鐵道電氣化課程方案設計書

1、電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計課程設計報告班 級：學 號：姓 名：指導教師：評語:2011 年07 月 20 日題目某牽引變電所丁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，單相V-V接線，兩供電臂電流歸算到 27.5kV側(cè)電流如下表1所示 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。表1兩供電臂電流歸算到 27.5kV側(cè)電流牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A丁19.414221980915223.2P167248978198題目分析及解決方案框架確定原理電路如圖1所示單相V-V接線的牽引變壓器是將兩臺單相變壓器以 V的方式聯(lián)于三相電力系 統(tǒng)，每一個牽引變電所都

2、可以實現(xiàn)由三相系統(tǒng)的兩相線電壓供電。兩臺變壓器的次邊繞組，各取一端聯(lián)至牽引變電所的兩相母線上。 而它們的另一端則以聯(lián)成公共端 的方式接至鋼軌引回的回流線。這時，兩臂電壓的相位差為60°，電流不對稱度有所減少。這種接線即通常所說的 60°接線。同時，由于左、右兩供電臂對軌道 的電壓相位不同，在這兩個相鄰的接觸網(wǎng)區(qū)段間必須采用分相絕緣結構。另外，由 于牽引變壓器次邊繞組電流等于供電臂電流，因此供電臂長期允許電流就等于牽引變壓器次邊的額定電流，牽引變壓器的容量得到了充分利用。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。在正常運行時，牽引側(cè)保持三相，可供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相負載。 主接線較簡單，

3、設備較少，投資較省。對電力系統(tǒng)的負序影響比單相接線小。對接 觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)雙邊供電。 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。當一臺牽引變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左、右兩邊供電臂的 牽引網(wǎng)。這需要一個倒閘過程，即把故障變壓器原來承擔的供電任務轉(zhuǎn)移到正常運 行的變壓器。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。在設計過程中，通過求解變壓器的計算容量、校核容量以及安裝容量來選取變 壓器的型號。然后再變壓器型號的基礎之上，選取室外110kV側(cè)母線，室外27.5kV 側(cè)母線以及室外10kV側(cè)母線的型號?？紤]到 V-V接線中裝有兩臺變壓器的特點， 在確定220kV側(cè)主接線時我們采用橋形接線。按照向復線區(qū)段供電的要求，其牽 引

4、側(cè)母線的饋線數(shù)目較多，為了保障操作的靈活性和供電的可靠性，我們選用饋線斷路器100%備用接線，這種接線也便于故障斷路器的檢修。按照選取的變壓器的容量以及22kV側(cè)的和牽引側(cè)的主接線，可以做出設計牽引變電所的電氣主接線 單相V-V接線的牽引變壓器原理電路如圖 1所示。彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。IAABC仃2T左供電臂右供電臂圖1單相V-V接線牽引變電所三、設計過程牽引變電所的電氣主接線分為三個部分來分別設計：110kV側(cè)的主接線、牽引側(cè)的主接線、單相 V-V直接供電方式變壓器接線。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。3.1牽引變電所110kV側(cè)主接線圖設計內(nèi)橋接線和外橋接線的接線方式分別如圖 2和圖3所示。根據(jù)它

5、們的特點選擇 外橋式接線。3.2牽引變電所饋線側(cè)主接線設計牽引變電所27.5kV側(cè)饋線的接線方式一般有下列三種：饋線斷路器100%備用的接線（如圖4所示），饋線斷路器50%備用的接線（如圖5所示）,帶旁路母線和旁路斷路器的接線（如圖6所示） o 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。L1L2L1L2電源側(cè)QS1QF1QS4QS5QS2QF2QS1 丄電源側(cè)丄 QS2QFQS3QS3 1QFQF1QF2圖2內(nèi)橋接線圖3外橋接線圖4饋線斷路器100%備用送右臂上行送右臂下行3相母線 b相母線送左臂上行送左臂下行圖5饋線斷路器50%備用圖6帶有旁路母線和旁路斷路器的接線綜合以上幾種接線方式優(yōu)缺點的比較，牽引變電所2

6、7.5kV側(cè)饋線斷路器采用50%&用的接線。3.3單相V-V直供方式變壓器接線單相V-V接線變壓器是由兩臺單相變壓器構成，高壓側(cè)兩個繞組接在電力系 統(tǒng)的兩個線電壓上。因為是采用直接供電方式，低壓側(cè)兩個繞組接成V形，兩臺變壓器的次邊繞組，各取一端聯(lián)至27.5KV的a相和b相母線上。而它們的另一端則連成公共端的 方式接至地網(wǎng)和鋼軌或鋼軌引回的回流線（參見附圖1）。為了保證供電的可靠性及經(jīng)濟性，采用變壓器移動備用的方式。其主接線如圖7所示。直接供電方式下單相V-V變壓器主接線圖如圖7所示。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。b相母踐3.4牽引變壓器容量計算牽引變壓器容量應能滿足負荷的需要。 對牽引變壓器進

