牽引變電所的設(shè)計(jì)

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 概論1.1 課題研究的目的意義牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)輸送來(lái)的三相高壓電變化成適合電力機(jī)車(chē)使用的電能。而電氣主接線反映牽引變電所設(shè)施的主要電氣設(shè)備以及這些設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、技術(shù)參數(shù)以及在電氣上是如何連接的，高壓側(cè)有幾回進(jìn)線、幾臺(tái)牽引變壓器，有幾回接觸網(wǎng)饋電線。通過(guò)電氣主接線可以了解牽引變電所等設(shè)施的規(guī)模大小、設(shè)備情況。1.2 電氣化鐵路的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀變電所是對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所。在電能是社會(huì)生產(chǎn)和生活質(zhì)量中最為重要的能源和動(dòng)力的今天，變電所的作用是很重要的當(dāng)前我國(guó)進(jìn)行的輸變電建設(shè)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)的建

2、設(shè)與改造，對(duì)未來(lái)電力工業(yè)發(fā)展有著重要的作用。因此，產(chǎn)品技術(shù)要先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量要過(guò)硬，應(yīng)達(dá)到3040年后也能適用的水平；而且產(chǎn)品必須要國(guó)產(chǎn)化?，F(xiàn)階段我過(guò)主要是使用常規(guī)變電所。常規(guī)變電所即采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和管理的變電所，一般為有人值班或駐所值班，有穩(wěn)定的值班隊(duì)伍。繼電保護(hù)為電磁型，電器就地控制，不具備四遙、遠(yuǎn)方操作功能，需要一支訓(xùn)練有素的運(yùn)行與檢修隊(duì)伍和一整套相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)、制度進(jìn)行管理，以滿足安全運(yùn)行的要求。這種模式有許多不足之處。我國(guó)的近期目標(biāo)是既要充分利用原有設(shè)備，又要能夠適應(yīng)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)；既要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，又要滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。國(guó)外的變電所研究已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我國(guó)，他們?cè)谧?/p>

3、電站的運(yùn)行管理模式上, 已經(jīng)能做到無(wú)人值守。1.3 牽引變電所1.3.1 電力牽引的電流制 電力牽引按牽引網(wǎng)供電電流的種類(lèi)可分為三種電流制，即直流制、低頻單相交流制和工頻單相交流制。 (1) 直流制即牽引網(wǎng)供電電流為直流的電力牽引電流制。電力系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)過(guò)牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過(guò)牽引網(wǎng)供給電力機(jī)車(chē)使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國(guó)家的電氣化鐵路仍在應(yīng)用。我國(guó)僅工礦、城市電車(chē)和地下鐵道采用。牽引網(wǎng)電壓有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后兩種分別用于城市電車(chē)、地下鐵道。直流制存在的主要問(wèn)題是，直流牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓受到換向條件的限制

4、不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來(lái)供應(yīng)電力機(jī)車(chē)。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面要隨著增大（一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索），牽引網(wǎng)電壓損失也相應(yīng)增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有1530 km。牽引變電所的數(shù)量多，并且為完成整流任務(wù)而變得較復(fù)雜。由于這些緣故，許多國(guó)家已逐漸停止發(fā)展直流制。(2) 低頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為低頻單相交流的電力牽引電流制。這種電流制是繼直流制之后出現(xiàn)的，牽引網(wǎng)供電電流頻率為16Hz，牽引網(wǎng)電壓為15kV或11kV，電力機(jī)車(chē)上采用交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。交流容易變壓，因此，可以在牽引網(wǎng)中用高電壓送電而在電力機(jī)車(chē)

5、上降低電壓，供應(yīng)低電壓的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關(guān)。應(yīng)用低頻的條件，一方面是由于歐洲電力工業(yè)發(fā)展的初期原來(lái)就存在低于50Hz的頻率；另一方面，交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)因存在變壓器電勢(shì)而對(duì)整流過(guò)程造成困難，不適宜在較高的頻率下運(yùn)行。因此，在歐洲，低頻單相交流制于20世紀(jì)50年代前得到較大發(fā)展，目前在一些歐洲國(guó)家仍在應(yīng)用。另外，在美國(guó)等國(guó)家，還采用牽引網(wǎng)供電電流頻率為25Hz、電壓為1113kV的低頻單相交流制。電力工業(yè)主要采用50Hz標(biāo)準(zhǔn)頻率后，低頻制電氣化鐵道或者須自建專(zhuān)用的低頻率的發(fā)電廠，或者在牽引變電所變頻后送人牽引網(wǎng)；

6、這就變得復(fù)雜化，于是，其發(fā)展受到了限制。(3) 工頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為工業(yè)頻率單相交流的電力牽引電流制。它是在20世紀(jì)50年代中期法國(guó)電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機(jī)車(chē)獲得成功之后開(kāi)始推廣的。從那時(shí)以來(lái)，許多國(guó)家都相繼采用。這種電流制在電力機(jī)車(chē)上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來(lái)供應(yīng)直流牽引電動(dòng)機(jī)。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應(yīng)提高。目前，較普遍應(yīng)用的接觸網(wǎng)額定電壓是25kV。采用工頻單相交流制的優(yōu)點(diǎn)是，消除了低頻單相交流制的兩個(gè)主要缺點(diǎn)（與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率并行的非標(biāo)準(zhǔn)頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)）；牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡(jiǎn)化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，

7、就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過(guò)的電流相對(duì)較小，從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面減小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；牽引變電所的間距延長(zhǎng)、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用減少；電力機(jī)車(chē)采用直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，也遠(yuǎn)比交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能好，運(yùn)行可靠。采用工頻單相交流制的缺點(diǎn)是，對(duì)電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對(duì)沿電氣化鐵路架設(shè)的通信線有干擾。但是，經(jīng)過(guò)技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相25kV交流制。1.3.2 牽引變電所的供電方式(1)牽引變電所一次側(cè)的供電方式牽引變電所一次側(cè) （

8、電源側(cè)，通常為110KV或220KV）的供電方式，可分為一邊供電邊供電和環(huán)形供電。 一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個(gè)方向的電廠送來(lái)。兩邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩向的電廠送來(lái)。 環(huán)形供電 是指若干個(gè)發(fā)電廠、地區(qū)變電站通過(guò)高壓輸電線連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)路中。(2)牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式單線區(qū)段一邊供電；兩邊供電。雙線區(qū)段同相一邊并聯(lián)供電；同相一邊分開(kāi)供電；雙邊扭結(jié)供電。1.4小結(jié)變電所是對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所,本章介紹了牽引變電所分類(lèi)及其國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，對(duì)其有了初步的了解。第2章 牽引變電所主結(jié)線的選擇牽引變電氣

