變電站課程設(shè)計-某牽引變電所供變電工程設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計題 目某牽引變電所供變電工程設(shè)計專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師 電氣工程學(xué)院目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc22289 目錄 PAGEREF _Toc22289 2 HYPERLINK l _Toc18246 第一章 牽引變電所主結(jié)線設(shè)計原則及要求 PAGEREF _Toc18246 4 HYPERLINK l _Toc10574 1.1概述 PAGEREF _Toc10574 4 HYPERLINK l _Toc16240 1.2電氣主接線基本要求 PAGEREF _Toc16240 4 HYPERLINK l _Toc302

2、1 1.安全性 PAGEREF _Toc3021 4 HYPERLINK l _Toc28704 2.可靠性 PAGEREF _Toc28704 4 HYPERLINK l _Toc17876 3.經(jīng)濟性 PAGEREF _Toc17876 5 HYPERLINK l _Toc24541 4.方便性 PAGEREF _Toc24541 5 HYPERLINK l _Toc5833 1.3電氣主接線設(shè)計應(yīng)遵循的主要原則與步驟 PAGEREF _Toc5833 5 HYPERLINK l _Toc8093 第二章 牽引變電所相關(guān)參數(shù)計算 PAGEREF _Toc8093 5 HYPERLINK l

3、 _Toc1605 2.1 變壓器容量計算及校驗 PAGEREF _Toc1605 5 HYPERLINK l _Toc28948 1.容量計算： PAGEREF _Toc28948 5 HYPERLINK l _Toc11714 1.變壓器損耗和全年耗電量計算 PAGEREF _Toc11714 6 HYPERLINK l _Toc13339 1.2主接線設(shè)計及方案選擇 PAGEREF _Toc13339 9 HYPERLINK l _Toc4306 第三章 短路計算 PAGEREF _Toc4306 9 HYPERLINK l _Toc31893 3.1短路點的選取 PAGEREF _To

4、c31893 9 HYPERLINK l _Toc4 3.2短路計算 PAGEREF _Toc4 9 HYPERLINK l _Toc31810 第四章 設(shè)備及選型 PAGEREF _Toc31810 11 HYPERLINK l _Toc9176 4.1硬母線的選取 PAGEREF _Toc9176 11 HYPERLINK l _Toc2138 1. 側(cè)母線的選?。?PAGEREF _Toc2138 11 HYPERLINK l _Toc30837 2. 27.5KV側(cè)母線的選取 PAGEREF _Toc30837 12 HYPERLINK l _Toc241 3.10kv側(cè)軟母線選擇。

5、PAGEREF _Toc241 14 HYPERLINK l _Toc2052 4.2支柱絕緣子和穿墻導(dǎo)管的選取 PAGEREF _Toc2052 14 HYPERLINK l _Toc20583 1. 側(cè)支柱絕緣子的選取 PAGEREF _Toc20583 14 HYPERLINK l _Toc24789 2. 側(cè)支柱絕緣子的選取 PAGEREF _Toc24789 14 HYPERLINK l _Toc11127 3.側(cè)穿墻導(dǎo)管的選取： PAGEREF _Toc11127 14 HYPERLINK l _Toc28091 4.3高壓斷路器的選取 PAGEREF _Toc28091 15 H

6、YPERLINK l _Toc16035 1.側(cè)斷路器的選取 PAGEREF _Toc16035 15 HYPERLINK l _Toc19012 2.側(cè)真空斷路器的選取 PAGEREF _Toc19012 15 HYPERLINK l _Toc7175 4.4高壓熔斷器的選取 PAGEREF _Toc7175 16 HYPERLINK l _Toc14777 1.按額定電壓選擇 PAGEREF _Toc14777 16 HYPERLINK l _Toc5350 2.熔斷器開斷電流的校驗 PAGEREF _Toc5350 16 HYPERLINK l _Toc24325 3.熔斷器斷流容量的校

7、驗 PAGEREF _Toc24325 16 HYPERLINK l _Toc17510 4.5隔離開關(guān)的選取 PAGEREF _Toc17510 16 HYPERLINK l _Toc1272 1. 側(cè)隔離開關(guān)的選取 PAGEREF _Toc1272 16 HYPERLINK l _Toc32083 2. 側(cè)隔離開關(guān)的選取 PAGEREF _Toc32083 17 HYPERLINK l _Toc385 4.6電壓互感器的選取 PAGEREF _Toc385 17 HYPERLINK l _Toc6887 1.側(cè)電壓互感器的選取 PAGEREF _Toc6887 18 HYPERLINK l

