牽引變電所G電氣主接線的設(shè)計(jì).

1、探2010 級牽引供電課程設(shè)計(jì)探牽引供電課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題 目 牽引變電所G電氣主接線的設(shè)計(jì) 院/系（部）電氣工程系班級方1010-6學(xué)號20106796姓名耿占權(quán)指導(dǎo)教師王慶芬完成時(shí)間2013年12月20日摘要牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵路的核心，牽引變電所 G的設(shè)計(jì)目的是通過確定牽引 變電所高壓側(cè)主接線形式，確定牽引變壓器臺數(shù)、容量及接線方式。通過牽引變電 所高壓側(cè)主接線形式的比較分析，確定接線形式為外橋接線；而牽引變壓器選擇為 YN d11接線。根據(jù)短路電流計(jì)算以及所給數(shù)據(jù)的使用完成了牽引變壓器的計(jì)算容 量、校核容量以及斷路器、電流互感器、隔離開關(guān)的選擇與校驗(yàn)。通過對雷擊的分 析以及針對各種雷擊

2、采取對應(yīng)的防雷措施保護(hù)，完成了防雷保護(hù)，因此完成了課程 設(shè)計(jì)題目要求，實(shí)現(xiàn)了牽引變電所局部運(yùn)行的可行性。關(guān)鍵字：牽引變壓器 容量 防雷第1章設(shè)計(jì)目的和任務(wù)要求 11.1 設(shè)計(jì)目的 11.2 任務(wù)要求 11.3 設(shè)計(jì)的依據(jù) 11.4 任務(wù)分析 3第2章主接線方案的設(shè)計(jì) 32.1 牽引變電所110kV側(cè)主接線 32.1.1 主接線的確定 62.1.2 牽引變電所的倒閘操作 62.2 牽引27.5kV側(cè)電氣主接線 62.2.1 電氣主接線特點(diǎn) 72.2.2 27.5kV側(cè)饋線接線方式 72.2.3 27.5kV側(cè)母線接線方式 8第3章牽引變壓器選擇 83.1 牽引變壓器的備用方式 83.2 牽引變壓

3、器的接線型式 93.3 牽引變壓器容量計(jì)算 9第4章短路計(jì)算 114.1 短路計(jì)算的目的 114.2 短路計(jì)算示意圖 114.3 短路電流計(jì)算 12第5章電氣設(shè)備選擇 155.1 斷路器的選擇 155.2 隔離開關(guān)的選擇 185.3 電流互感器的選擇與校驗(yàn) 205.4 導(dǎo)線的選擇 215.5 27.5kV 側(cè)母線的選擇和校驗(yàn) 22第6章繼電保護(hù) 236.1 導(dǎo)線繼電保護(hù)配置 246.2 主變壓器繼電保護(hù)裝置配置 24第7章并聯(lián)無功補(bǔ)償 247.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?247.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償計(jì)算 25第8章防雷保護(hù) 27第9章設(shè)計(jì)總結(jié) 27牽引供電課程設(shè)計(jì)第1章設(shè)計(jì)目的和任務(wù)要求1.1 設(shè)計(jì)目

4、的本次的課題是牽引變電所 G電氣主接線的設(shè)計(jì)，目的是為了將所學(xué)習(xí)的知識更 好地應(yīng)用于實(shí)踐之中。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，決定著電力機(jī) 車能否正常順利運(yùn)行，因此本次設(shè)計(jì)意義重大。牽引變電所的設(shè)計(jì)主要包括變壓器 的設(shè)計(jì)和保護(hù)監(jiān)測裝置。變壓器的設(shè)計(jì)主要是變壓器的接線形式、容量和臺數(shù)的確 定。變壓器的容量確定要合理，如果選擇容量偏大則會造成損耗增加。選擇容量較 小會使變壓器處于過負(fù)荷狀態(tài)，影響變壓器的壽命。保護(hù)監(jiān)測裝置主要是在系統(tǒng)發(fā) 生短路時(shí)對線路起到保護(hù)作用，同時(shí)對線路中的電壓和電流進(jìn)行監(jiān)控等。此課題的設(shè)計(jì)完全符合電氣化鐵路供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，為牽引供電系統(tǒng)提供 供電方案，解決實(shí)際問題

5、。更重的是此課題的設(shè)計(jì)使自己更加了解鐵路供電系統(tǒng)， 為以后的工作打下了基礎(chǔ)。1.2 任務(wù)要求牽引變電所G電氣主接線的任務(wù)要求如下：(1) 確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式，并分析其運(yùn)行方式。(2) 確定牽引變壓器的容量、臺數(shù)及接線形式。(3) 確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線的形式。(4) 對變電所進(jìn)行短路計(jì)算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇。(5) 設(shè)置合適的過電壓保護(hù)裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝置。(6) 用CAD畫出整個(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。1.3 設(shè)計(jì)的依據(jù)包含有F、G兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖 1所示。圖2-1中，牽引變電所中的兩臺牽引變壓器為一臺工作，另一臺備用。電力系統(tǒng)

