畢業(yè)設(shè)計(jì)-牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofPowerSupplySystemforTractionSubstation2013屆電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化學(xué)號學(xué)生姓名指導(dǎo)教師完成日期2013年6月10日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單學(xué)生姓名學(xué)號班級電0901專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱評定成績指導(dǎo)教師得分評閱人得分辯論小組組長得分成績：院長簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號班級電0901專業(yè)電氣工程及其自動化承當(dāng)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣與電子工程學(xué)院導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)石家莊至太原客運(yùn)專線環(huán)境條件和線路相關(guān)數(shù)據(jù)，合理選取設(shè)備和參數(shù)計(jì)算，完成該客運(yùn)段牽引變電所設(shè)計(jì)，確保電氣化鐵路平安供電，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制牽引變電所設(shè)計(jì)圖。二、根本要求：1.根據(jù)井陘牽引變電所實(shí)際數(shù)據(jù)完成:主接線設(shè)計(jì)、主變壓器型式、臺數(shù)及容量的選擇；2.根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算；3.根據(jù)牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算結(jié)果，完成短路計(jì)算、電壓電能損失的計(jì)算；4.進(jìn)行高壓電氣設(shè)備選擇及校驗(yàn)，包括斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器的選擇和校驗(yàn)。最后合理選擇避雷器。三、主要技術(shù)指標(biāo)：鐵路等級：客運(yùn)專線，近期兼顧貨運(yùn)；正線數(shù)目：雙線；速度目標(biāo)值：最高速度250km/h；近期最高運(yùn)營速度200km/h，中速列車160km/h。到發(fā)線有效長度：1050m，雙機(jī)1080m；牽引種類：電力；機(jī)車類型：客運(yùn)：高速列車，動車組；中速列車，SS9；列車最小追蹤間隔：客車4min，貨車5min客車列車類型：電動車組(單列8輛編組、重聯(lián)16輛編組)、電力機(jī)車(18輛編組)；四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)：1.有關(guān)電氣化鐵道供電系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)及資料；2.有關(guān)交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)及資料；3.鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。五、進(jìn)度方案1.第1周—第4周收集相關(guān)文獻(xiàn)資料，撰寫開題報(bào)告；2.第5周—第8周確定設(shè)計(jì)方案并完成相關(guān)計(jì)算，繪出工程圖草圖；3.第9周—第12周完成全部設(shè)計(jì)，繪出工程圖，編寫設(shè)計(jì)說明書；4.第13周—第16周整理設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備辯論。教研室主任簽字時(shí)間年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號班級電0901專業(yè)電氣工程及其自動化一、研究背景目前，世界已進(jìn)入高速電氣化鐵路建設(shè)的新時(shí)期,開展電氣化鐵路已經(jīng)成為未來趨勢，并逐步成為國家社會經(jīng)濟(jì)開展水平和鐵路現(xiàn)代化的主要標(biāo)志之一。石太客運(yùn)專線作為我國電氣化鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成局部，連接了石家莊和太原兩大鐵路樞紐，是中國開工最早的高速鐵路。井陘站在石太鐵路中起著重要的銜接角色，它對該段鐵路變換電壓等級、聚集電流、分配電能、控制電能流向、調(diào)整電壓等開展起著決定性作用，本設(shè)計(jì)井陘牽引供電系統(tǒng)是該段鐵路供電的核心。二、所要進(jìn)行的主要工作根據(jù)石家莊至太原客運(yùn)專線環(huán)境條件和線路相關(guān)數(shù)據(jù)，遵守相關(guān)的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)完成井陘牽引變電所供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其主要工作有：1.牽引變電所主接線的設(shè)計(jì)和牽引網(wǎng)供電方式的選擇；2.牽引變壓器的類型和容量選擇，牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算、短路計(jì)算、電壓損失以及電能損失計(jì)算；3.牽引變電所電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)；4.牽引供電系統(tǒng)的防雷和接地系統(tǒng)的設(shè)置；5.繪制牽引變電所設(shè)計(jì)圖。三、預(yù)期到達(dá)的結(jié)果通過井陘牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)該段鐵路的牽引運(yùn)行要求，使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)滿足最小追蹤列車間隔客車4min、貨車5min、客車最高速度200km/h〔最大編組16輛〕、牽引質(zhì)量滿足高速列車400～800t，中速列車900～1000t，貨運(yùn)5000t的綜合能力；滿足近、遠(yuǎn)期預(yù)測客貨運(yùn)量及頂峰時(shí)間段客貨運(yùn)量的需求；并適應(yīng)運(yùn)輸組織模式的需要，與其它客運(yùn)專線及既有線跨線運(yùn)輸?shù)囊?。同時(shí)保證該段鐵路線的供電平安，對供電過程中產(chǎn)生的不良影響給出相應(yīng)合理的措施。指導(dǎo)教師簽字時(shí)間年月日摘要自20世紀(jì)80年代以來，我國的電氣化鐵道有了很大的開展。目前，電氣化已經(jīng)成為鐵路開展的趨勢，越來越成為最現(xiàn)代化的鐵道。牽引變電所作為電氣化鐵路供電系統(tǒng)的心臟，為列車的運(yùn)行提供電能，是列車平安運(yùn)行的重要保障。石太客運(yùn)專線是我國鐵路“四縱四橫”客運(yùn)專線的重要組成局部，連接了石家莊和太原兩大鐵路樞紐。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成石太客運(yùn)專線中井陘牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)相關(guān)資料，首先確定了牽引供電方案，本設(shè)計(jì)采用2×25kV工頻交流制，AT供電方式，復(fù)線區(qū)段供電，牽引變壓器采用三相VV型式。然后進(jìn)行了容量計(jì)算，并根據(jù)實(shí)際情況，計(jì)算了牽引網(wǎng)阻抗。在此根底上分別進(jìn)行了短路計(jì)算、電能電壓損失計(jì)算。之后，對電氣設(shè)備進(jìn)行了選擇與校驗(yàn)。最后進(jìn)行諧波分析以及防雷接地的設(shè)計(jì)，并對供電過程中產(chǎn)生的不良影響給出相應(yīng)合理的措施。關(guān)鍵詞：牽引變電所牽引變壓器AT供電方式客運(yùn)專線AbstractSince1980s,ourcountryhasmadegreatprogressinelectrifiedrailway.Currently,electrificationhasbecomethetrendofthedevelopmentoftherailway,becomingthemostmodernrailwayincreasingly.Astheheartoftheelectrifiedrailwaypowersupplysystem,tractionsubstationsprovideelectricalpowerfortheoperationoftrains,andisanimportantguaranteeforthesafeoperationoftrains.TheShijiazhuang-TaiyuanpassengerdedicatedlineisanimportantcomponentofChina'srailway"fourverticalandfourhorizontal"passengerdedicatedline,linkingShijiazhuangandTaiyuan,thetwomajorrailwayhub.ThedesigntaskistocompletethepowersupplysystemforJingxingtractionsubstationinShijiazhuang-Taiyuanpassengerdedicatedline.Accordingtotherelevantinformation,determinethetractionpowersupplyschemefirstly.ThisprogramutilizedtheATpowersupply,doubleline-powered,three-phaseVVconnectionforthetractiontransformer.Thencapacitycalculationwascarriedout,andaccordingtotheactualsituation,thetractionnetworkimpedancewascalculated.Onthisbasis,theshortcircuitvoltageandpowerlosscalculationwerecarriedoutrespectively.Afterwards,cametotheselectionandcalibrationoftheelectricalequipment.Finalstepwasharmonicanalysisandthedesignoflightningprotectiongrounding,atthesametime,thereasonablemeasuresfornegativeeffectsofpowersupplywereproposed.Keywords:tractionsubstationstractiontransformerATpowersupplypassengerdedicatedline目錄TOC\o"1-3"\h\u19378第1章緒論 1326261.1課題研究的背景及意義 1106361.2電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀 1203511.2.1國外情況 1187591.2.2國內(nèi)情況 237701.3設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 31263第2章牽引變電所的供電方式和主接線設(shè)計(jì) 5291392.1牽引供電系統(tǒng) 548782.