電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電氣化鐵道供電系統(tǒng)和設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、題目某牽引變電所丁采用直接供電方式向復(fù)線區(qū)段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，單相V-V接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側(cè)電流如下表1所示。表1牽引變電所丁電流參數(shù)表牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A丁20.4a15222981916222.2157238968188、分析及解決方案單相V-v接線的牽引變壓器是將兩臺單相變壓器以V的方式聯(lián)于三相電力系統(tǒng)，每一個(gè)牽引變電所都可以實(shí)現(xiàn)由三相系統(tǒng)的兩相線電壓供電。兩臺變壓器的次邊繞組，各取一端聯(lián)至牽引變電所的兩相母線上。 而它們的另一端則以聯(lián)成 公共端的方式接至鋼

2、軌引回的回流線。這時(shí)，兩臂電壓的相位差為60°電流不對稱度有所減少。這種接線即通常所說的 60°接線。同時(shí)，由于左、右兩供電臂 對軌道的電壓相位不同，在這兩個(gè)相鄰的接觸網(wǎng)區(qū)段間必須采用分相絕緣結(jié)構(gòu)。 另外，由于牽引變壓器次邊繞組電流等于供電臂電流，因此供電臂長期允許電流就等于牽引變壓器次邊的額定電流，牽引變壓器的容量得到了充分利用。在正常 運(yùn)行時(shí)，牽引側(cè)保持三相，可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載。主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較省。對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相接線小。對接觸網(wǎng)的 供電可實(shí)現(xiàn)雙邊供電。在設(shè)計(jì)過程中，通過求解變壓器的計(jì)算容量、校核容量以及安裝容量來選取 變壓器的

3、型號。然后再變壓器型號的基礎(chǔ)之上，選取室外110kV側(cè)母線，室外27.5kV側(cè)母線以及室外10kV側(cè)母線的型號?？紤]到V-v接線中裝有兩臺變壓器 的特點(diǎn)，在確定220kV側(cè)主接線時(shí)我們采用橋形接線。按照向復(fù)線區(qū)段供電的 要求，其牽引側(cè)母線的饋線數(shù)目較多，為了保障操作的靈活性和供電的可靠性， 我們選用饋線斷路器100%備用接線，這種接線也便于故障斷路器的檢修。按照 選取的變壓器的容量以及22kV側(cè)的和牽引側(cè)的主接線，可以做出設(shè)計(jì)牽引變電 所的電氣主接線。原理電路如圖1所示。三、實(shí)施設(shè)計(jì)牽引變電所的電氣主接線分為三個(gè)部分來分別設(shè)計(jì)：110kV側(cè)的主接線、牽引側(cè)的主接線、單相V-v直接供電方式變壓器

4、接線。ABC3.1牽引變電所110kV側(cè)主接線設(shè)計(jì)單相V-v牽引變電所要求有兩回電源進(jìn)線和兩臺變壓器。圖2為外橋接線，圖3為內(nèi)橋接線，外橋接線連接在靠近線路側(cè)，其適合于輸電距離較短，線路故 障較少，而變壓器需要經(jīng)常操作的場合，這種接線方便于變壓器的投入以及切除。 內(nèi)橋用于線路故障較多，同時(shí)變壓器不需要頻繁操作的場合。為了配合三相V-v牽引變電所在出現(xiàn)變壓器故障時(shí)備用變壓器的自動(dòng)投入，選擇采用內(nèi)橋接線便于備用變壓器的投入以及故障變壓器的切除。3.2牽引變電所饋線側(cè)主接線設(shè)計(jì)由于27.5kV饋線斷路器的跳閘次數(shù)較多，為了提高供電的可靠性，按饋線 斷路器備用方式不同，牽引變電所 27.5kV側(cè)饋線的

5、接線方式一般有下列三種：（1）饋線斷路器100%備用的接線牽引母線不同如圖4所示。這種接線當(dāng)工作斷路器需檢修時(shí)，此種接線用于 單線區(qū)段。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。（2）饋線斷路器50%備用的接線如圖5所示。這種接線每兩條饋線設(shè)一臺備用斷路器，通過隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換， 備用斷路器可代替其中任一臺斷路器工作。當(dāng)每相母線的饋出線數(shù)目較多時(shí)，一般很少采用此種法方法。QFiL1、QSigV QS3圖2外橋接線Li 電源側(cè)L2圖3內(nèi)橋接線(3) 帶旁路母線和旁路斷路器的接線如圖6所示。一般每2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器