6、1、2均為火電廠，選取基準(zhǔn)容量 S為100MVA在最大運(yùn)行方式下， 電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標(biāo)幺值分別為0.20和0.22 ；在最小運(yùn)行方式下，電力系 統(tǒng)1、2的綜合電抗標(biāo)幺值分別為0.31和0.34。對每個(gè)牽引變電所而言，110kV線路為一主一備。圖1中，L1、L2、L3長度分別為30km 50km 20km 線路平均正序電抗 X1為 0.4 Q/km,平均零序電抗 X0為1.2 Q/km。電力系統(tǒng)1電力系統(tǒng)2基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1-4所示。表1-4 牽引變電所基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)項(xiàng)目牽引變電所G左臂負(fù)荷全日有效值（A500右臂負(fù)荷全日有效值（A730左臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）注700右臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）

7、980牽引負(fù)荷功率因數(shù)0.85（感性）10kV地區(qū)負(fù)荷容量（kVA）2 X 100010kV地區(qū)負(fù)荷功率因數(shù)0.87（感性）牽引變壓器接線型式自選牽引變壓器110kV接線型式自選左供電臂27.5kV饋線數(shù)目2右供電臂27.5kV饋線數(shù)目210kV地區(qū)負(fù)荷饋線數(shù)2回路工作，1回路備用預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長30%注:供電臂短時(shí)最大負(fù)荷即為線路處于緊密運(yùn)行狀態(tài)下的供電臂負(fù)荷。1.4 任務(wù)分析根據(jù)任務(wù)要求來選擇變壓器的接線方式，確定備用方式，一般選擇固定備用的 方式，即一臺運(yùn)行，一臺備用。通過給定的數(shù)據(jù)計(jì)算牽引變壓器的計(jì)算容量、校核 容量以及安裝容量，進(jìn)而確定變壓器的容量。分析牽引變電所的短路點(diǎn)，計(jì)算出

8、短 路電流，通過短路電流來選擇高低壓側(cè)設(shè)備以及繼電保護(hù)裝置。最后，根據(jù)牽引變 電所負(fù)荷平均有功功率來計(jì)算并聯(lián)電容的容量，選定電容的型號。第2章主接線方案的設(shè)計(jì)電氣主接線的要求一般有以下幾點(diǎn)：(1) 首先應(yīng)保證可靠性，并力求經(jīng)濟(jì)性。牽引變電所是國家電力系統(tǒng)的1級負(fù)荷，中斷供電將直接造成運(yùn)輸阻塞，甚至 造成人員生命傷亡、設(shè)備損壞，進(jìn)而導(dǎo)致的社會生產(chǎn)無法正常運(yùn)行。因此，主接線 的接線方式必須保證供電的安全可靠性。(2) 具有必要的運(yùn)行靈活性。由于接觸網(wǎng)事故較多，檢修頻繁，牽引變電所的停、送電操作、倒閘作業(yè)較多, 主接線的靈活，可減少操作程序，避免誤操作。(3) 應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)型。經(jīng)濟(jì)型主要取決于匯

9、流母線的接構(gòu)類型與組數(shù)、主變壓器容量、接構(gòu)形式和數(shù) 量、高壓斷路器配電單元存在數(shù)量、配電接構(gòu)類型和占地面積等因素。(4) 應(yīng)力求接線簡潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地。主接線整體接構(gòu)和各回路應(yīng)力求簡潔清晰、便于操作運(yùn)行。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè) 的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)量的增長迅速，牽引變電所增容、增加饋線的建設(shè)經(jīng)常存在。2.1 牽引變電所110k V側(cè)主接線(1) 不分段的單母線接線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)電源線和引出線都 經(jīng)過開關(guān)電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開關(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：對饋線送電時(shí)必須先合1QS和2QS在投入1QF 如欲停止

10、對其供電必須先斷開1QF然后斷開1QS和 2QS如圖2-1所示：WL| WLi WL； WLj電娜1H2圖2-1 不分段的單母線接線單母線接線的特點(diǎn)是：（1）接線簡單、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 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，待修復(fù)后才能恢復(fù) 供電。這種接線方式的缺點(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：適用于對可靠性要求不高的1035kV地區(qū)負(fù)荷。（2）單母線分段接線用斷路器分段的單母線分段

11、接線圖。分段斷路器MD正常時(shí)閉合，是兩段母線并列運(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。如圖 2-2所示。這種接線方式的特點(diǎn)是：（1）兩母線段可以并列運(yùn)行，也可以分裂運(yùn)行。（2）任 意一段母線或母線隔離開關(guān)檢修，只該段停電，其他段可以繼續(xù)供電，減小了停電 范圍。（3）對于用分段斷路器QFD分段，如果QFD處于閉合運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某段母線 發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)使 QFD及故障段電源回路的斷路器自動斷開，只該段停電； 如果QFD處于斷開運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)某段電源回路故障而使其斷路器斷開時(shí)，備用電源 自動投入裝置使 QFD自動閉合，可以保證全部的出線繼續(xù)供電。 對于用分段隔離開關(guān)QSD