8、 _Toc21459 2.側(cè)電壓互感器的選取 PAGEREF _Toc21459 18 HYPERLINK l _Toc29928 4.7電流互感器的選取 PAGEREF _Toc29928 18 HYPERLINK l _Toc23695 1.側(cè)電流互感器的選取 PAGEREF _Toc23695 18 HYPERLINK l _Toc31129 2.側(cè)電流互感器的選取 PAGEREF _Toc31129 19 HYPERLINK l _Toc18539 4.8避雷器的選取 PAGEREF _Toc18539 19 HYPERLINK l _Toc17491 4.9避雷針選擇 PAGEREF

9、 _Toc17491 20 HYPERLINK l _Toc18674 附表一：變壓器參數(shù) PAGEREF _Toc18674 22 HYPERLINK l _Toc32191 附表二：電氣設(shè)備一覽表 PAGEREF _Toc32191 23 HYPERLINK l _Toc21578 附表三：變電所結(jié)線圖 PAGEREF _Toc21578 24 HYPERLINK l _Toc31495 參考書目 PAGEREF _Toc31495 25第一章 牽引變電所主結(jié)線設(shè)計原則及要求1.1概述牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結(jié)線，是指由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組

10、成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的設(shè)備文字符號和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們的作用和運行操作順序，按一定要求連接的單線或三線結(jié)線圖，稱為電氣主結(jié)線圖。它不僅標(biāo)明了各主要設(shè)備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設(shè)備的連接方式和各電氣回路的相互關(guān)系，從而構(gòu)成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設(shè)計中，主結(jié)線的確定對變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質(zhì)量、

11、運行靈活性和經(jīng)濟性起著決定性作用。此外，電氣主結(jié)線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所的主體部分。1.2電氣主接線基本要求1.安全性 主要體現(xiàn)在：隔離開關(guān)的正確配置和隔離開關(guān)接線的正確繪制。 隔離開關(guān)的主要用途是將檢修部分與電源隔離，以保證檢修人員的安全。 在主接線圖中，凡是應(yīng)該安裝隔離開關(guān)的地方都必須配置隔離開關(guān)，不能有個別遺漏之處，也不允許從節(jié)省投資來考慮而予以省略。 主接線的安全性是必須絕對保證的，在比較分析主接線的特點時，不允許有“比較安全、安全性還可以”等不合適的結(jié)論。2.可靠性 電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電所來說是可靠的，而對另一些發(fā)電廠和變電所則不

12、一定滿足可靠性要求。 電氣主接線可靠性的高低，與經(jīng)濟性有關(guān)。一般來講，主接線的可靠性愈高，所需的總投資和年運行費愈多。 另一方面，可靠性愈高，因停電而造成的經(jīng)濟損失愈小。 所以，對主接線可靠性進(jìn)行分析時，要根據(jù)資金是否充沛，停電的經(jīng)濟損失多少等，從各方面加以綜合考慮。3.經(jīng)濟性 它通常與可靠性方便性之間有矛盾。4.方便性(1)操作的方便性 盡可能使操作步驟少，以便于人員掌握，不致出錯。(2)調(diào)度的方便性 根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式。(3)擴建的方便性1.3電氣主接線設(shè)計應(yīng)遵循的主要原則與步驟在電氣主結(jié)線的設(shè)計中，應(yīng)遵循的主要原則與步驟：應(yīng)以批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設(shè)的方針政策

13、和有關(guān)的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點和實際調(diào)查掌握的各種基礎(chǔ)資料，進(jìn)行綜合分析和方案研究。主結(jié)線設(shè)計與整個牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對電力牽引供電方案密切相關(guān)，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電壓水平及補償措施、無功、諧波的綜合補償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級選擇等重大綜合技術(shù)問題，應(yīng)通過供電系統(tǒng)計算進(jìn)行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，確定牽引變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求。根據(jù)供電系統(tǒng)計算結(jié)果提供的上述各種技術(shù)參數(shù)和有關(guān)資料，結(jié)合牽引變電所高壓進(jìn)線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進(jìn)線繼電保護方式、自動裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當(dāng)前運量

