牽引變電所電氣主接線課程設(shè)計(jì)

牽引變電所電氣主接線課程設(shè)計(jì),牽引,變電所,電氣,接線,課程設(shè)計(jì) 課程名稱：供變電工程課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目：牽引變電所電氣主接線設(shè)計(jì) 院 系： 電 氣 工 程 系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2010 年 月 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 學(xué) 號(hào) 開題日期：2010 年 3 月 10 日 完成日期：2010 年 4 月19 日 題 目 牽引變電所電氣主接線設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)該設(shè)計(jì)，使學(xué)生初步掌握交流電氣化鐵道牽引變電所電氣主接線的設(shè)計(jì)步驟和方法；熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)的使用；基本掌握變電所主接線圖的繪制方法；鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，為今后進(jìn)行工程設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。 二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 1、按給定供電系統(tǒng)和給定條件，確定牽引變電所電氣主接線。 2、選擇牽引變電所電氣主接線中的主要設(shè)備。如：母線、絕緣子、隔離開關(guān)、熔斷器、斷路器、互感器等。 選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用國(guó)內(nèi)經(jīng)鑒定的新產(chǎn)品、新技術(shù)。 3、提交詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書和牽引變電所電氣主接線圖。 三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日 牽引變電所課程設(shè)計(jì)原始資料 1、電力系統(tǒng)及牽引變電所分布圖 圖例： ：電力系統(tǒng)，火電為主 ：地方220/110kV區(qū)域變電所 ：地方110/35/10kV變電站 ：鐵道牽引變電所 —— ：三相高壓架空輸電線 圖中： L1：220kV 雙回路 150kM LGJ-300 L2：110kV 雙回路 10kM LGJ-120 L3：110kV 20kM L4：110kV 40kM L5：110kV 60kM L6：110kV 雙回路 20kM L7：110kV 30kM L8：110kV 50kM L9：110kV 60kM L10：110kV 60kM 未標(biāo)注導(dǎo)線型號(hào)者均為L(zhǎng)GJ-185，所有導(dǎo)線單位電抗均為X=0.4Ω/kM 牽引變壓器容量如下（所有Ud%=10.5）： A：2×3.15萬(wàn)kVA B：2×3.15萬(wàn)kVA C：2×3.15萬(wàn)kVA D：2×1.5萬(wàn)kVA E：2×1.5萬(wàn)kVA F：2×1.5萬(wàn)kVA 2、電力系統(tǒng)對(duì)各牽引變電所的供電方式及運(yùn)行條件 [1] 甲站對(duì)A所正常供電時(shí)，兩回110kV線路中，一回為主供電源，另一回備用。A所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線。27.5kV側(cè)需設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。 [2] 甲站對(duì)B所供電時(shí)，110kV線路還需經(jīng)B所送至丙站。正常運(yùn)行時(shí)B所內(nèi)有系統(tǒng)功率穿越。當(dāng)甲站至B的輸電線路故障時(shí)，B所由丙站供電，丙站內(nèi)110kV母線分段運(yùn)行，輸電線L4、L5分別接入不同的分段母線上。正常運(yùn)行時(shí)，丙站內(nèi)110kV母線分段斷路器斷開。B所提供甲站至丙站的載波通道。 B所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線，外部有公路直通所內(nèi)。27.5kV側(cè)需設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。 [3] C所由丙站送出的兩回110kV線路供電。但正常運(yùn)行時(shí)，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV線路（L6）平時(shí)不向牽引負(fù)荷供電。只經(jīng)過(guò)C所的110kV母線轉(zhuǎn)接至某企業(yè)110kV變電站。 C所內(nèi)采用兩臺(tái)變壓器，固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線，外部有公路直通所內(nèi)。牽引側(cè)除向兩個(gè)方向的牽引網(wǎng)供電外，還要向電力機(jī)務(wù)段供電（兩回）和地區(qū)10kV 負(fù)荷供電（一回）。C所內(nèi)設(shè)有27.5/10kV 1000kVA動(dòng)力變壓器一臺(tái)。10kV高壓間內(nèi)設(shè)有4路饋線，每路饋線設(shè)有：電流表、電壓表、有功電度表、無(wú)功電度表。設(shè)有電流速斷和接地保護(hù)，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間0.1秒。10kV高壓間設(shè)在27.5kV高壓室一端，單獨(dú)開門。27.5kV側(cè)設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。 [4] 牽引變電所D、E、F由乙站供電。正常運(yùn)行時(shí)，110kV線路在E所內(nèi)斷開，不構(gòu)成閉合環(huán)網(wǎng)。