牵引变电所课程设计

牵引变电所小学期

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2010级

牵引供电课程设计

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牵引供电课程设计报告书

题 目 中间牵引变电所的电气主接线设计 院/系(部) 班 级

电气工程系 方1010-2

学 号 20106466 姓 名 指导教师 完成时间

赵建华 王庆芬 2013年12月20日

牵引变电所小学期

摘 要

本设计是中间牵引变电所电气主接线设计，牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的电能。为了完成接受电能、高压和分配电能的工作，其电气接线可分为两大部分：一次接线和二次接线。根据题目要求选择了合理的主接线形式，确定了变压器的容量、台数、型号以及联结组别，并且进行短路计算，然后根据短路计算的结果对隔离开关、断路器和避雷器进行了选型，选择了合理的继电保护装置，并且为了提高牵引变压器的功率因数增设了并联电容补偿装置，从而完成了110kV电气一次部分的设计，本设计书还对倒换变压器操作时的倒闸操作过程进行了分析，更便于掌握牵引变电所的运行状态。

关键词：中间牵引变电所 供电方式 继电保护

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目 录

第1章 设计任务 ....................................................................................................... 1

1.1 设计目的 ....................................................................................................... 1 1.2 设计要求 ...................................................................................................... 1 1.3 分析问题及解决方案 ................................................................................... 1 第2章 牵引变压器容量计算和选型 ....................................................................... 1 第3章 主接线设计 ................................................................................................... 2

3.1 电气主接线的设计原则 ............................................................................... 2 3.2 牵引变电所110kV侧主接线设计 .............................................................. 2 3.3 牵引变电所馈线侧主接线设计 ................................................................... 3 3.4 主接线 ........................................................................................................... 3 第4章 短路计算 ....................................................................................................... 3 第5章 主要一次设备的选择 ................................................................................... 5 第6章 继电保护 ....................................................................................................... 6 第7章 并联电容补偿 ............................................................................................... 7 第8章 总结 ............................................................................................................... 7 参考文献 ....................................................................................................................... 8

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第1章 设计任务

1.1 设计目的

经过本次设计，对所学的专业知识得到相当的运用和实践，这将使自己所学的理论知识提升到一定的运用层次，为以后完成实际设计奠定扎实的基本功和基本技能，最终达到学以致用的目的。

1.2 设计要求

1.确定该三相牵引变电所高压侧的电气主结线的形式，并分析其正常运行时以及倒换变压器操作时倒闸操作过程。

2.确定牵引变压器的容量、结线方式及台数。 3.确定牵引负荷侧电气主结线的形式。

4.对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。 5.对变电所进行继电保护配置，并进行防雷和接地设计。 6.用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。

1.3 分析问题及解决方案

由于本设计是中间变电所，且牵引变电所中的变压器经常切换，且该牵引变电所有穿越功率，故主接线选择外桥接线。短路计算的最大电流要用最小阻抗下的最大短路电流，故直接用电力系统的标幺值为0.12。校验设备是否符合要求就按照最大短路电流来校验。本设计采用三相YNd11联结牵引变压器，其结构相对简单，又因中性点接地，绕组可采取分级绝缘，因此变压器造价较低。

第2章 牵引变压器容量计算和选型

为了经济合理的选择变压器容量，计算分为以下步骤：第一，确定计算容量，按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量。第二，确定校核容量，按列车紧密运行的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力所计算的容量。第三，确定安装容量，在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按其系列产品的规格确定牵引变压器台数与容量。

根据要求所给条件，计算出所需变压器计算容量为：

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222

S KtU4I12e I2e 2I1avI2av 0.9 27.5 4 320 268 2 240 186 23190 kVA

根据要求所给条件，计算出所需变压器最大容量为：

Smax KtU(2Imax 0.65I2e) 0.9 27.5 (2 650 0.65 268) 36486.45 kVA

变压器校核容量为： S校

Smax36486.45

24324.3 kVA K1.5

将计算容量和校核容量进行比较，并结合采用的固定备用方式和系列产品，

选用三相YNd11联结变压器的安装容量为2 31500 kVA ，所选变压器的型号是SF1-31500/110。

第3章 主接线设计

3.1 电气主接线的设计原则

应根据变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量，本期建设规模，输送电压等级，进出线回路数，供电负荷的重要性，保证供电平衡，电力系统线路容量，电气设备性能和周围环境及自动化规划与等级条件确定，应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。

3.2 牵引变电所110kV侧主接线设计

依据该牵引变电所负荷等级，要求两路电源进线，因有系统功率穿越，属通过式变电所，考虑经济运行也可采用图3-1所示的外桥接线。外桥接线适合于输电距离较短，线路故障较少，而且变压器需要经常操作的场合。

图3-1 外桥接线

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3.3 牵引变电所馈线侧主接线设计

馈线侧采用单母线分段接线方式，如图3-2，采用单母线分段接线方案是把单母线分成两段，两段之间装设能够分段运行的开关电器。采用断路器和隔离开关连接的分段母线适用于双回路供电，运行的可靠性和灵活性均较大。

采用单母线分段的接线方式，有下列优点：

（1）供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电； （2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线： （3）扩建方便；

（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。

图3-2 单母线分段接线

3.4 主接线

牵引变电所的主接线图见附录，其正常运行时由WL1电源供电变压器使用T1，馈线侧的QS4、QS5、QF3一直处于闭合状态。

对于T1断电倒闸的顺序为：先断QF1、QF2,断开QS3，最后断开电源侧隔离开关QS2。然后给T1供电时的倒闸的顺序为：先合电源侧隔离开关QS1，再合QS3，最后合QF1、QF2。

