牽引變電所課程設(shè)計(jì)

1、2011級(jí)牽引供電課程設(shè)計(jì)石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院集中實(shí)踐報(bào)告書(shū)課題名稱中間牽引變電所電氣主接線的設(shè)計(jì)姓 名汪韻博學(xué) 號(hào)20117280系、 部電氣工程系專業(yè)班級(jí)方1110-6指導(dǎo)教師樊偉2015年1月5日一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：中間牽引變電所電氣主接線的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式，并分析主變壓器貨110KV線路故障時(shí)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換；確定牽引變壓器的容量、臺(tái)數(shù)及接線方式；確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線的形式；對(duì)變電所進(jìn)行短路計(jì)算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇；設(shè)置合適的過(guò)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；用CAD畫(huà)出整個(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。二、指導(dǎo)教師

2、評(píng)語(yǔ)： 三、成績(jī) 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 中間牽引變電所電氣主接線的設(shè)計(jì)目 錄1.設(shè)計(jì)目的及依據(jù).1 1.1設(shè)計(jì)目的1 1.2設(shè)計(jì)基本要求1 1.3設(shè)計(jì)依據(jù)12.設(shè)計(jì)思路.23.牽引變壓器的選擇和容量計(jì)算.23.1變壓器計(jì)算容量計(jì)算.23.2變壓器校核容量計(jì)算.23.3變壓器安裝容量計(jì)算和選擇.34.主接線設(shè)計(jì).34.1牽引變電所高壓側(cè)主接線.34.2牽引變電所低壓側(cè)主接線.35.短路計(jì)算.75.1短路計(jì)算的目的.45.2短路計(jì)算.46.電氣設(shè)備選擇.66.1 110KV側(cè)進(jìn)線的選擇.66.2高壓斷路器的選擇.76.2.1 110kV側(cè)斷路器選擇.76.2.2 27.5kV側(cè)斷路器選擇.8

3、6.3隔離開(kāi)關(guān)的選取.86.3.1 110kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選擇.86.3.2 27.5kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選擇.96.4互感器的選取.96.4.1 110kV側(cè)電流互感器選擇.96.4.2 27.5kV側(cè)電流互感器選擇.107.并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償.107.1并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?107.2并聯(lián)電容補(bǔ)償裝計(jì)算.108.繼電保護(hù).119.防雷設(shè)計(jì).119.1雷電危害.119.2防雷措施.1210.設(shè)計(jì)結(jié)論.12參考文獻(xiàn).141.設(shè)計(jì)目的及依據(jù)1.1設(shè)計(jì)目的牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備,其容量的大小關(guān)系到能否完成國(guó)家交給的運(yùn)輸任務(wù)和運(yùn)營(yíng)成本。從安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面來(lái)看,容量過(guò)小會(huì)使?fàn)恳儔浩鏖L(zhǎng)期過(guò)載,將造成其壽

4、命縮短,甚至燒損;反之,如果容量過(guò)大,將使變壓器長(zhǎng)期不能滿載運(yùn)行,從而造成其容量浪費(fèi),損耗增加,使運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增大。因此,在進(jìn)行牽引變壓器容量計(jì)算時(shí)，正確地確定計(jì)算條件，以便合理的選定牽引變壓器的額定容量是十分重要的。1.2設(shè)計(jì)基本要求（1） 確定該牽引變電所高壓側(cè)的電氣主接線的形式。（2） 確定牽引變電器的容量、接線方式機(jī)臺(tái)數(shù)。（3）確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線的形式。（4）對(duì)變電所進(jìn)行短路計(jì)算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇。（5）對(duì)變電所進(jìn)行繼電保護(hù)配置，并進(jìn)行防雷和接地設(shè)計(jì)。（6）用CAD畫(huà)出整個(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)（1）該牽引變電所屬于通過(guò)式變電所，其供電電源是110kV雙回路，其牽

5、引變電所需經(jīng)常切換，而110kV電源線路較短，故障檢修定點(diǎn)機(jī)會(huì)少。電力系統(tǒng)容量為3200MVA，選取基準(zhǔn)容量Sj為100MVA，在最大運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值分別為0.12；在最小運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的標(biāo)幺值為0.15。（2）牽引變壓器的額定電壓為220/27.5kV，重負(fù)荷臂有效電流和平均電流為320A和240A，重負(fù)荷壁的最大電流為650A；輕負(fù)荷臂有效電流和平均電流為268A和186A；（3）改牽引變電所有穿越功率通過(guò)母線，并向可臨近牽引變電所或地區(qū)變電所供電，容量計(jì)算為800kVA，還可以提供變電所自用電。（4）環(huán)境資料：本牽引變電所地區(qū)平均海拔為600m，地層以沙質(zhì)粘土為主，