9、主接線是變電所設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定與電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性是密切相關(guān)的，而且對(duì)電氣設(shè)備的選擇，配電裝置布置，繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此必須合理的確定主接線。電氣主結(jié)線應(yīng)滿足的基本要求首先保證電力牽引負(fù)荷，運(yùn)輸用動(dòng)力，信號(hào)負(fù)荷安全，可靠供電的需要和電能質(zhì)量。具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便。應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減小投資和運(yùn)行費(fèi)用。應(yīng)力求接線簡(jiǎn)捷明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建的余地。2.1 高壓側(cè)電氣主結(jié)線的基本形式（1）單母線接線圖2-1單母線結(jié)線圖如圖2-1所示，單母線接線的的特點(diǎn)是整個(gè)的配電裝置只有一組母線，每個(gè)

10、電源線和引出線都經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，在運(yùn)行操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守以下操作順序：對(duì)饋線送電時(shí)必須先和1QS和2QS在投入1QF；如欲停止對(duì)其供電必須先斷開(kāi)1QF然后斷開(kāi)1QS和2QS。 單母線結(jié)線的特點(diǎn)是：（1）結(jié)線簡(jiǎn)單、設(shè)備少、配電裝置費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠性。（2）每回路斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時(shí)，僅該回路停電，其他回路不受影響。（3） 檢修母線和與母線相連的隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時(shí)，將是全部電源斷開(kāi)，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。這種結(jié)線方式的缺點(diǎn)是母線故障時(shí)、檢修設(shè)備和母線時(shí)要造成停電；適用范圍：

11、適用于對(duì)可靠性要求不高的1035kV地區(qū)負(fù)荷。(2)單母線分段結(jié)線圖2-2為用斷路器分段的單母線分段結(jié)線圖。分段斷路器MD正常時(shí)閉合，是兩圖2-2單母線分段結(jié)線圖段母線并列運(yùn)行，電源回路和同一負(fù)荷的饋電回路應(yīng)交錯(cuò)連接在不同的分段母線上。這種結(jié)線方式的特點(diǎn)是：(1)分段母線檢修時(shí)將造成該段母線上回路停電。(2)進(jìn)線上斷路器檢修時(shí)造成該進(jìn)線停電。適用范圍：廣泛應(yīng)用于1035kV地區(qū)負(fù)荷、城市電牽引各種變電所和110kV電源進(jìn)線回路較少的110kV結(jié)線系統(tǒng)。 (3)采用橋形結(jié)線當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來(lái)，即構(gòu)成橋型結(jié)線。橋型結(jié)線按中間橫向橋接母線的位置不

12、同，分為內(nèi)橋形和外橋形兩種，如圖2-3所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線路側(cè)。內(nèi)橋形結(jié)線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運(yùn)行都比較方便。橋形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運(yùn)行，1QS和2QS是斷開(kāi)的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時(shí)，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他三個(gè)元件（另一線路和兩臺(tái)主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內(nèi)橋結(jié)線當(dāng)任一線路故障或檢修時(shí)不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠(yuǎn)比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)內(nèi)橋結(jié)線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時(shí)，橋斷路器（QF）的檢修或故

13、障將造成環(huán)網(wǎng)斷開(kāi)。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時(shí)隔離開(kāi)關(guān)將跨條斷開(kāi)，安裝兩組隔離開(kāi)關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形結(jié)線的特點(diǎn)與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開(kāi)時(shí)，只要斷開(kāi)它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時(shí)，將是與該線路連接的變壓器短時(shí)中斷運(yùn)行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形結(jié)線適用于電源線路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺(tái)主變中一臺(tái)要經(jīng)常斷開(kāi)或投入）的場(chǎng)合，也可用在有穿越功率通過(guò)的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。(a) 內(nèi)橋形 (b) 外橋形圖2-3 內(nèi)橋和外橋結(jié)線圖橋

14、型結(jié)線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結(jié)線。即在初期按橋形結(jié)線，將來(lái)有可能增加電源線路數(shù)時(shí)再擴(kuò)展為其他結(jié)線形式。2.2 牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線特點(diǎn)牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主結(jié)線基本形式多數(shù)對(duì)牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線也是適用的。但考慮牽引負(fù)荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點(diǎn)，有針對(duì)性的在電氣結(jié)線上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行靈活性。(1) 由于接觸網(wǎng)沒(méi)有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線路更為頻繁，因此牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線對(duì)接觸網(wǎng)饋線斷路器的類(lèi)型與備用方式較一般電力負(fù)荷要求更高。(2) 牽引

15、側(cè)電氣結(jié)線于牽引變壓器的類(lèi)型（單相或三相）和接線方式以及主變壓器的備用方式有關(guān)，在采用移動(dòng)式變壓器做備用的情況下，與移動(dòng)變壓器接入電路的方式有關(guān)。(3) 與饋線數(shù)目、電氣化鐵路年運(yùn)量、單線或復(fù)線，以及變電所附近鐵路其他設(shè)施如大型樞紐站、電力機(jī)車(chē)段和地區(qū)負(fù)荷等的供電要求有關(guān)。對(duì)于牽引側(cè)母線本身，由于線路簡(jiǎn)單，引至饋線配電間隔為單相母線，實(shí)踐證明很少發(fā)生故障，必須檢修母線和母線上隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，可由臨近變電所越區(qū)供電以代替被檢修的母線或母線分段。為合理解決饋線斷路器的備用方式，牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線有下列幾種形式：每路饋線設(shè)有備用斷路器的單母線結(jié)線，如圖3-8所示，考慮手車(chē)式氣體斷路器（或真空式）產(chǎn)品接觸

16、插頭的互換性較差，不設(shè)移動(dòng)備用，工作斷路器檢修時(shí)，即由備用斷路器代替，這種方式在饋線數(shù)量較少時(shí)采用，操作轉(zhuǎn)換較方便，但投資較大。每?jī)陕佛伨€設(shè)一公共備用斷路器BQF，通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，可使BQF代替任一饋線短路器，并達(dá)到按單母線分段運(yùn)行的作用，如圖3-8所示，這種結(jié)線的缺點(diǎn)是隔離開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換太頻繁。單母線分段帶旁路母線的結(jié)線，考慮到饋線斷路器檢修時(shí)備用的需要，或者在某些情況下由于電力系統(tǒng)的緣故不允許兩回電源線供電的變壓器在牽引負(fù)荷側(cè)并聯(lián)運(yùn)行，母線分段隔離開(kāi)關(guān)經(jīng)常處于斷開(kāi)位置，故需在每個(gè)分段母線上各設(shè)一臺(tái)旁路斷路器1BQF、2BQF，分別作為每段母線上連接的饋線斷路器的備用，如圖3-9所示，其工作