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5133992.1.2系統(tǒng)的工作特點(diǎn) 5193282.2牽引網(wǎng)對電力機(jī)車的供電方式 6141232.3牽引變電所主接線的設(shè)計(jì) 7148832.3.1概述 748632.3.2高壓側(cè)電氣主結(jié)線的根本形式 720632.3.3220kV側(cè)接線 10315282.3.42×27.5kV側(cè)接線 10305802.3.5牽引變壓器的接線 10236732.4主接線圖 1120376第3章牽引變壓器容量的計(jì)算與確定 12163533.1概述 12167743.2牽引變壓器容量的計(jì)算 12304073.2.1供電臂1、2平均電流的計(jì)算13213543.2.2供電臂1、2有效電流的計(jì)算1619183.2.3變壓器容量的計(jì)算 1640253.2.4變壓器校核容量的計(jì)算 17169823.2.5求變壓器的安裝容量 1824200第4章牽引網(wǎng)阻抗 19276514.1概述 19252924.2牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算 1942154.2.1導(dǎo)線的類型的選擇 19269854.2.2導(dǎo)線的相關(guān)參數(shù) 19139874.2.3牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算相關(guān)公式 2026524.2.4牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù) 22262034.2.5牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算 2215643第5章短路計(jì)算 2774405.1概述 2790255.2三相對稱短路計(jì)算 27262195.2.1一次側(cè)短路計(jì)算 2910015.2.2二次側(cè)短路計(jì)算 29322395.3牽引變電所牽引側(cè)短路類型及短路電流計(jì)算 30169115.3.1短路類型及計(jì)算公式 3087075.3.2牽引變電所牽引側(cè)短路電流計(jì)算 31297875.4牽引網(wǎng)短路類型及短路電流計(jì)算 322955.4.1短路類型及計(jì)算公式 32327585.4.2牽引網(wǎng)短路電流計(jì)算 3316864第6章牽引變電所電氣設(shè)備的選擇及其校驗(yàn) 37305396.1電氣設(shè)備的選擇及其校驗(yàn)的方法 377706.2斷路器的選擇和校驗(yàn) 38173226.2.1斷路器介紹 38243786.2.2220kV側(cè)斷路器的選擇與校驗(yàn) 3864356.2.32×27.5kV側(cè)斷路器的選擇 39278136.3隔離開關(guān)的選擇和校驗(yàn) 40102816.3.1隔離開關(guān)的介紹 40119886.3.2220kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇與校驗(yàn) 40202536.2.32×27.5kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇 41290756.4互感器的選擇 42244946.4.1電流互感器的選擇與校驗(yàn) 42139766.4.2電壓互感器的選擇與校驗(yàn) 4410524第7章牽引供電系統(tǒng)諧波分析及對通信線路的影響 4669057.1諧波分析 4670607.1.1概述 46163487.1.2牽引供電系統(tǒng)的諧波與功率因數(shù) 4698977.2電氣化鐵道諧波的特點(diǎn) 47259857.3電氣化鐵道諧波的危害 47175837.4電氣化鐵道諧波的抑制 48132397.4.1概述 48250467.4.2諧波抑制措施 48171597.4.3總結(jié) 5013347.5牽引網(wǎng)對通信線路的影響 50215227.5.1概述 5049127.5.2靜電感應(yīng)影響 50202107.5.3電磁感應(yīng)影響 50316887.5.4減小對通信線路影響的措施 5112965第8章牽引供電系統(tǒng)的電壓損失和電能損失 52319758.1電壓損失 5273658.2AT牽引網(wǎng)最大電壓降的計(jì)算 5251548.3VV接線變壓器電壓損失 53149418.4改善供電臂電壓水平的方法 5350398.5牽引網(wǎng)電能損失 56225018.5.1概述 5651028.5.2AT牽引網(wǎng)電能損失的計(jì)算 5667268.6牽引變電所的電能損失 5668108.6.1概述 56223908.6.2VV接線牽引變壓器電能損失的計(jì)算 57162658.7減小牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施 5872第9章防雷、接地裝置及地中電流 5912779.1供電線路的雷電防護(hù) 59180489.1.1概述 5975599.1.2防雷措施 59262239.2變電所的雷電防護(hù) 60326839.2.1概述 60323329.2.2防雷措施 60288929.2.3避雷器的選擇 6196059.3牽引變電所的接地 6170209.3.1概述 6149269.3.2接地設(shè)計(jì)方案 6281049.3.3接地裝置材料選擇 62239299.3.4降低接地電阻措施 63324559.3.5總結(jié) 63160779.4地中電流 63139099.4.1地中電流的產(chǎn)生 63324169.4.2地中電流的特點(diǎn) 63225349.4.3地中電流的近似計(jì)算 64143839.4.5地中電流的不良影響及對策 642326第10章結(jié)論 6624306參考文獻(xiàn) 6728056致謝 684902附錄 6926476附錄A外文翻譯 693507附錄B設(shè)計(jì)圖紙 90第1章緒論1.1課題研究的背景及意義自1897年，有了第一條電氣化鐵路以來，全世界已經(jīng)有68個(gè)國家和地區(qū)修建電氣化鐵路25萬公里，承當(dāng)鐵路總運(yùn)量的80%以上，電氣化鐵路已經(jīng)成為一個(gè)國家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。我國從1958年開始修建寶雞—鳳州電氣化鐵路。截至2006年底，伴隨浙贛線電氣化改造工程的開通，我國電氣化鐵路總里程已經(jīng)突破24000公里，成為繼俄羅斯之后世界第二大電氣化鐵路國家。隨著2012年12月1日哈大高鐵正式開通，中國電氣化鐵路總里程突破4.8萬千米，躍升為世界第一位，初步形成了布局合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣化鐵路運(yùn)營網(wǎng)路。電氣化鐵路的供電是在鐵路沿線建立假設(shè)干個(gè)牽引變電所，一般由電力系統(tǒng)110kV或220kV獨(dú)立的雙電源供電，經(jīng)牽引變壓器降為27.5kV后，通過接觸網(wǎng)向電力機(jī)車供電。電力機(jī)車采用25kV單相工頻交流電壓，經(jīng)全波整流后，驅(qū)動直流牽引電動機(jī)，在接觸導(dǎo)線和鋼軌之間行駛。井陘牽引變電所處于石太客運(yùn)專線中。石太客運(yùn)專線，又稱石太高鐵，是中國開工最早的高速鐵路。它是中國中長期鐵路規(guī)劃的“四縱四橫”客運(yùn)專線的“一橫”——青太客運(yùn)專線的重要組成局部，溝通了華東和華北，形成了一條大容量的快捷客運(yùn)通道，對于大大縮短山西與京津塘環(huán)渤海地區(qū)和河北、山東等省份的時(shí)空距離，密切區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化、信息交流，拉動經(jīng)濟(jì)增長具有重要支撐作用。它東起石家莊北站，經(jīng)石家莊西站、獲鹿站、井陘北站、陽泉北站、東凌井站、太原東站，西至太原南站，全長189.93公里。本線橋隧長度占線路總長約60%，全線橋梁94座(39km)，隧道32座(75km)。雙線隧道有效面積不小于92、單線隧道不小于60。井陘牽引變電所采用雙線區(qū)段上、下行并聯(lián)供電，主變壓器采用固定備用方式，上行指從陽泉到井陘，下行指從井陘到石家莊，該站在石太鐵路中起著重要的銜接作用，是該段鐵路供電的核心。1.2電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀國外情況1825年世界上第一條鐵路在英國建成，開創(chuàng)了軌道交通新紀(jì)元。1879年5月31日在德國柏林舉辦的世界貿(mào)易博覽會上，由西門子和哈爾斯克公司展出了世界上第一條電氣化鐵路，迄今已有130多年的歷史。經(jīng)過一百多年的實(shí)踐和開展，各國電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)都有了很大的改良，到達(dá)了很高的水平，而且都各具特色。蘇聯(lián)遲至1920年開始實(shí)現(xiàn)鐵路電氣化，但是開展較快，目前貨運(yùn)量的一半以上是電氣化鐵路負(fù)擔(dān)的。蘇聯(lián)電氣化鐵路供電系統(tǒng)40%是采用25kV、50Hz供電，其余是直流3000V供電，牽引變電所大都采用三相三繞組或二繞組的變壓器供電。英國電氣化鐵路于1956年將牽引供電電壓從15kV、16Hz提高為25kV、50Hz。英國電力系統(tǒng)容量大，已建成統(tǒng)一電網(wǎng)，因此對電氣化鐵路供電較為方便，一般沿鐵路線設(shè)有許多供電點(diǎn)，每一個(gè)供電點(diǎn)內(nèi)設(shè)有鐵路用電變壓器，變壓器大都是采用單相供電，也有采用三相與斯科特結(jié)線的，視鐵路符合而定。法國電氣化鐵路采用25kV、50Hz供電制，鐵路變電所供電方式有采用斯科特接線的，也有采用單相變壓器供電的。