DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設(shè)計

1、石家莊鐵道大學畢業(yè)設(shè)計DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設(shè)計DesignofTractionPowerSupplySystemofDNMode2013屆電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化學號學生姓名指導老師完成日期2013年5月27日畢業(yè)設(shè)計成績單學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計題目DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設(shè)計指導教師姓名指導教帥職稱講師評定成績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績:院長（主任）簽字：畢業(yè)設(shè)計任務書題目DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設(shè)計學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔指導任務單位導師姓名導師職稱講師一、主要內(nèi)容針對采用直供加回流(DN)供電方式的牽引供電系統(tǒng)進行設(shè)計

2、。主要設(shè)計內(nèi)容包括：牽引供電方案設(shè)計、牽引變電所主結(jié)線方案的選擇，牽引負荷計算和牽引變壓器型式、臺數(shù)、容量、備用的確定，短路計算，供電設(shè)備選型。最后繪制變電所主電路圖和變電所電氣布置圖。二、基本要求1. 編制設(shè)計說明書，計算說明清晰完整，正確無誤；2. 繪制牽引供電系統(tǒng)主結(jié)線圖和電氣布置圖；3. 充分采用相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)、新設(shè)備；4. 設(shè)計說明書字數(shù)：1萬字；5. 設(shè)計圖紙：折合0號圖紙一張；6. 外文翻譯：3000字以上。三、主要技術(shù)指標和設(shè)計任務1. 符合電氣化鐵路牽引供變電設(shè)計規(guī)范。2. 確定供電方案，完成負荷計算、阻抗計算及短路計算，選定牽引供電設(shè)備。3. 繪制牽引變電所主結(jié)線圖、電氣

3、布置圖以及控制保護圖等相關(guān)圖紙。4. 編制設(shè)計說明書，計算說明清晰完整，正確無誤。四、應收集的資料及參考文獻1. 牽引供變電系統(tǒng)相關(guān)資料2. 鐵路牽引供電研究的最新狀況3. 牽引供電設(shè)備相關(guān)的資料4. 牽引供電系統(tǒng)設(shè)計手冊、選型手冊五、進度計劃第1周-第2周開題報告相關(guān)計算，方案比較，系統(tǒng)設(shè)計，中期報告中期答辯第9周-第14周撰寫并整理設(shè)計說明，工程制圖第15周-第16周答辯畢業(yè)設(shè)計開題報告題目DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設(shè)計學生姓名|學號|班級|專業(yè)電氣工程及其自動化一、選題依據(jù)在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，對交通運輸?shù)囊笤絹碓礁撸F路運輸占有了相當大的比重，所以鐵路的快速發(fā)展是滿足時代的需求，他即

4、要滿足了國民生產(chǎn)、生活的正常運轉(zhuǎn)，同時有得保證自身的安全可靠。由于電力機車功率大，拉得多跑的快，世界各國的高速鐵路幾乎都采用電力機車牽引。電力機車與蒸汽機車和內(nèi)燃機車不同，它本身不能帶能源，必須由外部供應電能。為了給電力機車供應電能，需要在鐵路沿線架設(shè)一套牽引供電系統(tǒng)，他的供電能力和可靠性必須滿足列車的運行要求。二、本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢自1964年10月1日日本承建開通世界上第一條高速鐵路以來，經(jīng)過幾十年的實踐和發(fā)展，各國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)都有了很大改進，達到了很高的水平，而且都各具特色，最具有代表性的是日本、法國和德國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)。供電方式上日本、法國采用AT供電方式

5、，德國、意大利和西班牙采用RT供電方式。電源電壓等級上日本采用154kV、220kV和275kV三種電壓等級；法國采用225kV;德國采用110kV;意大利采用110kV;接觸網(wǎng)電壓日本的標準電壓為25kV,最高電壓為30kV，最低電壓為；法國分別為25kV、和18kV，德國分別為15kV、17kV和12kV。我國早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了BTAT和DN供電方式，就防護效果來看，AT方式優(yōu)于BT和DN式，就接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性能來講，DN式最為簡單可靠。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纜的普遍應用，通信設(shè)施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強，考慮到接觸網(wǎng)的

6、運行可靠性對電氣化鐵路的安全運行至關(guān)重要，所以通常認為，一般情況下DN供電方式為首選，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較，可采用AT供電方式，BT供電方式則盡量少采用或不采用。中國干線電力牽引采用單相工頻25kV交流電，牽引變電所把輸入的110kV三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5kV單相交流電送入接觸網(wǎng)，從而完成電力牽引的供電任務。三、本課題進行的主要工作電氣化鐵路負荷與工農(nóng)業(yè)輸電線路有很大的不同。此負荷是大功率單相整流型負荷，具有不對稱、非線性和波動性的特點。并且，負荷變化是隨機的，其平均負荷可能不很大，但短時負荷有可能達到很大。電氣化鐵路的這些特點對鐵路電氣設(shè)備提出了特殊的要求，尤其是對主變壓