12、分段，即QSD閉合工作狀態(tài)，當(dāng)某段母線故障時(shí)將造成全部停電，拉開 分段隔離開關(guān)QSE后，非故障段母線即可恢復(fù)供電。這種接線方式的缺點(diǎn)：增加了分段設(shè)備的投入和占地面積；某段母線故障或檢 修仍有停電問題；某段的回路斷路器檢修，該回路停電；擴(kuò)建時(shí)，需向兩端均衡擴(kuò) 建。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接線系統(tǒng)。(3) 采用橋型接線當(dāng)牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時(shí)，常在電源線路間用橫向母 線將它們連接起來，即構(gòu)成橋形接線。橋型接線是一種無匯流母線接線，四個(gè)連接 元件僅需三個(gè)斷路器，配電裝置接構(gòu)也較簡單。按中間橫向橋接母

13、線位置不同可分 為：內(nèi)橋形與外橋形。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，接構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或帶旁路母線的單母線接線。外橋 的接線如圖2-3所示。外橋接線:外橋接線的特點(diǎn)與內(nèi)橋接線相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開時(shí)，只 需斷開它們前面的斷路器1QF或2QF而不影響電源線路的正常工作。但線路故障 或檢修時(shí)，將使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。因而外橋接線適用于電源線路較短、負(fù)荷不恒定、變壓器要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與環(huán)形電連 接的變電所中。2.1.1 主接線的確定

14、110k V側(cè)接線選用單母線分段接線。理由：兩母線可以并列運(yùn)行也可以分開運(yùn) 行，任一段母線檢修時(shí)，只該段母線停電，其他段可以繼續(xù)運(yùn)行，具有一定的可靠 性和靈活性。2.1.2 牽引變電所的倒閘操作正常運(yùn)行時(shí)，QS7 QF QS8其他斷路器隔離開關(guān)均斷開，變壓器 T1通過L1 得電，使得變壓器向27.5kV側(cè)輸送電能。當(dāng)需要檢修時(shí)，假如仍然需要在 L1得電，先斷開QF1,然后斷開QS3和QS5 再閉合QS4然后合QS6 QF2最后閉合QF,即可滿足檢修時(shí)供電需要。檢修結(jié)束 時(shí)，先斷開QF2然后斷開QS6和QS4再斷QF,后閉合QS3和 QS5最后閉合QF1, 即可恢復(fù)正常供電。當(dāng)L1線路故障需要由

15、L2線路供電時(shí)，先閉合QS2閉合QF故障線路QF1跳 閘，再斷開QS1最后QF2閉合即可滿足L1故障時(shí)的供電。女口 L1線路恢復(fù)正常， 可以先斷開QF2 QF,再斷開QS2閉合QS1最后閉合QF1即可恢復(fù)正常供電。由此可以看出采用外橋型接線對于線路發(fā)生故障時(shí)比較有利，可以在停電瞬間 通過互感器自動檢測跳開故障線路斷路器，然后閉合備用線路斷路器，保證線路故 障時(shí)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)使?fàn)恳儔浩骼^續(xù)運(yùn)行，有利于系統(tǒng)供電的可靠性和安全性。2.2 牽引27.5kV側(cè)電氣主接線牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主接線基本形式多數(shù)對牽引 負(fù)荷側(cè)電氣接線也是適用的。但考慮牽引負(fù)荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點(diǎn)，

16、有針對 性的在電氣接線上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行靈活性。221電氣主接線特點(diǎn)牽引27.5kV電氣主接線的特點(diǎn)有以下幾種。(1) 由于接觸網(wǎng)沒有備用，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)電氣接線對接觸網(wǎng)饋線斷路器的類型與備用方式較一般電力負(fù)荷 要求更高。(2) 牽引側(cè)電氣接線與牽引變壓器的類型(單相或三相)和接線方式以及主變 壓器的備用方式有關(guān)，在采用移動式變壓器做備用的情況下，與移動變壓器接入電 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)車段和地區(qū)負(fù)荷等的供電要求有關(guān)。2.2.2 2

17、7.5kV側(cè)饋線接線方式牽引變電所27.5kV側(cè)饋線的接線方式一般有下列三種：(1) 饋線斷路器100%&用的接線饋線斷路器100%&用的接線如圖2-4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，牽引母線不同的場合。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。饋線斷路器50%&用接線饋線斷路器50%&用接線如圖2-5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，備用斷路器可代替其中任何一臺斷路器工作。當(dāng)每相母線的 饋出現(xiàn)叔模具較多時(shí)一般很少采用此種方法。(3)帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線帶旁路母線和旁路母線斷路器的接線如圖2-6所