7、行容量校核，要達到兩 方面的目的：一方面為了滿足列車緊密運行的需要； 另一方面是為了保證牽引變壓 器在充分利用過負荷能力的情況下能安全運行。鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。當牽引變壓器的計算容量和校核容量確定以后，選擇兩者中的較大者，并按采 用的備用方式、牽引變壓器的系列產(chǎn)品（額定容量優(yōu)先數(shù)為R10系列，及1OOOO,125OO,16OOO,2OOOO,4OOOO,5OOOO,8OOOO,1OOOO0kVA）等）以及有否地區(qū)動力 負荷等因素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。 籟叢媽羥為贍債蟶練淨。（1）單相V-V接線牽引變壓器繞組的有效電流單相V-V接線牽引變壓器是由兩臺單相牽引變壓器連接而成，每臺變壓器

8、供給所 管轄供電臂的負荷。所以其繞組有效電流 Ivx即為饋線有效電流，故 預頌圣鉉儐歲齦訝驊(A)1 VX2 = 1 X2式中，lVx為繞組電流有效值，IX為供電臂電流有效值。根據(jù)題意lVX1 =219A,I vx2 - 248 A。(2) 計算單相V-V接線牽引變壓器的計算容量負荷電流計算出了按計算條件外，都應將負荷電流變換成變壓器繞組的有效電 流，然后用繞組有效電流計算變壓器的容量。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。單相V-V接線牽引變壓器是由兩臺單相牽引變壓器連接而成，其兩臺變壓器 計算容量公式分別為SA - Ul VXA UI XAS3 = Ul VXB UI XB |(kVA)SA -UIVXA

9、 =27.5 219=6022.5kVASB 二 Ul VXB =27.5 248 = 6820kVA式中Sa，Sb分別為兩臺變壓器容量，Ivxa ,Ivxb分別為兩變壓器繞組電流有效值, lXA ,IXB分別為兩臺變壓器供電臂電流有效值。(3) 變壓器校核容量應按下面條件所得出的牽引變壓器的最大容量，然后考慮變壓器的過負荷能力，再算出變壓器的校核容量?？梢猿浞掷眠^負荷能力滿足Smax的需要。著就是以達到既滿足列車緊密運行的需要鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。又可充分利用過對牽引變壓器計算校核容量, 負荷能力而安全運行的目的。單相V-V結線牽引變壓器的最大容量為SabmaxSjbmax=UIbmax=

10、 UIamax(kVA)式中，lamax， I bmax分別為供電臂a, b的最大電流。Sabmax 二 Ulamax =27.5 809 = 22247.5kVA“max 二 Ulbmax =27.5 978 = 26895<VA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S校二 Smax/K(kVA)式中，K為牽引變壓器過負荷倍數(shù)，取 K=1.5。則可得Sa校二 Sbmax. K 二 22247.5/1.5 二 14831.67kVASb校二 Sbmax K =26895/1.17930kVAS校(Sa校 Sb校)(14831.67 179

11、30)32761.67kVA(4) 確定單相V-V接線牽引變壓器的安裝容量及型號選擇牽引變壓器的安裝容量，是在計算容量與校核容量的基礎上，再考慮備用方式， 最后按其系列產(chǎn)品確定的牽引變壓器臺數(shù)與容量。為了確定牽引變壓器的安裝容 量，除了計算容量與校核容量外，主要考慮因素是其備用方式。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。采用移動變壓器作為備用的方式，稱為移動備用方式。當牽引變壓器需要檢修 時，可將移動變壓器按計劃調(diào)入牽引變電所。但在牽引變壓器發(fā)生故障時，移動變 壓器的調(diào)用和投入需要數(shù)小時。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。將單相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，選用單相

12、V-V變壓器的安裝容量為2X 20000kVA。由變壓 器允許過電何50%可知：移動備用方式下壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。Sb max2200001 =56100/0 0已知max(S a b m aS)b b m ax4 9 1 x4 2k V A故選用的安裝容量是合適的。考慮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，未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2 16000kVA =32000kVA變壓器。因為蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。16000kVA 1.3 =16380kVA(6022.5kVA 6820kVA) = 12842.5kVA因此選擇16

13、000/110型號的變壓器。3.5繪制電氣主結線圖電氣主接線如附圖二所示該牽引變電所主接線方案如圖6所示。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。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3. 6開關設備的選擇(1) 電流互感器的選擇 電流互感器的選擇一般有如下原則需要遵循：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； 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

14、；應滿足保護裝置對暫態(tài)特性要求(如 500KV保護);用于變壓器差動時，各側(cè)電流互感器的鐵芯宜采用相同的鐵芯型式。各互感器的 特性宜相同。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。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。 電流互感器類型選擇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，因此進行討論。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦

15、。330- 500KV系統(tǒng)保護、高壓側(cè)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。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。220KV系統(tǒng)保護、高壓側(cè)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系統(tǒng)保護的暫態(tài)系

