1、<p>　　電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計課程</p><p><b>　　設計報告</b></p><p>　　班 級： 電氣081班</p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師：

2、 </p><p>　　2011 年 7 月 15日</p><p><b>　　一、 題目</b></p><p>　　某牽引變電所丙采用直接供電方式向復線區(qū)段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，三相V,v接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。</p><p>　　

3、二、 題目分析及解決方案框架確定</p><p>　　三相V,v結線牽引變電所中裝設兩臺三相V,v結線牽引變壓器，一臺運行，一臺固定備用。三相V,v結線牽引變壓器是近年來新研制的產(chǎn)品，它是將兩臺容量相等的單相變壓器器身安裝于同一油箱內(nèi)組成的。原理電路如圖1所示。原邊繞組接成固定的V結線，V的頂點（與連接點）為C相，、分別為A相、B相。副邊繞組四個端子全部引出在油箱外部，根據(jù)牽引供電的要求，即可接成正“V”,也可接

4、成反“V”。 接成正“V”時，與連接為C相,即正“V”的頂點；、分別為a相、b相。接成反“V”時，與連接為c相，即反“V”的頂點；、分別為a相、b相。在牽引變電所中安裝時，三相V,v結線牽引變壓器原邊A、C、B三相分別接入電力系統(tǒng)中的三相；副邊c相與軌道、接地網(wǎng)連接，a相、b相分別接到牽引側兩相母線上，然后分別向對應的供電臂牽引網(wǎng)供電，也是60°接線。</p><p>　　三相V,v結線牽引變電所不但保

5、持了單相V,v結線牽引變電所的主要優(yōu)點，而且完全克服了單相V,v結線牽引變電所的缺點。最可取的是解決了單相V,v結線牽引變電所不便于采用固定備用及自動投入的問題。同時，三相V,v結線牽引變電所有兩臺獨立的鐵芯和對應繞組通過電磁感應進行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的副邊電壓可以相同，也可以不相同，有利于實現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的結線型式。</p><p>　　圖1

6、 三相V,v結線牽引變電所</p><p><b>　　三、 設計過程</b></p><p>　　牽引變電所的電氣主接線分為三個部分來分別設計：110KV側的主接線、牽引側的主接線、三相V,v直接供電方式變壓器接線。</p><p>　　3.1 牽引變電所110kV側主接線設計</p><p>　　依據(jù)該牽引變電所負荷

7、等級，要求兩路電源進線，因有系統(tǒng)功率穿越，屬通過式變電所，110kV側采用圖2所示的單母線分段接線。若考慮經(jīng)濟運行也可采用圖3所示的外橋接線。此設計中著重考慮滿足供電的可靠性和運行操作中的安全、靈活及便利，因此采用單母線分段接線。</p><p>　　3.2 牽引變電所饋線側主接線設計</p><p>　　由于27.5kV(或55kV)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

8、斷路器備用方式不同，牽引變電所27.5kV 側饋線的接線方式一般有下列三種：</p><p>　?。?）饋線斷路器100%備用的接線</p><p>　　饋線斷路器100%備用的接線如圖4所示。這種接線當工作斷路器需檢修時，即由備用斷路器代替。斷路器的轉換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。</p><p>　?。?）饋線斷路器50%備用的接線</p>

9、;<p>　　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一臺備用斷路器，通過隔離開關的轉換，備用斷路器可代替其中任一臺斷路器工作。</p><p>　　圖2 單母線分段接線 圖3 外橋接線</p><p>　　圖4 饋線斷路器100%備用</p><p>　　圖5 饋線斷路器50%備用</p>

10、;<p>　　（3）帶旁路母線和旁路斷路器的接線</p><p>　　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。</p><p>　　圖6 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線</p><p>　　考慮到

11、牽引變壓器類型為單相變壓器，且此牽引變電所只為區(qū)間正線供電，為了提高供電的可靠性，同時避免較大的一次性投資，牽引變電所27.5kV 側饋線斷路器采用50%備用的接線。</p><p>　　3.3 三相V,v直接供電方式變壓器接線</p><p>　　采用直接供電方式時，三相V,v變壓器原邊繞組接成固定的V接線，低壓側兩個繞組接成正“V”或反“V”。低壓側兩次邊繞組，各取一端聯(lián)至27.5kV