14、和發(fā)展規(guī)劃遠(yuǎn)景等因素，并全面考慮對主結(jié)線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設(shè)計合理的電氣主結(jié)線。新技術(shù)的應(yīng)用對牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。第二章 牽引變電所相關(guān)參數(shù)計算2.1 變壓器容量計算及校驗1.容量計算： 根據(jù)任務(wù)書中規(guī)定的運量大小及行車組織要求確定計算容量為牽引負(fù)荷所必須容量：由任務(wù)書可知: 則重繞組有效電流為：計算容量為：(溫度系數(shù)考慮輕繞組功率未全部發(fā)出及發(fā) 熱裕量取0.94)。2.校核容量：根據(jù)列車緊密運行時供電臂有效電流和充分利用牽引變壓器過負(fù)荷能力計算校核容量為變壓器安全運行所必須容量：由任務(wù)書中給出考慮到鐵路運量增加30%根據(jù)計算容量查詢鐵路電

15、力牽引供電設(shè)計規(guī)范選擇牽引變壓器。 (采用yd11接線，k取1.5），未超過變壓器容量，滿足要求。3.容量選擇 根據(jù)牽引供電所負(fù)荷要求選擇地區(qū)變壓器為。2.2牽引變壓器運行技術(shù)指標(biāo)1.變壓器損耗和全年耗電量計算 變壓器損耗計算公式 (1)有功損耗：(1) (2)無功損耗：(2) (3)綜合功率損耗：(3) 式中：空載無功損耗(KVar) 空載損耗(KW) 額定負(fù)載損耗(kW) 變壓器額定容量(KVA) %變壓器空載電流百分比。 %短路電壓百分比 平均負(fù)載系數(shù) 負(fù)載波動損耗系數(shù) 額定負(fù)載漏磁功率(KVar) 無功經(jīng)濟當(dāng)量(KW/KVar) 上式計算時各參數(shù)的選擇條件： a.取=1.05; b.變

16、壓器平均負(fù)載系數(shù)，農(nóng)用變壓器可取=20%;工業(yè)企業(yè)可取=75%； c.變壓器運行小時數(shù)T=8760h，最大負(fù)載損耗小時數(shù)：t=5500h； d.變壓器空載損耗、額定負(fù)載損耗、%。已知,帶入以下公式: 并將求得的數(shù)據(jù)帶入以下式子：求得運行變壓器的耗電量。其中為變壓器的短路損耗，為變壓器的額定電流。由已選變壓器，=148KW，由以上幾式可得125.1(年）空載損耗/年）所以年總耗電量年）。2.短路時最大負(fù)荷工況下電壓損失計算 由第三章中短路計算得數(shù)據(jù)，如表2-1所示：電壓等級額定電流短路電流沖擊電流最大短路電流有效值側(cè)165.332194535004205.5側(cè)661.32241741097866

17、.310KV側(cè)0.5779.5214.7615.3可求得電壓損失，此處，不具體計算。3.短路時最大負(fù)荷工況下不平衡度校驗(1)主變不平衡度校驗 負(fù)序阻抗計算：（最小運行方式下電力系統(tǒng)1投入運行） 牽引變電所緊密運行下注入電網(wǎng)負(fù)序電流： （變壓器=10.5,=31500KVA,=110KV)。等效電路圖如下：取=，=100MVA。則不平衡度為：2.5%滿足要求。地區(qū)變壓器不平衡度校驗 兩相短路時負(fù)序電流最大為額定電流1倍 最大不平衡度為：滿足要求。1.2主接線設(shè)計及方案選擇方案一:外橋結(jié)線方式 此種結(jié)線方式可靠性高，維護方便，經(jīng)濟性較好。方案二：簡單分支結(jié)線 此種結(jié)線方式可靠性高，維護比較困難，

18、建設(shè)成本較低。綜合考慮選擇方案一外橋結(jié)線方式。第三章 短路計算3.1短路點的選取因短路計算的主要內(nèi)容是確定最大短路電流的大小，所以對一次側(cè)設(shè)備的選取一般選取高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側(cè)設(shè)備和牽引饋線斷路器的選取一般選取低壓母線短路點作為短路計算點。3.2短路計算電路簡化圖如圖3-1所示： 圖： 3-1進(jìn)行短路計算時取線路處于最大運行方式下，取=，=100MVA。點發(fā)生短路： 點發(fā)生短路：穩(wěn)態(tài)分量： 點發(fā)生短路：穩(wěn)態(tài)分量： 短路計算值一覽表如下表電壓等級額定電流短路電流沖擊電流最大短路電流有效值側(cè)165.332194535004205.5側(cè)661.32241741097866.310K