7、器提出了特殊的要求。因此本次設(shè)計的主要工作是：1. 首先是供電制式、接線及設(shè)備選型：電力牽引電源為110kV輸電線雙回路供電；供電方式選擇直接供電；主要設(shè)備有三相變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、電壓互感器、電力互感器、避雷器等。2. 一次側(cè)計算及設(shè)備選擇：根據(jù)已知數(shù)據(jù)確定接線方案，繪制圖紙，然后進行負荷計算和短路計算，最后選擇設(shè)備，確定型號。3. 二次設(shè)備及繼電保護：進行短路計算，確定保護整定值。四、本課題的研究方法及預期達到的結(jié)果1. 研究方法：根據(jù)牽引變電所系統(tǒng)的特點、設(shè)計原則，確定電氣化鐵道牽引變電所的設(shè)計方案：首先確定變電所一次側(cè)的接線方案、負荷和短路等計算、設(shè)備選擇，然后在做變電

8、所二次側(cè)的接線方案及計算，最后進行變電所的性能分析。在研究時將國內(nèi)先進的研究成果與具體實際相結(jié)合，重視案例研究。從國內(nèi)外牽引變電所的設(shè)計的成功和失敗的案例中，找出其成功的地方并發(fā)現(xiàn)其問題，以供本次設(shè)計所借鑒。2. 預期達到的結(jié)果：經(jīng)過這個設(shè)計過程以后，可以達到運用于實際情況。這種牽引變電所可以運用于鐵路干線，并能夠短期過負荷運行。指導老師簽字時間年月日DN供電方式是采用直供加回流的供電方案，是目前我國牽引供電系統(tǒng)普遍采用的一種供電方式。首先，根據(jù)設(shè)計方案，對牽引變電所的主接線圖進行了合理嚴謹?shù)睦L制。然后，根據(jù)現(xiàn)實參數(shù)和設(shè)計要求進行負荷計算，選出合適的主變壓器。根據(jù)系統(tǒng)和主變壓器的各項參數(shù)進行短

9、路計算。在短路計算中，根據(jù)主變壓器不同的運行狀態(tài)，分別計算了高低壓側(cè)的最大和最小短路電流。之后，按照一定的高壓設(shè)備選擇原則進行該設(shè)計中高壓設(shè)備的選擇與校驗，其中包括高低壓側(cè)斷路器的選擇、高低壓側(cè)隔離開關(guān)的選擇、電流互感器的選擇與校驗，高壓熔斷器的選擇與校驗，電壓互感器的選擇，避$設(shè)備和自用變壓器的選擇。最后，結(jié)合設(shè)備和設(shè)計方案對整個設(shè)計進行調(diào)整。關(guān)鍵詞：DN供電方式主接線圖高壓設(shè)備選擇AbstractDNpowersupplyisthedirectpowersupplywithreturnline,whichiswidelyusedinChinaasatractionpowersupply.F

10、irst,themaincircuitoftractionsubstationhasbeencarriedoutwiththerationalandrigorousdrawingaccordingtothedesignplan,.Andthen,ithasbeencarriedoutwithloadsecretlyschemesagainstandelectingtherighttransformeraccordingtotherealparameterandtheneedofdesign。Accordingtotheparametersofsystemandthemaintransforme

11、rshortcircuitcalculation。Withtheshortcircuitsecretlyschemingagainst,accordingtodifferentoperationstateofthemaintransformer,thehighandlowvoltagepointoftheshortcircuithasbeensecretlyschemeagainst.Next,accordingtotheneedofthedesignandtheparameterofsystem,themaintransformerhasbeencarriedoutwiththerelay&

12、#39;sprotectionandtheadjusting.Afterwards,accordingtothatcertainhigh-voltageequipmentchoosesprinciple,thesehigh-voltageequipmentshavebeenelectedandchecked.Itincludsthathighandlow-voltagebreaker'schoice,disconnector'schoiceandchecking,fusible'schoiceandchecking,electriccurrentmutualinduct

13、anceimplement'schoiceandchecking,voltagemutualinductanceimplement'schoice,thepillarinsulatorandpenetratethewalltube'schoice,reactanceimplementandlightning-protectionequipment'schoice.Atlast,accordingtoequipmentsandtheentiredesign,itisadjustedandpolished,whichwillbemorerationalandcons

14、ummateinthecircuitandthedesign.Keywords:DNpowersupplymodeThemainwiringdiagramHighvoltageequipmentselection第1章緒論1選題的背景與現(xiàn)實意義1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1擬采用的設(shè)計方案2第2章主接線圖設(shè)計方案3供電方案的說明3主接線圖方案的設(shè)計4第3章牽引負荷的計算5概述5負荷的計算5供電臂1,2平均電流的計算6供電臂1、2有效電流的計算8計算容量9校核容量9變壓器的安裝容量10第4章短路電流計算12一次側(cè)短路計算12二次側(cè)短路計算13第5章高壓電氣設(shè)備的選擇14選擇原則14高壓電器設(shè)備的選擇16高壓

