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1、2010級牽引供電課程設(shè)計牽引供電課程設(shè)計報告書題 目牽引變電所H電氣接線設(shè)計院/系(部)電氣工程系班 級方1010-7學(xué) 號 20106811姓 名呂文州指導(dǎo)教師王慶芬完成時間2013年12月20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發(fā)展。牽引變電所是電氣化鐵路的重要組成部分，它直接影響整個電氣化鐵路的安全與經(jīng)濟(jì)運行，是聯(lián)系供電系統(tǒng)和電氣化鐵路的橋梁，起著變換和分配電能的作用。主接線是變電所的重要組成部分，是進(jìn)行變電所的設(shè)計、施工和運營管理的重要依據(jù)。在本次課程設(shè)計中，我們用所學(xué)知識設(shè)計出符合任務(wù)要求的牽引變電所結(jié)構(gòu)和接線方式。通過負(fù)荷計算選取了主變壓器的型號和容量，同時對
2、選擇了負(fù)荷側(cè)的接線方式。并運用AutoCAD軟件繪制出了主接線圖。再通過短路電流計算選擇了變壓器兩側(cè)斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、母線和避雷器等電氣設(shè)備的型號。同時介紹了在變壓器霍西安路發(fā)生故障時運行方式的切換方法。從而，完成了本次課程設(shè)計。關(guān)鍵詞： 牽引變電所變壓器主接線目錄第1章課程設(shè)計任務(wù)11.1設(shè)計的基本要求11.2設(shè)計的依據(jù)1第2章主接線的設(shè)計22.牽引變電所主結(jié)線的概述22.1.1電氣主接線基本要求32.1.2高壓側(cè)主接線的基本方式32.1.3牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇6第3章牽引變電所變壓器的選擇63.1牽引變壓器的接線形式及選擇63.2牽引變壓器容量的計算83.2
3、.1計算容量83.2.2校核容量93.2.3安裝容量和臺數(shù)9第4章牽引變電所的短路計算94.1短路計算的目的94.2短路點的選取104.3短路計算10第5章高壓設(shè)備的選擇125.1電氣設(shè)備選擇原則125.2母線的選擇125.2.1110kV側(cè)進(jìn)線的選擇125.2.227.5kV側(cè)母線的選擇145.3高壓斷路器的選取155.3.1110kV側(cè)斷路器選取165.3.227.5 kV側(cè)斷路器選取165.4高壓熔斷器的選取及校驗175.5隔離開關(guān)的選取及校驗175.5.1110kV側(cè)隔離開關(guān)選取185.5.227.5kV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取185.5.327.5kV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取195.6電壓互感器
4、的選取195.7電流互感器的選取205.7.1110kV側(cè)電流互感器的選取205.7.227.5kV側(cè)電流互感器的選取21第6章防雷保護(hù)和接地裝置226.1避雷裝置的選取226.2接地裝置的選擇23第6章結(jié)論24參考文獻(xiàn)25 第1章課程設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計的基本要求A. 確定牽引變電所的高壓側(cè)電氣主接線的形式，并分析主變壓器或110kv 線路故障時運行方式的轉(zhuǎn)換。B. 確定變壓器的容量、臺數(shù)及接線方式。C. 確定牽引負(fù)荷側(cè)電氣主接線的形式。D. 對變電所進(jìn)行短路計算，并進(jìn)行電氣設(shè)備選擇。E. 設(shè)置合適的過電壓保護(hù)裝置、防雷裝置以及提高接觸網(wǎng)功率因數(shù)的裝 置。F. 用CAD畫出整個牽引變電所的電氣
5、主接線圖。1.2設(shè)計的依據(jù)A. 該通過式牽引變電所的供電電源電壓為110kv，電力系統(tǒng)不要求在110kv側(cè) 計費。電力系統(tǒng)容量為3100MVA，選取基準(zhǔn)容量 為1000MVA，在最大運 行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值分別為為0.23；在最小運行方式下，電 力系統(tǒng)的標(biāo)幺值為0.25.B. 該牽引變電所想接觸網(wǎng)的供電方式為BT供電方式，且未單線區(qū)段，可以提 供變電所自用電，容量計算為1000KVA。C. 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 230A和160A，重負(fù)荷臂的最大電流為570A；輕負(fù)荷臂有效電流和平均電流 為170A和120A。D. 環(huán)境資料：本牽引
6、變電所地區(qū)平均海拔為510米，地層以砂質(zhì)粘土為主，地 下水位為5.5米，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38，年平均溫度為21，年最熱月平局最高氣 溫為33，年雷暴雨日數(shù)為26天，土壤凍結(jié)深度為1.2m。第2章主接線的設(shè)計2.牽引變電所主結(jié)線的概述牽引變電所（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
