shù)目2右供電臂27.5

3、kV饋線數(shù)目210kV地區(qū)負荷饋線數(shù)目2回路工作，1回路備用預計中期牽引負荷增長40%圖1-1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。其中，電力系統(tǒng)容量分別為250MVA和200MVA。選取基準容量為200MVA，在最大運行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標幺值分別為0.13和0.15；在最小運行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標幺值分別為0.15和0.17。對每個牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。圖1-1中，、長度為25km、40km、20km.線路平均正序電抗為0.4/km,平均零序電抗為1.2/km。2 設計方案簡述本課程設計較系統(tǒng)的闡明了牽引變電B設

4、計的基本方法和步驟。重點在于對牽引變壓器的選擇、牽引變壓器的容量計算、運行技術指標的計算；牽引變電所電壓不平衡度計算；電氣主接線的設計；導線的選擇。分章節(jié)進行闡述，經(jīng)過多方面的校驗，從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，力求設計出一套較優(yōu)的方案。3 牽引變壓器容量計算牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設備，擔負著將電力系統(tǒng)供給的110KV或220KV三相電源變換成適合電力機車使用的27.5KV的單相電。由于牽引負荷具有極度不穩(wěn)定、短路故障多、諧波含量大等特點，運行環(huán)境比一般電力負荷惡劣的多，因此要求牽引變壓器過負荷和抗短路沖擊的能力要強。本設計綜合考慮這些因素，選擇了三相YNd11牽引變壓器。3.1牽引變壓器容量

5、的計算 變壓器的容量大小關系到能否完成國家交給的運輸任務并節(jié)約運營成本。容量過小會使牽引變壓器長期過載，將造成其壽命縮短，甚至燒損；容量過大將使牽引變壓器長期不能滿載運行，從而造成其容量浪費，損耗增加，使運營費用增大。所以通過變壓器容量的計算，能更好的選擇一個安全經(jīng)濟的設計方案。牽引變壓器計算容量牽引變電所的主變壓器采用YN，d11接線形式，主變壓器正常負荷計算：（kVA）(3-1)將=310A，=280A 代入（3-1）可以求得：S=19850（kVA）緊密運行狀態(tài)下的主變壓器計算容量：（kVA）(3-2)將=400A，=280A 代入(3-2)可以求得：=25431（kVA）為了滿足鐵路運

6、輸?shù)牟粩喟l(fā)展，牽引變壓器要留有一定余量，預計中期牽引負荷增長為40%。（kVA）(3-3)可以求得：=27789（kVA）于是根據(jù)所得容量，查詢附錄一，可選擇型三相雙繞組牽引變壓器。牽引變壓器過負荷能力校驗（kVA）(3-4)可求得：=16203（kVA）3.2牽引變壓器功率損耗計算 牽引供電系統(tǒng)的電能損失是電氣化鐵道的一項重要的運營指標，具有很重要的經(jīng)濟意義。不同的牽引變壓器接線型式使牽引供電系統(tǒng)的電能損失不同，經(jīng)過相應的計算，以求得最好的供電方案。已知=310A，=280A，根據(jù)公式（3-5）計算：(3-5)所得結(jié)果代入公式(3-6)中。在牽引變電所中，如果是一臺牽引變壓器運行，則全年實際

7、負載電能損失為：（kWh/年）(3-6)可求得=13.4551（kWh/年）。全年實際空載電能損失為：（kWh/年）(3-7)可求得=33.7260（kWh/年）。全年牽引變壓器的實際總電能損失為：（kWh/年）(3-8)可求得：=47.1811（kWh/年）。通過計算，我們發(fā)現(xiàn)可以采取限制供電臂的長度、實行牽引變壓器的經(jīng)濟運行、裝設并聯(lián)電容補償裝置等方法來減少牽引供電系統(tǒng)電能損失。3.3牽引變電所電壓不平衡度計算由于單相工頻交流電氣化鐵道牽引負荷的特點，當三相電力系統(tǒng)向它供電時，它將在電力系統(tǒng)中引起負序電流，而負序電流會造成變壓器的附加電能損失，并在變壓器鐵芯磁路中造成附加發(fā)熱，所以通過對不

8、平衡度的計算，來確定采取有效的措施，縮小這些影響，這是牽引供電系統(tǒng)設計的重要一環(huán)。在設計中，通常按牽引變電所正常運行和緊密運行兩種工況分別計算電壓不平衡度。按緊密運行工況進行不平衡度考核。計算電網(wǎng)最小運行方式下的負序電抗（）(3-9)已知在最小運行方式下系統(tǒng)二的綜合電抗標么值=0.17, =25km，=0.4W/km根據(jù)公式（3-9）求得：=20W。計算牽引變電所在緊密運行工況下注入110kV電網(wǎng)的負序電流（A）(3-10)已知=400A，=350A，可得：=54.4862A。構造歸算到110kV的等值負序網(wǎng)絡如圖3-1所示：圖3-1歸算到110kV，三相雙繞組牽引變壓器、供電系統(tǒng)等值負序網(wǎng)絡