15、斷路器的選擇和校驗16隔離開關(guān)的選擇和校驗17高壓熔斷器的選擇和校驗19電流互感器的選擇和校驗19電壓互感器的選擇和校驗22避雷器的選擇24自用變壓器的選擇25母線的選擇和校驗25母線選擇時所依據(jù)的條件25110KV側(cè)母線的選擇26側(cè)母線的選擇27第6章結(jié)論與展望28結(jié)論28展望29參考文獻30致謝31附錄32附錄A外文資料翻譯32附錄B圖紙39選題的背景與現(xiàn)實意義在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，對交通運輸?shù)囊笤絹碓礁?，而鐵路運輸占有了相當大的比重，所以鐵路的快速發(fā)展是滿足時代的需求，他即要滿足了國民生產(chǎn)、生活的正常運轉(zhuǎn)，同時有得保證自身的安全可靠。由丁電力機車功率大，拉得多跑的快，世界各國的高速鐵路

16、幾乎都采用電力機車牽引。電力機車與蒸汽機車和內(nèi)燃機車不同，它本身不能帶能源，必須由外部供應電能。為了給電力機車供應電能，需要在鐵路沿線架設(shè)一套牽引供電系統(tǒng)，他的供電能力和可靠性必須滿足列車的運行要求。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自1964年10月1日日本承建開通世界上第一條高速鐵路以來，經(jīng)過幾十年的實踐和發(fā)展，各國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)都有了很大改進，達到了很高的水平，而且都各具特色，最具有代表性的是日本、法國和德國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)。供電方式上日本、法國采用AT供電方式，德國、意大利和西班牙采用RT供電方式。電源電壓等級上日本采用154kV、220kV和275kV三種電壓等級；法國采用225kV;德國

17、采用110kV;意大利采用110kV;接觸網(wǎng)電壓日本的標準電壓為25kV,最高電壓為30kV,最低電壓為；法國分別為25kV、和18kV，德國分別為15kV、17kV和12kV。我國早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了BTAT和DNB電方式，就防護效果來看，AT方式優(yōu)丁BT和DNpJ式，就接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性能來講，DN方式最為簡單可靠。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纜的普遍應用，通信設(shè)施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強，考慮到接觸網(wǎng)的運行可靠性對電氣化鐵路的安全運行至關(guān)重要，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較，可采用AT供電方式，BT供電方式則盡量少采

18、用或不采用。中國干線電力牽引采用單相工頻25kV交流電，牽引變電所把輸入的110kV三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5kV單相交流電送入接觸網(wǎng)，從而完成電力牽引的供電任務。擬采用的設(shè)計方案首先是對牽引變電所供電方式的了解，由于日前我國電氣化鐵路所采用的主要是直流式供電，該方式比較簡單實用。采用直供加回流的供電方式，該方式是在直接供電時回路采用鋼軌和架空回流線，提高回流效率。設(shè)計方案主要是采用輔助母線的連接，變壓器和饋線的備用等。然后負荷計算，短路計算，高壓設(shè)備的校驗等計算方法。第2章主接線圖設(shè)計方案供電方案的說明目前鐵路的運力不斷加大，電氣化鐵路的負荷也在不斷增加。牽引變電所的設(shè)計要求簡單實用,所以根據(jù)實際

19、的運行要求選擇直供加回流的供電方案。我國鐵路供電的電壓等級主要是110kV高壓供電，所以本設(shè)計擬采用110kV三相供電。進線端是兩路進線，每路進線選用一臺普通三相變壓器，其接線方式為Yn,d11。這兩臺主變壓器之間互為備用。主變壓器進線是三相110kV，出線是每相（單相供電，其中一相回流）在方案中選擇容量合適的主變壓器是很重要的，容量過小，容易過負荷；容量過大造成浪費，試運營成本增加。主變壓器的進線是三相進線，兩臺變壓器互為備用。饋線端是接側(cè)直接給接觸網(wǎng)供電。低壓側(cè)采用單母線分段，四條饋線接輔助母線互為100%&用。在方案確定后緊接著要做的工作就是設(shè)計并確定主接線圖。主接線圖的設(shè)計會把

20、這些設(shè)計思想反映在接線和設(shè)備的選用上。然后根據(jù)主接線圖進行有關(guān)計算，最后選定局壓設(shè)備30圖2-1帶回流線的直接供電方式示意圖主接線圖方案的設(shè)計在進行主接線圖設(shè)計之前，我參考了有關(guān)牽引變電所設(shè)計方案，爭取把比較完整，比較先進的主接線設(shè)計方案運用在該設(shè)計中。對該設(shè)計中的主接線圖的說明主要如下：該變電所電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選出的一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。該變電所的電氣主接線包括110kV高壓側(cè)、低壓側(cè)以及變壓器的接線。因各側(cè)所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。電氣主結(jié)線的基本結(jié)線形式有單母線接線，雙母線接線，橋形結(jié)線和簡