7、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)備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設(shè)計中，主結(jié)線的確定對變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質(zhì)量、運行靈活性和經(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3 。2.1.1電氣主接線基本要求(1)首先應(yīng)保證可靠性，并力求經(jīng)濟(jì)性。牽引變電所是國
8、家電力系統(tǒng)的級負(fù)荷，中斷供電將直接造成運輸阻塞，甚至造成人員生命傷亡、設(shè)備損壞，進(jìn)而導(dǎo)致的社會生產(chǎn)無法正常運行。因此，主結(jié)線的接線方式必須保證供電的安全可靠性。(2)具有必要的運行靈活性。由于接觸網(wǎng)事故較多，檢修頻繁，牽引變電所的停、送電操作、倒閘作業(yè)較多，主接線的靈活，可減少操作程序，避免誤操作。(3)應(yīng)具有較好的經(jīng)濟(jì)型。經(jīng)濟(jì)型主要取決于匯流母線的結(jié)構(gòu)類型與組數(shù)、主變壓器容量、結(jié)構(gòu)形式和數(shù)量、高壓斷路器配電單元存在數(shù)量、配電結(jié)構(gòu)類型和占地面積等因素。(4)應(yīng)力求結(jié)線簡潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地。主接線整體結(jié)構(gòu)和各回路應(yīng)力求簡潔清晰、便于操作運行。同時隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路運量的增長迅速
9、，牽引變電所增容、增加饋線的建設(shè)經(jīng)常存在。2.1.2高壓側(cè)主接線的基本方式(1)單母線接線如圖2-1所示圖2-1單母線結(jié)線圖單母線接線的特點是：這種接線簡單、設(shè)備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠。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，該回路停電，其他回路不受影響。檢修母線和與母線相連的隔離開關(guān)時，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。這種接線方式的缺點是母線故障時、檢修設(shè)備和母線時要造成停電；適用范圍：適用于對可靠性要求不高的1035kV地區(qū)負(fù)荷。(2)單母線分段接線這種接線方式的特點如圖2-2所示圖2-2單母線分段結(jié)線圖
10、這種接線解決了斷路器的公共備用和檢修備用，在調(diào)試、更換斷路器和整定繼電保護(hù)裝置時都可以不必停電，提高了供電可靠性。它廣泛應(yīng)用于牽引負(fù)荷和35kV以上線路中，特別是負(fù)荷較重要，線路斷路器較多，檢修斷路器不允許停電的場合。其主要的缺點是設(shè)備較多，接線較復(fù)雜，配電裝置的占地，面積大。(3)橋形接線當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，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2-3所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線路側(cè)。內(nèi)橋形結(jié)線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運行都比較方便。橋
11、形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運行，1QS和2QS是斷開的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器）仍可繼續(xù)工作。（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時隔離開關(guān)將跨條斷開，安裝兩組隔離開關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形結(jié)線的特點與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只要斷開它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時，將是與該線路連接的變壓器短時中斷運行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形