6、工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場合，以減少備用斷路器的數(shù)量 統(tǒng)的兩個(gè)線電壓上。圖4饋線斷路器100%為兩個(gè)相鄰區(qū)間的復(fù)線且此YY亍便，牽引變電所27.5kV靠'E器類型為三相人V-v人考慮到牽引變供電，為了提高供電的側(cè)饋線斷路器采用100%備用的接線3.3單相母線和單相V-臺單相變圖卡饋線斷路器50%備用妾線高壓側(cè)湘母線b相母線個(gè)繞組接在電力系因?yàn)槭遣捎弥苯庸╇姺绞剑蛪簜?cè)兩個(gè)繞組接成V形，兩臺變壓器的次邊繞 組，各取一端聯(lián)至27.5kV的a相和b相母線上。而它們的另一端則聯(lián)成公共端 的方式接至地網(wǎng)和鋼軌或鋼軌引回的回流線。 為保證供電的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，采 用變壓器

7、移動(dòng)備用的方式。其主接線如圖 7所示。為了便于移動(dòng)變壓器的接入， 低壓變壓器的接入，低壓側(cè)單獨(dú)設(shè)有斷路器和隔離開關(guān)， 移動(dòng)變壓器高壓側(cè)臨時(shí) 連接。工作工作至鋼軌 -或回流線ta相母線至鋼軌=或回流線27.5kV b相母線圖7直接供電方式下單相 V-v變壓器主接線3.4牽引變壓器容量計(jì)算（1）單相V-v接線牽引變壓器繞組的有效電流單相V-v接線牽引變壓器是由兩臺單相牽引變壓器聯(lián)接而成，每臺變壓器供給所管轄供電臂的負(fù)荷。所以其繞組有效電流Ivx即為饋線有效電流，故Ivxi 二 IX11 VX 2 = 1 X 1式中，Ivx為繞組電流有效值。根據(jù)題意，Ivxi =229A, Ig =238A。（2）

8、計(jì)算單相V-v接線牽引變壓器的計(jì)算容量單相V-v接線牽引變壓器是由兩臺單相牽引變壓器聯(lián)接而成，其兩臺變壓 器計(jì)算容量分別為Sa = Ul VXA = Ul XASb = Ul VXB = Ul XBSa =UI vxa =27.5 229 =6297.5 kVASB mUIb =27.5 238 =6545kVAS計(jì)二 SA SB 二 6297 .56545 = 12842 .5 kVA(3) 變壓器校核容量單相V-v結(jié)線牽引變壓器的最大容量為Sabmax-UIa maxSbbmaxUI bmax式中，Ibmax為供電臂(b)的最大電流。Sabmax 二 UI a max 二 27.5 819

9、 = 22522.5 kVASbbmax =UI b max =27.5 968 二 26620 kVA在最大容量的基礎(chǔ)之上，再考慮牽引變壓器的過負(fù)荷能力后所確定的容量, 就可以得到校核容量，即K式中，K為牽引變壓器過負(fù)荷倍數(shù)，取 K=1.5。則可得Sa校 - Sabmax： K = 22522.5 1.5 =15015kVASb校二 Sbbmax. K = 26620 1.5 =17746.7 kVAS校二Sb校二 15015 17746.7 =32761.7 kVA(4) 確定單相V-v接線牽引變壓器的安裝容量及型號選擇將單相V-v接線的變壓器的計(jì)算容量和校核容量進(jìn)行比較，并結(jié)合采用固定備

10、用方式和系列產(chǎn)品，選用單相 V-V變壓器的安裝容量為2X 40000kVA。由變壓器允許過電荷50%可知：固定備用方式下Sbmax=2 40000 =80000 kVA由Sbmax二Sabmax Sbbmax max =49142.5 kVA故選用的安裝容量是合適的。電氣主接線如附錄一所示3.5斷路器的型號選擇(1) 高壓側(cè)斷路器在主變壓器應(yīng)配有斷路器和互感器進(jìn)行配合保護(hù)和倒閘操作，則高壓110kV側(cè)選擇LW-110型戶外高壓六氟化硫斷路器，該型斷路器為戶外三相交流50Hz高壓輸變電設(shè)備，可以用于切合額定電流、故障電流及轉(zhuǎn)換線路，從而實(shí)現(xiàn)對輸變 電系統(tǒng)的保護(hù)、控制及操作。該斷路器是以SF6氣體