18、示。一般2至4條饋線設(shè)一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可以代替任意饋線斷路器工作。這種接線方話屮甘母絨石骨卩行石骨乳F行饋線斷路器50%備用*扌J辛T7旁路母線圖2-6 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線經(jīng)過分析比較，最終選擇饋線斷路器50%&用的方式，因?yàn)檫@種接線方式簡單、 操作方便而且供電可靠性比較高，更重要的是這種方式比100%&用的方式要更具有 經(jīng)濟(jì)性。2.2.3 27.5kV 側(cè)母線接線方式牽引變壓器低壓側(cè)向兩個(gè)供電臂供電。因?yàn)閱文妇€不分段接線操作簡單、經(jīng)濟(jì) 性好而且能滿足一定的可靠性。綜合考慮之后，選擇單母線接線方式。第3章牽引變壓器選擇3.1 牽引變壓器的備用方式牽引變壓器的備

19、用方式有移動備用和固定備用兩種。移動備用是整個(gè)供電段管轄的幾個(gè)牽引變電所設(shè)置一臺或數(shù)臺可以動的公共 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。固定備用是在每個(gè)牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺數(shù)不 變、而增大變壓器容量，使在正常情況下一臺工作，一臺備用（稱為固定全備用）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)專用鐵路岔線作為變壓器 搬運(yùn)、檢修的情況下，對于三相牽引變壓器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。對于單相或 V形接線的牽引變電所，一般增加一臺 固定備用變壓器，在牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線只需增加一路電源進(jìn)線及斷路器與配電間 隔，比較簡

20、單。而采用移動備用變壓器的情況下，對單相或V,v形接線的單相變電所牽引側(cè)電氣接線的構(gòu)成，將產(chǎn)生較大影響。3.2 牽引變壓器的接線型式牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的核心部分，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110kV三相電變換成適合電力機(jī)車使用的 27.5kV的單相電的任務(wù)。由于牽引負(fù)荷具有不穩(wěn)定 性、短路故障多、諧波含量大等諸多不利因素，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣，因 此要求牽引變壓器具有一定的過負(fù)荷能力和抗沖擊電流的能力。綜合考慮后選擇了YN,d11接線形式的牽引變壓器。三相YN,d11聯(lián)結(jié)牽引變壓器原理圖如圖3-1所示。圖3-2 三相YN,d11聯(lián)結(jié)牽引變壓器原理圖373.3 牽引變壓器容量計(jì)算牽引變壓

21、器容量計(jì)算的一般分為三個(gè)步驟：首先，根據(jù)給定的數(shù)據(jù)求出牽引變壓器供應(yīng)牽引負(fù)荷所必需的最小容量，稱為 計(jì)算容量。其次，按列車緊密運(yùn)行時(shí)供電臂的有效電流與充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能 力，求出所需要的容量，稱為校核容量。這是為確保牽引變壓器安全運(yùn)行所必需的 容量。，最后按最后，根據(jù)計(jì)算容量和校核容量，在考慮其他因素（如備用方式等）實(shí)際系列產(chǎn)品的規(guī)格選定牽引變壓器的容量和臺數(shù)，稱為安裝容量或設(shè)計(jì)容量(1) 牽引變壓器的計(jì)算容量：采用簡化公式S = KtU(2l1e 0.65l2e)其中：lie 重負(fù)荷供電臂有效電流(A)l2e 輕負(fù)荷供電臂有效電流(A)Kt 二相變壓器的溫度系數(shù)，一般取0.9U 牽

22、引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，取27.5kV將 l1e =730A , I2e =500A，Kt =0.9，U = 27.5kV 代入上式得 S = 44179kVA(2) 牽引變壓器的校核容量：Smax597711.5二 39848kVASmax - K t U(2I1max .65l2e)其中：l1max 重負(fù)荷供電臂緊密運(yùn)行時(shí)有效電流(A)將 hmax =980A，l2e =700A 代入上式得 Smax 二 59771kVA所以牽引變壓器的安裝容量為 2 SFY -40000/110(3) 中期變壓器容量估算為了滿足鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，牽引變壓器要留有一定的余量，預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長30%則

23、:S,max =1.3 汽 Sx =1.3 疋 59771 = 77702kVASy.校y.maxK77702 =51802kVA1.5由于牽引變壓器容量計(jì)算數(shù)值較大，綜合考慮之后選擇2臺較小容量的變壓器進(jìn)行并聯(lián)。2臺并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是可以減小牽引變壓器的阻抗，減小了電壓的損失，所 選變壓器的型號為SF,-31500/110，其參數(shù)如表3-2所示：額定容量(kVA)額定電壓(kV)額定電流(A)損耗(kW)阻抗 電壓(%)空載電流(%)高壓低壓高壓低壓空載短路3150011027.516566038.514810.52表3-2變壓器參數(shù)第4早短路計(jì)算4.1 短路計(jì)算的目的短路計(jì)算的目的如下：(1)