法國鐵路牽引供電系統(tǒng)由于采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動化、遠(yuǎn)動化，一次設(shè)備大大簡化，因此變電所建房面積也大大縮小。美國已經(jīng)開始采用50kV單相60Hz交流制修建了一條從黑臺地區(qū)煤礦到波維爾湖發(fā)電站的運(yùn)煤專線(125km)作為樣板線，這條煤礦線，只有一個(gè)變電所，這條鐵路在運(yùn)輸效率和自動化水平軍事比擬先進(jìn)的，可是算是未來美國電氣化鐵路供電系統(tǒng)的開展方向。各國雖然在變電所型式以及電壓等級方面各有特點(diǎn)，但在供電方式上，大都采用AT方式、直供方式的，目前還有在研究試驗(yàn)同軸電力電纜的。近年來由于各國鐵路運(yùn)量急劇增大,行車速度不斷提高,逐漸向高速、重載、大密度開展,有些國家積極開展使用2×25kV的自耦變壓器供電方式,如日本的東海道、山陽、東北和上越新干線、法國巴黎至里昂的東南高速線和巴黎至勒芒/圖爾的大西洋高速線、獨(dú)聯(lián)體的維西馬至布列斯特和貝阿鐵路大干線都采用了這種供電方式。1.2.2國內(nèi)情況我國電氣化鐵路是從20世紀(jì)50年代初開始籌劃的，結(jié)合國內(nèi)外情況，確定了我國電氣化鐵路采用工頻單相25kV交流制。這種電流制與額定電壓在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都有很大的優(yōu)越性。我國第一條電氣化鐵路寶成線的寶雞——鳳州段，全長93km，1958年開工，1960年建成，1961年8月15日正式投入運(yùn)行。從此，揭開了我國電氣化鐵路的序幕[1]。電氣化鐵路的牽引動力是電力機(jī)車，機(jī)車所需能源由牽引供電系統(tǒng)提供，牽引供電系統(tǒng)的核心是牽引變電所。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽引對電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電。我國電氣化鐵路均采用單邊供電方式，除幾條運(yùn)煤和重載線路和個(gè)別繁忙干線采用AT方式外，其余均采用直供加回流供電方式。20世紀(jì)80年代初，CC供電方式曾在北京東郊環(huán)形鐵道試驗(yàn)線上試用，但由于電纜造價(jià)高、電纜的故障查找、維護(hù)困難等原因，我國工程實(shí)踐中沒有應(yīng)用。牽引變壓器(主變)作為牽引變電所的“心臟”，在牽引供電系統(tǒng)中起著不可替代的作用。我國牽引變壓器采用三相、三相——二相和單相三種類型，因而牽引變電所也分為三相、三相——二相和單相三類。牽引變壓器聯(lián)結(jié)形式，除了三相聯(lián)結(jié)外，相繼采用了單相、斯科特、,三相結(jié)線、三相不等容量結(jié)線牽引變壓器和三相結(jié)線牽引變壓器等。這些變壓器各有特點(diǎn)，適用于不同負(fù)載類型的電氣化鐵路。在斷路器方面，除了多油、少油斷路器外，相繼采用了六氟化硫斷路器和真空斷路器。在斷路器操動機(jī)構(gòu)方面，除了電磁操動機(jī)構(gòu)外，相繼采用了液壓機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)等。我國電氣化鐵路經(jīng)過近60年的開展，伴隨著電氣化鐵路建設(shè)新高潮的興起，進(jìn)入了高速電氣化鐵路的開展階段，截止到2008年10月我國電氣化鐵路興建五十周年，電氣化鐵路總里程達(dá)26000km，電氣化率達(dá)32.7%，預(yù)計(jì)到2020年，鐵路營業(yè)里程可達(dá)12萬公里，其中客運(yùn)專線為1.6萬公里，電氣化率到達(dá)50%。電氣化鐵路的開展離不開牽引供電系統(tǒng)的開展，我國牽引供電系統(tǒng)未來將繼續(xù)向自動化、遠(yuǎn)動化發(fā)面進(jìn)軍，大力開展電子計(jì)算技術(shù)在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備檢測機(jī)械化、自動化，提高運(yùn)營勞動生產(chǎn)率，爭取盡快到達(dá)或超過世界先進(jìn)水平。1.3設(shè)計(jì)主要內(nèi)容石太客運(yùn)專線東起石家莊北站，經(jīng)石家莊西站、獲鹿站、井陘北站、陽泉北站、東凌井站、太原東站，西至太原南站，全長189.93公里。井陘牽引變電所作為其中牽引供電系統(tǒng)的重要組成局部，對該段鐵道供電有著不可替代的作用。本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)石太鐵路客運(yùn)專線既有資料完成井陘牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中采用2×25kV工頻交流制，AT供電方式，復(fù)線區(qū)段供電，其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：(1)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行牽引變壓器容量的計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇主變壓器；(2)根據(jù)容量計(jì)算結(jié)果選擇接觸網(wǎng)及懸掛結(jié)構(gòu)，進(jìn)行牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算，主要進(jìn)行AT供電方式的牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算；(3)進(jìn)行短路計(jì)算，包括三相對稱短路計(jì)算、牽引變電所牽引側(cè)短路計(jì)算以及牽引網(wǎng)短路計(jì)算；(4)根據(jù)短路計(jì)算結(jié)果進(jìn)行牽引變電所電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)，包括高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、電壓互感器和電流互感器等；(5)電壓損失和電能損失的計(jì)算。包括變壓器電壓損失和電能損失的計(jì)算以及牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失的計(jì)算；(6)防雷措施及接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第2章牽引變電所的供電方式和主接線設(shè)計(jì)2.1牽引供電系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在電氣化鐵道中，向電力機(jī)車或動車組供電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，電力機(jī)車或動車組利用電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，牽引列車運(yùn)行。通常將牽引變電所、接觸網(wǎng)及其沿線的供電設(shè)施，統(tǒng)稱為牽引供電系統(tǒng)。圖2-1電氣化鐵道供電系統(tǒng)示意圖1—饋線；2—分相絕緣器；3—回流線；4—接觸網(wǎng)；5—分段絕緣器；6—電力機(jī)車系統(tǒng)的工作特點(diǎn)圖2-1電氣化鐵道供電系統(tǒng)示意圖1—饋線；2—分相絕緣器；3—回流線；4—接觸網(wǎng)；5—分段絕緣器；6—電力機(jī)車牽引變電所、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車或動車組是牽引供電不可分割的組成局部。電力機(jī)車或動車組是牽引供電系統(tǒng)的唯一負(fù)荷，行駛的電力機(jī)車或動車組總是處于運(yùn)動中，因此，牽引負(fù)荷的大小和位置都在不斷地發(fā)生變化，導(dǎo)致供電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在變化，這樣的供電系統(tǒng)是一個(gè)大型動態(tài)電網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的工作方式具有以下一些特點(diǎn)：(1)牽引供電對象是電力機(jī)車或動車組，系統(tǒng)的負(fù)荷具有單相性、隨機(jī)性、短時(shí)性、非線性等特征。(2)牽引負(fù)荷大，單臺電力機(jī)車或動車組的工作電流達(dá)數(shù)百安培，牽引變電所饋線電流可超過千安培，牽引電流在接觸網(wǎng)上產(chǎn)生較大的壓降，為了保證供電臂末端的電壓不低于21kV，必須限制供電臂長度。(3)牽引單相負(fù)荷映射到三相系統(tǒng)中會產(chǎn)生負(fù)序分量，引起三相系統(tǒng)的不對稱程度增加。電力機(jī)車或動車組的電力電子變流裝置、脈流式直流電機(jī)等非線性器件會產(chǎn)生較大的高次諧波，影像電能質(zhì)量。(4)鐵道里程長、分布廣，沿線地理和氣象條件差異大，接觸網(wǎng)張力等機(jī)械性能受氣候影像明顯，電力機(jī)車或動車組的受電弓在高速滑動中可能造成刮弓和斷線，接觸網(wǎng)或車頂絕緣子可能受污染發(fā)生閃絡(luò)，雷電過電壓和系統(tǒng)內(nèi)過電壓可能造成絕緣擊穿放電，因此，牽引供電系統(tǒng)的工作條件相當(dāng)惡劣，牽引變電所故障跳閘率較高，嚴(yán)重的高達(dá)百件次。(5)鐵道電力牽引負(fù)荷屬于一級負(fù)荷，要求供電可靠性非常高，牽引變電所必須具有兩路獨(dú)立電源，通常兩臺主變壓器一主一備運(yùn)行，在非正常情況下還要能夠?qū)嵤┰絽^(qū)供電。接觸網(wǎng)沒有備用，一旦發(fā)生事故，將中斷電氣化鐵道線路的運(yùn)營，影像正常的鐵道運(yùn)輸方案，必須利用天窗時(shí)間經(jīng)常維護(hù)，發(fā)生事故時(shí)需要進(jìn)行搶修。綜上所述，牽引供電系統(tǒng)是電氣化鐵道運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)施之一，運(yùn)行方式特殊，工作條件困難，必須進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，加強(qiáng)維護(hù)和管理，才能夠保證電氣化鐵道運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)營。2.2牽引網(wǎng)對電力機(jī)車的供電方式牽引網(wǎng)向電力機(jī)車的供電方式主要有直接供電(DF方式)、帶回流線的直接供電(DN方式)、自耦變壓器(AT供電方式)、吸流變壓器(BT供電方式)和同軸電力電纜(CC供電方式)。這五種供電方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，通過比照選擇適合客運(yùn)專線的供電方式。