12、結(jié)線適用于電源線路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。橋型結(jié)線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結(jié)線。即在初期按橋形結(jié)線，將來有可能增加電源線路數(shù)時再擴(kuò)展為其他結(jié)線形式(a) 內(nèi)橋形 (b) 外橋形圖2-3內(nèi)橋和外橋結(jié)線圖2.1.3牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇本次設(shè)計是通過式牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應(yīng)該選擇橋型接線。兩回路電源引入線分別經(jīng)斷路器接入兩臺主變壓器。本次設(shè)計要求的供電距離比較長，牽引負(fù)荷的
13、變化比較劇烈，考慮到這些情況后，牽引變電所高壓側(cè)適合采用外橋接線。并且外橋接線中，兩臺主變壓器，只有3組斷路器，斷路器數(shù)量比較少、配電裝置簡單、清晰。無復(fù)雜的倒閘作業(yè)且具有一定的運行靈活性、供電可靠性，使用電器少，建設(shè)費用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線接線。即在初期按橋型結(jié)接線。將來有可能增加電源線路回路時再擴(kuò)展為其他接線形式。所以在本次設(shè)計中，在查閱相關(guān)資料后得出采用外橋接線是最適合本次設(shè)計的結(jié)論。第3章牽引變電所變壓器的選擇牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110kV或220kV三相電源變換成適合電力機(jī)車的27.5kV的單向工頻交流電。由于牽引負(fù)
14、荷具有極度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點，運行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣的多，因此要求牽引變壓器過負(fù)荷和抗短路沖擊的能力要強(qiáng)。根據(jù)這些特點對牽引變壓器的接線方式和安裝容量盡心選擇。3.1牽引變壓器的接線形式及選擇(1)YNd11接線變壓器這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相YNd11聯(lián)結(jié)牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運行；也可以一臺運行，另一臺固定備用。其原理電路和相量關(guān)系分別如圖3-1(a)和(b)所示三相聯(lián)結(jié)牽引變電所的優(yōu)點是：牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力；能很好的適應(yīng)當(dāng)一個供電臂出現(xiàn)很大牽引負(fù)荷時，另一供電臂卻沒有或只有很小牽引負(fù)荷的不均衡運行情況；(a) (b
15、)圖3-1三相連接牽引變壓器原理電路三相聯(lián)結(jié)變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經(jīng)驗，制造相對簡單，價格也較便宜；一次側(cè)YN聯(lián)結(jié)中性點可以引出接地，一次繞組可按分級絕緣設(shè)計制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。(2)單相聯(lián)結(jié)牽引變壓器單相牽引變電所的優(yōu)點：牽引變壓器的容量利用率可達(dá)100%；主結(jié)線簡單，設(shè)備少，占地面積小，投資省等。缺點：不能供應(yīng)地區(qū)和牽引變電所三相負(fù)荷用電；對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響最大；對接觸網(wǎng)的供電不能實現(xiàn)兩邊供電。這種聯(lián)結(jié)只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，三相負(fù)荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應(yīng)的場合。(3)單相V，v牽引變壓器單相V，v牽引變壓器的
16、優(yōu)點：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；正常運行時，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載；主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較省；對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)?。粚佑|網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點：當(dāng)一臺變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。(4)三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器不但保持了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的主要優(yōu)點，而且完全克服了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的缺點。最可取的是解決了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所不便于采用固定備用即其自動投入的問題。同時，三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器有兩臺獨立的鐵芯和對應(yīng)繞組通過電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相