17、原理于圖3-10相同。這種結(jié)線適用于饋線數(shù)目較多的復(fù)線，或靠近大型樞紐站向幾個(gè)方向電氣化鐵路供電的單線牽引變電所。牽引變壓器的備用方式有移動(dòng)備用和固定備用兩種。前者是整個(gè)供電段管轄的幾個(gè)牽引變電所設(shè)置一臺(tái)或數(shù)臺(tái)可以動(dòng)的公共備用變壓器，供運(yùn)行中的牽引變壓器檢修或故障時(shí)使用;后者是在每個(gè)牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺(tái)數(shù)不變、而增大變壓器容量，使在正常情況下一臺(tái)工作，一臺(tái)備用（稱(chēng)為固定全備用）。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的全面比較，在一般牽引變電所設(shè)有或不設(shè)專(zhuān)用鐵路岔線作為變壓器搬圖2-4 每路饋線設(shè)有備用斷路器的單母線結(jié)線 圖2-5 具有公共備用斷路器的結(jié)線運(yùn)、檢修的情況下，對(duì)于三相牽引變壓器

18、采用固定全備用的方式都是有利和可取的。特殊情況下需作具體比較。對(duì)于單相或V形接線的牽引變電所，一般增加一臺(tái)固定備用變壓器，在牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線只需增加一路電源進(jìn)線及斷路器與配電間隔，比較簡(jiǎn)單。而采用移動(dòng)備用變壓器的情況下，對(duì)單相或V-V形接線的單相變電所牽引側(cè)電氣結(jié)線的構(gòu)成，將產(chǎn)生較大影響。2.3 電氣主結(jié)線方案的分析（1）110kV側(cè)結(jié)線的選擇方案一：采用單母線結(jié)線優(yōu)點(diǎn)：結(jié)線簡(jiǎn)單清晰，使用設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)比較好，而且在遠(yuǎn)期調(diào)整時(shí)線路變換更比較方便。由于結(jié)線簡(jiǎn)單，操作人員發(fā)生誤操作的可能性就要小。缺點(diǎn)：不夠靈活可靠，接到母線上任一元件故障時(shí)，均使整個(gè)配電裝置停電。方案二：采用內(nèi)橋結(jié)線優(yōu)點(diǎn)：形結(jié)線能

19、滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線結(jié)線。此結(jié)線方案適用于有系統(tǒng)功率穿越，線路檢修停電機(jī)會(huì)較多，主變壓器不需經(jīng)常切換的牽引變電所。缺點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性較單母線要差。比較結(jié)論：作為牽引變電所，必須保證供電的可靠性和靈敏性，根據(jù)任務(wù)書(shū)的依據(jù)，采用內(nèi)橋結(jié)線比較合理（2）25kV側(cè)結(jié)線的選擇牽引負(fù)荷側(cè)一般采用單母線結(jié)線。2.4 小結(jié)電氣主結(jié)線是牽引變電所的主體部分，本章主要介紹了牽引變電所單母線結(jié)線、單母線分段結(jié)線、橋形結(jié)線、等幾種結(jié)線形式及特點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求確定高壓側(cè)采用內(nèi)橋形結(jié)線，牽引負(fù)荷側(cè)采用單母線結(jié)線。第3章 牽引

20、變電所變壓器的選擇3.1 牽引變壓器的分類(lèi)按牽引變壓器的聯(lián)接方式分為單相聯(lián)結(jié)；單相V，v聯(lián)結(jié)；三相V，v聯(lián)結(jié)；三相YN，d11聯(lián)結(jié)和三相不等容量YN，d11聯(lián)結(jié)；斯科特聯(lián)結(jié)等。3.1.1 單相聯(lián)結(jié)牽引變電所單相牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器的容量利用率可達(dá)100%；主結(jié)線簡(jiǎn)單，設(shè)備少，占地面積小，投資省等。缺點(diǎn)：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電；對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響最大；對(duì)接觸網(wǎng)的供電不能實(shí)現(xiàn)兩邊供電。這種聯(lián)結(jié)只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場(chǎng)合。3.1.2 單相V，v牽引變電所單相V，v牽引變壓器的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%

21、；正常運(yùn)行時(shí)，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載；主接線較簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，投資較??；對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)??；對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)：當(dāng)一臺(tái)變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。3.1.3 三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所不但保持了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的主要優(yōu)點(diǎn)，而且完全克服了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所不便于采用固定備用即其自動(dòng)投入的問(wèn)題。同時(shí)，三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器有兩臺(tái)獨(dú)立的鐵芯和對(duì)應(yīng)繞組通過(guò)電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；兩臺(tái)的容量可以相等，也可以不相等；兩臺(tái)的二次側(cè)電壓可以相同，也可

22、以不相同，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無(wú)載調(diào)壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的連接形式。3.1.4 三相聯(lián)結(jié)牽引變壓器又簡(jiǎn)稱(chēng)三相牽引變電所。這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺(tái)三相聯(lián)結(jié)牽引變壓器，可以?xún)膳_(tái)并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)固定備用。其原理電路和相量關(guān)系分別如圖2-6（a）和（b）所示(a) (b)圖2-6 三相連接牽引變壓器原理電路和向量三相聯(lián)結(jié)牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)是：牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力；能很好的適應(yīng)當(dāng)一個(gè)供電臂出現(xiàn)很大牽引負(fù)荷時(shí)，另一供電臂卻沒(méi)有或只有很小牽引負(fù)荷的不均衡運(yùn)行情況；三相聯(lián)結(jié)變壓器在我國(guó)采用的時(shí)間長(zhǎng)，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格也較

23、便宜；一次側(cè)YN聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)可以引出接地，一次繞組可按分級(jí)絕緣設(shè)計(jì)制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)主要是牽引變壓器容量利用率不高。當(dāng)重負(fù)荷相線圈電流達(dá)到額定值時(shí)，牽引變壓器的輸出容量只能達(dá)到其額定容量的75.6%，引入溫度系數(shù)也只能達(dá)到84%。3.2牽引變壓器選擇的分析3.2.1選擇原則（1）為保證供電的可靠性，在變電所中，一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器；（2）為滿足運(yùn)行的靈敏性和可靠性，如有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)選擇兩臺(tái)三繞組變壓器，選用三繞組變壓器占地面積小，運(yùn)行及維護(hù)工作量少，價(jià)格低于四臺(tái)雙繞組變壓器，因此三繞組變壓器的選擇大大優(yōu)于四臺(tái)雙繞組變壓器；（3）裝有兩臺(tái)主變壓器的