本線路設(shè)計(jì)選用AT方式。下面主要介紹AT供電方式。經(jīng)自耦變壓器向電力機(jī)車或動車組供電的方式，簡稱AT供電方式，接線如圖2-2所示。自耦變壓器是一種電力變壓器，它并接于接觸網(wǎng)、鋼軌和正饋線之中。這種方式由接觸網(wǎng)、鋼軌、正饋線和自耦變壓器組成供電回路，并在接觸網(wǎng)和正饋線之間每隔10-15公里并入一臺自耦變壓器，其中心抽頭與鋼軌連接。在AT牽引變電所中，牽引變壓器將110千伏或者220千伏三相電降壓成單相55千伏，那么鋼軌與接觸網(wǎng)間的電壓正好是自耦變壓器兩端的電壓的一半即27.5千伏。AT方式與BT方式相比，在機(jī)車取流相同情況下，從變電所至最靠近機(jī)車的AT間，接觸網(wǎng)與正饋線上電流只有機(jī)車電流的一半，對通信明線干擾將大大減弱。另外，在機(jī)車取流的兩個(gè)AT間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車電流總是由左右兩側(cè)接觸網(wǎng)雙邊供給，方向相反，對通信明線的干擾互相抵消，因此具有更好的防護(hù)效果。由于AT供電方式的接觸網(wǎng)、正饋線中的電流均為牽引電流的一半，與上述幾種供電方式相比，線路上的電壓可減少一半，所以，AT供電方式的供電臂比其他供電方式可增加一倍，到達(dá)50km~60km。在實(shí)際工程中盡管考慮電源容量和負(fù)序問題，AT供電臂長度為40km~50km，但與其他供電方式相比，仍然較大地減少了接觸網(wǎng)上的電分相和沿途牽引變電所數(shù)量。此外，AT供電方式中由于減小了接觸網(wǎng)的電流，也就減小了電弧燒傷接觸線和受電弓滑板等問題，所以，AT供電方式適宜于高速鐵路和重載鐵路的大負(fù)荷電流運(yùn)行，故本設(shè)計(jì)采用AT供電方式。TTRRFF圖2-2AT供電方式2.3牽引變電所主接線的設(shè)計(jì)概述牽引變電所的電氣主接線是指由主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等各種高壓電器和設(shè)備及其連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。它反映了牽引變電所的根本結(jié)構(gòu)和功能。主接線確實(shí)定對牽引變電所的電氣設(shè)備的選擇、配電裝置布置、以及牽引變電所的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都具有重要影響。電氣主接線的根本要求是：(1)可靠保證對牽引負(fù)荷和地區(qū)負(fù)荷供電需要；(2)減少投資和運(yùn)行費(fèi)用(維修和能消耗)；(3)應(yīng)保證運(yùn)行靈活，檢修維護(hù)平安方便；(4)結(jié)線簡單、明顯，操作簡便可靠。高壓側(cè)電氣主結(jié)線的根本形式電氣主接線的根本形式可以分為：單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線、T接線、橋式接線和簡單接線等，下面介紹牽引供電系統(tǒng)中三種常用的接線方式。(1)單母線接線圖2-3單母線結(jié)線圖如圖2-3所示，整個(gè)配電裝置中只設(shè)一組母線。將各個(gè)電源的電能聚集后再分配到各引出線[2]。單母線接線的優(yōu)點(diǎn)：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操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。③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。單母線接線的缺點(diǎn)：可靠性差，母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)，所有回路都要停止工作，也就是要造成全廠或全站長期停電，調(diào)度不方便，電能只能并列運(yùn)行，并且線路側(cè)發(fā)生短路時(shí)，有較大的短路電流。為了克服單母線接線的缺陷，通常采用以下措施①用斷路器或隔離開關(guān)將母線分段。②增加旁路母線及相應(yīng)設(shè)備，使檢修任一回路的斷路器時(shí)不致停電。(2)單母線分段結(jié)線如圖2-4，利用分段開關(guān)，將單母線分為兩段，把電源及出線平均分配于兩段母線，這種接線形式為單母線分段接線。正常運(yùn)行時(shí)，分段斷路器閉合，兩母線并列運(yùn)行。當(dāng)一段母線發(fā)生故障時(shí)，分段斷路器自動斷開，使故障段解列，從而保證了另一段母線仍能正常運(yùn)行，縮小了故障停電范圍。母線分段數(shù)目越多，母線故障停電范圍越小，但是所需斷路器、隔離開關(guān)數(shù)目也隨之增多，同時(shí)使運(yùn)行變得較為復(fù)雜，此分圖2-4單母線分段結(jié)線圖段數(shù)不宜過多。如果可靠性要求不高，也可采用隔離開關(guān)進(jìn)行母線分段。但此時(shí)如果一段母線發(fā)生故障，因不具有自行切斷短路電流的能力，故會引起全部停電。單母線分段的接線，廣泛應(yīng)用在10kV~35kV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)采用橋形結(jié)線當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時(shí)，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成橋型結(jié)線。橋型結(jié)線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內(nèi)橋形和外橋形兩種，如圖2-9所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者那么連接在靠近線路側(cè)。ab圖2-9內(nèi)橋和外橋接線圖a內(nèi)橋b外橋由于線路故障遠(yuǎn)比變壓器故障要多，同時(shí)牽引變壓器又不需頻繁的操作，故內(nèi)橋接線在牽引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。外橋接線的特點(diǎn)與內(nèi)橋接線相反，外橋接線適合于輸電線距離較短，線路故障時(shí)機(jī)較少，而變壓器需要經(jīng)常操作的場合。這種接線方便于變壓器的投入及切除，而切除一條線路時(shí)，需要同時(shí)斷開兩臺變壓器，造成一臺變壓器的短時(shí)停電。220kV側(cè)接線井陘牽引變電所引入兩路220kV三相電源，進(jìn)線采用帶有橫向跨條的雙T接線，能夠?qū)崿F(xiàn)備用電源的自動投入和電源線路與主變壓器的交叉運(yùn)行。2×27.5kV側(cè)接線牽引變電所2×27.5kV側(cè)采用單母線隔離開關(guān)分段接線型式，饋線采用上、下行饋線斷路器互相備用的方式。牽引變壓器的接線220kV高壓側(cè)的接線方式牽引變壓器作為牽引變電所的核心設(shè)備，其接線方式的選擇對主接線有著非常大的影響，其接線形式有單相接線變壓器、單相V,v接線變壓器、三相V,v接線變壓器、三相YN,d11接線變壓器、斯科特接線變壓器等。各種變壓器接線方式的比擬如表2-1所示。本設(shè)計(jì)選擇三相VV接線方式，這也是我國高速鐵路廣泛采用的方式，有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)主變壓器制造簡單、本錢低、且接線領(lǐng)先；(2)變壓器出口不用設(shè)置AT變壓器，這樣既減少了設(shè)備投入，又減少了運(yùn)行中設(shè)備自身的電能損耗，且充分利用了變電所變壓器二次側(cè)線圈。變電所近端雖然相當(dāng)于直供運(yùn)行方式，但能夠有效保證牽引網(wǎng)的電能質(zhì)量。(3)運(yùn)行方式靈活，通過變電所的投切開關(guān)，既可實(shí)現(xiàn)對牽引網(wǎng)的AT供電方式，又可轉(zhuǎn)換成對牽引網(wǎng)的直供方式，有效增強(qiáng)了設(shè)備故障情況下的供電能力。表2-1各種接線形式牽引變壓器比擬比擬工程純單相牽引變壓器VV接線牽引變壓器三相—兩相平衡變壓器〔SCOTT、伍德橋〕三相Y/△牽引變壓器變壓器結(jié)構(gòu)簡單簡單較復(fù)雜較復(fù)雜容量利用率高，接近100%高，接近100%較高低變電所設(shè)備母線等設(shè)備容量過大均不易選型標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備負(fù)序電流影響負(fù)序影響大、對電力系統(tǒng)短路容量要求高負(fù)序影響為純單相牽引變壓器的一半在高密度行車條件下，其兩臂容量較均衡，負(fù)序影響幾乎為零負(fù)序影響為純單相牽引變壓器的一半適應(yīng)條件電網(wǎng)興旺地區(qū)，且容量不宜超過90MVA單供電臂容量不宜大于75MVA適應(yīng)大運(yùn)量、高密度，且沿線電網(wǎng)薄弱的高速鐵路適應(yīng)于容量不太大的牽引變電所總評價(jià)純單相牽引變壓器具有過載能力大等優(yōu)點(diǎn)，但安裝容量過大時(shí)，負(fù)序治理和變電所設(shè)計(jì)均比擬困難具有純單相變壓器的大局部優(yōu)點(diǎn)，并且在超大容量時(shí)不會給變電所設(shè)計(jì)帶來困難其優(yōu)點(diǎn)同VV接線變壓器根本相同，只是變電所結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，運(yùn)營和維護(hù)費(fèi)用較高由于其過載能力較小、利用率低，一般不適宜作為高速鐵路的牽引變壓器2.4主接線圖主變結(jié)線采用三相VV結(jié)線，每臺三相VV牽引變壓器實(shí)際是由兩臺單相變壓器接線而成的，正常運(yùn)行時(shí)兩臺投入使用，兩臺熱備用。主接線圖見附錄B。第3章牽引變壓器容量的計(jì)算與確定3.1概述對交流牽引變電所而言，牽引變電所容量的計(jì)算與確定，就是牽引變壓器容量的計(jì)算與確定。牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其容量大小將關(guān)系到能否完成預(yù)定的運(yùn)輸任務(wù)和營運(yùn)本錢。從平安運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面來看，容量過小會使變壓器長期過載，將造成變壓器壽命縮短，以至燒損變壓器，反之，容量過大將使變壓器長期不能滿載運(yùn)行，損耗增加，從而造成變壓器容量浪費(fèi)，使運(yùn)營費(fèi)用增大。因此，在進(jìn)行牽引變電所容量計(jì)算時(shí)，正確地確定計(jì)算條件，以便合理地選定牽引變電所的額定容量是十分重要的。牽引變電所容量的計(jì)算和選擇，就是指牽引變壓器容量的計(jì)算和選擇。