12、的a相和b相母線上，它們的公共端接至接地網(wǎng)和鋼軌。三相V,v直接供電方式變壓器接線如圖7所示。</p><p>　　圖7 三相V,v變壓器直接供電方式接線 </p><p>　　3.4 牽引變壓器容量計算</p><p>　?。?）三相V,v接線牽引變壓器繞組的有效電流</p><p>　　三相V,v接線牽引變壓器是由兩臺單相牽引變壓器聯(lián)接

13、而成，每臺變壓器供給所管轄供電臂的負荷。所以其繞組有效電流即為饋線有效電流，故</p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　式中——為繞組電流有效值。根據(jù)題意，,</p><p>　?。?）計算三相V-V接線牽引變壓器的計算容量<

14、/p><p>　　三相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，，其兩臺變壓器計算容量分別為</p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p><p>　?。?）變壓器校核容量</p><p>　　單相V,v結線牽引變壓器的

15、最大容量為</p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　式中——為供電臂（a）的最大電流，——為供電臂（b）的最大電流。</p><p>　　在最大容量的基礎之上，再考慮牽引變壓器的過負荷能力后所確定的容量，就可以得到校核容量，即<

16、;/p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　式中，K為牽引變壓器過負荷倍數(shù)，取K=1.5。則可得</p><p>　?。?）確定三相V,v接線牽引變壓器的安裝容量及型號選擇</p><p>　　將三相V,v接線的變壓器的計算容量和校核容量進行比較，并結合采用移動備用方式和系列產(chǎn)品，選用三相V,v變壓器的安

17、裝容量為2×20000KVA。</p><p>　　由變壓器允許過電荷50%可知：</p><p><b>　　移動備用方式下。</b></p><p>　　已知，故選用的安裝容量是合適的?？紤]到在采用移動備用方式的情況下，當兩臺并聯(lián)運行的牽引變壓器一臺發(fā)生故障停電后，為了使另一臺單獨運行而不影響鐵路正常運輸，安裝容量選用變壓器。因為

18、：</p><p>　　因此選擇16000/110型號的變壓器。</p><p>　　3.5 繪制電氣主結線圖</p><p>　　為保證供電可靠性，牽引變壓器采用固定備用方式。因采用單相牽引變壓器，同一牽引變電所饋線電壓同相，且省去牽引變電所出口處電分相裝置，改善了電力機車運行的弓網(wǎng)關系。此種接線適用于高速電氣化鐵路的機車運行。唯一不足的是，會產(chǎn)生較大的負序和諧波

19、。</p><p>　　電氣主接線如附錄二所示。</p><p>　　3.6 開關設備的選擇</p><p>　　(1)高壓斷路器的選擇</p><p>　　對于開斷電路中負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用地點和負荷種類及特點選擇斷路器的類型和型號、即戶內(nèi)或戶外式，以及滅弧介質(zhì)的種類，并能滿足下列條件：</p><

20、;p>　?、?斷路器的額定電壓，應不低于電網(wǎng)的工作電壓，即</p><p>　　式中、——分別為制造廠給出的短路器額定電壓和網(wǎng)絡的工作電壓，伏或千伏。</p><p>　?、?斷路器的額定電流，應不小于電路中的最大長期負荷電流，即</p><p>　　式中——斷路器的最大長期負荷電流，安或千安。</p><p>　?、?根據(jù)斷路器的斷路

21、能力，即按照制造廠給定的額定切斷電流、或額定斷路容量選擇斷路器切斷短路電流（或短路功率）的能力。為此，應使額定切斷電流不小于斷路器滅弧觸頭剛分離瞬間電路內(nèi)短路電流的有效值，或在一定工作電壓下應使斷路容量不小于短路功率。即</p><p><b>　　≥</b></p><p>　　或 =≥ （三相系統(tǒng)）</p><p>　　式中，——短路后

22、t秒短路電流有效值（周期分量），對快速斷路器，取=， t≤0.1；</p><p>　　——短路后t秒短路功率，對快速熔斷器=。</p><p>　　對于牽引系統(tǒng)，牽引網(wǎng)電壓為27.5千伏，當采用三相35千伏系列的斷路器時，斷路器容量需按下式換算：</p><p><b>　　=·=</b></p><p>　

23、　式中，——35千伏斷路器用在27.5千伏系統(tǒng)中的三相斷路容量。</p><p>　　牽引網(wǎng)饋電線用單相斷路器，按額定斷路容量選擇時應滿足的條件為（不變）：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中、——分別為單相斷路器的額定斷路容量和單相牽引網(wǎng)中短路后t秒的短路功率。</p><p>　　為了求