24、變電所，其中一臺(tái)事故后其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所全部負(fù)荷的70%以上，并保證用戶(hù)的一級(jí)和二級(jí)全部負(fù)荷的供電。3.2.2 牽引變壓器的接線方式和臺(tái)數(shù)的確定考慮到該變電所為三相牽引變電所，與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，且在一次主結(jié)線中已考慮采用內(nèi)橋結(jié)線方式，故選用采用三繞組變壓器，高壓側(cè)為Y形接線，中、低壓側(cè)為連接。由于牽引負(fù)荷屬于一級(jí)負(fù)荷，并考慮備用，所以選用兩臺(tái)主變壓器，一臺(tái)自用電變壓器。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)加深了對(duì)牽引變壓器的基本知識(shí)的理解，對(duì)設(shè)計(jì)和以后的實(shí)際工程設(shè)計(jì)及研究工作奠定了理論基礎(chǔ)。3.2.3牽引變壓器安裝容量的確定和選擇當(dāng)牽引變壓器的計(jì)算容量和校核容量確定以后，選擇兩者中較大者，并按采用的備用方式

25、，牽引變壓器 的系列產(chǎn)品（額定容量?jī)?yōu)先系數(shù)為R10系列），以及有否地區(qū)動(dòng)力負(fù)荷等諸因素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。例如：?jiǎn)尉€電氣化鐵路近期年運(yùn)量為1700萬(wàn)噸年，牽引定數(shù)G為2100噸列，凈取0.705，波動(dòng)系數(shù)K1取1.2，儲(chǔ)備系數(shù)K2取1.2，非平行列車(chē)運(yùn)行圖區(qū)間通過(guò)能力N非=42對(duì)日。供電臂1n=3，A1=2005kVAh, tu1 =28.3min供電臂2n=3，A2=1700 kVAh，tu2= 27.3min。解：第一步 計(jì)算列車(chē)對(duì)數(shù)N=列日=23對(duì)日第二步 計(jì)算I1av,I2av,I1e,I2e=1.759其中，T為全日制時(shí)間，即1440min。=1.788其中，所以，第三步

26、 計(jì)算變壓器的計(jì)算容量采用簡(jiǎn)化公式：第四步 計(jì)算變壓器校核容量按非平行運(yùn)行區(qū)間通過(guò)能力的要求進(jìn)行校核。計(jì)算對(duì)應(yīng)于的重負(fù)荷供電臂（1）的最大電流Imax。 查附錄C圖C5曲線得：其中，計(jì)算對(duì)應(yīng)于的輕負(fù)荷供電臂（2）的有效電流。三相聯(lián)結(jié)變壓器最大容量為：三相聯(lián)結(jié)變壓器校核容量： 第五步 確定安裝容量由此得出變壓器的安裝容量為216000（kVA）。3.2.4 變壓器備用方式的選擇牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時(shí)，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運(yùn)輸。在大運(yùn)量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)盡快投入備用變壓器，顯得比單線區(qū)段要求更高。備用變壓器投入的快供，將影響到恢復(fù)正常供電的時(shí)間，

27、并且與采用的備用方式有關(guān)。備用方式的選擇，必須從實(shí)際的電氣化鐵路線路、運(yùn)量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件(如有無(wú)公路)等因素，綜合考慮比較后確定。我國(guó)的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。(1)移動(dòng)備用采用移動(dòng)變壓器作為備用的方式，稱(chēng)為移動(dòng)備用。采用移動(dòng)備用方式的電氣化區(qū)段，每個(gè)牽引變電所裝設(shè)兩臺(tái)牽引變壓器，正常時(shí)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。所內(nèi)設(shè)有鐵路專(zhuān)用岔線。備用變壓器安放在移動(dòng)變壓器車(chē)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入時(shí)，縮短運(yùn)輸時(shí)間。在供電段所轄的牽引變電所不超過(guò)58個(gè)的情況下，設(shè)一臺(tái)移動(dòng)變壓器，其額定容量應(yīng)與所轄變電所中的最大牽引變壓器額定

28、容量相同。當(dāng)牽引變壓器需要檢修時(shí)，可將移動(dòng)變壓器按計(jì)劃調(diào)入牽引變電所。但在牽引變壓器發(fā)生故障時(shí)，移動(dòng)變壓器的調(diào)運(yùn)和投入約需數(shù)小時(shí)。此間，靠一臺(tái)牽引變壓器供電往往不能保證鐵路正常運(yùn)輸。這種影響，在單線區(qū)段或運(yùn)量小的雙線區(qū)段可很快恢復(fù)正常；但在大運(yùn)量的雙線區(qū)段須予以重視?？砂礌恳儔浩饕慌_(tái)故障停電后由另一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行，允許超載30，并持續(xù)4小時(shí)，而能符合計(jì)算容量(滿足正常運(yùn)輸)的要求進(jìn)行檢算。采用移動(dòng)備用方式，除上述影響外，還需要修建鐵路專(zhuān)用岔線。這將導(dǎo)致?tīng)恳冸娝x址困難、場(chǎng)地面積和土方量增加，相應(yīng)加大投資。不僅如此，移動(dòng)變壓器車(chē)輛進(jìn)廠檢修時(shí)，修要把備用變壓器從車(chē)上拆卸吊下來(lái)；車(chē)輛修好出廠后，又要

29、把備用變壓器吊上車(chē)安裝好。這項(xiàng)工作十分麻煩和困難，非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)。采用移動(dòng)備用方式的優(yōu)點(diǎn)是牽引變壓器容量較省。因此，移動(dòng)備用方式可用于沿線無(wú)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(tái)數(shù)作為備用的方式，稱(chēng)為固定備用。采用固定備用方式的電氣化區(qū)段，每個(gè)牽引變電所裝設(shè)兩臺(tái)牽引變壓器，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。每臺(tái)牽引變壓器容量應(yīng)能承擔(dān)全所最大負(fù)荷，滿足鐵路正常運(yùn)輸?shù)囊蟆２捎霉潭▊溆梅绞降膬?yōu)點(diǎn)是：其投入快速方便，可確保鐵路正常運(yùn)輸，又可不修建鐵路專(zhuān)用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場(chǎng)地面積較小，土方量較少，電氣主接線較簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內(nèi)設(shè)備檢修業(yè)務(wù)