為了經(jīng)濟(jì)合理的選擇牽引變壓器，計(jì)算一般分三個(gè)步驟進(jìn)行[3]：(1)計(jì)算容量根據(jù)鐵道部任務(wù)書中規(guī)定的年運(yùn)量大小和行車組織的要求確定計(jì)算容量，這是為供給牽引負(fù)荷所必須的容量。(2)校核容量根據(jù)列車緊密運(yùn)行時(shí)供電臂的有效電流和充分利用牽引變壓器的過載能力，計(jì)算校核容量，這是為確保變壓器平安運(yùn)行所必須的容量。(3)安裝容量在計(jì)算容量和校核容量的根底上，再考慮備用方式，最后按其系列產(chǎn)品確定牽引變壓器的臺數(shù)和容量。計(jì)算容量主要由各供電臂的負(fù)荷來決定，各供電臂的負(fù)荷就是牽引變電所的饋線電流。牽引變電所的饋線電流由牽引計(jì)算的結(jié)果和線路通過能力及行車量等條件決定。3.2牽引變壓器容量的計(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)要求，井陘牽引變電所采用雙線區(qū)段上、下行并聯(lián)供電，主變壓器采用固定備用方式。供電臂1是指從陽泉到井陘，供電臂2是指從井陘到石家莊。與主變壓器容量計(jì)算相關(guān)的原始資料如下：供電臂1——n=4,N=75對/天，=90對/天；供電臂2——n=3.8,N=75對/天，=90對/天；其中，n表示區(qū)間數(shù)，N表示計(jì)算列車數(shù)，表示最大列車數(shù)。其余資料如表3-1所示。表3-1計(jì)算原始資料供電臂12列車全部運(yùn)行時(shí)間上行14.514.5下行15.515.0列車用電運(yùn)行時(shí)間上行1110下行1010.5列車在內(nèi)的能耗上行36702897下行350029003.2.1供電臂1、2平均電流的計(jì)算首先計(jì)算供電臂1、2的根本參數(shù)。(1)雙線區(qū)段上(下)行供電臂列車平均電流：(3-1)式中，——列車在供電臂內(nèi)上(下)行方向的全部運(yùn)行時(shí)間(min)?！熊囋趦?nèi)的能耗(kVA·h)。(2)雙線區(qū)段供電臂列車用電平均電流：(3-2)式中，——上(下)行供電臂列車用電運(yùn)行時(shí)間?！熊囋趦?nèi)的能耗(kVA·h)。(3)(上下)行供電臂同時(shí)存在的平均列車數(shù)，即(3-3)式中，N——上(下)行供電臂的列車對數(shù)(對/日)；T——為全日時(shí)間，即1440min。(4)上(下)行供電臂列車用電平均用電概率，即 (3-4)式中，——上(下)行供電臂列車用電運(yùn)行時(shí)間。(5)列車電流間斷系數(shù)：(3-5)式中，——上(下)行供電臂列車用電運(yùn)行時(shí)間?！熊囋诠╇姳蹆?nèi)上(下)行方向的全部運(yùn)行時(shí)間(min)。(6)供電臂1,2的平均電流：Iav供電臂1：供電臂2：按以上計(jì)算出的根本參數(shù)，可計(jì)算供電臂1、2的平均電流。從而可得：供電臂1：供電臂2：3.2.2供電臂1、2有效電流的計(jì)算供電臂1、2有效電流：或(3-6)其中，()供電臂1的有效電流計(jì)算：=1.18供電臂2的有效電流計(jì)算：=1.1753.2.3變壓器容量的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用三相V，v接線變壓器，V，v接線變壓器內(nèi)部實(shí)際由兩臺單相變壓器連接而成，其兩臺變壓器計(jì)算容量分別為：S1=UIve=UI1eS2=UIve=UI2e因此：3.2.4變壓器校核容量的計(jì)算對應(yīng)于的供電臂1列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車的概率為查(n，p)曲線得：又從而得出，那么供電臂1的校核容量對應(yīng)于的供電臂2列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車的概率為經(jīng)查得：又從而得出那么供電臂2的校核容量3.2.5求變壓器的安裝容量牽引變壓器的安裝容量，是在計(jì)算容量與校核容量的根底上，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，除了其計(jì)算容量與校核容量外，主要考慮因素是備用方式。本設(shè)計(jì)采用的是2臺三相VV變壓器，正常時(shí)1臺三相V,V變壓器工作，另外1臺備用。牽引變壓器容量應(yīng)能承當(dāng)全所最大負(fù)荷，滿足鐵路正常運(yùn)輸?shù)囊?。因此所選變壓器容量應(yīng)比校核容量略大一些，確定每臺三相VV變壓器容量為40000kVA+31500kVA，如表3-2所示：表3-2確定變壓器容量的技術(shù)參數(shù)計(jì)算容量(kVA)校核容量(kVA)變壓器容量(kVA)290893348040000234472879431500查閱資料后，選擇我國特德公司生產(chǎn)的單相鐵路牽引變壓器組成三相VV變壓器，具體參數(shù)如表3-3所示：表3-3220kV單相牽引變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)額定容量(kVA)電壓組合聯(lián)結(jié)組標(biāo)號短路阻抗31500220±2×2.5%/27.5×2li010.540000第4章牽引網(wǎng)阻抗4.1概述牽引網(wǎng)阻抗是供電臂的電壓損失、短路電流以及防干擾等計(jì)算中的根本參數(shù)。牽引網(wǎng)阻抗值隨牽引網(wǎng)的組成和布置尺寸而不同。為此，必須進(jìn)行牽引網(wǎng)阻抗的計(jì)算。牽引網(wǎng)阻抗與牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，選用導(dǎo)線(接觸導(dǎo)線、承力索、加強(qiáng)導(dǎo)線、回流線、AT網(wǎng)絡(luò)的正饋線等)的型號和鋼軌的類型、數(shù)量，采用的供電方式，大地導(dǎo)電率以及采用的防干擾措施等因素有關(guān)。牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在單線區(qū)段主要與接觸懸掛的類型、加強(qiáng)導(dǎo)線的數(shù)量與位置有關(guān)，在設(shè)置吸—回裝置的區(qū)段還與回流線的數(shù)量及位置有關(guān)，AT區(qū)段與正饋線的數(shù)量與位置有關(guān)。在復(fù)線區(qū)段，還與雙軌的軌距有關(guān)[4]。4.2牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算4.2.1導(dǎo)線的類型的選擇導(dǎo)線允許載流量：是指在一定環(huán)境下，不超過導(dǎo)線最高允許工作溫度時(shí)所傳輸?shù)碾娏?，它與環(huán)境、溫度、風(fēng)速、導(dǎo)線的最高允許工作溫度、導(dǎo)線外徑、導(dǎo)線在最高允許工作溫度時(shí)的交流電組和導(dǎo)線外表狀態(tài)等因素有關(guān)。根據(jù)供電臂有效電流以及表4-5來確定接觸網(wǎng)各類導(dǎo)線的類型。表4-5導(dǎo)線類型的選擇載流量(A)GJ-70+TCG-85GJ-70+TCG-100GJ-70+TCG-100+LJ-185GL-70+GLCBGL-70+GLCA-GL-70+GLCA-+LGJ-185長期575690110046054097020min5056001020根據(jù)表格，確定選擇類型為GL-70+TCG-100+LJ-185，鋼軌選擇4.2.2導(dǎo)線的相關(guān)參數(shù)確定選擇導(dǎo)線類型為GL-70+TCG-100+LJ-185，下面給出已選擇的接觸導(dǎo)線、承力索、AT網(wǎng)絡(luò)的正饋線以及鋼軌的相關(guān)參數(shù)[1]供之后的計(jì)算使用。見表4-1、表4-2、表4-3和表4-4。表4-1接觸導(dǎo)線的根本參數(shù)名稱規(guī)格標(biāo)稱截面〔mm2〕單位重量〔kg/km〕直流電阻〔Ω/km〕計(jì)算半徑〔mm〕等效半徑〔mm〕銅接觸導(dǎo)線TCG—1001008900.1795.94.6表4-2承力索的根本參數(shù)名稱型號單位重量(kg/km)電阻(Ω/km)計(jì)算半徑(mm)內(nèi)感抗(Ω/km)鋼絞線GJ-706151.935.750.45表4-3正饋線的根本參數(shù)名稱型號計(jì)算截面()根數(shù)×單線直徑(mm)電線計(jì)算重量(kg/km)電阻(Ω/km)計(jì)算半徑(mm)等效半徑(mm〕鋁絞線LG-185182.8019×3.505040.1628.756.63表4-4單條鋼軌的根本參數(shù)名稱規(guī)格(kg/m)鋼軌截面()鋼軌周長(mm)鋼軌重量(kg/km)有效電阻(Ω/km)有效半徑(mm)鋼軌5065.560651.5140.185.544.2.3牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算相關(guān)公式本設(shè)計(jì)為復(fù)線區(qū)段，牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-1所示，具體公式如下：圖4-1復(fù)線區(qū)段牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖(1)計(jì)算Ⅰ(Ⅱ)系統(tǒng)自阻抗 (4-1)其中：(2)計(jì)算Ⅰ和Ⅱ系統(tǒng)互阻抗(4-2)(3)計(jì)算Ⅰ和Ⅲ(Ⅱ和Ⅲ)系統(tǒng)互阻抗(4-3)(4)計(jì)算Ⅲ系統(tǒng)自阻抗(4-4)(5)牽引網(wǎng)阻抗(4-5)(4-6)4.2.4牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)接觸導(dǎo)線：TCG-100，=，接觸導(dǎo)線距軌面高H=6000mm接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高度h=1100mm承力索：GJ-70，，，承力索弛度正饋線：LJ-185，，正饋線距軌面高度正饋線弛度正饋線與接觸導(dǎo)線平行距離為1000mm正饋線與接觸導(dǎo)線同置于接觸網(wǎng)支柱一側(cè)鋼軌：，，軌距d=1435mm，兩軌線間距為5000mm4.2.5牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算復(fù)線區(qū)段牽引網(wǎng)示意圖如圖4-2所示，下面進(jìn)行牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算。