E所內(nèi)的牽引變壓器正常運(yùn)行時(shí)，接入由D所送來(lái)的電源線L8上，L8故障時(shí)可轉(zhuǎn)接至F所由L9供電。D、F所均可能有系統(tǒng)功率穿越。但正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)所無(wú)系統(tǒng)功率穿越。 D所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線。27.5kV側(cè)設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。所用電有地方10kV可靠電源。 [5] E所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線，有公路引入所內(nèi)。27.5kV側(cè)不設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。所用電采用在110kV進(jìn)線隔離開關(guān)內(nèi)側(cè)接入（）/0.23kV單相變壓器，以提高向硅整流裝置供電的可靠性。 [6] F所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線。27.5kV側(cè)設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。該地區(qū)無(wú)地方10kV電源。 [7] 牽引變電所A、C、E 110kV側(cè)要求計(jì)費(fèi)，牽引變電所B、D、F 27.5kV側(cè)要求計(jì)費(fèi)，采用低壓側(cè)(27.5kV側(cè))計(jì)費(fèi)時(shí)，110kV側(cè)仍需設(shè)電壓監(jiān)視。 [8] 各變電所設(shè)計(jì)時(shí)，一律按海拔h≤1000m，I級(jí)污穢地區(qū)，鹽密δ≤0.1毫克/厘米2，最高環(huán)境溫度+40℃考慮。 [9] 各牽引變電所均設(shè)置避雷針三座。 [10] 牽引變電所B、D 110kV線路采用縱向平行引入方式；C、E 110kV線路采用橫向相對(duì)引入方式；A、F 110kV線路采用T字型引入方式。 [11] 假定各牽引變電所饋線主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tb=0.1秒，27.5kV母線采用矩型截面硬鋁母線，母線間距a=40cm，母線跨距l(xiāng)=120cm；10KV母線采用矩型截面硬鋁母線，母線間距a=25cm；母線跨距l(xiāng)=100cm。 [12] 各牽引變電所主控制室均采用一對(duì)一集中控制方式，直流電源電壓均為220V。 目錄 第一章 牽引變電所主結(jié)線設(shè)計(jì)原則及要求 - 7 - 1.1概述 - 7 - 1.2電氣主接線基本要求 - 7 - 1.3電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則與步驟 - 7 - 第二章 牽引變電所電氣主接線圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 - 9 - 第三章 短路計(jì)算 - 10 - 3.1短路計(jì)算的相關(guān)概念、內(nèi)容和目的 - 10 - 3.2短路點(diǎn)的選取 - 10 - 3.3短路計(jì)算 - 10 - 第四章 設(shè)備及選型 - 14 - 4.1母線的選擇及校驗(yàn) - 14 - 4.1.1 110KV側(cè)母線采用軟母線 - 14 - 4.1.2 27.5KV側(cè)母線選用矩形鋁母線 - 15 - 4.2 支柱絕緣子及穿墻套管的選取及校驗(yàn) - 17 - 4.2.1 110kV側(cè)支柱絕緣子選取 - 17 - 4.2.2 27.5KV側(cè)支柱絕緣子選取 - 17 - 4.2.3 27.5KV側(cè)穿墻套管選取 - 18 - 4.3 高壓斷路器選取及校驗(yàn) - 18 - 4.3.1 110KV側(cè)斷路器選取 - 18 - 4.3.2 27.5kV側(cè)斷路器選取 - 19 - 4.4 高壓熔斷器的選取及校驗(yàn) - 20 - 4.4.1 27.5kV側(cè)高壓熔斷器 - 20 - 4.4.2 230V處的熔斷器 - 20 - 4.5 隔離開關(guān)的選取及校驗(yàn) - 21 - 4.5.1 110kV側(cè)隔離開關(guān)選取 - 21 - 4.5.2 27.5KV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取 - 21 - 4.5.3 27.5KV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取 - 22 - 4.6 電壓互感器選取 - 23 - 4.6.1 110KV側(cè)電壓互感器選取 - 23 - 4.6.2 27.5KV側(cè)電壓互感器選取 - 23 - 4.7 電流互感器選擇 - 23 - 4.7.1 110KV側(cè)電流互感器選擇 - 23 - 4.7.2 側(cè)中性點(diǎn)接地電流互感器 - 25 - 4.7.3 27.5KV側(cè)電流互感器選擇 - 25 - 4.8避雷器的選取 - 26 - 4.9避雷針的選取 - 27 - 電氣設(shè)備一覽表 - 29 - 參考書目 - 30 - 后記 - 31 - 附電氣主接線圖 第一章 牽引變電所主結(jié)線設(shè)計(jì)原則及要求 1.1概述 牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結(jié)線，是指由主變壓器、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。用規(guī)定的設(shè)備文字符號(hào)和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們的作用和運(yùn)行操作順序，按一定要求連接的單線或三線結(jié)線圖，稱為電氣主結(jié)線圖。