30、要靠公路運(yùn)輸。因此，固定備用方式適用于沿線有公路條件的大運(yùn)量區(qū)段。在當(dāng)前進(jìn)行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，牽引變壓器的備用方式不再考慮移動(dòng)備用方式。3.3小結(jié)本章先介紹了牽引變電所中幾種牽引變壓器的接線形式及特點(diǎn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求來(lái)確定牽引變壓器的結(jié)線形式：采用三繞組變壓器，高壓側(cè)為Y形接線，中、低壓側(cè)為連接。由于牽引負(fù)荷屬于一級(jí)負(fù)荷，并考慮備用，所以選用兩臺(tái)主變壓器，一臺(tái)自用電變壓器第4章 繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的必不可少的技術(shù)措施之一。繼電保護(hù)裝置是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電器元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一

31、種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：(1)自動(dòng)、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，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。(2)反應(yīng)電器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作與斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或減負(fù)荷。由此可見(jiàn)繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過(guò)預(yù)防事故或縮小事故范圍來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶(hù)安全連續(xù)供電。4.1 繼電保護(hù)的基本原理與基本要求基本原理：利用電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行或故障時(shí)各物理量的差別來(lái)判斷故障和異常，并通過(guò)斷路器跳閘將故障切除或發(fā)出信號(hào)。 繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。(

32、1)可靠性可靠性包括安全性和信賴(lài)性，是對(duì)繼電保護(hù)的最基本要求。所謂安全性是要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)作。所謂信賴(lài)性是要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。(2)選擇性所謂選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。在要求保護(hù)動(dòng)作有選擇性的同時(shí)，還必須考慮保護(hù)或斷路器有拒動(dòng)的可能性，因而就需要考慮后備保護(hù)的問(wèn)題。一般情況下遠(yuǎn)后備保護(hù)動(dòng)作切除故障時(shí)將使供電中斷的范圍擴(kuò)大。(3)速動(dòng)性所謂速動(dòng)性就是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能

33、盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶(hù)在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。動(dòng)作迅速而又能滿足選擇性要求的保護(hù)裝置，一般結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，價(jià)格昂貴，對(duì)大量的中、低壓設(shè)備，不一定都采用高速動(dòng)作的保護(hù)。對(duì)保護(hù)速動(dòng)性的要求應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線和被保護(hù)設(shè)備的具體情況，經(jīng)技術(shù)比較后確定。(4)靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路類(lèi)型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能正確反應(yīng)動(dòng)作，即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小

34、運(yùn)行方式下經(jīng)過(guò)較大的過(guò)渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶(hù)的性質(zhì)，辯證的進(jìn)行統(tǒng)一。4.2 電力變壓器的保護(hù)變壓器故障可分為郵箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)部故障主要是指發(fā)生在變壓器油箱內(nèi)包括高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組的相間短路、匝間短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組的單相接地短路。油箱外部最常見(jiàn)的故障主要是變壓器繞組引出線和套管上發(fā)生的相間短路和接地短路，而油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超

35、過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷；外部短路引起的過(guò)電流；外部接地短路引起的中性點(diǎn)過(guò)電壓；油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高；大容量變壓器在過(guò)電壓或低頻等異常運(yùn)行工況下導(dǎo)致變壓器過(guò)勵(lì)磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件過(guò)熱。根據(jù)上述故障類(lèi)型和不正常工作狀態(tài)，對(duì)變壓器應(yīng)裝設(shè)下列保護(hù)。(1)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)變壓器縱差保護(hù)主要是用來(lái)反應(yīng)變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護(hù)。保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，斷開(kāi)變壓器各側(cè)的斷路器。對(duì)6.3MVA及以上并列運(yùn)行的變壓器和100MVA單獨(dú)運(yùn)行的變壓器以及6.3MVA以上廠用變壓器應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)；其他重要變壓器及電流速斷保護(hù)靈敏度達(dá)不到要求時(shí)，也可裝設(shè)縱

36、差保護(hù)?？v差保護(hù)是利用故障時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流來(lái)動(dòng)作的，保護(hù)靈敏度高，且動(dòng)作迅速。(2)瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器油箱內(nèi)部的各種故障及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。對(duì)800kVA及以上油浸式變壓器和400kVA及以上車(chē)間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。當(dāng)油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時(shí)，應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；當(dāng)產(chǎn)生大量瓦斯時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)的斷路器。(3)外部相間短路時(shí)的保護(hù)，采用過(guò)電流保護(hù)。 反應(yīng)變壓器外部相間短路并作瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)后備的過(guò)電流保護(hù)，其適用于降壓變壓器，保護(hù)裝置和整定值應(yīng)考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過(guò)負(fù)荷電流。(4)外部接地短路時(shí)的保護(hù)，采用零序電流保護(hù)。 對(duì)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)，由

37、外部接地短路引起過(guò)電流時(shí)，如變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。零序電流保護(hù)通常由兩段組成，每段可各帶兩個(gè)時(shí)限，并均以較短的時(shí)限用于縮小事故影響范圍，以較長(zhǎng)的時(shí)限用于斷開(kāi)各側(cè)的斷路器。(5) 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 對(duì)于400kVA及以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的電源時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能過(guò)負(fù)荷的情況，裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)接于相電流上，帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。 對(duì)變壓器溫度及油箱內(nèi)壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障，應(yīng)按現(xiàn)行變壓器標(biāo)準(zhǔn)的要求，裝設(shè)可用于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘的裝置。第5章 開(kāi)關(guān)設(shè)備與高壓電器的選擇開(kāi)關(guān)設(shè)備包括斷路器、熔斷器、隔離開(kāi)關(guān)和負(fù)荷開(kāi)關(guān)等電器,雖然在選擇時(shí)所根據(jù)的條件有些是相同

38、的但也各有其特點(diǎn)和要求。5.1 高壓斷路器的選擇(1)斷路器種類(lèi)、形式的選擇對(duì)于開(kāi)斷電路中負(fù)荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應(yīng)按使用地點(diǎn)環(huán)境、負(fù)荷種類(lèi)及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類(lèi)型與型號(hào)，即戶(hù)內(nèi)或戶(hù)外式，以及滅弧介質(zhì)的種類(lèi)。對(duì)1020kV三相系統(tǒng)，廣泛采用少油式或SF6斷路器（當(dāng)前者不能滿足要求時(shí)），交流牽引負(fù)荷側(cè)由于故障跳閘頻繁，從減少運(yùn)行維修工作量考慮，較普遍采用真空斷路器或SF6斷路器，地鐵與輕軌交通牽引變電所交流系統(tǒng)，從安全防火和減少維修考慮廣泛采用真空斷路器。(2)斷路器額定電壓、額定電流的選擇應(yīng)滿足 ， 式中，、分別為網(wǎng)絡(luò)工作電壓（kV）和斷路器最大長(zhǎng)期負(fù)荷電流（kA）。(3)按