圖4-2復(fù)線區(qū)段牽引網(wǎng)示意圖(1)各局部間距離的計(jì)算接觸導(dǎo)線和鋼軌間距離承力索與接觸導(dǎo)線間的平均距離承力索與鋼軌頂間的距離正饋線與接觸導(dǎo)線間的距離正饋線至軌面的距離地回路等值深度(2)“接觸導(dǎo)線—地回路”的自阻抗(3)“承力索—地回路”的自阻抗(4)“接觸導(dǎo)線—地回路”與“承力索—地回路”間的互阻抗(5)“接觸網(wǎng)—地回路”的等值自阻抗(6)“接觸網(wǎng)—鋼軌”間互阻抗(7)“軌道—地回路”等值阻抗(8)正饋線等值自阻抗(9)“接觸網(wǎng)—正饋線”間互阻抗(10)“正饋線—鋼軌”間互阻抗(11)上下行間互阻抗①不同線路的接觸網(wǎng)間的互阻抗②不同線路的接觸網(wǎng)與饋線間的互阻抗③不同線路的饋線間的互阻抗(12)各當(dāng)量導(dǎo)線的阻抗①“接觸網(wǎng)—地回路”等價(jià)自阻抗②“鋼軌—地回路”等價(jià)自阻抗③“正饋線—地回路”等價(jià)自阻抗(13)長回路阻抗、AT段中阻抗得：(14)復(fù)線上、下行串聯(lián)供電牽引網(wǎng)的綜合阻抗式中，第5章短路計(jì)算5.1概述電氣化鐵道供電系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證平安可靠地向電力機(jī)車供電。根據(jù)供電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，影響供電系統(tǒng)正常供電的主要原因是短路。短路對系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害，會使電流急劇增加，同時(shí)使系統(tǒng)電壓降低，這將嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在牽引變電所的設(shè)計(jì)中必須進(jìn)行短路計(jì)算。在牽引變電所的設(shè)計(jì)中，除了考慮正常的最大長期工作電流與容許電壓波動外，還必須以短路條件進(jìn)行熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的校驗(yàn)。牽引網(wǎng)短路是指牽引變電所主變壓器牽引側(cè)出線端到接觸網(wǎng)的任何地點(diǎn)所發(fā)生的一切相與相間的不正常聯(lián)接。常見的牽引網(wǎng)短路有：一臂接地短路、異相牽引母線短路和異相牽引母線短路和異相牽引母線短路接地等型式，其中以一臂接地短路發(fā)生率最高。短路計(jì)算的目的就在于為牽引變電所的電氣主接線及電氣設(shè)備選擇提供必要的數(shù)據(jù)；為供電系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動裝置的設(shè)計(jì)、動作參數(shù)整定，提供必要的數(shù)據(jù)；為保護(hù)接地裝置的設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中的事故分析提供必要的數(shù)據(jù)[5]。5.2三相對稱短路計(jì)算短路計(jì)算公式如下：基準(zhǔn)電流(5-1)電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值(5-2)電力變壓器的電抗標(biāo)幺值(5-3)電力線路的電抗標(biāo)幺值(5-4)三相短路電流周期分量(5-5)三相短路容量(5-6)其中，表示基準(zhǔn)容量，表示電力變壓器容量，表示基準(zhǔn)電壓，表示變壓器短路電抗，表示架空線的單位阻抗。具體步驟如下：取，，那么電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由，因此架空線路的電抗標(biāo)幺值由，因此電力變壓器的電抗標(biāo)幺值由因此5.2.1一次側(cè)短路計(jì)算(1)總電抗標(biāo)幺值(2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他三相短路電流(4)三相短路容量(5)高壓側(cè)最大長期允許工作電流所選變壓器容量分別為：，那么5.2.2二次側(cè)短路計(jì)算(1)總電抗標(biāo)幺值(2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他三相短路電流(4)三相短路容量(5)低壓側(cè)最大長期允許工作電流變壓器計(jì)算容量為：，三相對稱短路電流計(jì)算結(jié)果匯總于表5-1。表5-1短路電流計(jì)算匯總結(jié)果短路計(jì)算位置三相短路電流(kA)三相短容量(MVA)高壓側(cè)2.792.792.797.124.211114.8低壓側(cè)8.948.948.9422.7813.59425.535.3牽引變電所牽引側(cè)短路類型及短路電流計(jì)算5.3.1短路類型及計(jì)算公式在VV接線的牽引變電所中，各種短路類型及短路電流公式如表5-2所示：表5-2牽引變電所牽引側(cè)短路電流計(jì)算公式匯總短路類型一相母線短路異相母線短路異相母線短路接地短路電流式中，—線電壓；—電力系統(tǒng)綜合正序、負(fù)序電抗；—變壓器電抗。5.3.2牽引變電所牽引側(cè)短路電流計(jì)算取，，那么電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由，因此電力變壓器的電抗標(biāo)幺值由，因此(1)一相母線短路(2)異相母線短路(3)異相母線短路接地短路計(jì)算結(jié)果表見表5-3表5-3短路計(jì)算結(jié)果短路類型一相母線短路異相母線短路異相母線短路接地短路電流(kA)10.587.0825.335.4牽引網(wǎng)短路類型及短路電流計(jì)算5.4.1短路類型及計(jì)算公式對于VV接線牽引變電所供電的牽引網(wǎng)，假設(shè)以牽引供電系統(tǒng)的總阻抗(ZT+Zq)代替短路電流計(jì)算公式中的變壓器電抗，就得到了牽引網(wǎng)短路計(jì)算公式。VV接線牽引變電所牽引網(wǎng)短路計(jì)算公式如表5-3所示。表中Zq是每條線路牽引網(wǎng)的阻抗。對于AT供電方式，不同形式的短路，它的值是不同的，它的計(jì)算公式如表5-4所示。表5-3牽引網(wǎng)短路電流計(jì)算公式短路類型一臂牽引網(wǎng)短路復(fù)線異相牽引網(wǎng)短路復(fù)線異相短路接地短路電流表5-4AT供電方式、復(fù)線牽引網(wǎng)阻抗計(jì)算公式短路類型牽引網(wǎng)總阻抗接觸網(wǎng)對地短路接觸網(wǎng)對正饋線短路表中，Z—接觸網(wǎng)或饋線自阻抗—上行或下行線路的接觸網(wǎng)與饋線間的互阻抗—不同線路的接觸網(wǎng)間或饋線間的互阻抗—不同線路的接觸網(wǎng)與饋線間的互阻抗—短路點(diǎn)到牽引網(wǎng)首端的距離(km)—短路點(diǎn)到相鄰所側(cè)相鄰AT的距離(km)—與短路點(diǎn)相鄰的兩個(gè)AT的間隔(km)—供電臂長度(km)—橫連線間隔(km)5.4.2牽引網(wǎng)短路電流計(jì)算結(jié)合第4章數(shù)據(jù)可得原始數(shù)據(jù)如下：L=40km,=10km,D=2km(接觸網(wǎng))(正饋線)(接觸網(wǎng)間)(正饋線間)設(shè)某時(shí)刻短路點(diǎn)到牽引網(wǎng)首段距離l=25km,那么與短路點(diǎn)相鄰的兩個(gè)AT的間隔=5km，通過表5-3，可得表5-4表5-4Zq的計(jì)算結(jié)果短路類型牽引網(wǎng)總阻抗()接觸網(wǎng)對地短路1.38+j2.469接觸網(wǎng)對正饋線短路1.01+j1.11下面求出折算至牽引側(cè)各阻抗有名值：系統(tǒng)阻抗變壓器阻抗：(1)牽引網(wǎng)對地短路時(shí)①一臂牽引網(wǎng)短路②復(fù)線異相牽引網(wǎng)短路③復(fù)線異相短路接地(2)接觸網(wǎng)對正饋線短路①一臂牽引網(wǎng)短路②復(fù)線異相牽引網(wǎng)短路③復(fù)線異相短路接地綜上，短路計(jì)算結(jié)果見表5-5(單位：kA)表5-5牽引網(wǎng)短路電流計(jì)算結(jié)果短路類型一臂牽引網(wǎng)短路復(fù)線異相牽引網(wǎng)短路復(fù)線異相短路接地牽引網(wǎng)對地短路5.252.968.39接觸網(wǎng)對正饋線短路7.314.3210.64第6章牽引變電所電氣設(shè)備的選擇及其校驗(yàn)6.1電氣設(shè)備的選擇及其校驗(yàn)的方法電氣設(shè)備的選擇是牽引變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，設(shè)備選擇的目的是為了使導(dǎo)體和電氣設(shè)備在正?；蚬收锨闆r下，均能平安、經(jīng)濟(jì)、合理的運(yùn)行。在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證平安、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇適宜的型號。電氣設(shè)備必須能夠在長期的工作條件下及過電壓、過電流等情況下保持正常運(yùn)行，所以在選擇時(shí)應(yīng)對其進(jìn)行熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗(yàn)，此外還應(yīng)滿足環(huán)境條件。(1)按正常工作條件選擇①額定電壓電氣設(shè)備的最高允許工作電壓不得低于裝設(shè)回路的最高運(yùn)行電壓。一般220kV及以下的電氣設(shè)備的最高允許工作電壓為。所以一般電氣設(shè)備的額定電壓不低于裝設(shè)地點(diǎn)的電網(wǎng)的額定電壓：(6-1)②額定電流所選電氣設(shè)備的額定電流不得低于裝設(shè)回路最大持續(xù)工作電流(6-2)(2)按短路狀態(tài)校驗(yàn)按短路狀態(tài)校驗(yàn)分為：①熱穩(wěn)定校驗(yàn)：當(dāng)短路電流通過所選的電氣設(shè)備時(shí)，由制造廠給出的t秒內(nèi)，允許通過的熱穩(wěn)定的電流用來表征(6-3)式中，——為制造廠給定的t秒熱穩(wěn)定電流。——短路發(fā)熱假想時(shí)間②動穩(wěn)定校驗(yàn)：所選電氣設(shè)備通過最大短路電流時(shí)，不應(yīng)因短路電流的電動力效應(yīng)而造成變形和損壞：(6-4)式中，——短路沖擊電流峰值〔kA〕——電器允許的極限通過電流峰值〔kA〕(3)環(huán)境條件校驗(yàn)各電氣設(shè)備均有其適用的條件。根據(jù)既有資料中石太客專的歷年氣象資料，石太客專沿線屬于暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，溫度根本都在-20℃—40℃之間，風(fēng)速在35m/s以下，海拔在2000km以下，故一般電氣設(shè)備均能滿足此環(huán)境要求。6.2斷路器的選擇和校驗(yàn)6.2.1斷路器介紹斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)承載和開斷異常回路條件(包括短路條件)下的電流的開關(guān)裝置。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?。