它不僅標(biāo)明了各主要設(shè)備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設(shè)備的連接方式和各電氣回路的相互關(guān)系，從而構(gòu)成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運(yùn)行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運(yùn)行方式，成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)；在設(shè)計(jì)中，主結(jié)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等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。此外，電氣主結(jié)線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所的主體部分。 1.2電氣主接線基本要求 電氣主接線應(yīng)滿足安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和方便性四項(xiàng)基本要求。 1.3電氣主接線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的主要原則與步驟 在電氣主結(jié)線的設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循的主要原則與步驟： 1. 應(yīng)以批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書為依據(jù)，以國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針政策和有關(guān)的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點(diǎn)和實(shí)際調(diào)查掌握的各種基礎(chǔ)資料，進(jìn)行綜合分析和方案研究。 2. 主結(jié)線設(shè)計(jì)與整個(gè)牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對(duì)電力牽引供電方案密切相關(guān)，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點(diǎn)、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電壓水平及補(bǔ)償措施、無(wú)功、諧波的綜合補(bǔ)償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級(jí)選擇等重大綜合技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)供電系統(tǒng)計(jì)算進(jìn)行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定牽引變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求。 3. 根據(jù)供電系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果提供的上述各種技術(shù)參數(shù)和有關(guān)資料，結(jié)合牽引變電所高壓進(jìn)線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進(jìn)線繼電保護(hù)方式、自動(dòng)裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當(dāng)前運(yùn)量和發(fā)展規(guī)劃遠(yuǎn)景等因素，并全面考慮對(duì)主結(jié)線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設(shè)計(jì)合理的電氣主結(jié)線。 4. 新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 第二章 牽引變電所電氣主接線圖設(shè)計(jì)說(shuō)明 根據(jù)原始資料易知，已站對(duì)E所正常供電時(shí)，兩回110kV線路中，一回為主供電源，另一回備用。E所內(nèi)采用兩臺(tái)牽引變壓器固定全備用。所內(nèi)不設(shè)鐵路岔線。27.5kV側(cè)不需設(shè)室外輔助母線，每相饋線接電容補(bǔ)償裝置二組，電容器室內(nèi)，電抗器室外。 牽引變電所A110kV側(cè)要求計(jì)費(fèi)，故低壓（二次）側(cè)需設(shè)電壓互感器，高壓側(cè)同樣需設(shè)電壓互感器，按正常運(yùn)行方式選擇變壓器容量。 該主結(jié)線圖高壓側(cè)采用外橋結(jié)線，兩回進(jìn)線中，采用一回主供，一回備用。變壓器采用兩臺(tái)三相主變壓器，其繞組聯(lián)結(jié)形式為YNd-11變壓器，二次繞組有一相接地并與鋼軌連接。由于該變電所的供電方式是單線雙邊供電，饋線有兩條，考慮到經(jīng)濟(jì)性，牽引負(fù)荷母線不采用帶旁路母線的單母線分段接線方式，但為了保證饋線供電的可靠性，采用100%備用斷路器饋線接線方式，每回饋線接兩臺(tái)斷路器，一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)備用。每個(gè)分段母線都設(shè)有單相電壓互感器和避雷器，以便某分段母線檢修或故障停電時(shí)，它們不致中斷工作。 該牽引變電所的運(yùn)行方式如下： 1． 一次側(cè) 兩路110KV進(jìn)線，一路工作，一路備用，變壓器相同，1B工作，2B全備用。當(dāng)110KV進(jìn)線1發(fā)生故障時(shí)，只需合上外跨橋上的隔離開關(guān)。1B發(fā)生故障時(shí)，若采用110KV進(jìn)線1工作，也合外跨橋上的隔離開關(guān)。設(shè)備的檢修相同。 2． 二次側(cè) 當(dāng)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，合上分段母線上相應(yīng)的隔離開關(guān)，27.5KV的饋線能繼續(xù)工作。斷路器及其他設(shè)備發(fā)生故障或檢修相同。但饋線上的斷路器采用100%的備用，所以該斷路器發(fā)生故障或檢修時(shí)，只需合上另外一個(gè)。 