16、數(shù)一般不小于2。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。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。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，而抗飽和的問題更多的由保護裝置 進行處理。構氽頑黌碩飩薺齦話騖。（2）電壓互感器的選擇（作用） 給重合閘提供必要信號，一條線路兩側(cè)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。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。 現(xiàn)在部分線

17、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。 目前對一些特殊的供電用戶線路提供計量電壓。 將系統(tǒng)高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴实牡碗妷海?00V），為儀表、保護提供必要的電壓。 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。 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。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。 隔離一次設備與二次設備，保護人身和設備的安全。3.7導線選擇110kV進線側(cè)，進入高壓室的27.5kV進線側(cè)，從高壓室出來的27.5kV饋線側(cè)， 10kV饋線側(cè)的母線均為軟母線。 凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。溫度修正系數(shù)K由下式求得：K 卞-£-25式中，-xu表示

18、運行的允許溫度，對室外有日照時取 80C，室內(nèi)取70r .，t為實 際環(huán)境溫度。在室外有日照時 K =1，在室內(nèi)K=0.9。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。工程中常采用查表的方法求母線和導體的容許電流 （載流量）。表2導線的選擇與校驗導線名稱選擇校驗按導線長期發(fā)熱按經(jīng)濟電流動穩(wěn)定熱穩(wěn)定允許電流選擇密度選擇母線及短導線VV普通導線V(1) 室外110KV進線側(cè)母線的選擇室外110kV進線側(cè)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。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。經(jīng)計算lcmax=1.3X 16000/ (110

19、X)=109.17(A)碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。式中：Icmax表示通過導線的最大持續(xù)電流，Iyx表示對于額定環(huán)境溫度，允許電流， K為溫度修正系數(shù)。 閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-95)的允許載流量為 330A(基準環(huán)境溫度為25C,允許溫度70C時)，符合式子Icmax豈klyx(k=1) 。氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。考慮冗余，110kV進線側(cè)的母線選用截面積為25mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ25)。(2) 室外27.5KV進線側(cè)母線的選擇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。釷鵒資

20、贏車贖孫滅獅贅。經(jīng)計算：Icmax1. 3 1 600 / 27.53 A4 3. 6 7 ()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25r時)，符合式子Icmax乞kIyx(k =1),故初步確定27.5kV側(cè)的母線選用截面積為10 2mm的鋼芯鋁絞線(LGJ-10)。慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。(3) 室外10KV饋線側(cè)母線的選擇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。諺辭調(diào)擔鈧諂動禪瀉類。經(jīng)計算：Icmax1.3 1 6 0 0 / 1 0. 53 A1 1 4. 4 ()

21、由所給資料查出鋼芯鋁絞線(LGJ-25)的允許載流量為138A(基準環(huán)境溫度為 25T時)，符合式子Icmax空kIyx(k =1)故初步確定10kV側(cè)的母線選用截面積為25mm2的鋼芯鋁絞線(LGJ-25)。導線的選擇標準見附表一。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。四、設計方案分析此次設計我主要負責容量計算和互感器、饋電母線的選擇。單相V-V變壓器的容量利用率為100%，牽引變壓器容量計算分為容量計算，校核容量計算，安裝 容量計算等過程。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。單相V-V接線牽引變壓器主要應用于電氣化鐵路建設中牽引變電所，具有低損耗、噪聲小、安全可靠性高、運行維護費用低、占地面積小的優(yōu)點，因此V-V接線牽

22、引變壓器已成為國家鐵道部為電氣化鐵路建設首選的變電產(chǎn)品。通常由兩臺單相變壓器組成，結構簡單，制造容易。最大的優(yōu)勢是可以全容量輸出，減少投資。 和單相牽引變壓器相比，運行時負序小，對電網(wǎng)干擾小。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。單相V-V接線牽引變壓器有以下優(yōu)點：（1） 適用于電氣化鐵路直接供電或 BT供電方式，安裝維護方便，可靠性高。（2）相變壓器的容量可以相等或不相等，適應范圍廣。（3）相變壓器可以獨立進行調(diào)壓，調(diào)壓方式可選擇有載調(diào)壓或無勵磁調(diào)壓， 用戶選型靈活、使用方便。（4）相同的單相變壓器與三相變壓器相比，單相變壓器的鐵重輕，銅重少，節(jié)約這些國內(nèi)緊缺且價格昂貴的硅鋼片和銅導線能獲得很大的經(jīng)濟效益。

23、尤其是采用卷鐵心結構時，變壓器的空載損耗可下降以上，空載電流可下降，這將使單相變壓器的制造成本和使用成本同時下降，從而獲得最佳的壽命周期成本。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。五、心得體會課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識 ，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉 實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程對我們學工科 的同學來說尤為重要！穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。回顧起此次電氣課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論 到實踐，在這幾天里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同 時不僅可以鞏固了以前所學過的知識， 而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知 識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能 真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的 問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說變壓器不懂怎么去選，不懂怎么去選互感器，對 電氣主接線圖的選擇掌握得不好，過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識 重新溫故。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。這次課程設計終于順利完成了，在設