24、在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取 限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。(2) 在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。(3) 在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對地的安 全距離。(4) 在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需要短路電流提供依據(jù)。4.2 短路計(jì)算示意圖電力系統(tǒng)短路中最常見的短路類型是單相接地短路，短路后最不嚴(yán)重的短路類 型是兩相不接地短路，短路電流最大的三相接地短路。短路計(jì)算示意圖如圖4-2所示。由于采用的是完全備用方式，主

25、變壓器2臺并聯(lián)運(yùn)行，牽引變壓器高壓側(cè)三相接地短路短路電流與k-1點(diǎn)的三相接地短路電流相等，最終在計(jì)算可能通過各種電 氣設(shè)備和母線最大電流時(shí)，計(jì)算短路點(diǎn) k-1、k-2和k-3的三相接地短路電流即可。4-2短路計(jì)算示意圖4.3 短路電流計(jì)算(1)確定基準(zhǔn)值取 Sd =100MVA, Ud1 =115kV, Ud2 =27.5kV, Ud3 =10.5kV則由Id二 JUd 得Id1二 0.50kA,ld2 二 2.10kA,ld3 二 5.50kA 計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值。 線路電抗標(biāo)幺值*100*100c ccXL2 = 0.4 50 廠0.15,Xl3 =0.4 202 = 0.0

26、6115115變壓器的電抗標(biāo)幺值*10.5 100MVAX T1100 31.5MVA-0.33.xT26.5 100MVA100 2MVA-3.3(3)計(jì)算在最大運(yùn)行方式下的短路電流短路等效電路圖如圖4-3所示圖4-3短路等效電路圖電力系統(tǒng)1和2的電抗標(biāo)幺值分別為X； =0.20,X； =0.22在短路點(diǎn)k-1處：總電抗標(biāo)幺值=(X； +X；2)(X； +X；3)=0.16三相短路電流周期分量有效值I化*=3.13kAX (K)其他三相短路電流I弋=lK=3.13kAiSh =2.55 3.13kA =7.98kAlSh =1.51 3.13kA =4.73kA三相短路容量efr 將625M

27、VA在短路點(diǎn)k-2處：1總電抗標(biāo)幺值X；.(kX；.(KJ) -X； .0.16 .0.17 = 0.33三相短路電流周期分量有效值I (3S)=*Id2 = 6.36kAX 送(k_2)其他三相短路電流(3) =|(3)=佇= 6.36kAi sh (3)= 2.55 6.36kA =16.22kA(3) sh= 1.51 6.36kA =9.60kA三相短路容量在短路點(diǎn)k-3處:總電抗標(biāo)幺值Sk役 =100=303MVAX) .3 3X； 2 =Xl(.) X；2 “33 3.3 =3.63三相短路電流周期分量有效值|(3),)= *Id3 =1.52kAX 送(Kd)其他三相短路電流=l

28、(：3)=1.52kAiSh =1.84 1.52kA = 2.80kAlSh =1.09 1.52kA =1.66kA三相短路容量尬為氓0328MVA最大運(yùn)行方式下短路計(jì)算表如表 4-4所示：表4-4 最大運(yùn)行方式短路計(jì)算表(計(jì)短路算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/MVASk3）I (3)I kI (3)11 oo(3)i shI(3)I sh4)k-13.133.133.137.984.73625計(jì)k-26.366.366.3616.229.60303k-31.521.521.522.801.6628在最小運(yùn)行方式下的短路電流短路等效電路圖如圖4-5所示:圖4-5短路等效電路圖在最小運(yùn)行方式下

29、時(shí)只有電力系統(tǒng) 1工作，其電抗標(biāo)幺值為X； =0.31，X*（k4）X；2 =0.46三相短路電流周期有效值1；?注=1.09kAX n其他三相短路電流（3）=lX=iK32ih.09kAiS3）=2.55 1.09kA =2.78kAI S3）=1.51 1.09kA = 1,65kA三相短路計(jì)算容量Sk3）里 100 =217MVAXZ（k.）046*I *2Xt1=0.46 0.17 =063其他三相短路電流|(3)= |(3)=lk? =3.33kA=255 3.33kA = 8.49kA三相短路容量I S3)=1.51 3.33kA = 5.03kASk32*Sd一 =00 =159

30、MVAXf)063Xv(K_3) = Xx/(k_2) XT2 = 633.3 = 3.93三相短路電流周期分量有效值I化)V(K J3)二 1.40kA其他三相短路電流.(3). (3)11(3)=1 冗=1.40 kAiS3) =1.84 1.40kA = 2.58kA1.09 1.40kA = 1.53kA三相短路容量尬亡=將25MVA最小運(yùn)行方式下短路計(jì)算表如表 4-6所示：表4-6 最小運(yùn)行方式短路計(jì)算表計(jì)短路算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/MVASk3)I I kI (3)I (3)(3)1 shII shk-11.091.091.092.781.65217k-23.333.333.