24、得短路電流有效值，必須確定切斷短路的計算時間，即從短路發(fā)生到滅弧觸頭分開時為止的全部時間，它等于繼電保護動作時間和斷路器固有動作時間之和，故=+。</p><p>　　在設計和電氣設備選擇中，由實際選擇的保護裝置與斷路器型號，可得到和的實際值，但如無此數(shù)據(jù)時，一般可按下述情況選取。</p><p>　　對快速動作的斷路器，取=0.05秒，而對于非快速動作的斷路器，=0.1～0.15秒；&l

25、t;/p><p>　　對于繼電保護，應按具有最小動作時間的速斷主保護作為動作時間，即=0.05秒，因此，對于快速動作的斷路器，切斷短路的計算時間=0.05～0.1秒，對于非快速動作的斷路器，=0.15～0.2秒。</p><p>　　可知，短路發(fā)生后＞0.1秒，因短路電流的非周期分量已接近衰減完畢，此時短路電流即為短路周期分量電流的有效值。</p><p>　　當≤0.

26、1秒時，則須計入短路電流的周期分量。</p><p>　?、?校驗短路電流通過時的機械穩(wěn)定性</p><p>　　在短路電流作用下，對斷路器將產(chǎn)生較大的機械應力，為此，制造廠給出了能保證機械穩(wěn)定性的極限通過電流瞬時值，即在此電流通過下不致引起觸頭熔接或由于機械應力而產(chǎn)生任何機械變形。因而，應使</p><p>　　式中、—分別為斷路器的極限通過電流或斷路器安裝處的三

27、相短路沖擊電流（幅值）。</p><p>　　⑤ 校驗短路時的熱穩(wěn)定性</p><p>　　短路電流通過時斷路器的熱穩(wěn)定性，由制造廠家給出的在t秒（t分別為4、5或10秒）內(nèi)允許通過的人穩(wěn)定電流來表征，即在給定的時間t內(nèi)，通過斷路器時，其各部分的發(fā)熱溫度不超過規(guī)定的短路最大容許發(fā)熱溫度。因此，短路電流通過斷路器時，其熱穩(wěn)定條件為：</p><p>　　式中—為制造廠

28、家規(guī)定的ｔ秒熱穩(wěn)定電流。</p><p>　　—短路電流發(fā)熱效應。</p><p>　?。?）高壓熔斷器的選擇</p><p>　　高壓熔斷器用以切斷過負荷電流和短路電流，選擇是首先應考慮裝置的種類與型式、是屋內(nèi)或屋外使用，對于污穢地區(qū)的屋外式熔斷器還應保證絕緣泄露比距的要求，以加強絕緣，此外，高壓熔斷器應滿足：</p><p>　?、侔垂ぷ?/p>

29、電流?。ㄅc斷路器意義相同）。</p><p><b>　?、诎垂ぷ麟娏?lt;/b></p><p>　　式中、——分別為熔斷器額定電流和熔件額定電流；——為網(wǎng)絡中最大長期工作電流。</p><p><b>　?、郯磾嗔魅萘?lt;/b></p><p><b>　　或</b></p

30、><p>　　式中、分別為熔斷器的極限開斷電流和額定斷流容量。</p><p>　?、軐ξ鄯x地區(qū)屋外安裝的熔斷器，其絕緣泄露比距應滿足：</p><p>　　因熔斷器的熔斷時間很短，故采用熔斷器保護的導體和電器可不校驗短路電流的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。此外，高壓熔斷器熔件的選擇還必須與網(wǎng)絡中各分段、分支電路的熔斷器熔件或與饋電線繼電保護之間，從時間特性上保證互相間動作的選

31、擇性和時限配合關系。</p><p>　　（3）隔離開關的選擇</p><p>　　選擇隔離開關，首先應考慮裝置的種類和型式、是屋內(nèi)或屋外使用，對于污穢地區(qū)的屋外式熔斷器還應按上述熔斷器選擇時的條件④保證絕緣泄露比距的需要。隔離開關的其它選擇條件與斷路器類似，但對隔離開關不進行切斷能力的（切斷電流或斷路容量）的校驗。</p><p>　　3.7 儀用互感器的選擇&l