17、等；兩臺的二次側(cè)電壓可以相同，也可以不相同，有利于實現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的連接形式。(5) 通過上面的介紹，本次接線適合選用YN，d11接線變壓器，這種變壓器高壓側(cè)采用Y接線，低壓側(cè)采用接線，這種接線對供電系統(tǒng)的負(fù)序影響小。并且低壓側(cè)采用接線，產(chǎn)生的諧波電流在其三角形接線的一次繞組內(nèi)形成環(huán)流，從而不致注如公共的高壓高壓電網(wǎng)中?；谶@些優(yōu)點，我國電氣化鐵路中直接供電和BT供電中普遍采用YN,d11接線方式。3.2牽引變壓器容量的計算牽引變電所容量的計算需要如下原始資料:通過區(qū)段的每日列車對數(shù)；車通過牽引變電所兩邊供電分區(qū)的走行時分、給電走行的時分和能耗；線路資料如
18、供電區(qū)長度、區(qū)間數(shù)、信號系統(tǒng)等。由此進(jìn)行列車電流與饋線電流的計算。因為該牽引變電所一邊饋線電流，另一邊，并且采用YNd113.2.1計算容量牽引變電所主變壓器采用接線，主變壓器的正常負(fù)荷計算： 將， 代入可以求得：3.2.2校核容量緊密運行狀態(tài)下的主變壓器的計算容量為：將 , 代入上面公式可以求得：牽引變壓器過負(fù)荷能力規(guī)定，對于YNd11變壓器按150%負(fù)荷倍數(shù)K確定校核容量： 因為計算容量大于校核容量所以選取計算容量作為變壓器的安裝容量考慮到未來運力發(fā)展的要求牽引變壓器應(yīng)有一定的余量即安裝容量為：可以求得3.2.3安裝容量和臺數(shù)根據(jù)上述變壓器容量計算的結(jié)果，并且參照壓器技術(shù)參數(shù)表，選擇兩臺S
19、FY-40000/110變壓器，一臺工作，另外一臺作為固定備用。當(dāng)工作變壓器需要進(jìn)行檢修時，或者排查故障時，只需要進(jìn)行一系列的倒閘作業(yè)就能讓備用變壓器投入使用從而不至于中斷供電影響鐵路的運行。第4章牽引變電所的短路計算4.1短路計算的目的(1)在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進(jìn)行必要的短路電流計算。(2)在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計算。(3)在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。(4)在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)
20、行整定計算時，需要短路電流提供依據(jù)。4.2短路點的選取因短路計算的主要內(nèi)容是確定最大短路電流，所以對一次側(cè)設(shè)備的選取一般選取高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側(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作為短路計算點。4.3短路計算電路簡化圖如圖 4-1：在圖中，點為高壓母線短路點，點為低壓母線短路點。圖4-1短路故障簡化圖取，變壓器和線路的阻抗標(biāo)幺值分別為： 式中：為變壓器電抗電壓；為系統(tǒng)容量；為變壓器額定容量；為線路單位電抗；為線路長度；短路回路的的等值電抗為短路電流標(biāo)幺值：短路電流有效值：點發(fā)生短路，各個短路電流的計算： 點發(fā)生短路：，,點短路電流標(biāo)幺值： 點短路點短路電流有效值
21、：點沖擊電流：，取沖擊系數(shù)點短路電流的最大有效值：點短路容量：發(fā)生短路，各個短路電流的計算為：，點短路電流標(biāo)幺值短路點短路電流的有名值：點沖擊電流：，取沖擊系數(shù)點短路電流的最大有效值：表4-1短路計算值(kA)(kA)(kA)側(cè)2.436.203.67側(cè)4.4711.386.75第5章高壓設(shè)備的選擇5.1電氣設(shè)備選擇原則由于電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體的用途以及工作條件各異，因此它們的選族校驗項和法方也都完全不相同。但是，電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體在正常運行和短路時都必須可靠地工作，為此它們的選擇都有一個共同原則。電氣設(shè)備選擇的一般原則(1)應(yīng)滿足正常運行檢修短路和過電壓情況下的要求并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展；(2)應(yīng)滿足