第三章 短路計(jì)算 3.1短路計(jì)算的相關(guān)概念、內(nèi)容和目的 1． 短路,是指供電系統(tǒng)正常運(yùn)行情況外的，導(dǎo)電相與相或相與地之間負(fù)荷支路被旁路的直接短路或經(jīng)過(guò)一個(gè)很小的故障點(diǎn)阻抗短接。 2． 短路計(jì)算的主要內(nèi)容是確定短路電流的大小，即最大短路電流的大小。 3． 短路計(jì)算的目的，是通過(guò)短路過(guò)程的研究及計(jì)算短路電流的量值，從而達(dá)到供電系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)和安全可靠運(yùn)行的重要因素。 3.2短路點(diǎn)的選取 因短路計(jì)算的主要內(nèi)容是確定最大短路電流的大小，所以對(duì)一次側(cè)設(shè)備的選取一般選取高壓母線短路點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)；對(duì)二次側(cè)設(shè)備和牽引饋線斷路器的選取一般選取低壓母線短路點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)。 3.3短路計(jì)算 電路簡(jiǎn)化圖如圖 3-1所示 圖3-1 額定電壓與平均電壓之間的關(guān)系如表3-1所示： 表3-1 短路計(jì)算用電網(wǎng)平均電壓 額定電壓Ue(Kv) 220 110 35 25 10 6 平均電壓Up(Kv) 230 115 37 27.5 10.5 6.3 Ⅰ、上圖系統(tǒng)電力變壓器的總?cè)萘繛椋? 系統(tǒng)供電電源容量： 因此，在降壓變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路時(shí)，供電電源視為無(wú)限大容量供電狀態(tài)。 Ⅱ、在上述前提條件下，周期分量電流有效值的標(biāo)幺值,其中為線路總阻抗的標(biāo)幺值，與線路的長(zhǎng)度成正比，與線路的長(zhǎng)度成反比，因此選取線路L7、L8，而不取線路L9、L10。取其中較大的作為選擇斷路器的參考依據(jù)。 Ⅲ、取, ① 發(fā)電機(jī)：(可忽略) ② 220KV輸電線： ③ 220/110KV變壓器： ④ 220/110KV變壓器： ⑤ 1100KV輸電線： ⑥ 110/27.5KV變壓器： ⑦ 110/27.5KV變壓器： ⑧ 由于其次邊230V處接有一熔斷器，因此其次邊短路時(shí)會(huì)自動(dòng)熔斷，且其次邊并未與變壓器構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，于是計(jì)算時(shí)可以不予考慮。 Ⅳ、計(jì)算 ⅰ、d1處發(fā)生三相短路時(shí)，等值計(jì)算網(wǎng)絡(luò)圖3-2如下： 圖3-2 ① ② 周期分量電流有效值的標(biāo)幺值： ③ 周期分量電流有名值： ④ 取，則有： 沖擊電流 ⅱ、d2、d3、d4處發(fā)生三相短路時(shí)，等值計(jì)算網(wǎng)絡(luò)圖3-3如下： 圖3-3 ① 由于d2、d3、d4都是直接在110KV側(cè)短路，且屬于并聯(lián)運(yùn)行，于是此三 處短路電流值相同 (此處計(jì)算d2) 。 ② ③ 周期分量電流有效值的標(biāo)幺值： ④ 周期分量電流有名值： ④ 取，則有： 沖擊電流 Ⅲ、對(duì)牽引變電所主變壓器： 側(cè)額定電流： 側(cè)額定電流： 短路計(jì)算值一覽表見表3-2： 表3-2 數(shù)據(jù) 額定電流 各短路點(diǎn)的短路電流值 (A) (KA) (KA) (KA) 27.5Kv 78.73 2.679 7.160 4.313 110Kv 314.92 1.158 3.095 1.864 第四章 設(shè)備及選型 4.1母線的選擇及校驗(yàn) 4.1.1 110KV側(cè)母線采用軟母線 1． 按最大長(zhǎng)期工作電流選擇母線截面 根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應(yīng)使最大長(zhǎng)期工作電流小于，即；最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮， 則 由《電力牽引供變電技術(shù)》附錄二附表3查出鋁母線（LMR型）15×3的允許載流量為156A（環(huán)境溫度為時(shí)），大于最大工作電流，故初選15×3=45mm2截面的鋁母線（單條平放）。 2． 校驗(yàn)?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應(yīng)先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對(duì)應(yīng)的值，再由求出，再次利用曲線找出對(duì)應(yīng)的，曲線如圖4-1所示。 短路電流計(jì)算時(shí)間 式中根據(jù)《電力系統(tǒng)分析》書表6-3取得。 短路電流熱效應(yīng)： 由，在《電力牽引供變電技術(shù)》圖6.6中查得鋁曲線 在《電力牽引供變電技術(shù)》中查表6.6可得，對(duì)應(yīng)鋁母線曲線的縱坐標(biāo)為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 4.1.2 27.5KV側(cè)母線選用矩形鋁母線（室內(nèi)選硬母線） 1． 按最大長(zhǎng)期工作電流選擇母線截面 根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應(yīng)使最大長(zhǎng)期工作電流小于，即；最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮，則 由《電力牽引供變電技術(shù)》附錄二附表3查出鋁母線40×4的允許載流量為456A（環(huán)境溫度為時(shí)），大于最大工作電流，故初選40×4=160mm2截面的鋁母線（單條平放）。 2． 校驗(yàn)?zāi)妇€的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應(yīng)先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對(duì)應(yīng)的值，再由求出，再次利用曲線找出對(duì)應(yīng)的。 