9、牽引變電所110kV母線電壓不平衡度計算及校驗相負序電壓計算按公式（3-11）進行：（V）(3-11)將已求得的和分別代入公式（3-11），求得系統(tǒng)二運行時的相負序電壓=1105V。110kV母線電壓不平衡度計算及校驗按下式進行：%.5%(3-12) 本次課程設計按2.5%考核，將=1105V， 代入公式（3-12）得：1.9%<2.5% 所以，滿足校驗。從牽引供電系統(tǒng)方面來說，采取換接相序、采用平衡牽引變壓器和并聯(lián)補償裝置等方法來改善負序的作用。4 導線選擇4.1軟母線選擇110kV進線側(cè)，進入高壓室的27.5kV進線側(cè)，從高壓室出來的27.5kV饋線側(cè)，10kV饋線側(cè)的母線均為軟母線

10、。軟母線進行選型，熱穩(wěn)定校驗（無需進行動穩(wěn)定校驗）。計算方法：按導線長期發(fā)熱允許電流選擇導線。溫度修正系數(shù)k由下式求得：（4-1） 式中：運行的允許溫度，對室外有日照時取80，室內(nèi)取70；t 實際環(huán)境溫度， 。設計時取t=25，那么在室外有日照時k=1，在室內(nèi)時k=1。工程中常采用查表的方法求母線和導體的容許電流(載流量)。表4-1導線的選擇與校驗導線名稱選擇校驗按導線長期發(fā)熱允許電流選擇按經(jīng)濟電流密度選擇動穩(wěn)定熱穩(wěn)定母線及短導線 普通導線 室外110kV進線側(cè)的母線選擇室外110kV進線側(cè)的母線為軟母線,母線長為20，且每段負荷不同,母線截面可采取相同截面，以按最大長期工作電流方式來選擇為宜

11、。設計中三相雙繞組牽引變壓器的選擇型號為SF1-31500/110。母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮。A 由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-70)的允許載流量為260A(基準環(huán)境溫度為25時)，符合式子 (k=1)式中：通過導線的最大持續(xù)電流； 對于額定環(huán)境溫度,導線長期允許電流； 溫度修正系數(shù)。故初步確定110kV進線側(cè)的母線選用截面積為70mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-70)。校驗母線的熱穩(wěn)定性：表4-2 各種起始溫度下C值起始溫度（）40455055606570758090鋁材導體99979593918987858379銅材導體18618318117917617417116

12、9165161（4-2）其中： 滿足熱穩(wěn)定要求的導線最小截面積（mm2）； 熱穩(wěn)定系數(shù)(如表4-3)；集膚效應系數(shù)。我們選取=0.01；假想時間；=1.50+1.56+0.05=3.11s。(為繼電保護整定時間, 為斷路器動作時間。)表4-4 各級繼電保護時間配合計算點123、45 (s)1.501.000.500.20 (s)1.561.060.560.26選C=83，經(jīng)計算, =194.14 mm2。 由于S=70<=194.14，所以所選截面的母線不能滿足熱穩(wěn)定要求，必須選擇型號為LGJ240的鋼芯鋁絞線。室外27.5kV側(cè)的母線選型及校驗母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3

13、倍考慮，選擇容量為1600kVA電壓27.5/10.5千伏的三相雙繞組電力變壓器。經(jīng)計算：=（A）（4-3）由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-10)的允許載流量為86A(基準環(huán)境溫度為25時)，符合式子(k=1),故初步確定27.5kV側(cè)的母線選用截面積為10 mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-10)。校驗母線的熱穩(wěn)定性： 選C=99，=1.00+1.06+0.05=2.11s，=74.9 mm2。 由于S=10<=74.9，所以所選截面的母線不能滿足熱穩(wěn)定要求，必須選擇型號為LGJ95的鋼芯鋁絞線。室外10kV饋線側(cè)的母線選型及校驗。母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，選擇容量

14、為1600kVA電壓27.5/10.5千伏的三相雙繞組電力變壓器。經(jīng)計算：（A）（4-4）由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-25)的允許載流量為138A(基準環(huán)境溫度為25時)，符合式子(k=1)，故初步確定10kV側(cè)的母線選用截面積為25 mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-25)。校驗母線的熱穩(wěn)定性：選C=87，=0.20 +0.26+0.05=0.51s，=11.02 mm2。由于S=25>=11.02，所以所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定。5 主接線選擇本設計采用雙T接線方式做為牽引變電所B的主接線。在雙T接線中，兩路電源，兩臺變壓器只需兩套斷路器，所以與橋型接線相比，雙T接線需要高壓電器更少

15、，配電裝置結(jié)構更簡單，線路繼電保護也簡單。雖說由于分支數(shù)過多，對可靠性的影響會相應增大，但對于本設計，由于只需2路饋線，所以選雙T接線有更高的經(jīng)濟實用性，并能達到可靠性要求。本設計采用100完全備用，當一套設備發(fā)生故障，經(jīng)過正確的倒閘操作順序，另一設備啟用，以提高供電的可靠性?？偨Y(jié)在設計的過程中遇到問題，經(jīng)過老師和我們的共同努力配合，都得到了相應地解決。然而，在設計過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。附錄一 牽引變壓器主要技術數(shù)據(jù)表設備型號額定容量（kVA）100001500020000315004000020000額定電壓（kV）高壓110110110110110110低壓27.527.527.527.527.527.5額定電流（A）高壓52.578.8105165270105低壓210315420660840420損耗（kV）空載16.522.527.538.53825短路5980104148180115阻抗電壓（%）10.510.510.510.510.510.5空載電流（%）