32、t;/p><p>　?。?）電流互感器的選擇</p><p>　　① 電流互感器的選擇一般有如下原則需要遵循：</p><p>　　應滿足一次回路的額定電壓、最大負荷電流及短路時的動、熱穩(wěn)定電流的要求；</p><p>　　應滿足二次回路測量、自動裝置的準確度要求和保護裝置10％誤差的要求；</p><p>　　應滿足保護

33、裝置對暫態(tài)特性要求（如500KV保護）。</p><p>　　用于變壓器差動時，各側電流互感器的鐵芯宜采用相同的鐵芯型式。各互感器的特性應相同。以防止區(qū)外故障時，各互感器特性不一致產(chǎn)生差流，造成誤動。</p><p>　?、?電流互感器類型選擇 </p><p>　　為保證保護裝置的正確動作，所選擇的互感器至少要保證在穩(wěn)態(tài)對稱短路電流的下的誤差不超過規(guī)定值。至于故障

34、電流中的非周期分量和互感器剩磁等問題帶來的暫態(tài)影響，則只能根據(jù)互感器所在系統(tǒng)暫態(tài)問題的嚴重程度、保護裝置的特性、暫態(tài)飽和可能引起的后果和運行情況進行綜合考慮定性分析，至于精確的暫態(tài)特性計算由于過于復雜且現(xiàn)場工作情況很難進行，因此不進行討論。 </p><p>　　330－500KV系統(tǒng)保護、高壓側為330－500KV的變壓器保護用的電流互感器，由于系統(tǒng)一次時間常熟較大，互感器暫態(tài)飽和較嚴重，由此可能導致保護錯誤動

35、作的后果。因此互感器應保證實際短路工作循環(huán)中不致暫態(tài)飽和，即暫態(tài)誤差不超過規(guī)定值。一般選用TP類互感器，尤其是線路保護考慮到重合閘的問題，要考慮雙工作循環(huán)的問題，因此推薦使用TPY型。 </p><p>　　220KV系統(tǒng)保護、高壓側為220KV的變壓器保護互感器其暫態(tài)飽和問題及其影響較輕，可按穩(wěn)態(tài)短路條件計算互感器穩(wěn)態(tài)特性，進而選擇互感器。當然，為減輕可能發(fā)生的暫態(tài)飽和影響，我們有必要留有適當?shù)脑６取?20KV

36、系統(tǒng)保護的暫態(tài)系數(shù)一般不小于2。</p><p>　　110KV系統(tǒng)保護用互感器一般按穩(wěn)態(tài)條件考慮，采用P類互感器。 </p><p>　　高壓母線差動保護用電流互感器，由于母線故障時故障電流很大，而且外部故障時流過互感器的電流差別也很大。即使各互感器特性一致，其暫態(tài)飽和的情況也可能差別很大。因此母線差動保護用的電流互感器最好要具有抗暫態(tài)飽和的能力。實際工程應用中，一般按穩(wěn)態(tài)條件選擇互感器

37、，而抗飽和的問題更多的由保護裝置進行處理。</p><p>　?。?）電壓互感器的選擇（作用）</p><p>　?、?給重合閘提供必要信號，一條線路兩側重合閘的方式要么是檢無壓，要么是檢同期，線路PT可以為重合閘提供電壓信號。 </p><p>　?、?現(xiàn)在部分線路PT時用的電容式電壓互感器，可以為載波通信提供信號通道。</p><p>　

38、?、?目前對一些特殊的供電用戶線路提供計量電壓。</p><p>　?、?將系統(tǒng)高電壓轉變?yōu)闃藴实牡碗妷海?00V）,為儀表、保護提供必要的電壓。</p><p>　?、?與測量儀表相配合，測量線路的相電壓與線電壓；與繼電保護裝置相配合，對系統(tǒng)及設備進行過電壓、單相接地保護。</p><p>　?、?隔離一次設備與二次設備，保護人身和設備的安全。</p>

39、<p><b>　　3.8 導線選擇</b></p><p>　　110kV進線側，進入高壓室的27.5kV進線側，從高壓室出來的27.5kV饋線側，10kV饋線側的母線均為軟母線。</p><p>　　軟母線進行選型，熱穩(wěn)定校驗（無需進行動穩(wěn)定校驗）。</p><p>　　計算方法：按導線長期發(fā)熱允許電流選擇導線。</p&