母線在最大負(fù)荷時(shí)的溫度； 短路電流熱效應(yīng)： 由，在《電力牽引供變電技術(shù)》圖6.6中查得鋁曲線 在《電力牽引供變電技術(shù)》中查表6.6可得，對(duì)應(yīng)于鋁母線曲線的縱坐標(biāo)為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 3． 校驗(yàn)?zāi)妇€的機(jī)械穩(wěn)定性 設(shè)母線采用水平排列平放，則沖擊電流 已知：a=40cm，l=120cm，h=40mm，b=4mm則 三相短路時(shí)，相間電動(dòng)力為： 母線平放及水平排列時(shí)，其抗彎模量為： 母線的計(jì)算應(yīng)力： 由《電力牽引供變電技術(shù)》表6.4知，鋁母線的允許應(yīng)力為，，滿足機(jī)械穩(wěn)定性。故最后確定選擇截面為40×4=160mm2的鋁母線。 4.2 支柱絕緣子及穿墻套管的選取及校驗(yàn) 由于牽引變壓器安裝在室外，而進(jìn)線是直接接到牽引變壓器上的，所以不用穿墻導(dǎo)管，故對(duì)于側(cè)只需選擇支柱絕緣子而不需要選擇穿墻導(dǎo)管。而側(cè)的設(shè)備既有安裝在室外的也有安裝在室內(nèi)，所以對(duì)側(cè)既需要選擇支柱絕緣子，也需要選擇穿墻導(dǎo)管。 4.2.1 110kV側(cè)支柱絕緣子選取 1． 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子時(shí)，可按變壓器側(cè)額定電壓考慮。 查附表11可以初選型號(hào)為ZS-110/3的絕緣子，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-1： 表4-1 支柱絕緣子（型號(hào)） 額定電壓（kV） 機(jī)械破壞荷重（KN） ZS—110/3 110 3 2.支柱絕緣子機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)： 絕緣子受力(取L=120cm,a=40cm) 故能滿足機(jī)械穩(wěn)定性要求 4.2.2 27.5KV側(cè)支柱絕緣子選取 1． 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側(cè)額定電壓 考慮。 查附表11可以初選型號(hào)為ZA-35Y的絕緣子，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-2： 表4-2 支柱絕緣子（型號(hào)） 額定電壓（kV） 機(jī)械破壞荷重（kN） ZA—35Y 35 3.75 2.支柱絕緣子機(jī)械穩(wěn)定校驗(yàn)：由計(jì)算知27.5kV三相短路的相間電動(dòng)力為： 故能滿足機(jī)械穩(wěn)定要求 4.2.3 27.5KV側(cè)穿墻套管選取 1． 按最大長(zhǎng)期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過(guò)載1.3倍考慮。 可初選CLB-35/600型穿墻，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-3： 表4-3 穿墻套管(型號(hào)) 額定電壓（kV） 額定電流（A） 機(jī)械破壞荷重（kN） 熱穩(wěn)定電流(KA)不小于 CLB-35/600 35 600 7.5 10s(銅導(dǎo)體導(dǎo)管) 5s(鋁導(dǎo)體導(dǎo)管) 12.0 12.0 2.穿墻套管熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 故其滿足熱穩(wěn)定性要求. 3.穿墻套管機(jī)械穩(wěn)定性校驗(yàn)： 由前面計(jì)算知27.5kV三相短路的相間電動(dòng)力為 故其滿足機(jī)械穩(wěn)定性要求 4.3 高壓斷路器選取及校驗(yàn) 交流牽引負(fù)荷側(cè)由于故障跳閘頻繁，操作次數(shù)多，從減少運(yùn)行維修工作量考慮，本設(shè)計(jì)側(cè)選用斷路器，側(cè)選用真空斷路器。 4.3.1 110KV側(cè)斷路器選取 1． 最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮。 初選額定電流為1000A的型少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-4： 表4-4 型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過(guò)電流 5s熱穩(wěn)定電流 （kA） 峰值 有效值 110 1000 55kA 32kA 21 2． 短路關(guān)合電流的校驗(yàn) 極限通過(guò)電流為，而，所以，故滿足要求。 3． 校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性 由前面選擇硬母線處可得： 而 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以，選用額定電流為1000A的型少油斷路器。 4.3.2 27.5kV側(cè)斷路器選取 1． 最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮 初選額定電流為1000A的LN1-27.5型的斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-5： 表4-5 型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過(guò)電流 4s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 LN1-27.5 25 600 25kA 14.5kA 8.5 2.短路關(guān)合電流的校驗(yàn) 極限通過(guò)電流為，而，所以，故滿足要求。 3.校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性 由前面選擇27.5KV母線處可得： ， 而 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以，選用額定電流為1000A的LN1-27.5型的斷路器。 