39、開(kāi)斷電流或斷路器斷流容量選擇 高壓斷路器的額定開(kāi)斷電流或額定斷流容量應(yīng)滿足以下關(guān)系或 式中，為為短路后t秒短路電流有效值（周期分量），對(duì)快速斷路器，取=； 為短路后t秒短路功率，對(duì)快速斷路器， = 。 (4)短路關(guān)合電流的校驗(yàn)在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘的過(guò)程中，觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過(guò)，更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動(dòng)力的損壞。且斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)不可避免地在接通后又自動(dòng)跳閘，此時(shí)要求能切斷短路電流，因此額定關(guān)合電流是斷路器的重要參數(shù)之一。為了保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器的額定關(guān)合電流ieg不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值 。一般斷路器額定關(guān)合電流不

40、會(huì)大于額定動(dòng)穩(wěn)定電流idw，因此，如 ，則 。(5)校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性 短路電流通過(guò)時(shí)斷路器的熱穩(wěn)定性，由制造廠給出的在t秒內(nèi)允許通過(guò)的熱穩(wěn)定電流Irt來(lái)表征，即在給定時(shí)間t內(nèi)，Irt通過(guò)斷路器時(shí)，其各部分的發(fā)熱溫度不超過(guò)規(guī)定的短時(shí)最大容許發(fā)熱溫度。因此，以短路電流Id通過(guò)斷路器時(shí)，其熱穩(wěn)定條件為 式中：Irt為制造廠規(guī)定的t秒熱穩(wěn)定電流；Qd為短路電流發(fā)熱效應(yīng)。5.2 高壓熔斷器的選擇高壓熔斷器用以切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，選擇時(shí)首先應(yīng)考慮裝置的種類(lèi)與形式，是屋內(nèi)還是屋外使用，對(duì)污穢地區(qū)的屋外式熔斷器還應(yīng)保證絕緣泄露比距的要求，以加強(qiáng)絕緣，選擇高壓熔斷器應(yīng)滿足下列條件：(1)按額定電壓 選

41、擇 對(duì)于充有石英砂起限流作用的熔斷器，只在等于其額定電壓的電網(wǎng)中使用，因它要在達(dá)到最大電流之前階段電流，產(chǎn)生較大過(guò)電壓（2倍及以上）。(2) 按熔管和熔體額定電流選擇熔斷器額定電流的選擇包括熔管額定電流Ierg和熔體額定電流Iert，兩者的選擇，并滿足 Ierg Iert (3)熔斷器開(kāi)斷電流校驗(yàn) IekIcj或IekIz 前者適用于無(wú)限流作用的熔斷器的校驗(yàn)，后者適用于有限流作用的熔斷器，可按短路起始周期分量電流有效值進(jìn)行校驗(yàn)。(4)熔斷器選擇性配合的校驗(yàn) 為保證網(wǎng)絡(luò)中前后兩級(jí)熔斷器之間或熔斷器與線路繼電保護(hù)之間動(dòng)作的選擇性，應(yīng)進(jìn)行熔體選擇性相互配合的校驗(yàn)。可利用制造廠提供的各種型號(hào)熔體熔斷時(shí)

42、的安秒特性曲線，進(jìn)行動(dòng)作電流與時(shí)間相互配合的校驗(yàn)，以保證熔斷器動(dòng)作的選擇性。對(duì)于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器、只需按額定電壓和斷流容量?jī)身?xiàng)進(jìn)行選擇。5.3 隔離開(kāi)關(guān)的選擇屋外隔離開(kāi)關(guān)的類(lèi)型很多，它對(duì)配電裝置的運(yùn)行和占地面積影響較大，應(yīng)從使用要求和運(yùn)行等多方面考慮選擇其形式。(1) 額定電壓：UeUg(2)額定電流：IeIgmax(3) 熱穩(wěn)定： tdz為等值發(fā)熱時(shí)間，t為產(chǎn)品給定的熱穩(wěn)定時(shí)間。(4)動(dòng)穩(wěn)定：Idwicj5.4 測(cè)量裝置 測(cè)量裝置包括電壓互感器與電流互感器，是測(cè)量、監(jiān)視和保護(hù)系統(tǒng)中所必需的電器。對(duì)它們的選擇，除了從裝置種類(lèi)、屋內(nèi)或屋外安裝、結(jié)構(gòu)形式等考慮外，還應(yīng)分別按不同互感器所

43、依據(jù)的技術(shù)條件來(lái)選擇。5.4.1 電壓互感器的選擇 對(duì)電壓互感器選擇時(shí)依據(jù)的技術(shù)條件為： (1)額定電壓，所選電壓互感器的額定一次側(cè)電壓U1e必須與互感器接入處電網(wǎng)的額定電壓相一致；互感器的額定二次側(cè)電壓符合測(cè)量?jī)x表和繼電器的額定電壓，一般等于100 V或V。接成開(kāi)口三角形的輔助二次繞組電壓則有100 V、1103V等。 (2)根據(jù)用途、負(fù)載的性質(zhì)選擇電壓互感器的類(lèi)型及其接線方式，例如儀表負(fù)荷為三相瓦特表和三相瓦時(shí)計(jì)時(shí)，對(duì)一次側(cè)電壓為10 kV的電壓互感器，可用三相式Y(jié)形接線或兩臺(tái)單相互感器連成v形接線向上述儀表供電,而對(duì)電壓為35kV以上的電壓互感器，則采用兩臺(tái)單相V形接線方式比三個(gè)單相互感