21、單分支接接線。在該主接線圖中，低壓側(cè)用了單母線分段（圖2-2）。隔離開關(guān)、母線,饋線圖2-2單母線分段示意圖概述牽引負荷計算是確定牽引變壓器安裝容量的前提，主要進行以下三個步驟：(1) 根據(jù)鐵道部任務書中規(guī)定的年運量大小和行車組織的要求確定計算容量，這是為供應牽引負荷所必須的容量。(2) 根據(jù)列車緊密運行時供電臂的有效電流和充分利用牽引變壓器的過載能力，計算校核容量，這是為確保變壓器安全運行所必須的容量。(3) 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)品確定牽引變壓器的臺數(shù)和容量。其中，除了考慮計算容量和校核容量外，主要考慮的因素就是備用方式的選擇。牽引變壓器在檢修或發(fā)生故

22、障時，都需要有備用變壓器的投入。以確保電氣化鐵路的正常運輸。綜合實際電氣化鐵路線路、運量、供電方式等因素的考慮，該設(shè)計采用的是兩臺變壓器互為備用的方式。負荷的計算3.2.1牽引變電所容量的計算原始資料:運行方向列車全部運行時間t/min列車用點運行時間tu/min列車在t(tu)內(nèi)的能耗/kW供電臂1上行950供電臂1下行15850供電臂2上行27851供電臂2下行960表3-1負荷計算原始資料供電臂1-n=,N=100對/天，N非=150對/天供電臂2-n=,N=90對/天，N非=133對/天3.2.2供電臂1,2平均電流的計算首先計算供電臂1,2的基本參數(shù)。It上A上2.4t上A下2.4t

23、TA上2.4tu上A下2.4tu下muPtaTmP上TNt下TNtu上nTNtunTt上tu上ta上tu下Nt上(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)(3-9)(3-10)將數(shù)據(jù)代入以上公式得:供電臂1:A上It上2.493.1AA下It下2.4104.6AtTA上I上2.4139.0Atu上A下I下2.4136.0Atu下Ntu上nT供電臂2:PtIt上Ntu下nr2.42.42.42.4tu上tu下tu下tu上nTPttu下nTtu上tu下1.701.350.390.361.491.375.6A94.1A131.8A118.2A1.691.530.

24、310.391.741.26按以上計算出的基本參數(shù)與計算圖av上P上I上n2li12lPEnl.1max3.4I3.4124.1421.94pi12l(3-11)av下PEn2li1lip2lP上I上nl1ipi12l(3-12)計算雙區(qū)段上、下行饋線總電流Iavy上Iav下npl(上、下行饋線總平均電流)(3-13)22leVle上le下2Iav±、下(上、下行饋線總有效電流)(3-14)liav1.667100950850103300Al2av1.66790851960103271.7A3.2.3供電臂1、2有效電流的計算供電臂1、2的有效電流計算通常用簡化公式(3-15)來計算

25、lelelele上2Iav上lav下有簡化公式:leKeIav(3-15)供電臂1的有效電流l1e為l1eKe、a/tu偵1.08a/tu偵1.081.081.081.1a11.11.41Ke1.1則：同理:則：同理:m上m下,1.71.35l1e1.08300324l2e1.47271.7399.43.2.4計算容量通過以上計算，可知：Ile<l2e,則供電臂2為重負荷，貝U：(3-16)SKtU,4I；eI12e2I1avI2av23559.1kVA23559.1kVA23559.1kVASKtU4I；eI12e2I1avI2av0.927.5638081.4104976163020

26、3.2.5校核容量對應丁N非重負荷供電臂列車用電的平均概率P±P±P±Ntu上nT(3-17)(3-18)N非扁下nT由式(3-17)、(3-18)得:PtMetu上nT13315.50.463.11440Metu下nT按雙線有上行或下行車的概率為：FV13319.50.583.11440PP±(3-19)1.040.460.580.77對P附錄可得重負荷臂的最大電流Imax為(3-20)(3-20)(3-20)(3-21)Imax3.4IA上下I2.4tu上下由式(3-21)得:A上下I2.4124.1tu上下I對應丁N非的輕負荷供電臂的有效電流150

27、24.52.551440(3-22)(3-23)已知a為則:Ke由公式(3-13)得：Ia、由公式(3-15)得：Ke15019.52.031440,1.1a11m±m11.1a111.11.41m±m下2.552.0331.6671509508501031.06450.1(3-24)ImKeIav1.06450.1477.1A最大容量Smax為:SnaxktU2Imax0.65Ie(3-25)28339.1kVA(3-26)則:SnaxktU2Imax0.65Ie0.927.5834.9310.1Smax28339.1S核-jma18892.7kVAK1.5變壓器的安裝容

28、量計算容量是為供應牽引負荷所必需的，而校核容量是保證變壓器能正常運行所必需的。在選擇變壓器容量時，選擇值必須要大丁這兩項技術(shù)參數(shù)?？紤]到今年來客運專線的運力不斷加大，必要時兩臺變壓器可以并聯(lián)運行。因此，在既能滿足牽引負荷乂能保證變壓器正常運行的情況下，選擇容量大一些的主變壓器。綜合考慮，確定變壓器的容量為31500kVA.如下表所示：表3-2確定變壓器容量的技術(shù)參數(shù)計算容量校核容量變壓器容量kVA31500kVA這兩臺容量為31500kVA的三相變壓器，接線方式為Yn,d11,型號是SF1-31500/110,其技術(shù)參數(shù)如下表：表3-3變壓器技術(shù)參數(shù)高壓額低壓額高壓低壓型號定定容量(kVA)定