4.4 高壓熔斷器的選取及校驗(yàn) 熔斷器是用以切斷過(guò)載電流和短路電流，選擇熔斷器時(shí)首先應(yīng)根據(jù)裝置地點(diǎn)和使用條件確定種類和型式；對(duì)于保護(hù)電壓互感器用的高壓熔斷器，只需要按額定電壓和斷流容量?jī)身?xiàng)來(lái)進(jìn)行選擇。 4.4.1 27.5kV側(cè)高壓熔斷器選用RW1-35Z型戶外高壓熔斷器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-6： 表4-6 型號(hào) 額定電壓（kV） 切斷極限短路電流時(shí)電流最大峰值(KA) 最大斷流容量（MVA） RW1-35Z 35 8 200 ① 滿足電壓要求 ②熔斷器開斷電流校驗(yàn) 所以RW1-35Z高壓熔斷器滿足要求 4.4.2 230V處的熔斷器也可選用RW1-35Z型。 4.5 隔離開關(guān)的選取及校驗(yàn) 由于在所設(shè)計(jì)的電氣主結(jié)線中，側(cè)隔離開關(guān)在室外，而側(cè)既有室內(nèi)的也有室外的，所以對(duì)側(cè)只需選擇室外的，而側(cè)要選擇室內(nèi)和室外的。 4.5.1 110kV側(cè)隔離開關(guān)選取 1． 最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮 而要滿足，可初選型號(hào)為GW4-110/600的隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-7： 表4-7 型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過(guò)電流 5s熱穩(wěn)定電流 （kA） 峰值 有效值 GW4-110/600 110 600 50kA -- 14 2． 校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性 ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以側(cè)隔離開關(guān)選用型號(hào)為戶外GW4-110/600。 4.5.2 27.5KV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取 1． 最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮。 而，所以初選型號(hào)為GW2-35/600戶外隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-8： 表4-8 型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過(guò)電流 熱穩(wěn)定電流（kA） 5s 峰值 有效值 GW2-35/600 35 600 50kA —— 14 2． 戶外隔離開關(guān)的校驗(yàn) ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性。 所以側(cè)戶外隔離開關(guān)選用型號(hào)GW2-35/600。 4.5.3 27.5KV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取 1． 最大長(zhǎng)期工作電流按變壓器過(guò)載1.3倍考慮 而，所以初選型號(hào)為GN2-35T/600戶內(nèi)隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-9： 表4-9 型號(hào) 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過(guò)電流 5s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 GN2-35T/600 35 600 64KA 30KA 25 2． 校驗(yàn)短路時(shí)的熱穩(wěn)定性 ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以27.5KV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選用型號(hào)為GN2-35T/600。 4.6 電壓互感器選取 4.6.1 110KV側(cè)電壓互感器選取 供繼電保護(hù)用的電壓互感器的選擇：準(zhǔn)確級(jí)為3級(jí)。 供110kV側(cè)計(jì)費(fèi)的電壓互感器選擇：準(zhǔn)確級(jí)0.5級(jí)。 由于電壓互感器裝于110kV側(cè)用于計(jì)費(fèi)，并不需要起保護(hù)作用，因?yàn)槿绻?10kV側(cè)發(fā)生故障或事故時(shí)，其地方的電力系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)繼電保護(hù)裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用型準(zhǔn)確級(jí)0.5級(jí)，額定容量500VA的電壓互感器便可以滿足要求。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-10: 表4-10 型號(hào) 額定電壓（kV） 額定容量（V.A） 最大容量（V.A） 原線圈 副線圈 0.5級(jí) 1級(jí) 3級(jí) 300 500 500 2000 由于電壓互感器是并接在主回路中，當(dāng)主回路發(fā)生短路時(shí)，短路電流不會(huì)流過(guò)互感器，因此電壓互感器不需要校驗(yàn)短路的穩(wěn)定性。 4.6.2 27.5KV側(cè)電壓互感器選取 由于電壓互感器裝于27.5kV側(cè)要起到保護(hù)作用，用于保護(hù)牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準(zhǔn)確級(jí)需要3級(jí)，因此選用JDJJ-35型準(zhǔn)確級(jí)3級(jí)，額定容量600VA的電壓互感器可以滿足要求。