44、器連成Y形接線要經(jīng)濟(jì)。(3)根據(jù)所要求的準(zhǔn)確度等級(jí)確定電壓互感器的容量，并應(yīng)使 W2W2e式中：、分別為每相負(fù)荷容量和互感器的二次側(cè)額定容量(VA)；電壓互感器的誤差隨負(fù)荷大小而變化，負(fù)荷()增大，誤差隨之增大。因此電壓互感的準(zhǔn)確度等級(jí)與其繞組的輸出容量相適應(yīng)，輸出容量增大，則其準(zhǔn)確度等級(jí)降低。因電壓互感器各相的負(fù)荷一般不相等，在考慮準(zhǔn)確度等級(jí)時(shí)，應(yīng)取最大一相的負(fù)荷作為選擇容量的依據(jù)。對(duì)電壓互感器不需校驗(yàn)短路時(shí)的穩(wěn)定性，因它在主結(jié)線中是與主回路并聯(lián)，主結(jié)線及其主回路發(fā)生短路時(shí)，電壓互感器不會(huì)通過(guò)短路電流。5.4.2 電流互感器的選擇電流互感器選擇時(shí)所依據(jù)的技術(shù)條件如下：(1)額定一次電壓和額定

45、電流電流互感器的額定一次電壓U1e必須與互感器安裝處的額定電壓Ueg 相一致，它與額定電流應(yīng)滿足：U1e Ueg ，I1eIgmax式中：,分別為互感器原邊額定電流和裝置的最大長(zhǎng)期工作電流。在環(huán)境溫度條件下，連續(xù)通過(guò)電流互感器的原邊電流應(yīng)盡量接近額定電流，過(guò)大將使誤差增大。互感器的二次額定電流一般為5A，與儀表、繼電器的標(biāo)準(zhǔn)電流相符。(2)準(zhǔn)確度級(jí)與鐵芯數(shù)電流互感器不同鐵芯時(shí)，二次繞組的準(zhǔn)確度級(jí)不同，供電度表需用0.5級(jí)，一般儀表用1.0級(jí)，估計(jì)電參數(shù)的儀表只需3級(jí)準(zhǔn)確度，若只有一種用途，則可只選一個(gè)鐵芯的互感器。 電流互感器的準(zhǔn)確度級(jí)與一定容量相對(duì)應(yīng)，若負(fù)載增大超過(guò)某一準(zhǔn)確度級(jí)所對(duì)應(yīng)的額定容

46、量，則準(zhǔn)確度級(jí)下降。(3)按額定容量校驗(yàn)二次負(fù)載電流互感二次邊通過(guò)額定電流和負(fù)載總阻抗時(shí)的功率 (4-1) 其中, = 5A，負(fù)載總阻抗由下式?jīng)Q定 (4-2)式中， 為所連接儀表串聯(lián)線圈的總阻抗（） ；, 分別為二次連接導(dǎo)線電阻和連接頭接觸電阻（）,通常取=0.1（）。將（2）式代（1）式，則選擇電流互感器應(yīng)滿足 (4-3) (4)式中、不變，為可變的,應(yīng)選擇一定的導(dǎo)線截面（S）以符合（3）式要求，即 (4-4)則導(dǎo)線截面 S=L/ （mm2）式中，為導(dǎo)線的電阻系數(shù)，；L為連接導(dǎo)線的計(jì)算長(zhǎng)度，m。 導(dǎo)線計(jì)算長(zhǎng)度 L 與互感器的連接方式有關(guān)。 如圖4.1，設(shè)互感器的實(shí)際安裝距離為l 米，則單相接

47、線L=2圖4.1（a），三相星形接線L=，中性線的電流可忽略不計(jì) 圖4.1(c)。兩相星形接線，圖4.1（b），可由電壓降的關(guān)系求得，最后選出的截面，從保證機(jī)械強(qiáng)度要求，對(duì)銅導(dǎo)線不應(yīng)小于1.5 mm2。(4) 校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性電流互感器的熱穩(wěn)定性，應(yīng)按下式的條件判斷，即 (4-5)式中，Kt為互感器熱穩(wěn)定系數(shù)，即熱穩(wěn)定電流與額定一次電流之比，t為熱穩(wěn)定電流通過(guò)的時(shí)間（t=1s）； 為電流互感器一次額定電流。電流互感器機(jī)械穩(wěn)定性，應(yīng)按下式的條件判斷，即 (4-6)式中，為電動(dòng)力穩(wěn)定系數(shù)，即互感器允許承受的最大瞬時(shí)電流與額定電流振幅值之比；為短路電流沖擊值。(a) (b) (c)圖

48、5-1 電流互感器與儀表連接方式5.4.3 牽引變電所主要測(cè)量表計(jì)功用及其配置為了保障牽引變電所運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性，準(zhǔn)確、有效地監(jiān)視各種電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況在變電所的二次設(shè)備電路中，設(shè)置有各種監(jiān)視性和計(jì)量性表計(jì)。為便于運(yùn)行人員的監(jiān)視、觀察與統(tǒng)計(jì)抄錄，各種測(cè)量表計(jì)一般都裝在控制室的控制、信號(hào)及計(jì)量等盤(pán)面上，有時(shí)也在屋內(nèi)配電間隔范圍內(nèi)就地設(shè)置。牽引變電所裝沒(méi)的測(cè)量表計(jì)，按其功用大致劃分為下列兩類(lèi)； (1)對(duì)各種電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況或供電質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視性的測(cè)量，如電壓表、電流表、功率因數(shù)表等。(2) 對(duì)變電所供電運(yùn)行要求的各種經(jīng)濟(jì)件指標(biāo)進(jìn)行的計(jì)量性測(cè)量，如有、無(wú)功電度表以及主變壓器的銅損、鐵損表計(jì)等。測(cè)

49、量表計(jì)設(shè)置的一般原則為：(1)按測(cè)量用途不同，對(duì)表計(jì)的精確度有不同要求。用作計(jì)量性測(cè)量的表計(jì)，其精確度要求較高，一般不低于0.5級(jí)。用作監(jiān)視性測(cè)量的表計(jì)，其精確度較低，一般在13級(jí)之間。(2)無(wú)特別規(guī)定或必要，一般可不在高壓側(cè)進(jìn)行計(jì)量性測(cè)量，以便盡可能節(jié)省設(shè)置高壓儀用互感器。但由于電力系統(tǒng)結(jié)線的需要及發(fā)展，往往要求高壓側(cè)設(shè)置計(jì)量性測(cè)量裝置。(3)為了減少連接導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)量表計(jì)準(zhǔn)確度造成的誤差，表計(jì)的設(shè)置應(yīng)盡量靠近有關(guān)互感器。(4)為降低造價(jià)、節(jié)能以及便于監(jiān)視觀察，應(yīng)盡可能減少測(cè)量表計(jì)數(shù)量。5.4.4 母線的選擇母線的選擇是根據(jù)最大長(zhǎng)期工作電流或經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇，在校驗(yàn)所選母線的短路熱穩(wěn)定性和