29、電壓(kV)定電壓(kV)額定電流額定電流空載損耗(kV)短路損耗阻抗電壓仝載電流連接組別(A)(A)(kV)SF1-31500/110315001101656601482Yn,d11第4章短路電流計算一次側(cè)短路計算(1)確定基準值：取&=100MVA,Soc=1000MVA,U=U,UG=115kV,Ug=則：.Sd1000.5(kA)d1.3Uci.3115I&1002.1(kA)1d2-.3Uc2.327.5Sj系統(tǒng)容量基準值Uj系統(tǒng)電壓基準值Uj'主變低壓側(cè)電壓基準值計算短路電路中各元件的電抗標幺值:電力系統(tǒng)電抗標幺值:*Xs&理0.1S°c1

30、000oc牽引變壓器電抗標幺值：Y*Uk%SdXT-100SN10.510010031.50.33(3)一次側(cè)短路計算等效電路圖，見圖4-1:圖4-1短路等效電路圖總的電抗標幺值:*X三相短路電流周期分量有效值：.Id1*X*XS0.1S0.5一5(kA)0.1取沖擊系數(shù)K/,則:短路沖擊電流為：ishksh2I2.55512.75(kA)短路沖擊電流有效值為：Ish1.51I1.5157.55(kV)二次側(cè)短路計算歸算到側(cè)的系統(tǒng)阻抗和變壓器阻抗XiX227.5210000.756()XbUk%Ud22100Sn10.527.5210031.52.52()(1) 一臂母線接地短路電流：,、3e

31、.3e3e11'X1X2X1X22Xb2X12Xb27.52(0.7562.52)4.197(kA)三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：ish2.55I12.554.19710.702(kA)Ish1.51I11.514.1976.34(kA)異相牽引母線短路電流：3e3E、3e12:-X1X2X1X22Xb2X12Xb二27.5一2(0.7562.52)4.197(kA)三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：ish2.55I22.554.19710.702(kA)Ish1.51I21.514.1976.34(kA)異相牽引母線短路接地：13=7.63(kA)X1X1Xb0.75

32、62.52三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值:ish2.55I32.557.6319.46(kA)Ish1.51I31.517.6311.52(kA)將短路計算結(jié)果列丁表4-1:表4-1短路計算結(jié)果一次側(cè)短路一相母線對軌異相母線短路三相短路短路電流5kAkAkAkA短路沖擊電流kAkAkA短路沖擊電流有效值kAkAkAkA第5章高壓電氣設(shè)備的選擇選擇原則按正常工作條件選擇電氣設(shè)備額定電壓選擇在選擇電氣設(shè)備時，必須使電氣裝置地點電路的最大工作電壓Ug不超過電氣設(shè)備的最高工作電壓Sax,才能保證在正常運行情況下電器的絕緣不致破壞。即UgUmax(5-1)按額定電流選擇在選擇電器時，為使發(fā)熱不超

33、過允許溫度，器所在電路中最大連續(xù)工作電流，即1g.max就必須保證電器的額定電流不小丁電Ixu(5-2)1g.maxSe1.3Ie1.3-3Ue(5-3)式中：Ixu一電氣設(shè)備的長期允許電流值1皿冰一電路的最大長期工作電流(1) 按短路情況校驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定 短路計算點的選擇(見圖4-1) 短路計算時間的確定它等丁被校驗電氣設(shè)tg之和,即t=tb+tg而短路的計算時間就是短路電流通過所選擇電氣設(shè)備的時間,備所在電路的主保護動作時間tb與該電路內(nèi)斷路器斷路時tg=tgu+thu(S)tgu一斷路器的固有動作時間thu一電弧持續(xù)時間空氣斷路器thu=多油或少油斷路器thu=(2) 短路熱穩(wěn)定校驗熱

34、穩(wěn)定條件為：QuQ(5-4)Qu一電器斷路時允許的發(fā)熱量，制造廠常以ts內(nèi)允許通過電流It所產(chǎn)生的熱量It2Rt來表示，時間t通常定為5s或10s,新斷路器為4sQ一短路電流所產(chǎn)生的熱量由丁QdI2t;故有：I2tIt2t(5-5)(3) 動穩(wěn)定校驗電氣的動穩(wěn)定度由制造廠規(guī)定的極限通過電流峰值表示，它也稱為電器的動穩(wěn)定電流，在運行中，可能通過的最大電流是回路中可能發(fā)生的三相短路電流最大沖擊值膏，因此校驗電器的動穩(wěn)定時需滿足：ichigf或ichigf(5-6)式中：igf、Igf電器極限通過電流峰值和有效值ggich、Lh一短路沖擊電流及其有效值8ChCh高壓電器設(shè)備的選擇5.2.1高壓斷路器