目前，已獲得了廣泛的應(yīng)用。高壓斷路器是變電所的重要電氣設(shè)備之一，它的主要功能是：正常運(yùn)行時(shí)，用來接通和開斷負(fù)荷電流。故障時(shí)，斷路器通常與繼電保護(hù)裝置配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，從而保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高壓斷路器按絕緣介質(zhì)不同，斷路器可分為多油斷路器、少油斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等。牽引變電所常用少油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器。電力機(jī)車上常用空氣斷路器、真空斷路器。6.2.2220kV側(cè)斷路器的選擇與校驗(yàn)SF6斷路器具有開斷能力強(qiáng)，斷口電壓適于做得較高，允許連續(xù)開斷次數(shù)較多，適用于頻繁操作，噪音小，無火災(zāi)危險(xiǎn)，機(jī)電磨損小等優(yōu)點(diǎn)。在220kV及以上的電力系統(tǒng)，SF6斷路器得到了廣泛的應(yīng)用。斷路器的具體選擇與校驗(yàn)過程如下：(1)額定電壓的選擇(2)額定電流的選擇流過斷路器的長期工作電流按變壓器過負(fù)荷50%進(jìn)行算，變壓器的總?cè)萘繛?31.5+40)MVA,，那么根據(jù)以上條件初選LW6-220型SF6斷路器。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-1：表6-1LW6―220型SF6斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)最高工作電壓(kV)額定電流(A)3s熱穩(wěn)定電流(kA)額定短路開斷電流(kA,有效值)額定短路關(guān)合電流(kA，峰值)LW6―22022025225003150404050125100(3)熱穩(wěn)定校驗(yàn)故滿足熱穩(wěn)定性要求。(4)動穩(wěn)定性校驗(yàn)所以滿足動穩(wěn)定性要求。6.2.32×27.5kV側(cè)斷路器的選擇(1)額定電壓的選擇(2)額定電流的選擇流過斷路器的長期工作電流那么根據(jù)以上數(shù)據(jù)，初選DW-2000型戶外斷路器,其技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-2：表6-2DW-2000型斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)最高工作電壓(kV)額定開斷電流(kA)額定電流(A)動穩(wěn)電流峰值(kA)3s熱穩(wěn)流(kA〕DW-20002×27.531.52520006325(3)熱穩(wěn)定校驗(yàn)故滿足熱穩(wěn)定性要求。(4)動穩(wěn)定性校驗(yàn)所以滿足動穩(wěn)定性要求。6.3隔離開關(guān)的選擇和校驗(yàn)6.3.1隔離開關(guān)的介紹隔離開關(guān)是高壓開關(guān)電器中使用最多的一種電器，顧名思義，是在電路中起隔離作用的它本身的工作原理及結(jié)構(gòu)比擬簡單，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，對變電所、電廠的設(shè)計(jì)、建立和平安運(yùn)行的影響均較大。刀閘的主要特點(diǎn)是無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在分閘狀態(tài)時(shí)有明顯可見的斷口，使運(yùn)行人員能明確區(qū)分電器是否與電網(wǎng)斷開。隔離開關(guān)可大致分為5類：(1)按絕緣支柱的數(shù)目可分為：單柱式、雙柱式、三柱式；(2)按閘刀開、合時(shí)的運(yùn)行方式分為，水平旋轉(zhuǎn)式、垂直旋轉(zhuǎn)式、插入式和擺動式；(3)按有無接地刀閘分為，無接地刀閘式、有接地刀閘式；(4)按工作組數(shù)分為：單極、雙極、三級；(5)按操作機(jī)構(gòu)分為：手動、電動、氣動。6.3.2220kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇與校驗(yàn)(1)額定電壓的選擇(2)額定電流的選擇根據(jù)上述條件，選擇的220kV側(cè)隔離開關(guān)的的技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-3：表6-3GW7―220〔DW)型戶外高壓隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)最高電壓(kV)額定電流(A)校驗(yàn)參數(shù)隔離開關(guān)分、合閘時(shí)間(s)動穩(wěn)定電流(kA，峰值)熱穩(wěn)定電流(kA，有效值)熱穩(wěn)定時(shí)間(s)GW7―220〔DW)22025212508031.534(3)熱穩(wěn)定校驗(yàn)故滿足熱穩(wěn)定性要求(4)動穩(wěn)定性校驗(yàn)所以滿足動穩(wěn)定性要求。6.2.32×27.5kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇(1)額定電壓的選擇(2)額定電流的選擇根據(jù)以上數(shù)據(jù)，初選GW4―27.5型戶外高壓隔離開關(guān),其技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-4：表6-4GW4―27.5型戶外高壓隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)最高工電壓(kV)額定電流(A)動穩(wěn)定電流峰值(kA)3s熱穩(wěn)定電流(kA)GW-27.527.531.520008031.5(3)熱穩(wěn)定校驗(yàn)故滿足熱穩(wěn)定性要求(4)動穩(wěn)定性校驗(yàn)所以滿足動穩(wěn)定性要求。6.4互感器的選擇互感器包括電壓互感器和電流互感器，其功能主要是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓或標(biāo)準(zhǔn)小電流，以便實(shí)現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備及自動控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。同時(shí)互感器還可用來隔開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設(shè)備的平安?；ジ衅魇亲冸娝淮蜗到y(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件。其主要功能是：(1)用來使儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣。這樣既可防止主電路的高電壓直接引入儀表、繼電器等二次設(shè)備，又可防止儀表、繼電器等二次設(shè)備的故障影響主電路，提高了平安性和可靠性，有利于人身平安。(2)用來擴(kuò)大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍。6.4.1電流互感器的選擇與校驗(yàn)(1)電流互感器的選擇一般有如下原那么需要遵循：①應(yīng)滿足一次回路的額定電壓、最大負(fù)荷電流及短路時(shí)的動、熱穩(wěn)定電流的要求；②應(yīng)滿足二次回路測量、自動裝置的準(zhǔn)確度要求和保護(hù)裝置10%誤差的要求；③應(yīng)滿足保護(hù)裝置對暫態(tài)特性要求。(2)220kV側(cè)電流互感器的選擇與校驗(yàn)①額定電壓的選擇②額定電流的選擇根據(jù)上述條件，選擇的220kV側(cè)的電流互感器的技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-5：表6-5LB9-220型電流互感器主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電流比級次組合準(zhǔn)確級次1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)LB9-2204×300/5B/B/B0.50.54278=3\*GB3③熱穩(wěn)定校驗(yàn)電流互感器熱穩(wěn)定能力通常以1s內(nèi)允許通過一次側(cè)額定電流的倍數(shù)來表示，即：代入數(shù)據(jù)校驗(yàn)得滿足熱穩(wěn)定性要求。=4\*GB3④動穩(wěn)定性校驗(yàn)電流互感器通常以允許通過一次側(cè)的額定電流的倍數(shù)——動穩(wěn)定倍數(shù)，表示其內(nèi)部的動穩(wěn)定能力，因此其動穩(wěn)定度校驗(yàn)條件為：代入數(shù)據(jù)校驗(yàn)得所以滿足動穩(wěn)定性要求。(3)27.5kV側(cè)電流互感器的選擇與校驗(yàn)①額定電壓的選擇②額定電流的選擇根據(jù)以上數(shù)據(jù)，初選LAB-27.5kV/1200/5/5型電流互感器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表6-6：表6-627.5kV側(cè)電流互感器的主要技術(shù)指標(biāo)型號額定電壓(kV)額定二次電流(A)級別組合1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)LAB-27.5kV/1200/5/527.550.5/10p20120151=3\*GB3③熱穩(wěn)定校驗(yàn)帶入數(shù)據(jù)校驗(yàn)得滿足熱穩(wěn)定性要求。=4\*GB3④動穩(wěn)定性校驗(yàn)代入數(shù)據(jù)校驗(yàn)得滿足故滿足動穩(wěn)定性要求。6.4.2電壓互感器的選擇與校驗(yàn)電壓互感器的工作原理、構(gòu)造、接線方法與電力變壓器相仿。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,一次繞組匝數(shù)很多,而二次繞組匝數(shù)較少。電壓互感器的一次繞組是與高壓電路并聯(lián)的。而其二次繞組并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于二次儀表、繼電器等的電壓線圈阻抗很大,所以電壓互感器工作時(shí)二次回路接近于空載狀態(tài)。電壓互感器變壓器很相像，都是用來變換線路上的電壓。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安為計(jì)算單位；而電壓互感器變換電壓的目的，主要是用來給測量儀表和繼電保護(hù)裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或者用來在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾伏安、幾十伏安，最大也不超過一千伏安。