50、機(jī)械穩(wěn)定性。由于本設(shè)計(jì)中未給出相關(guān)數(shù)據(jù)，所以未做具體選擇。第6章 并聯(lián)補(bǔ)償裝置與過(guò)電壓與防雷在牽引變電所牽引側(cè)設(shè)計(jì)和安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，既是減少負(fù)荷諧波影響的一項(xiàng)措施，又是提高牽引負(fù)荷功率因數(shù)的一種對(duì)策。6.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?(1)提高功率因數(shù)。 (2)吸收濾波電流，具有濾波作用。 (3)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。 (4)減少電力系統(tǒng)電能損失。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置提供的容性電流，不僅提高了牽引負(fù)荷的功率因數(shù)，而且使流經(jīng)電力系統(tǒng)和牽引變壓器的電流值小于未補(bǔ)償時(shí)的電流值。根據(jù)電能損失與電流值的二次方成正比的關(guān)系，顯然并聯(lián)電容補(bǔ)償后可以減少電力系統(tǒng)的電能損失。6.2 并

51、聯(lián)電容補(bǔ)償方案為方便運(yùn)行管理，一般在牽引變電所集中安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的需要與可能，通常采用不可調(diào)的固定并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置（若仍不滿足功率因數(shù)的要求，則宜設(shè)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置）。按其在牽引側(cè)兩相的安裝容量，可有下列三種補(bǔ)償方案： 牽引側(cè)滯后相集中補(bǔ)償（對(duì)三相YN,d11聯(lián)結(jié)牽引變電所而言）；牽引側(cè)兩相等容量補(bǔ)償；牽引側(cè)兩相不等容量補(bǔ)償；這三種補(bǔ)償方案，可在工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)電氣化鐵道的具體情況，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選用。一般進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較的內(nèi)容為：提高功率因數(shù)的平衡程度；濾掉一部分諧波電流的效果；降低牽引變壓器電壓損失的大小等。通常，為取得補(bǔ)償和濾波的綜合效果，優(yōu)先采用兩相補(bǔ)償方

52、案，使供電臂牽引負(fù)荷中的諧波電流能濾掉一部分。6.3 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主接線圖5-1表示了并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的兩種主接線，（a）用于直接供電方式、帶回流線的直接供電方式和BT供電方式等牽引變電所；圖（b）用于AT供電方式的牽引變電所。主接線的主要設(shè)備有： 并聯(lián)電容器組C。用于無(wú)功補(bǔ)償，與串聯(lián)電抗器匹配，濾掉一部分諧波電流。串聯(lián)電抗器L。用于限制斷路器合閘是的涌流和分閘時(shí)的重燃電流；與電容器組匹配，濾掉一部分諧波電流；防止并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置與供電系統(tǒng)發(fā)生高次諧波并聯(lián)諧振；發(fā)生短路故障（例如牽引側(cè)母線短路）時(shí)，避免電容器組通過(guò)短路點(diǎn)直接放電，保護(hù)電容器不受損壞；還可以抑制牽引母線瞬時(shí)電壓降低為零。斷路

53、器QF。為了投切和保護(hù)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。隔離開(kāi)關(guān)QS。為了在維護(hù)檢查并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置時(shí)有明顯電點(diǎn)。電壓互感器TV1，TV2（或放電線圈）。為了實(shí)現(xiàn)電容器組的繼電保護(hù)，并聯(lián)電容器組退出運(yùn)行時(shí)放電。電流互感器TA1，TA2。為了實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的電流測(cè)量和繼電保護(hù)。避雷器F。作為過(guò)電壓保護(hù)。熔斷器FU。作為單臺(tái)電容器的保護(hù)。圖5-1 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置6.4 過(guò)電壓過(guò)電壓是指在電氣線路或電氣設(shè)備上出現(xiàn)的超過(guò)正常工作要求的電壓。在電力系統(tǒng)中，按過(guò)電壓產(chǎn)生的原因不同，可分為內(nèi)部過(guò)電壓和雷電過(guò)電壓兩大類(lèi)。(1)內(nèi)部過(guò)電壓內(nèi)部過(guò)電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的開(kāi)關(guān)操作、發(fā)生故障或其他原因，使系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變

54、，從而在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)電磁振蕩而引起的過(guò)電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，內(nèi)部過(guò)電壓一般不會(huì)超過(guò)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)相對(duì)地（即單相）額定電壓的34倍，因此對(duì)電力線路和電氣設(shè)備絕緣的威脅不是很大。(2)雷電過(guò)電壓雷電過(guò)電壓是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或建筑物遭受來(lái)自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達(dá)1億伏，其電流幅值可高達(dá)幾十萬(wàn)安，因此對(duì)供電系統(tǒng)的危害極大，必須加以防護(hù)。Lei雷電過(guò)電壓有兩種基本形式：直接雷擊和間接雷擊，此外還有雷電波侵入或高電位侵入。6.5 變電所的保護(hù) (1)直擊雷的防護(hù) 裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施。避雷針是保護(hù)電氣設(shè)備建筑物不受直接雷擊的雷電接受

55、器。它將雷吸引到自己身上并安全導(dǎo)入地中，從而保護(hù)了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免遭雷擊。 對(duì)35kV變電所必須裝有獨(dú)立的避雷針，并滿足不發(fā)生反擊的要求；對(duì)110kV及以上變電所，由于此類(lèi)電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高，可以將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上，因此雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。 (2)侵入波的防護(hù) 為了防止雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓沿線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣，所以在進(jìn)線上要安裝閥式避雷器。避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。當(dāng)線路上出現(xiàn)危及設(shè)備絕緣的雷電過(guò)電壓時(shí)，避雷器的火花間隙就被擊穿，或有高阻變?yōu)榈妥瑁惯^(guò)電壓對(duì)大地放電，從而保護(hù)了設(shè)備的絕緣。 (3)進(jìn)線防護(hù)架設(shè)避雷線是防雷的有效措施，但造價(jià)高，因此只有在66kV及以上的架空線路上沿全線架設(shè)；35kV的架空線路上，一般只在進(jìn)出變配電所的一段線路上架設(shè)閥式避雷器；而10kV及以下線路上一般不架設(shè)。(4)變壓器的防護(hù)變壓器的基本保護(hù)措施是接近變壓器處安裝避雷器，這樣可以防止線路侵入的雷電波損壞絕緣。裝設(shè)避雷器是時(shí)，要盡量靠近變壓器，并盡量減少連線的長(zhǎng)度，以便減少