22、安裝地點和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；(3)應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；(4)同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；(5)與整個工程的建設(shè)協(xié)調(diào)一致；(6)選用的新產(chǎn)品品種均應(yīng)具有可靠的實驗數(shù)據(jù)并經(jīng)正式簽訂合格，特殊情況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)上級批準(zhǔn)。5.2母線的選擇本次設(shè)計高壓側(cè)采用橋型接線，所以高壓側(cè)沒有母線，但是要對進(jìn)線進(jìn)行選擇，一般采用鋼芯鋁絞線。在低壓側(cè)屋內(nèi)配電裝置中一般采用矩形截面的硬鋁母線（硬母線）。這是因為在截面積相同的條件下，矩形截面比圓形截面的周長大。故矩形截面母線散熱面積大，冷卻效果好的原因。目前在牽引變電所的一次側(cè)以及AT變電所的55kV牽引側(cè)皆裝用室外軟母線，所用線材也皆為圓形多股絞線。
23、這是由于圓形線可減少、避免發(fā)生電暈，而多股絞線較實心線柔韌且機(jī)械強(qiáng)度可靠，不至因個別處的缺陷嚴(yán)重影響整根線的機(jī)械強(qiáng)度。5.2.1110kV側(cè)進(jìn)線的選擇(1)最大負(fù)荷持續(xù)工作電流式中：為變壓器的額定容量；為線路的額定電壓。(2)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇進(jìn)線截面。式中：為經(jīng)濟(jì)電流密度。牽引變電所經(jīng)濟(jì)電流密度對于牽引負(fù)荷側(cè)。由式（5.6）得故應(yīng)選擇LGJ-240/30鋼芯鋁絞線，在最高允許溫度為時長期允許載流量為931A。(3)校驗熱穩(wěn)定性進(jìn)線在最大負(fù)荷時的溫度為短路電流計算時間短路周期分量電流熱效應(yīng)的計算：非周期分量電流發(fā)熱計算查表c=98。短路熱效應(yīng)滿足要求(4)校驗進(jìn)線機(jī)械穩(wěn)定性由技術(shù)數(shù)據(jù)可得：LG
24、J240/30鋼芯鋁絞線的計算拉力為75620N。5.2.227.5kV側(cè)母線的選擇27.5kV側(cè)母線的選取查表電力牽引供變電技術(shù)附表三LMY矩形導(dǎo)體尺寸 平放1129(A) 豎放1227(A)，大于最大工作電流1091A，故初步選用截面的鋁母線，校驗?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，找出對應(yīng)的值，再由求出，再次利用曲線找出對應(yīng)的。短路電流計算時間：短路熱效應(yīng)：由電力牽引供變電技術(shù)查表得： 得：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。校驗?zāi)妇€的機(jī)械（
25、動）穩(wěn)定性設(shè)母線采用水平放，沖擊電流已知a=40cm,l=120cm,h=50mm,b=6mm則三相短路時，相間電動力為：母線平放及水平排列時，其抗彎模量為母線應(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pa，滿足機(jī)械穩(wěn)定性，故最后選擇截面為的鋁母線5.3高壓斷路器的選取高壓斷路器（或稱高壓開關(guān)）是發(fā)電廠、變電所主要的電力控制設(shè)備，具有滅弧特性，當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，它能切斷和接通線路以及各種電氣設(shè)備的空載和負(fù)載電流；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，它和繼電保護(hù)配合，能迅速切斷故障電流，以防止擴(kuò)大事故范圍。因此，高壓斷路器工作的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行；高壓斷路器種類很多，按其滅弧的不同，
26、可分為：油斷路器（多油斷路器、少油斷路器）、六氟化硫斷路器（SF6斷路器）、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等。由于牽引變電所工作電流變動比較大，所以斷路器的工作環(huán)境比其他的變電所要惡略許多，斷路器的故障跳閘，操作次數(shù)要比一般的供變電系統(tǒng)多。從減少運行維修工作量考慮110kV用斷路器，27.5kV側(cè)選用電氣化鐵路專用的真空斷路器10。5.3.1110kV側(cè)斷路器選取(1)最大工作電流按變壓器1.3倍考慮初選額定電流為1000A的的六氟化硫斷路器表5-1參數(shù)表型號額定電壓（KV)額定電流（A）極限通過電流5s熱穩(wěn)定電流（KV）容值有效值110100055KA32KA21(2)短路關(guān)合電流校驗極限通過電