第4章 短路计算

为使所选电器设备和导体有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，而进行短路电流计算。

其计算电路如图

4-1

图4-1 短路计算电路

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其等效电路如图4-2

图4-2 短路等效电路图

（1）确定基准值

kV Uc2 27.5kV 取Sd 100MV A Uc1 115

Id1

Sd100 0.502kA 3Uc1 115

Id2

Sd100

0.21kA 3Uc23 27.5

（2）变压器的电抗标幺值

Uk%Sd10.5 100 103KV A

X 0.333

100SN100 31500KV A

*2

（3）k-1点的相关计算 总电抗标幺值

X* K-1 0.12

三相短路电流周期分量有效值

0.502)

I(k3-1 4.183kA

0.12

其他三相短路电流

(3)

I''(3) I(3) Ik 1 4.183kA (3)Ish 1.51 4.183 6.316kA

(3)

Sk 1

SdX* K-1

100MV A

833.3MV A

0.12

（4）K-2点的相关计算

总电抗标幺值

X* K-2 0.12 0.333 0.453

三相短路电流周期分量有效值

2.1I(k3-)2 4.65kA

3.45

其他三相短路电流

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(3)

I''(3) I(3) Ik 2 4.65kA (3)Ish 2.55 4.65 11.88kA (3)Ish 1.55 4.65 7.21kA

(3)

Sk 1

SdX* K-1

100MV A

220.75MV A

0.453

第5章 主要一次设备的选择

1、按工作电压选择

设备的额定电压UN e一般不应小于所在系统的额定电压UN，高压设备的额定电压UN e应不小于其所在系统的最高电压Umax。

2、按工作电流选择

设备的额定电流IN e不应小于所在电路的计算电流I30。 3、按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)。

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为Ioc IOL max，IOL max为最大负荷电流。

4、隔离开关和断路器的短路稳定度校验 （1）动稳定校验条件

(3)(3)

imax ish或Imax Ish

(3)(3)

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关

所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

(3)2

tima（2）热稳定校验条件 It2t I

(3)

注：I 为短路稳定电流，tima为热效时间，It为电器的热稳定电流，t为电

器的热稳定试验时间。

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对于上面的分析，如表5-1示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表5-1 一次侧设备的选择校验

选择校验项目

数据 少油断路器SW3-110G

电压 110kV 110kV

电流 4.02A 1200A

断流能力 4.183kA 15.8kA

动稳定度 6.316kA 41 kA

热稳定度 27 998.56

设备

型高压隔离开关号GW4-110DDW 规

避雷器 格

Y10W5-100/295

110kV 630A - 50 kA 1600

110kV - - - -

第6章 继电保护

继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

主变压器继电保护的配置：本设计主变压器容量为31500kVA，通过《电力系统继电保护原理》可知该容量的变压器首先应装设瓦斯保护（包括轻瓦斯和重瓦斯）、纵差动保护、过负荷保护、零序方向过电流保护。

线路继电保护的配置：线路保护有纵联保护、距离三段式保护、电流三段式保护、零序保护等，对于本次设计的110kV线路，输送距离为50km，采用纵联保护投资大，并且该线路电压等级也不高，本站只是终端变电站，在系统中的地位也不是很高，应多考虑经济性，而采用距离三段式足矣保证该可靠性、灵敏性及快速性。

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第7章 并联电容补偿

根据任务书要求，本次设计变电站要求对10kV侧进行无功补偿设计。要求27.5kV侧负荷的功率因素cos 从0.8提高到0.9。

Iav 240A UWN 27.5kV cos 0.8

（1）牵引变电所负荷平均有功功率

PL IavUWNcos 240 27.5 0.8 5280KW

（2）需补无功容量

1 111 Qd PL 1 1 5280 1 1 2222 1373Kvar cos 1 cos0.80.9 2

（3）安装无功容量

取a 0.12UW max 29KV

UCN

QA 1 a U

W max

35 Q 0.88 1373 1760kvar d

29

2

2

UW max

33.64KV 取UCN 35kV

1-1.15a

选取电容器型号为CY-1-50-1的电容器

UCN

（4）实际安装无功容量QRA 串联电容器单元数 n

UCN35

35 UC01

并联电容器单元数 m

QA1760

2 nQ035 50

第8章 心得体会

经过本次设计，我学到了许多有用的东西，也积累了不少经验，但由于能力不足，加之时间和精力有限，我感觉还是有一些不足之处：如继电保护设置的不太完善，在许多内容表述上存在着不当之处，设计的深度也很欠缺。不过，在这次设计中有好多知识都是随学随用，就增加了很多不必要的麻烦。非常后悔当初

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课上听的比较少，因此也得到了教训。但在我们不断努力下，不怕麻烦不怕重复，当克服了这些问题之后我会感觉到自己的知识在一点一滴地积累不知不觉中增加。虽然在设计过程中很多错误被克服了。我相信，只要肯钻研，只要挤时间，一切自己想要的知识都可以。

参考文献

[1] 李彦哲,王果等.电气化铁道供电系统与设计[M].兰州:兰州大学出版社,2006. [2] 贺威俊,高仕斌等.电力牵引变电技术[M].西安:西南交通大学出版社,2002. [3] 马国杰,包鹏鉴等.电气化铁道施工手册[M].北京:中国铁道出版社,2004.