35、的選擇和校驗(1)110KV側(cè)斷路器選用SW5-110/1000型戶外式少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見下表9表5-1SW5-110/1000型戶外式少油斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓/kV額定電流/A斷流容量/MVA峰值/kA有效值/kA熱穩(wěn)定電流/kASW5-110/1000110100035005532215s因為該型-號斷路器，由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得：滿足要求I*7.55kAIgf32kA滿足要求Ue110kVUg110kV根據(jù)(5-3)知：Ie1000Ig.max214.9A滿足要求Ig32kAIch7.55KA滿足要求QdI2t525125KA2.SQI：t212xu522

36、05KA2.SQ1滿足要求所以，該型號戶外高壓斷路器滿足要求(2)側(cè)選用型斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-2:表5-2斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)額定電壓額定電流斷流容量峰值有效值/kA型號熱穩(wěn)定/kA/kV/A/MVA/kA1250400632525(3s)UUe27.5kV工作電流：Ie1250AIgmax1.3I1.3661.3859.4(A)IeIgmax短路熱穩(wěn)定校驗為：QI2t52375KA2.SdQxuIt2t2523187KA2.SQQdXud短路動穩(wěn)定校驗為：I311.52KAIgf25KA3IgfIch所以，該型號戶內(nèi)高壓斷路器滿足要求。5.2.2隔離開關(guān)的選擇和校驗(1)110kV側(cè)帶接地刀

37、閘隔離開關(guān)選用GW1-110ES,技術(shù)參數(shù)下表表5-3GW4-110D型隔離開關(guān)參數(shù)表由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得:型號壓(kV)最局工作電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流(峰值)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GW4-110D110126125080因為：Ue110kVU110kVeg滿足要求。Ie1250Ig.max214.9A滿足要求。Ig32kAIch7.55kA滿足要求。熱穩(wěn)定性校驗2_222QINt31.5243969KA2.SQd100KA2.Sxu滿足要求所以，該型號高壓隔離開關(guān)滿足要求(2)側(cè)隔離開關(guān)選用型，其技術(shù)數(shù)據(jù)見下表表5-4型隔離開關(guān)參數(shù)表額定電壓型號(kV)額

38、定電流(A)動穩(wěn)定電流(峰值)(kA)5s熱穩(wěn)定電流(kA)35100080由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)/曰"寸：因為該型號隔離開關(guān)：Ue27.5kV滿足要求Ie1000AIgg860A滿足要求Ig21.5kAIch7.55kA滿足要求222_2_Qxui2t21.5252311.25kA2.SQd663.6kA2.S滿足要求所以該型號高壓隔離開關(guān)滿足要求。5.2.3高壓熔斷器的選擇和校驗熔斷器是用以切斷過載電流和短路電流，選擇熔斷器時首先應根據(jù)裝置地點和使用條件確定種類和型式；對丁保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需要按額定電壓和斷流容量兩項來進行選擇。表5-5RN2-3

39、5型高壓熔斷器技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓/kV取大斷流谷用/MVARW1-35Z35400Ue35kVUq27.5kVeg滿足電壓要求最大斷流容量Sek400MVASdt327.57.63363.4MVA滿足開斷能力所以該型號高壓熔斷器滿足要求。5.2.4電流互感器的選擇和校驗(1) 選擇原則 按一次回路額定電壓選擇電流互感器的一次額定電壓Un必須大丁電流互感器安裝處的電網(wǎng)額定電壓UW,即UinUw 按一次回路額定電流選擇電流互感器的一次額定電流應滿足IinIw.max式中：IlN、Iw.max一分別為電流互感器的一次側(cè)額定電流和安裝處一次回路最大工作電流； 電流互感器的準確級和額定容量的選擇其準確

40、度和額定容量應根據(jù)負載要求來確定。為保證足夠的準確度，其準確度不得低丁二次負載的準確級或二次負載所要求的準確級。如裝丁重要回路中的電度表或計費用的電度表一般采用級，相應電流互感器至少是級；供運行監(jiān)視、供電電能的電度表一般采用級的；相應互感器應為1級；供繼電保護或供只需估計電參數(shù)的儀表用的電流互感器一般采用3級即可。（2）110kV側(cè)電流互感器得選擇與校驗 110kV側(cè)選用LCW110型瓷絕緣戶外式電流互感器，電流比為300/5,其具體技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-9:表5-9LCW110型電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)額定容量額定電壓額定電流比準確級次1秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)LCW11030vA110kV300/5A、

41、175150每相互感器二次負荷列丁下表中,據(jù)此進行二次負載的計算與校驗。表5-10電流互感器二次負載統(tǒng)計表儀表名稱A相（）B相（）C相（,.一.3電流表（iti-a型）3有功功率表（idi-w）一有功瓦時計（DSI）由最大一相（B相）負載為依據(jù)進行計算，取W雙e30V.A則可得導線電阻為RdRdRd3°0.10.9852銅導線0.018.mm2/m,Ll,則其截面:因此，選擇截面為校驗熱穩(wěn)定性SRdL000.918mm20.981.5mm2的銅導線,可滿足要求。(5-9)IeKt2(5-10)IeKt2t20.175_22156.25kA2sQd25kA2s滿足熱穩(wěn)定性要求。故選擇的