11、作為滅弧和絕緣介質(zhì)，配一臺氣動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，由壓縮空氣進(jìn)行分閘，彈簧力進(jìn)行合閘。其主要技術(shù)參數(shù)如下表 2所示。(2) 低壓側(cè)斷路器對于低壓27.5kV側(cè)，選擇ZN42-27.5/1250系列真空斷路器，加強(qiáng)絕緣型電 流互感器置于車架上安裝，配手動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)，安裝于 27.5kV電氣化鐵道專用開 關(guān)柜中，其主要技術(shù)參數(shù)如下表 3所示。表2 LW-110型戶外高壓六氟化硫斷路器主要技術(shù)參數(shù)額定電壓110kV額定電流3150A額定短路開斷電流40kA額定短路關(guān)合電流100kA額定短時(shí)耐受電流40kA額定短路持續(xù)時(shí)間4s額定峰值耐受電流100kA近區(qū)故障開斷電流75% 90%額定短路開斷電流表3 ZN42-

12、27.5 系列真空斷路器主要技術(shù)參數(shù)額定電壓27.5kV最咼運(yùn)行電壓31.4kV額定頻率50Hz額定電流1250A額定短路開斷電流25kA額定短路關(guān)合電流63kA額定短時(shí)耐受電流25kA額定峰值耐受電流63kA3.6隔離開關(guān)型號選擇(1)高壓側(cè)隔離開關(guān)高壓側(cè)的隔離開關(guān)分為接地式和防污式隔離開關(guān)，以110kV為標(biāo)準(zhǔn)，選擇GW4-110(D)/1250和GW4-110(W)/1250兩種類型隔離開關(guān)，其主要技術(shù)指標(biāo)如下 表4所示。表4 GW22-126(D)(W)/1250型隔離開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)額定電壓110kV最咼運(yùn)行電壓126kV額定電流1250A額定熱穩(wěn)定時(shí)間3s額定動(dòng)穩(wěn)定電流20kA1mi

13、n工頻耐壓95kV雷電沖擊耐壓259kV爬電距離2750mm(2)低壓側(cè)隔離開關(guān)低壓側(cè)的隔離開關(guān)只需防污式，無需接地式，以27.5kV為標(biāo)準(zhǔn)，選擇GW4-27.5(W)/1250。適用于頻率為50Hz,額定電壓為27.5kV，額定電流為1250A 的鐵道電氣化線路中，作為有電壓無負(fù)荷時(shí)分合電路用，也供鐵道自動(dòng)閉塞信事 情裝置時(shí)使用。并可單級使用。隔離開關(guān)配用CS11、CS14型手力操動(dòng)機(jī)構(gòu)，并和CJ2、CJ5、CJ6、CJ11免維護(hù)系列電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)組合，特別適合電力系統(tǒng)和 電氣化鐵路領(lǐng)域?qū)h(yuǎn)距離分、合的需要。四、心得體會這次課程設(shè)計(jì)是我們在校期間的一次重要設(shè)計(jì)，是我們走向工作崗位前重要的一步。

14、從最初的選題到分析計(jì)算、整理結(jié)果，每一個(gè)過程都考驗(yàn)了我們對專業(yè) 知識的掌握程度，以及分析問題、搜集信息的各種能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，我 了解了牽引變壓器的用途及工作原理， 熟悉了牽引變電所的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工 程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，更加詳細(xì)的了解了負(fù)序電流對電 力系統(tǒng)的影響以及我們該怎樣減少負(fù)序電流的影響。此次課程設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)的一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。但這次課程設(shè)計(jì)中暴露出來的問題還是很多的，專業(yè)基礎(chǔ)知識不夠扎實(shí)用到時(shí)才去翻書，檢索信息資料的能力尚有欠缺等等， 所以我們會在這次課設(shè)之后努 力去彌補(bǔ)自己已經(jīng)暴露出來的問題，爭取做一名合格的電氣人，在走向工作崗位后，充分顯示出交大人治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、工作認(rèn)真的作風(fēng)，這此課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束，但 我們的學(xué)習(xí)還在進(jìn)行，我們會努力充實(shí)自己，在剩余不多的大學(xué)時(shí)光里，我們將 奮力前行，為創(chuàng)造美好的未來而