19、V側(cè)0.5779.5214.7615.3 小結(jié)：進(jìn)行相關(guān)的短路計算，為后面章節(jié)進(jìn)行所選電氣設(shè)備的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗做了相應(yīng)準(zhǔn)備。例如進(jìn)行母線的動穩(wěn)定校驗時要用到短路電流，進(jìn)行熔斷器斷流容量的校驗時要用到?jīng)_擊電流?？傊?，為后面章節(jié)相關(guān)計算奠定了基礎(chǔ)第四章 設(shè)備及選型4.1硬母線的選取側(cè)母線的選?。耗妇€選擇 按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮： 查表得鋁母線（LMY型）的允許載流量為251A（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流214.938A，故初步確定選用截面的鋁母線（單條平放）。（2）校驗?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應(yīng)先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對應(yīng)的值

20、，再由求出，再次利用曲線找出對應(yīng)的： 短路電流計算時間： 短路電流熱效應(yīng)： 由，從圖中查得則由得：再由，查得100,而 (見表6.1)，即：，滿足熱穩(wěn)定性要求。所以應(yīng)選擇253=75m截面的軟鋁母線。2. 27.5KV側(cè)母線的選取母線選擇 最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮 由附錄二，表三查出鋁母線608的允許載流量為973A，大于最大工作電流859.727 A，故初步選定用608=480截面的鋁母線。（2）校驗?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應(yīng)先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對應(yīng)的值，再由求出，再次利用曲線找出對應(yīng)的： 由,從圖中查得，則由得： 再由，查同上曲

21、線，查得，而 (見表6.1)，即：，滿足熱穩(wěn)定性要求，所以應(yīng)選擇的軟鋁母線。（3）校驗?zāi)妇€的機械穩(wěn)定性三相短路沖擊電流為： 設(shè)母線采用水平排列平放，已知：a=40cm，l=120cm，h=60mm，b=8mm則： 三相短路時的相間電動力為： 母線平放及水平排列時，其抗彎模量為： 母線的計算應(yīng)力為： 由表6.4鋁母線的允許應(yīng)力為，即：，滿足機械應(yīng)力穩(wěn)定性要求。 故最后確定選擇截面為的鋁母線。3.10kv側(cè)軟母線選擇。4.2支柱絕緣子和穿墻導(dǎo)管的選取側(cè)支柱絕緣子的選?。?）支柱絕緣子選取 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側(cè)額定電壓考慮 由附錄二表11.1查出支柱絕緣子的型號為ZS-110/3

22、，初選破壞荷重為3的支柱絕緣子。（2）校驗支柱絕緣子的機械強度 查表得ZS-110/3型支柱絕緣子允許的抗彎破壞荷重為3000N，而短路時中間相中間位置的支柱絕緣子受力為，故能滿足要求。2. 側(cè)支柱絕緣子的選取（1）支柱絕緣子選擇 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側(cè)額定電壓考慮 查表得支柱絕緣子的型號，初選型號為ZA-35Y的支柱絕緣子。（2）校驗支柱絕緣子的機械強度 查表得ZA-35Y型支柱絕緣子允許的抗彎破壞荷重為3750N，而短路時中間相中間位置的支柱絕緣子受力為，故能滿足要求。3.側(cè)穿墻導(dǎo)管的選?。海?）穿墻套管選擇 按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮:

23、由附錄二表11.1查出穿墻導(dǎo)管的型號，初選型號為CLB-35/600的支柱絕緣子。(2)校驗穿墻導(dǎo)管的熱穩(wěn)定性 由前面選擇硬母線處可得，而，所以，故穿墻導(dǎo)管滿足熱穩(wěn)定性。4.3高壓斷路器的選取交流牽引負(fù)荷側(cè)由于故障跳閘頻繁，操作次數(shù)多，從減少運行維修工作量考慮，本設(shè)計側(cè)選用斷路器，側(cè)選用真空斷路器。1.側(cè)斷路器的選取(1)斷路器選擇 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮： 查表得斷路器的型號為LW-110，額定電流選取1250A。（2）短路關(guān)合電流的校驗 由附錄二表6.2查出LW-110型號的斷路器的極限通過電流為，而，所以，滿足要求。（3）校驗短路時的熱穩(wěn)定性 由前面選擇硬母線處可得，而