42、LCWB6110型電流互感器能滿足要求。（3）側(cè)電流互感器得選擇與校驗側(cè)選用LCWD1-3曲流互感器，電流比為100/5,其具體技術(shù)參數(shù):型號定定容量/VA額定電壓/kV/A1秒熱穩(wěn)準確級次定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)LCWD-3530800/51/10P1100141表5-11LCW-35型電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)每相互感器二次負荷列丁下表中,據(jù)此進行二次負載的計算與校驗。表5-12電流互感器二次負載統(tǒng)計儀表名稱A相（）B相（）C相（電流表（ITI-A型）有功功率表（IDI-W）一有功瓦時計（DSI）_總計3由最大一相（B相）負載為依據(jù)進行計算,取W2WL30V.A則可得導線電阻為：Rd3°0.10

43、.9852銅導線0.018.mm2/m,Ll,則其截面S苫0.018。500.918mm2因此，選擇截面為1.5mm2的銅導線，可滿足要求Rd0.98校驗熱穩(wěn)定性，由（5-10）得：IeKt2t0.4100211600kA2sQd58.2kA2s滿足熱穩(wěn)定性要求故選擇的LCWD1-35!流互感器能滿足要求。5.2.5電壓互感器的選擇和校驗（1）選擇原則電壓互感器的種類和型式選擇電壓互感器的種類和型式應根據(jù)安裝地點和使用條件選擇。如根據(jù)安裝地點確定采用戶內(nèi)式還是戶外式；根據(jù)電網(wǎng)電壓級別、使用條件確定電壓互感器相數(shù)、絕緣方式等。一般電壓級別低時，如在3-6kV系統(tǒng)，多用干式電壓互感器；當電壓在6-

44、35kV級別時，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；110kV以上的電壓級別，采用申級式電壓互感器等。 按一、二次回路電壓選擇為確保電壓互感器安全可靠長期工作和在規(guī)定的準確度級別下運行，要求電壓百感器所接電網(wǎng)電壓不超過也不低丁互感器一次額定電壓的10%而電網(wǎng)電壓變動一般不會超出電網(wǎng)額定電壓的10%因此可按下式確定電壓互感器一次額定電壓，即：UiNUw式中：UiN、Uw分別為電壓互感器一次側(cè)額定電壓和互感器安裝處電網(wǎng)的額定電壓；電壓互感器二次側(cè)額定電壓應符合測量儀表或繼電器的額定電壓，一般為100V或%。 根據(jù)負載確定互感器接線方式、容量和準確度級電壓互感器的準確度級的選擇與電流互感器相同。為保證

45、電壓互感器在所要求的準確級下工作，電壓互感器的額定二次容量W2e應不小丁互感器的二次負載容量W2,即：W2eW2式中：W2e'W2一分別為每相互感器的額定二次容量和其所承擔的二次負荷總?cè)萘?V3。由丁電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要效驗短路的穩(wěn)定性。當電壓在110kV及以上時，一般不采用鋼箱瓷套管結(jié)構(gòu)式的，因為這種結(jié)構(gòu)使互感器笨重，且造價昂貴。此時，采用單相申級結(jié)構(gòu)，并以瓷箱代替鋼箱，可以使體積減小、重量減輕，并降低造價。(2) 對丁戶外高壓電壓互感器選用JCC1-110型戶外電壓互感器.供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級

46、為3級。供110kV側(cè)運行監(jiān)視用的電壓互感器選擇：準確級1級。表5-13JCC1-110型戶外電壓互感器參數(shù)表型號備注一次額定基本二輔助一次額一級額三級額最大容電壓(V)次額定定電壓(V定容量定容量量(VA)電壓(V)(VA(VA)110103100中性點JCC1-110K100/100/35001002000直接接3由丁電壓互感器裝丁110kV側(cè)只是用丁電壓監(jiān)視，并不需要起保護作用，因為如果110kV側(cè)發(fā)生故障或事故是，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用JCC1-110型準確級1級，額定容量的電壓互感器便可以滿足要求。(3) 側(cè)電壓互感器供繼電保護用的電壓互

47、感器的選擇：準確級為3級。供計費用的電壓互感器的選擇：型號同上，但準確級為級。表5-14電壓互感器參數(shù)表額定電壓比級額定容量(VA)1級額定容量(VA)3級額定容量(VA)一次的二次及地試驗電壓(V)二次對地試驗電壓(V)最大容量(VA)連接組別27500/1001501505009521000I,in2%由丁電壓互感器裝丁側(cè)不僅要用丁電壓監(jiān)視，而且還要起到保護作用，用丁保護牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準確級需要3級，因此選用該型準確級3級，額定容量的電壓互感器可以滿足要求。5.2.6避雷器的選擇(1)110kV側(cè)選Y10W5-100/295型避富器，其各項技術(shù)參數(shù)如表5-15表5-1