31、338.495.03159k-31.401.401.402.581.5325第5章電氣設(shè)備選擇5.1 斷路器的選擇對于開斷電路中負(fù)荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應(yīng)按使用環(huán)境、負(fù) 荷種類及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類型和型號，及戶外或戶內(nèi)，以及滅弧介質(zhì) 的種類。對于10至220kV三相系統(tǒng)中，廣泛采用少油式或者 SF6斷路器。（1）牽引主變壓器高壓側(cè)（110kV）選擇的是戶外少油斷路器。三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為Ik二3.13kA , ish二7.98kA最大負(fù)荷電流為：G =1.33150-215AJ3 50根據(jù)上面的數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號為：SW6 -110/1200校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：斷路器

32、的動穩(wěn)定電流峰值imax=41kA，imax - i sh校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流lt =15.8kA , t = 4s, tima = 0.76s lt2t =998.56, lk3)2tima 45, h2t 曽仁，因此選擇 SW6 -110/1200 滿足要求型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kV)(kA)(kA)(kA)SW6 -110/120011012004115.8SW6 -110/1200的參數(shù)表如表5-1-1所示：表 5-1-1 SW6 -110/1200 的參數(shù)(2)牽引主變壓器低壓側(cè)（27.5kV）選擇的是戶外少油斷路器，三相短路電流Ik=6.36

33、kA，ish (3) =16.22kA最大負(fù)荷電流為：打0 =1.331500 -661A3013 沢 27.5根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號為 SW6 -110/1200校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值imax=41kA，imax sh校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流It =15.8kA，斷路器的試驗(yàn)時(shí)間t =4s, tima = 0.76Sl；t =998.56,lk3)2tma =30.74, lt2t lk3)2tima，所選 SW6 -110/1200 滿足要求型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kV)(kA)(kA)(kA)SW6 -110/1200110

34、12004115.8SW6 -110/1200的參數(shù)表如表5-1-2所示：表 5-1-2 SW6 -110/1200 的參數(shù)變壓器高壓側(cè)選擇的是戶內(nèi)真空斷路器，1；3) =6.36kA，(3)電力ish=16.22kA，l30 =1.32000 =54.59AJ3X27.5根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號為：ZN - 27.5校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：(3)imax =25kA，imax ish 所選 ZN -27.5 滿足要求校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流It =10kA，斷路器的試驗(yàn)時(shí)間t=4s，tim 0.28sIt2t =400,Ik3)2tima =11.33, It2t I(3

35、)2tima。所選 ZN -27.5滿足要求ZN -27.5的參數(shù)表如表5-1-3所示：型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kV)(kA)(kA)(kA)ZN -27.527.56002510表5-1-3 ZN 27.5的參數(shù)(4)電力變壓器低壓側(cè)選擇的是戶內(nèi)真空斷路器，三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：，lk3) =1.52kA，ish=2.80kA，l30 =1.32000 =150A如10ZN -27.5根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的斷路器型號為: 校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：i max 二 25kA ， i max ish校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：It =10kA ，t=4s，tima =0.28slt2t =

36、400,1；% =0.65, lt2t Ik3)2tma，所選 ZN -27.5滿足要求ZN -27.5的參數(shù)表如表5-1-4所示：型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kV)(kA)(kA)(kA)ZN -27.527.56002510表5-1-4 ZN 27.5的參數(shù)5.2隔 離 開關(guān)的選擇(1) 牽引變壓器110kV隔離開關(guān)型號選擇如下：31500l；=3.13kA，ish =7.98kA，130=2 1.3430A如110根據(jù)上面數(shù)據(jù)，可選擇的隔離開關(guān)型號為GW4 -110D/630DW校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：(3)imax =50kA，imax i sh校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：I

37、t =20kA ，t =4s，tima = 0.76sIt2t =1600，I3)2tima =7.45 , It2t Ik3)2tima，所選 GW4 -110D/630DW 滿足要求選擇的隔離開關(guān)型號如表5-2-1所示：表 5-2-1 GW4 -110 D/ 630 DW 參數(shù)型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kA)(kV)(A)(kA)GW4 -110D/630DW1106305020牽引主變壓器27.5kV隔離開關(guān)型號選擇如下：(3)(3)L =6.36kA , ish =16.22kA，13730A根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開關(guān)型號為：GW4 27.5/1250DT校驗(yàn)隔離開關(guān)