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-11： 表4-11 型號(hào) 額定電壓（kV） 額定容量（V.A） 最大容量（V.A） 原線圈 副線圈 0.5級(jí) 1級(jí) 3級(jí) JDJJ-35 150 250 600 1200 由于電壓互感器是并接在主回路中，當(dāng)主回路發(fā)生短路時(shí)，短路電流不會(huì)流過(guò)互感器，因此電壓互感器不需要校驗(yàn)短路的穩(wěn)定性。 4.7 電流互感器選擇 4.7.1 110KV側(cè)電流互感器選擇 1． 最大長(zhǎng)期工作電流可按變壓器過(guò)載1.3倍考慮 ， ， 而，可初選型號(hào)為L(zhǎng)CW-110的電流互感器，測(cè)量計(jì)費(fèi)用0.5級(jí)，保護(hù)用1級(jí)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-12： 表4-12 型號(hào) 額定電壓 額定電流比 準(zhǔn)確級(jí)次 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù) LCW—110 110kV 600/5A 0.5 1 75 150 2． 二次負(fù)載的計(jì)算與校驗(yàn) 電流互感器二次負(fù)載統(tǒng)計(jì)表見表4-13： 表4-13 儀表名稱 二次負(fù)荷（V.A） A相 B相 C相 電流表（IT1-A型） 有功功率表（ID1-W） 有功電度表（DS1） 無(wú)功電度表（DX1） 電流繼電器(DL-12) 總 計(jì) — 3.0 — 1.5 — 1.5 0.5 — 0.5 0.5 — 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（B相）負(fù)載為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 取 式中為此型號(hào)流互1級(jí)的二次負(fù)荷。 則可得導(dǎo)線電阻為 因銅導(dǎo)線，, 則其截面 因此，選擇截面為的銅導(dǎo)線，可滿足要求。 3． 校驗(yàn)熱穩(wěn)定性 ——式中為流互一次額定電流。 因此滿足熱穩(wěn)定性要求 4． 校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性 按的條件校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性 校驗(yàn)作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機(jī)械應(yīng)力： 設(shè)相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離 則作用于瓷套帽上的機(jī)械應(yīng)力為 ： 說(shuō)明互感器對(duì)機(jī)械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的LCW—110型電流互感器能滿足要求。 4.7.2 側(cè)中性點(diǎn)接地電流互感器 同110KV流互要求相同，選型號(hào)LCW—110型電流互感器，也分為測(cè)量、保護(hù)，等級(jí)同上。 4.7.3 27.5KV側(cè)電流互感器選擇 1． 最大長(zhǎng)期工作電流可按變壓器過(guò)載1.3倍考慮： ， 而，可以初選型號(hào)為的電流互感器，繼電保護(hù)采用3級(jí)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表4-14： 表4-14 型號(hào) 額定電壓（kV） 額定電流比（A） 準(zhǔn)確級(jí)次 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù) 27.5 750/5 1/10P2 84 94 2． 二次負(fù)載的計(jì)算與校驗(yàn)。 電流互感器二次負(fù)載統(tǒng)計(jì)表見表4-15： 表4-15 儀表名稱 二次負(fù)荷（V.A） A相 B相 C相 電流表（IT1-A型） 有功功率表（ID1-W） 有功電度表（DS1） 無(wú)功電度表 (DX1) 電流繼電器(DL-12) 總 計(jì) — 3 — 1.5 — 1.5 0.5 — 0.5 0.5 — 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（B相）負(fù)載為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，取 則可得導(dǎo)線電阻為： 銅導(dǎo)線，,則其截面因此，選擇截面為的銅導(dǎo)線，可滿足要求。 3． 校驗(yàn)熱穩(wěn)定性 滿足熱穩(wěn)定性要求 4． 校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性 按的條件校驗(yàn)機(jī)械穩(wěn)定性 校驗(yàn)作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機(jī)械應(yīng)力： 設(shè)相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離，則作用于瓷套帽上的機(jī)械應(yīng)力為 ： 說(shuō)明互感器對(duì)機(jī)械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的LZBJ1-27.5型電流互感器能滿足要求。 4.8避雷器的選取 1． 50%擊穿電壓是指在該電壓下進(jìn)行多次試驗(yàn)，氣隙擊穿概率為50%。 110kV為1410/1200kA；27.5kV為700/350kA 2． 選擇交流磁吹閥式避雷器FCZ-110型避雷器作為主變壓器中性點(diǎn)的避雷保護(hù)，該避雷器的參數(shù)如下表4-16(查《高電壓技術(shù)附表2.2》)： 表4-16 型號(hào) 額定電壓有效值/KV 滅弧電壓有效值/KV 工頻放電電壓有效值 沖擊放電電壓不大于 不小于 不大于 FCZ-110 110 126 255 KV 290 KV 345 KV 3． 