48、5Y10W5-100/295型避雷器參數(shù)表注：*為8/20US雷電沖擊殘壓(峰值)不大丁標稱放電電流10kA時額定電壓*Y10W5-100/295110KV100KV73KV295KV(2)側(cè)選用Y10W5-42/140型避富器，其技術(shù)參數(shù)如表5-16表5-16Y10W5-42/140型避雷器參數(shù)表注：*為8/20us雷電沖擊殘壓(峰值)不大丁標稱放電電流10kA時系統(tǒng)標稱電壓額定電壓持續(xù)運行電壓*Y10W5-40/14242KV30KV140KV5.2.7白用變壓器的選擇根據(jù)牽引變電所二次側(cè)的電壓等級，選擇S7系列三相雙繞組配電變壓器作為牽引變電所內(nèi)部自用變壓器，其主要參數(shù)如表6-13所示：

49、表6-13S7系列三相雙繞組變壓器主要參數(shù)定定容量高壓高壓分低壓連接組仝載負載仝載阻抗/kVA/kV接范圍/kV標號損耗損耗電流電壓/kW/W/%/%50500Y,yno母線的選擇和校驗5.3.1母線選擇時所依據(jù)的條件(1) 按最大長期工作電流選擇母線截面根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升xu的限制，應使最大長期工作電流小丁Ixu,即1xu1gmax1xu1gmax(6-14)式中Ixu一相應丁母線工作的環(huán)境和其放置方式下，母線長期允許電流值；Igmax一母線在電路中的最大長期工作電流。(2) 按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面按經(jīng)濟電流密度jn選擇母線截面應滿足下列條件：SL(6-15)jn(3) 按短

50、路條件校驗母線的熱穩(wěn)定性在滿足穩(wěn)定性的前提下，母線的最小容許截面Smin，即1SCQd(6-16)式中b與母線材料及其發(fā)熱溫度有關(guān)的系數(shù)；(4) 按短路條件校驗母線的機械穩(wěn)定性母線的沖擊電流通過母線時，使其承受較大的機械應力，將導致固定在支持絕緣子上的母線彎曲變形甚至折斷，因而必須按這時加丁母線的彎矩進行應力計算。對丁單條矩形母線，當跨條大丁2(等丁2)時，母線的最大彎矩為(6-17)式中l(wèi)一支持絕緣子間的跨距，厘米F一母線所受的機械應力，公斤。母線的最大計算應力為將(6-17)代入(6-18)中，得將(6-17)代入(6-18)中，得將(6-17)代入(6-18)中，得1.76ich2lW1

51、09(6-18)(6-19)式中W-截面系數(shù)母線的最大計算應力應小丁材料的允許應力xuxu(6-20)則認為母線的機械穩(wěn)定性可以滿足要求。110kV側(cè)母線的選擇(1)按最大長期工作電流選擇母線截面最大長期工作電流按變壓器過載倍考慮，則:Ig.max1.3Ie1.3165214.5(A)查出鋁母線(25X4型)的允許載流量為292A(環(huán)境溫度為25時),大丁最大工作電流，故初選100mm截面的鋁母線(單條平放)。(2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負荷時的溫度：I2gmaxs0xu0Ixu2214525702525.08292短路電流計算時間tjstbtg0.10.10.2s短路電流熱效應：Q

52、dI2t520.25(kA2S)由s25.08，查得鋁曲線As0.166104Qd451064AZAS0.166104廠0.216104S21002查表可得A0.216104,對應鋁母線曲線的縱坐標為30.3,即z30.3xu200,表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。側(cè)母線的選擇(1)按最大長期工作電流選擇母線截面Ig.max1.3Ie1.3660858A查出鋁母線60X10的允許載流量為1097A(環(huán)境溫度為25時)，大丁最大工作電流，故初選60X10=600mm截面的鋁母線(單條平放)。(2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負荷時的溫度2Igmaxs0xu0Ixu2258587025525

53、1097短路電流熱效應:_2_2_210411.6410660020.423104QdI2t7.6320.211.64(kA2S)52.2，在查得鋁曲線As0.42AZASQd0.42104S2查表可得Az0.4229104,對應丁鋁母線曲線的縱坐標為72,即72xu200,表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。(3) 校驗母線的機械穩(wěn)定性三線短路時沖擊電流：ich1.727.6318.34(kA)設(shè)母線采用水平排列排放，=40厘米，l=120厘米，一？2,kx1則三相短bh路時相問電動力為:Q32|79A120F31.73ichKx1071.7318.342106107174.6(N)a40母線平放及水平排列時,母線平放及水平排列時,其抗彎模量為:12123Wbh20.4(4)21.067(cm3)66174.61.2106101.06719.64106(pa)母線的計算應力：MFIW10W查表得鋁母線的允許應力為69106pa,xu,滿足機械穩(wěn)定性。第6章結(jié)論與展望結(jié)論該設(shè)計是一個目前國內(nèi)鐵路變電與供電工程中很普遍的課題，在設(shè)計中要有活晰的設(shè)計思路，實用的設(shè)計方案。在整個設(shè)計過程中，必須要嚴格遵照理論聯(lián)系實際的理念，特別是對參數(shù)的計算與校驗，更是要有非常嚴謹?shù)膽B(tài)度。該設(shè)計基本完成了對牽引變電所的整體設(shè)計。實現(xiàn)了對鐵路的雙行供電，特別是對回流采用的措施是架回流線，這樣能保留直接