38、的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值imax=80kA，imax，ish校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流L=31.5kA，隔離開關(guān)的試驗(yàn)時(shí)間t =4s, tm 0.76s lt2t =3969,I3)2tima =30.74, lt2t 1儼訊，所選 GW4 - 27.5/1250D T 滿足要求 選擇的隔離開關(guān)型號如表5-2-2所示：表 5-2-2 GW4 -27.5/1250DT 參數(shù)型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kA)(kV)(A)(kA)GW4 -27.5/1250DT27.512508031.5 電力變壓器27.5kV隔離開關(guān)型號選擇如下:lk3) =6.36

39、kA , ish=16.22kA，l30 =1.32000=54.59A.3 27.5根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開關(guān)型號為：GW4 -27.5/630DT校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性:i max - 50kA(3)i max ish校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流lt =20kA，t=4s，tima = 0.28s222It t =1600,I3) tima =11.33, lt2t 1(3)tima，所選 GW4 -27.5/630DT 滿足要求選擇的隔離開關(guān)型號如表5-2-3所示：表 5-2-3 GW4 -27.5/630DT 參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流(kA)熱

40、穩(wěn)定電流(kA)GW4 -27.5/630DT27.56305020 電力變壓器10kV隔離開關(guān)型號選擇如下:lk3) =1.52kA，ish=2.80kA，l30= 1.32000=150A10根據(jù)上面數(shù)據(jù)可選擇的隔離開關(guān)型號為：GN2 10/1000校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：. . .i max = 50kA ， i max sh校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流It =40kA，t = 4s, tima = 0.28sIt2t =6400,I3%ma =0.65, It2t I(3)2tima，所選 GN2 -10/1000 滿足要求選擇的隔離開關(guān)型號如表5-2-4所示：表 5-

41、2-4 GN2 -10/1000 參數(shù)型號額定電壓額定電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流(kA)(kV)(A)(kA)GN2 -10/100010100050405.3 電流互感器的選擇與校驗(yàn)(1)110kV側(cè)電流互感器選用LCWD2-110型電流互感器，其參數(shù)如表 5-3-1所示：表5-3-1 110kV 側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓(kV)額定電流比(A)動穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LCWD2-1101102 X 600/52.5X 3535動穩(wěn)定度校驗(yàn)：ish =7.98kA, |岱=600A =0.6kA因?yàn)?Kes 一 2I1N=2.5 35、2 0.6 = 74 _ ish = 7

42、.98kA ,滿足動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：(KtIN)2t=(35x0.6a1=441(kAf sQk =吃說=3.1才.3&13(kAj s 滿足熱穩(wěn)定要求。因此，所選電流互感器滿足要求。27.5kV側(cè)電流互感器選用LCWD6-110型電流互感器，其參數(shù)如表 5-3-2所示：表5-3-2 27.5kV 側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓(kV)額定電流比(A)動穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LCWD6-35110/1.731000/52.5 X 4545動穩(wěn)定度校驗(yàn)：iSh =16.22kA , I1N =1000A =1kA因?yàn)?Kes .f =2.5 452 1 =159kA _ish

43、=16.22kA,滿足動穩(wěn)定要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)：(Kj1N)2t=(45x1)2x1=2025(kA2 sQk =1儀tima =6.36x0.7231(kA)s滿足熱穩(wěn)定要求。因此，所選電流互感器滿足要求。對電壓互感器選擇時(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)電壓必須與電壓互感器接入處電網(wǎng) 的額定電壓相一致；互感器的額定二次側(cè)電壓符合測量儀表和繼電器的額定電壓，一般等于100V或100/ . 3V。接成開口三角形的輔助二次繞組電壓側(cè)有100V、100/3V 等。(2) 根據(jù)用途、負(fù)載的性質(zhì)性質(zhì)電壓互感器的類型及接線方式。所以，110kV側(cè)電壓互感器選JCC6-1102

44、7.5kV側(cè)電壓互感器選JDJZ-27.55.4 導(dǎo)線的選擇本次設(shè)計(jì)高壓側(cè)采用橋型接線，所以高壓側(cè)沒有母線，但是要對進(jìn)線進(jìn)行選擇, 一般采用鋼芯鋁絞線。在低壓側(cè)屋內(nèi)配電裝置中一般采用矩形截面的硬鋁母線。這 是因?yàn)樵诮孛娣e相同的條件下，矩形截面比圓形截面的周長大。故矩形截面母線散 熱面積大，冷卻效果好。110k V側(cè)進(jìn)線選擇(1) 最大負(fù)荷持續(xù)工作電流130 = 430A(2) 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇進(jìn)線截面I 30Aec jJ ec式中：Jax =30005000h為經(jīng)濟(jì)電流密度。牽引變電所經(jīng)濟(jì)電流密度 j =1.15(A/mm2)對于牽引負(fù)荷側(cè) Tma 30005000h。所以有=130430