選用Y5W5—126/439 ZnO避雷器作為110kV交流電氣設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)，查《高電壓技術(shù)附表2.4》，參數(shù)如表4-17： 表4-17 型號(hào) 額定電壓有效值 系統(tǒng)額定電壓有效值 殘壓峰值/KV 雷電沖擊電流下不大于 操作沖擊電流下不小于 陡坡沖擊電流下不大于 Y5W5-126/439 126 KV 73 KV 332 282 382 4． 27.5KV側(cè)的避雷器選用FZ—30J普通閥式避雷器,用來(lái)保護(hù)相應(yīng)電壓等級(jí)，電氣設(shè)備免受大氣過(guò)電壓和某些操作過(guò)電壓的危害，查《高電壓技術(shù)附表2.1》，參數(shù)如表4-18： 表4-18 型號(hào) 額定電壓有效值/KV 滅弧電壓有效值/KV 工頻放電電壓有效值 預(yù)放電時(shí)間1.5-20及波形 不小于 不大于 FZ—30J 30 25 56KV 67KV 110KV 綜上避雷器選取結(jié)果見表4-19： 表4-19 保護(hù)地點(diǎn) 主變110kV側(cè)中性點(diǎn)保護(hù) 110kV側(cè)設(shè)備保護(hù) 27.5kV側(cè)設(shè)備保護(hù) 選用型號(hào) 交流磁吹閥式避雷器FCZ-110型避雷器 Y5W5—126/439 ZnO避雷器 FZ—30J普通閥式避雷器 4.9避雷針的選取 按設(shè)計(jì)要求需要3避雷針三座，以單支避雷針考慮，參考《高電壓技術(shù)》中的計(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=30m，在10m高度上的保護(hù)半徑為： 在地面上的保護(hù)半徑為： 因此，三座此高度避雷針足以保護(hù)此變電所。 電氣設(shè)備一覽表 名稱 型號(hào) 數(shù)量 單位 側(cè)軟母線 LMR- 3 根 側(cè)硬母線 LMY- 3 根 側(cè)支柱絕緣子 ZS—110/3 3 個(gè) 側(cè)支柱絕緣子 ZA-35Y 3 個(gè) 側(cè)穿墻導(dǎo)管 CLB-35/600 3 個(gè) 側(cè)少油斷路器斷路器 4 組 側(cè)六氟化硫斷路器 LN1-27.5 5 個(gè) (230V)側(cè)戶外高壓熔斷器 RW1-35Z 3 個(gè) 側(cè)隔離開關(guān) GW4-110/600 12 組 側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān) GN2-35T/600 8 個(gè) 側(cè)戶外隔離開關(guān) GW2-35/600 4 個(gè) 側(cè)電壓互感器 測(cè)量計(jì)費(fèi) JCC6-100 0.5級(jí) 2 組 繼電保護(hù) JCC6-100 3級(jí) 2 側(cè)電壓互感器 JDJJ-35 2 個(gè) 側(cè)電流互感器 測(cè)量計(jì)費(fèi) LCW-110 0.5級(jí) 2 組 繼電保護(hù) LCW-110 1級(jí) 2 側(cè)中性點(diǎn)接地電流互感器 測(cè)量監(jiān)視 LCW-110 0.5級(jí) 2 個(gè) 繼電保護(hù) LCW-110 1級(jí) 2 側(cè)電流互感器 16 個(gè) 側(cè)ZnO避雷器 Y5W5—126/439 3 組 側(cè)中性點(diǎn)接地磁吹閥式避雷器 FCZ—110 2 個(gè) 側(cè)普通閥式避雷器 FZ—30J 4 個(gè) 避雷針 高度30m 3 座 電抗器(室外) L 2 個(gè) 電容器(室內(nèi)) C 2 個(gè) 參考書目 1、 賀威俊.電力牽引供變電技術(shù).成都:西南交通大學(xué)出版社.2004 2、 簡(jiǎn)克良.電力系統(tǒng)分析.成都:西南交通大學(xué)出版社.1993 3、 楊保初.高電壓技術(shù).重慶大學(xué)出版社. 4、 于松偉.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用.西南交通大學(xué)出版社. 5、 馮仁杰.電氣化鐵道供電系統(tǒng).中國(guó)鐵道出版社 6、 林秀海.電氣化鐵道供變電工程.中國(guó)鐵道出版社 后記 通過(guò)6周對(duì)牽引供變電系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步掌握了牽引供變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些原則以及選擇牽引供電系統(tǒng)主接線方式的問(wèn)題,其中包括短路計(jì)算、設(shè)備的選擇及校驗(yàn)。這次設(shè)計(jì)，是在結(jié)合了上學(xué)期學(xué)習(xí)的幾門專業(yè)課的基礎(chǔ)上完成的，設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)自己存在很多的問(wèn)題，特別是對(duì)供電與繼電保護(hù)之間的聯(lián)系上還很不足。雖然，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)，但是總體上來(lái)說(shuō)，質(zhì)量不高，可以說(shuō)，通過(guò)設(shè)計(jì)所學(xué)到的東西比設(shè)計(jì)本身要多，而體現(xiàn)在設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性的東西幾乎沒有，畢竟個(gè)人的知識(shí)面和水平還很有限。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，這也是一種鞭策，雖然我們現(xiàn)在還談不上創(chuàng)新，但是至少我們已經(jīng)有這方面的想法，更重要的是我們正朝著這方面在不斷的努力。我相信過(guò)程和結(jié)果是同等重要的。 在各種資料以及筆記等的條件下，個(gè)人獨(dú)立完成了絕大部分的設(shè)計(jì)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，我們也會(huì)積極討論，有時(shí)，還有激烈的辯論，繼而加深了同學(xué)以及團(tuán)隊(duì)之間的友誼。同時(shí)，深深地感謝XXX老師對(duì)我的幫助！ - 32 -