24、，所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以斷路器選取型號為LW-110，額定電流為1250A。 2.側(cè)真空斷路器的選?。?）真空斷路器選擇 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 由附錄二表6.3查出真空斷路器的型號為，額定電流選取1000A。（2）短路關(guān)合電流的校驗 由附錄二表6.2查出型號的真空斷路器的極限通過電流為，而，所以，滿足要求。（3）校驗短路時的熱穩(wěn)定性 由前面選擇硬母線處可得，而，所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以斷路器選取型號為，額定電流選取1000A。 4.4高壓熔斷器的選取由于在所設(shè)計的電氣主結(jié)線中，只有側(cè)才有高壓熔斷器，所以只需選擇側(cè)的高壓熔斷器。1.按額定電壓選擇 由于，而，所以選擇型號

25、為的高壓熔斷器。2.熔斷器開斷電流的校驗，而，即，滿足要求。3.熔斷器斷流容量的校驗 ，而，即，滿足要求。由于環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn)情況，不需要進(jìn)行絕緣泄露比距校驗。故選擇的高壓熔斷器。4.5隔離開關(guān)的選取由于在所設(shè)計的電氣主結(jié)線中，側(cè)隔離開關(guān)在室外，而側(cè)既有室內(nèi)的也有室外的，所以對側(cè)只需選擇室外的，而側(cè)要選擇室內(nèi)和室外的。1. 側(cè)隔離開關(guān)的選?。?）隔離開關(guān)選擇 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 而，所以由附錄二表9.2查出隔離開關(guān)的型號為GW4-110/1000。（2）校驗短路時的熱穩(wěn)定性 ，所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以側(cè)隔離開關(guān)的型號為戶外GW4-110/1000。 2. 側(cè)隔離開關(guān)的選?。?

26、）隔離開關(guān)的選擇 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 而，所以由附錄二表9.1查出戶內(nèi)隔離開關(guān)的型號為GN2-35T/1000，戶外隔離開關(guān)的型號為GW2-35G/1000。（2）校驗短路時的熱穩(wěn)定性戶內(nèi)隔離開關(guān)的校驗 ，所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以側(cè)隔離開關(guān)的型號為戶內(nèi)GN2-35T/1000。 戶外隔離開關(guān)的校驗 ，所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以側(cè)隔離開關(guān)的型號為戶外GW2-35G/1000。 4.6電壓互感器的選取1.側(cè)電壓互感器的選取 ，由附錄二表12查出電壓互感器的原線圈額定電壓為，副線圈額定電壓為，故確定選用的型號為的電壓互感器。 由于電壓互感器是并接在主回路中，當(dāng)主回路發(fā)生短路時

27、，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。2.側(cè)電壓互感器的選取 ，由附錄二表12查出電壓互感器的原線圈額定電壓為，副線圈額定電壓為，故確定選用的型號為的電壓互感器。 由于電壓互感器是并接在主回路中，當(dāng)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校驗短路的穩(wěn)定性。4.7電流互感器的選取1.側(cè)電流互感器的選取(1)電流互感器的選擇 最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮 ， ， 而，由附錄二表13.2查出電流互感器LCW-110的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為LCW-110的電流互感器。（2）短路熱穩(wěn)定性校驗 ，故滿足熱穩(wěn)定性。（3）短路動穩(wěn)定性校驗 顯然，滿足動穩(wěn)定性。2.側(cè)電流互感器的選取（1）電流互感器的選擇 最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮 ， 而，由附錄二表13.2查出電流互感器LCW-35的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為LCW-35的電流互感器。（2）短路熱穩(wěn)定性校驗 ，故滿足熱穩(wěn)定性。（3）短路動穩(wěn)定性校驗 ，故滿足動穩(wěn)定性。4.8避雷器的選取牽引變電所為預(yù)防感應(yīng)雷電波的入侵，通常采用避雷器保護，以限制入侵雷的輻值和陡度，從而保護電氣設(shè)備的安全。FCZ系列磁吹閥式避雷器額定參數(shù)如表4.8.4所示：安裝點參數(shù)型號FCZ110