6、地下水位為6.5m。該牽引變電所位于電氣化鐵路的中間位置，所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線，外部有公路直通所內(nèi)。本變電所地區(qū)最高溫度為37C，年平均溫度22C，年最熱月平均最高氣溫為332C，年雷暴雨日數(shù)為21天，土壤凍結(jié)深度為1.3m。2. 設(shè)計(jì)思路 首先對(duì)牽引變壓器的容量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的容量對(duì)變壓器的類型和型號(hào)做出選擇，確保滿足題目的供電要求。對(duì)110KV側(cè)電氣主接線的接線形式進(jìn)行分析。主要有單母線接線，單母線分段接線，帶旁路母線的單母線接線，雙母線接線和無(wú)母線接線。各種接線形式有自身的好處，考慮到中間牽引變電所供電的可靠性原則作出選擇。當(dāng)線路發(fā)生故障要求在停電時(shí)能自動(dòng)跳開(kāi)故障線路斷路器，閉合備用線路

7、斷路器，保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。對(duì)27.5KV側(cè)饋線有三種接線方式：饋線斷路器100%備用接線，饋線斷路器50%備用接線，帶旁路母線和旁路斷路器接線，考慮到可靠性經(jīng)濟(jì)性原則作出相應(yīng)選擇。最后為保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行加入繼電保護(hù)，計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償?？紤]到兩面，一是雷電直接破壞變電所，二是雷電波沿著線路侵入變電所，所以要進(jìn)行防雷保護(hù)。3. 牽引變壓器的選擇和容量計(jì)算 牽引負(fù)荷計(jì)算是確定牽引變壓器安裝容量的前提。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)可知，牽引變壓器的額定電壓為110/27.5kV，重負(fù)荷臂有效電流和平均電流為320A和240A，重負(fù)荷壁的最大電流為650A；輕負(fù)荷臂有效電流和平均電流為268A和186A。3.1變壓器計(jì)

8、算容量計(jì)算設(shè)計(jì)中采用三相YNd11接線方式，所以，變壓器計(jì)算容量公式為：因此3.2變壓器校核容量計(jì)算三相YNd11接線牽引變壓器的最大負(fù)荷容量計(jì)算公式為:由此可得最大負(fù)荷容量為：三相YNd11聯(lián)結(jié)變壓器校核容量，公式為：由此可得校核容量分別如下:3.3變壓器安裝容量計(jì)算和選型通過(guò)計(jì)算容量和校核容量進(jìn)行比較，并結(jié)合采用的固定備用方式，由于負(fù)荷增長(zhǎng)率為10%40%，所以，計(jì)算得考慮增長(zhǎng)率后的容量為34MVA，所以應(yīng)選用三相YNd11聯(lián)結(jié)變壓器的安裝容量為240000kVA。選擇變壓器的型號(hào)為SFY-40000。表3-1 SFY-40000變壓器的技術(shù)參數(shù)設(shè)備型號(hào)額定容量(kVA)額定電壓(kV)額

9、定電流(A)損耗(kV)阻抗電壓(%)空載電流(%)連接組別(%)高壓低壓高壓低壓空載短路SFY-400003150011027.552210165910.52.5YNd114.主接線設(shè)計(jì)牽引變電所電氣主接線是指由主變電器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。在設(shè)計(jì)中主接線的確定對(duì)變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計(jì)算，自動(dòng)裝置和控制方式選擇都有重大影響。4.1牽引變電所高壓側(cè)主接線題目要求有兩路進(jìn)線且存在穿越功率，所以單母線形式都不適用，應(yīng)使用橋型接線形式。變壓器要經(jīng)常切換，不宜使用內(nèi)橋接線，所以采用外橋接線形式。外橋適合輸電距離短，線路不經(jīng)常發(fā)

10、生故障，而變壓器切換操作頻繁的場(chǎng)合，滿足題目要求。外橋接線圖見(jiàn)下圖4-1所示。4.2牽引變電所低壓側(cè)主接線出于饋線的單相結(jié)構(gòu)，采用單母線接線形式，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備數(shù)量少，操作維護(hù)也方便，對(duì)于很少發(fā)生故障的牽引負(fù)荷側(cè)母線，不必?fù)?dān)心檢修故障的難度。所以不采用單母線分段接線與帶旁路母線的單母線接線，也比雙母線更經(jīng)濟(jì)更節(jié)約空間。綜上所述，采用單母線接線形式。低壓側(cè)斷路器的接線分為100%和50%兩種備用形式。其中,100%備用形式主要用于單線區(qū)段,牽引母線不同相的場(chǎng)合,其轉(zhuǎn)換方便,可靠性高,而50%備用主要適用于復(fù)線區(qū)段,所以本次設(shè)計(jì)中采用100%備用以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。低壓側(cè)斷路器采用100%備用的