45、mm2 = 374mm2jec 1.15選標(biāo)準(zhǔn)截面300mm2，即選LGJ-300型鋼芯鋁線。校驗(yàn)發(fā)熱條件：查表可知LGJ-300的允許載流量(環(huán)境溫度為40度)打二566A 130 = 430A，因 此滿足發(fā)熱條件。校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度：查表知110kV架空鋼芯鋁線的最小截面積 Amin = 35mm2 ： A = 1000mm2，因此該 線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。5.5 27.5kV側(cè)母線的選擇和校驗(yàn)供電系統(tǒng)短路時(shí)，短路電流特別是短路沖擊電流將使相鄰導(dǎo)體之間產(chǎn)生很大 的電動力，有可能使電器和載流部分遭受嚴(yán)重破壞。為此，要使電路元件能承受短 路時(shí)最大電動力的作用，電路元件必須具有足夠的電動穩(wěn)定度。以下是對

46、本設(shè)計(jì)所 選擇的的母線的校驗(yàn)。27.5kV側(cè)母線的選擇如下低壓側(cè)計(jì)算電流130 =2 1.331500=1719A寸3漢27.5低壓母線水平平放，檔距為 900mm檔數(shù)大于2,相鄰兩相母線的軸線距離為 160mm查附錄表17得到，母線選 LMY-10010mm校驗(yàn)動穩(wěn)定度：按公式匚引校驗(yàn)式中唁為母線材料的最大允許應(yīng)力(Pa)，硬鋁母線(LMY)型，。oc為母線通過iS3)時(shí)，所受到的最大計(jì)算應(yīng)力。上述最大計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算：M為母線通過iS3)時(shí)，所受到的彎曲力矩，當(dāng)母線檔數(shù)大于 2時(shí)，W為母線的截面系數(shù)，母線水平放置,F為發(fā)生三相短路時(shí)兩導(dǎo)體之間產(chǎn)生的電動力F=赳3)2丄 ion/a 2=2

47、56NaFI100.12 0.016=1.67 10m3oc1.4MPa ： 70MPaW經(jīng)校驗(yàn)低壓母線滿足動穩(wěn)定度。J校驗(yàn)熱穩(wěn)定度：按式Anin =|巴二巴,A為母線截面積，單位為mm2 ； Amin為C滿足熱穩(wěn)定度條件的最小截面積，單位為 mm2 ; C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)，可由附錄表7查得；|(：3)為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為 A;短路發(fā)熱假想時(shí)間，單位 為s。低壓母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流為L=6.36kA，低壓母線截面Amin =6360 -06 = 64mm2 ： 1000mm2,因此，以上低壓母線選擇適當(dāng)87第6章繼電保護(hù)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

48、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)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務(wù)是：(1) 自動、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)，并動作與斷路器跳閘、發(fā)出信號或減負(fù) 荷。由此可見繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預(yù)防事故或縮小事故范圍來提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。繼電保護(hù)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 來判斷故障和異常，并通過斷路器跳閘將故障切

49、除或發(fā)出信號。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、速動性、靈敏性 和可靠性四個(gè)基本要求。6.1 導(dǎo)線繼電保護(hù)配置采用平行雙回線路橫聯(lián)方向差動保護(hù)加電流保護(hù)。其中橫聯(lián)方向差動保護(hù)為主 保護(hù)。電流保護(hù)作為橫聯(lián)方向差動保護(hù)的后備保護(hù)。6.2 主變壓器繼電保護(hù)裝置配置變壓器為變電所的核心設(shè)備，根據(jù)其故障和不正常運(yùn)行的情況，從反應(yīng)各種不 同故障的可靠、快速、靈敏及提高系統(tǒng)的安全性出發(fā)，設(shè)置相應(yīng)的主保護(hù)、異常運(yùn) 行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)如下：主保護(hù)：瓦斯保護(hù)（以防御變壓器內(nèi)部故障和油面降低）、縱聯(lián)差動保護(hù)（以防御變壓器繞組、套管和引出線的相間短路）。后備保護(hù)：過電流保護(hù)（以反應(yīng)變壓器外部相

50、間故障）、過負(fù)荷保護(hù)（反應(yīng)由于過負(fù)荷而引起的過電流）。異常運(yùn)行保護(hù)和必要的輔助保護(hù)：溫度保護(hù)（以檢測變壓器的油溫，防止變壓 器油劣化加速）和冷卻風(fēng)機(jī)自啟動（用變壓器一相電流的70%來啟動冷卻風(fēng)機(jī)，防止變壓器油溫過高）。第7章并聯(lián)無功補(bǔ)償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，既是減少牽引負(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)的一種對策。7.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔茫?）提高功率因數(shù)(2) 吸收諧波電流，具有濾波作用(3) 改善電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量(4) 減少電力系統(tǒng)的電能損失。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。7.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償計(jì)算牽引變電所功率因數(shù)取值：補(bǔ)償前，牽引側(cè) cos：，0.85，牽引變壓器高壓側(cè) cos 0.78 ;補(bǔ)償后，牽引變壓器高壓側(cè)cos： =0.9 ;