(1)220kV側(cè)電容互感器的選擇由于電壓互感器的一、二次側(cè)均有熔斷器保護(hù)，故不需進(jìn)行短路穩(wěn)定性的校驗(yàn)。110kV以上的配電電裝置，當(dāng)容量和精確等級滿足要求時(shí)，宜采用電容式電壓互感器，因?yàn)殡娙菔诫妷夯ジ衅髂軌蚩焖儆行У匾种畦F磁諧振現(xiàn)象的持續(xù)發(fā)生，并具有良好的瞬變響應(yīng)特性。故本設(shè)計(jì)中220kV側(cè)母線電壓互感器的選擇電容式TYD-220式電容式電壓互感器。其主要技術(shù)參數(shù)如表6-7所示。表6-7TYD-220型電壓互感器主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)額定容量(VA)最大容量(VA)一次二次二次保護(hù)0.2級0.5級3級TYD-220220/0.1/0.11001503002000(2)27.5kV側(cè)電壓互感器的選擇表6-8JDT-27.5型電壓互感器主要技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)額定容量(VA)最大容量(VA)一次二次0.5級1級3級JDT-27.527.50.11502505001200第7章牽引供電系統(tǒng)諧波分析及對通信線路的影響7.1諧波分析概述電氣化鐵道牽引負(fù)荷是少數(shù)直接接入高壓電力系統(tǒng)的大宗用戶之一，它產(chǎn)生的大量諧波(主要是3、5、7次)直接注入高壓電力系統(tǒng)。牽引負(fù)載與一般電力系統(tǒng)負(fù)荷最大的區(qū)別在于其隨機(jī)波動性和不對稱性，因此其產(chǎn)生的諧波也與一般電力系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波有所差異。目前對諧波的研究方向主要集中在電力系統(tǒng)諧波分布特征和各種參數(shù)，對牽引負(fù)荷的分布特征和各種參數(shù)也有少量涉及，相對來說電力系統(tǒng)諧波分析的研究更加全面和深入。電氣化鐵道上供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)兩大局部組成。它一方面按不對稱方式從三相電力系統(tǒng)(110kV或220kV)取得電能;另一方面,經(jīng)牽引變電所降壓為27.5kV或55kV后,向接觸網(wǎng)和電力機(jī)車供電。隨著運(yùn)營能力和各類負(fù)荷的增加,作為高壓單相非線性負(fù)載的電氣化鐵道,已成為引起電力系統(tǒng)諧波污染的主要諧波源之一。因此,在目前電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合治理的過程中,減少負(fù)序電流的影響、抑制諧波以及有效進(jìn)行無功補(bǔ)償已成為研究和應(yīng)用的重要技術(shù)課題;同時(shí),這些問題的有效解決也是提高牽引供電質(zhì)量,促進(jìn)鐵路開展的必由之路。7.1.2牽引供電系統(tǒng)的諧波與功率因數(shù)牽引供電系統(tǒng)唯一負(fù)荷是電力機(jī)車(包括動車組)，由于電力機(jī)車上的變流裝置是非線性元件，使得電力機(jī)車的電流諧波含有率k(k=，為n次諧波電流，為基波電流)很大，如表7-1所示，為國產(chǎn)SS型電力機(jī)車的諧波含有率。電力機(jī)車的變流裝置還導(dǎo)致牽引供電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低[4]。表7-1電力機(jī)車電流諧波含有率車型3次諧波5次諧波7次諧波SS1SS3SS420%18%20%10%8%8%6%5%5%牽引供電系統(tǒng)中高次諧波含有率大，功率因數(shù)較低對三相電力系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)降低發(fā)電機(jī)組、供變設(shè)備的出力和效率；(2)增加發(fā)電機(jī)和輸電設(shè)備的發(fā)熱、因其電能損失；(3)增大輸電線路的電壓降，影響電能質(zhì)量。7.2電氣化鐵道諧波的特點(diǎn)廣義而言,諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻的整數(shù)倍,通常稱之為高次諧波。電氣化鐵道諧波具有以下特點(diǎn):(1)單相獨(dú)立性。我國鐵路供電系統(tǒng)均采用兩相供電制,但兩相負(fù)荷相關(guān)性很小,通常認(rèn)為兩臂負(fù)荷是獨(dú)立的。(2)隨機(jī)波動性。牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流隨基波負(fù)荷劇烈波動,且范圍很大。(3)相位廣泛分布。電氣化鐵道諧波向量可在復(fù)平面4個(gè)象限上廣泛分布。(4)高壓滲透性。電氣化鐵道是為數(shù)不多的高壓用戶,其任一次諧波都通過高壓系統(tǒng)向全網(wǎng)滲透,不受變壓器接線方向的阻礙。(5)穩(wěn)態(tài)奇次性。單相整流負(fù)荷在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)只產(chǎn)生奇次諧波,只在涌流中含有偶次諧波。7.3電氣化鐵道諧波的危害(1)增加電氣設(shè)備的額外附加損耗由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時(shí)，因集膚效應(yīng)的作用，使導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻增加，從而也增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗，使220kV設(shè)備〔如變壓器、電容器、輸電線路等〕的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。(2)影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作可靠性電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的平安運(yùn)行。(3)并聯(lián)諧振當(dāng)諧波電流沿牽引網(wǎng)返送系統(tǒng)時(shí),由于牽引網(wǎng)對地分布電容和回路電感的影響,可能構(gòu)成某次諧波的諧振回路,造成牽引負(fù)荷諧波電流的諧振放大。此外,高次諧波還對發(fā)電機(jī)、電氣測量儀表以及自動控制裝置等產(chǎn)生負(fù)面影響。(4)其它危害諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，從而降低電壓質(zhì)量，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。還會使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，甚至損害機(jī)器。電力諧波還會對測量和計(jì)量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。7.4電氣化鐵道諧波的抑制7.4.1概述所謂諧波抑制,就是限制諧波發(fā)生源注入電網(wǎng)的諧波含量,將電力系統(tǒng)中的諧波含量控制在允許范圍內(nèi)的各種措施。電氣化鐵道作為電力系統(tǒng)中的主要諧波源之一,隨著運(yùn)營能力和各類大功率非線性負(fù)荷的增加,勢必產(chǎn)生大量的諧波電流并注入電網(wǎng),對電力系統(tǒng)的平安運(yùn)行已構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此,有針對性地采取措施,消除或減少電力系統(tǒng)中的諧波含量,才能保證電力系統(tǒng)的平安運(yùn)行和接入電網(wǎng)的各種用電設(shè)備的可靠工作。7.4.2諧波抑制措施(1)加強(qiáng)監(jiān)測統(tǒng)一對所轄電網(wǎng)的諧波進(jìn)行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準(zhǔn)備充分的原始材料；在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，設(shè)置在線監(jiān)測裝置、長期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。對電氣化鐵路客戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求；對于供電部門而言，可以評估電力客戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。(2)采用無源型交流濾波裝置采用無源型交流濾波裝置就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流,是抑制諧波污染的一種有效措施。該裝置是由電力電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的調(diào)諧濾波器。運(yùn)行過程中,它和諧波源并聯(lián),除濾波作用外還可兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?。由于裝置結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)方便,因此得到了廣泛的應(yīng)用。完整的濾波裝置一般由一組或數(shù)組單調(diào)諧LC濾波器組成,有時(shí)再加一組高通濾波器;雖然只能補(bǔ)償固定頻率的諧波,補(bǔ)償效果不甚理想,但LC濾波器當(dāng)前仍是補(bǔ)償諧波的最主要手段。圖7-1給出三種無源型交流濾波器的接線方式。圖7-1無源型交流濾波器的接線方式(3)采用有源電力濾波裝置采用有源電力濾波器是牽引供電系統(tǒng)諧波抑制的一個(gè)重要開展趨勢，它的根本原理是:依據(jù)瞬時(shí)無功功率理論中諧波電流的瞬時(shí)檢測方法和PWM控制技術(shù),從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流,由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流,使電網(wǎng)電流中僅含有基波分量。由于有源電力濾波裝置可對頻率與幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響,因而受到廣泛的關(guān)注。目前運(yùn)行的有源濾波裝置幾乎都是并聯(lián)型。綜合而言,與無源型濾波器相比,有源電力濾波器具有以下特點(diǎn)；