11、接線形式如下圖4-2所示: 圖4-1外橋接線示意圖 圖4-2100%備用示意圖 5.短路計(jì)算5.1短路計(jì)算的目的 根據(jù)短路計(jì)算，計(jì)算并校驗(yàn)進(jìn)線、高壓斷路器高壓隔離開(kāi)關(guān)、互感器等電氣設(shè)備。5.2短路計(jì)算短路故障簡(jiǎn)化圖如圖5-1：圖5-1短路故障簡(jiǎn)化圖根據(jù)短路故障簡(jiǎn)化圖，可得短路計(jì)算等效電路圖如圖5-2所示：圖5-2短路計(jì)算等效電路圖 取變壓器阻抗標(biāo)幺值分別為： 由于題目描述，110kv側(cè)線路短，采取忽略方式來(lái)處理線路阻抗。 式中：為變壓器電抗電壓；為系統(tǒng)容量；為變壓器額定容量。 基準(zhǔn)電流為：K1點(diǎn)發(fā)生短路，各個(gè)短路電流的計(jì)算：總電抗標(biāo)幺值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流： 最大負(fù)荷

12、持續(xù)電流：K2點(diǎn)發(fā)生短路，各個(gè)短路電流的計(jì)算：總電抗標(biāo)幺值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流： 最大負(fù)荷持續(xù)電流：短路計(jì)算結(jié)果如圖表5-1所示：表5-1短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流 k-1 4.174.17 4.17 10.63 6.3k-2 5.53 5.53 5.53 14.1 8.356.電氣設(shè)備選擇6.1110KV側(cè)進(jìn)線的選擇 式中，為變壓器額定容量，為限量的額度定電壓。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇進(jìn)線截面所以應(yīng)選擇LGJ-240型號(hào)的鋼芯鋁絞線。校驗(yàn)熱穩(wěn)定性查表得LGJ-240的允許載流量,因此滿足發(fā)熱條件。校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得35KV以上的線路架空鋼芯鋁絞線的最大截面為35，

13、因此滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。6.2高壓斷路器的選擇高壓斷路器可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力。(1) 額定電壓的選擇 (7-1) 式中，斷路器的額定電壓(kV)；安裝處電網(wǎng)的額定電壓(kV)。(2) 額定電流的選擇 (7-2) (3) 額定開(kāi)斷電流的選擇 (7-3)式中，斷路器的額定開(kāi)斷電流，由廠家給出(kA)； 剛分電流(斷路器出頭剛分瞬間的回路短路全電流有效值)(kA)。(4) 短路關(guān)合電流的選擇 (7-4)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)能關(guān)合的最大短路電流。斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)能克服動(dòng)靜觸頭之間的最大電動(dòng)斥力，使斷路器合

14、閘成功。(5) 熱穩(wěn)定校驗(yàn) (7-5)(6) 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) (7-6)6.2.1110kV側(cè)斷路器選擇110kV側(cè)所選斷路器型號(hào)為SW3-110/1200,其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn):表6-1：表6-1 110kV側(cè)斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV)額定開(kāi)斷電流(kA) 額定電流(A)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)4s穩(wěn)定電流(kA)固有分閘時(shí)間（s）SW3-110/120011015.812004115.80.04 均滿足條件，所以選擇該型號(hào)斷路器。6.2.227.5kV側(cè)斷路器選擇 27.5kV側(cè)所選斷路器型號(hào)為SW2-35/1500,其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6-2：表6-2 27.5kV側(cè)斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV

15、)額定開(kāi)斷電流(kA) 額定電流(A)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)4s穩(wěn)定電流(kA)固有分閘時(shí)間（s）SW2-35/10003524.8150063.424.80.06 均滿足條件，所以選擇該型號(hào)斷路器。6.3隔離開(kāi)關(guān)的選取6.3.1110kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選擇110kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選用GW4-110DW型戶外隔離開(kāi)關(guān)，其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表6-3：表6-3 110kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV)額定電流(A)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GW4-110DW11012508031.5 均滿足條件，所以選擇該型戶外隔離開(kāi)關(guān)。6.3.227.5kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選擇27.5kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)選用GW4-

16、35DW型戶外隔離開(kāi)關(guān)，其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7-4：表7-4 27.5kV側(cè)隔離開(kāi)關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV)額定電流(A)動(dòng)穩(wěn)定電流(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GW4-27.5DW27.512508031.5 均滿足條件，所以選擇該型戶外隔離開(kāi)關(guān)。6.4互感器的選取6.4.1110kV側(cè)電流互感器選擇110kV側(cè)電流互感器選用LCWD2-110型電流互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6-5：表6-5 110kV側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV)額定電流比(A)動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LCWD2-1101102600/52.53535 均滿足條件，所以選擇該型號(hào)電流互感器。6.4.227.