40、gt;<p>　　溫度修正系數(shù)K由下式求得：</p><p>　　式中 ——表示運行的允許溫度，對室外有日照時取80℃，室內(nèi)取70℃.，t為實際環(huán)境溫度。</p><p>　　設計時取t=25℃，那么在室外有日照時=1，在室內(nèi)=1。</p><p>　　（1）室外110KV進線側母線的選擇</p><p>　　室外110kV進線

41、側的母線為軟母線,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。母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮。</p><p><b>　　經(jīng)計算：</b></p><p>　　=1.3×16000/（110× ）=109.17(A)</p><p>　　由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-9

42、5)的允許載流量為330A(基準環(huán)境溫度為25℃,允許溫度70℃時)，符合式子 。</p><p>　　式中 ——表示通過導線的最大持續(xù)電流， 表示對于額定環(huán)境溫度,允許電流，為溫度修正系數(shù)。</p><p>　　考慮冗余，110kV進線側的母線選用截面積為25mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ25)。</p><p>　　工程中常采用查表的方法求母線和導體的容許電流(載流

43、量)。</p><p>　　表1 導線的選擇與校驗</p><p>　　（2）室外27.5KV進線側母線的選擇</p><p>　　母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，我們選擇容量為1600kVA電壓27.5/10.5千伏的三相雙繞組電力變壓器。</p><p><b>　　經(jīng)計算：</b></p&g

44、t;<p>　　=1.3×1600/27.5× =43.67(A)</p><p>　　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,故初步確定27.5kV側的母線選用截面積為10 mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-10)。</p><p>　?。?）室外10KV饋線側母線的選擇</p><

45、p>　　母線的最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，選擇容量為1600kVA電壓27.5/10.5千伏的三相雙繞組電力變壓器。</p><p><b>　　經(jīng)計算：</b></p><p>　　=1.3×1600/10.5× =114.4(A)</p><p>　　由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-25)的允許載

46、流量為138A(基準環(huán)境溫度為25℃時)，符合式子 故初步確定10kV側的母線選用截面積為25 mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-25)。</p><p><b>　　四、 心得體會</b></p><p>　　本次課程設計我和xx，我們共同完成了復線區(qū)段直接供電的牽引變電所。我主要完成了變壓器容量的計算和選擇，部分器件和導線的選擇，同時做好了自己報告的文字編輯和排版工作。

47、</p><p>　　這次的課程設計對我們專業(yè)知識，專業(yè)學習是一個很好的檢測，是我們從大學畢業(yè)生走向未來工作的重要一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。我們熟悉了電氣手冊的使用，基本掌握了VISIO繪圖軟件的使用，并用它完成了部分接線圖的繪制，從一定程度上了解了CAD繪圖的過程。在這個過程中我深刻認識到自己很多的不足，知道

48、了自己專業(yè)知識很欠缺，作為一個面向鐵道的專業(yè)人士，發(fā)現(xiàn)自己的缺少很多的專業(yè)素養(yǎng)，以及對專業(yè)軟件工具使用的陌生。雖然通過學習完成了本次設計，但是距離熟練掌握還相差很遠，自己的各種知識儲備還有待提高。</p><p>　　通過這次實踐，我了解了牽引供電系統(tǒng)的用途及工作原理，熟悉了電氣化鐵道供電系統(tǒng)牽引變電所的設計步驟，鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次課程設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗

49、和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身，同時也鍛煉了自己把書本上學到的知識怎么靈活運用到實踐中。這次實踐展示了我們的團隊合作能力，是我充分認識到團隊合作的重要性，也意識到了未來工作中應該保留的良好品質(zhì)。這次實踐是對自己大學四年所學的一次考驗，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中學習，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻的人，為祖國鐵路事業(yè)，為祖國建設事業(yè)增光添彩。</p>

50、<p><b>　　附錄一</b></p><p>　　表1鋼芯鋁絞線的物理參數(shù)及載流量</p><p>　　表2 V,v牽引變壓器主要技術數(shù)據(jù) </p><p>　　附錄二 牽引變壓器主接線圖</p><p><b>　　參考文

51、獻</b></p><p>　　[1] 賀威俊 簡克良.電氣化鐵道供變電工程[M].北京：鐵道出版社,1983.</p><p>　　[2] 李彥哲 王果 張蕊萍 胡彥奎.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計[M].蘭州：蘭州大學出版社，2006. </p><p>　　[3] 鐵道部電氣化局電氣化勘測設計院，電氣化鐵路設計手冊-牽引供電系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出