17、5kV側(cè)電流互感器選擇27.5kV側(cè)電流互感器選用LCWD1-35型電流互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6-6：表6-6 27.5kV側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號(hào)額定電壓(kV)額定電流比(A)動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)1s熱穩(wěn)定電流(kA)LCWD1-35351000/52.54545 均滿足條件，所以選擇該型號(hào)電流互感器。7.并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償7.1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。7.2并聯(lián)電容補(bǔ)償計(jì)算(1)牽引變電所負(fù)荷平均有功功率(2)需補(bǔ)無(wú)功容量(3)安裝無(wú)功容量8.繼電保護(hù) 繼電保護(hù)

18、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(lái)判斷故障和

19、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。該牽引變電所的設(shè)計(jì)采用了牽引變壓器保護(hù)和饋線的保護(hù)。牽引變壓器的保護(hù)包括差動(dòng)保護(hù)，低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)，瓦斯保護(hù)。饋線的保護(hù)包括阻抗保護(hù)，電流速斷保護(hù)，自動(dòng)重合閘。9.防雷接地保護(hù)雷是一種大氣中的放電現(xiàn)象，常常損壞有線電視設(shè)備。雷擊主要有兩種：直擊雷和感應(yīng) 雷。直擊雷是帶電云層和大地之間放電造成的，可使用避雷針、避雷線和避雷網(wǎng)防避。感應(yīng)雷是由靜電感應(yīng)和雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)兩種原因引起的。感應(yīng)雷約占雷擊率的90%，危害范圍甚廣。9.1雷電危害雷電是自

20、然界存在的物理現(xiàn)象，打雷是指帶正負(fù)電荷的雷云之間或是帶電荷的雷云對(duì)大地快速放電而產(chǎn)生的聲和光。雷云之間正負(fù)電荷放電現(xiàn)象，就是我們平時(shí)看到天空閃光和隨之而來(lái)的巨大隆隆聲。天空打雷對(duì)現(xiàn)代微電子的電氣設(shè)備有傷害，但對(duì)自然界生物和凈化空氣十分有好處。但是天空中帶電荷的雷云對(duì)大地放電。這種強(qiáng)烈直擊雷，不僅產(chǎn)生刺眼閃光和巨大雷聲，而且打雷產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電流，猛烈沖擊波，對(duì)打雷附近的人畜生命安全造成嚴(yán)重威脅，使建筑房屋損壞，森林著火，石油、電力、氣象、通信、航空航天建筑設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。沿著雷電流流動(dòng)方向，使周圍數(shù)公里空間造成強(qiáng)大劇變電磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)和強(qiáng)烈電磁輻射等物理效應(yīng)。把感應(yīng)出來(lái)雷電壓、雷電流通過(guò)供電線路

21、、信號(hào)線路和各種金屬管線傳到各家各戶造成人員傷亡，特別對(duì)微電子設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失。9.2防雷措施牽引變電所是重要的電力樞紐,一旦發(fā)生雷擊事故,就會(huì)造成大面積停電。一些重要設(shè)備如變壓器等,多半不是自恢復(fù)絕緣,其內(nèi)部絕緣如故發(fā)生閃絡(luò),就會(huì)損壞設(shè)備。 變電所的雷害事故來(lái)自兩個(gè)方面:一是雷直擊變電所;二是雷擊輸電線路產(chǎn)生的雷電波沿線路侵入變電所。對(duì)直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。對(duì)雷電侵入波的防護(hù)的主要措施是閥式避雷器限制過(guò)電壓幅值,同時(shí)輔之以相應(yīng)措施,以限制流過(guò)閥式避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度，避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，且安裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。(1)避雷針的選擇根據(jù)本次設(shè)計(jì)的平面布置圖，按設(shè)計(jì)要求應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)4座避雷針，一單支避雷針考慮，計(jì)算可知，避雷針對(duì)所內(nèi)最高室外設(shè)備（不高于10m）的計(jì)算保護(hù)半徑：取避雷針高度h=35m,，=30在高度6m按照下面公式計(jì)算保護(hù)半徑在地面的保護(hù)半徑為因此，安裝四座避雷針足以保護(hù)牽引變電所免受直擊雷的影響。(2