27、流為,而，所以滿足。(3)校驗短路時熱穩(wěn)定性： 而所以，滿足穩(wěn)定性要型斷路器。5.3.227.5 kV側(cè)斷路器選取(1)斷路器的最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而。初選額定電流為1000A的LN1-27.5型的真空短路器斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表：表5-2ZN1-27.5參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定電流（A）極限通過電流4s熱穩(wěn)定電流（kA）峰值有效值ZN1-27.527.5100030kA14.5kA11.5(2)短路關(guān)合電流的校驗極限通過電流為，而，所以，故滿足要求。(3)校驗短路時的熱穩(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1000
28、A的LN1-27.5型的真空斷路器。5.4高壓熔斷器的選取及校驗熔斷器是用以切斷過載電流和短路電流，選擇熔斷器時首先應(yīng)根據(jù)裝置地點和使用條件確定種類和型式；對于保護(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兩項來進(jìn)行選擇。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5-6：表5-3RW1-35Z參數(shù)表型號額定電壓（kV）切斷極限短路電流時電流最大峰值(KA)最大斷流容量（MVA）RW1-35Z358200按最大工作電壓選擇，滿足電壓要求按熔斷器開斷電流校驗所以RW1-35Z高壓熔斷器滿足要求5.5隔離開關(guān)的選取及校驗隔離開關(guān)配置在主接線上，保證了線路及設(shè)
29、備檢修時形成明顯的斷口與帶電部分隔離，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關(guān)時，必須遵守倒閘操作順序，即送電時，首先合上母線側(cè)隔離開關(guān)，其次合上線路側(cè)隔離開關(guān)，最后合上斷路器，停電則于上述相反由于在所設(shè)計的電氣主結(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，所以對側(cè)只需選擇室外的，而側(cè)要選擇室內(nèi)和室外的。5.5.1110kV側(cè)隔離開關(guān)選取(1)最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而要滿足，可初選型號為GW4-110/600的隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-7：表5-4GW4-110/600參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定電流（A）極限通過電流5s熱穩(wěn)定電流（kA）峰值有效值
30、GW4-110/60011060050kA-14(2)校驗短路時的熱穩(wěn)定性，所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。所以側(cè)隔離開關(guān)選用型號為戶外GW4-110/600。 5.5.227.5kV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取(1)最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮。而，所以選用型號為GW4-35/1000表5-5GW4-35/1000參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定電流（A）極限通過電流熱穩(wěn)定電流（kA）5s峰值有效值GW4-35/100035100080kA21.5(2)戶外隔離開關(guān)的校驗所以，故滿足熱穩(wěn)定性。所以側(cè)戶外隔離開關(guān)選用型號GW4-35/1000。 5.5.327.5kV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取(1)最大長期
31、工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而，所以初選型號為GN2-35T/1000戶內(nèi)隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-9：表5-6GN2-35T/1000參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定電流（A）極限通過電流 5s熱穩(wěn)定電流（kA）峰值有效值GN2-35T/100035100070KA49KA27.5(2)校驗短路時的熱穩(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)選用型號為GN2-35T/1000。5.6電壓互感器的選取供繼電保護(hù)用的電壓互感器的選擇：準(zhǔn)確級為3級。供110kV側(cè)計費的電壓互感器選擇：準(zhǔn)確級0.5級。由于電壓互感器裝于110kV側(cè)用于計費，并不需要起保護(hù)作用，因為如果11
32、0kV側(cè)發(fā)生故障或事故時，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護(hù)裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用型準(zhǔn)確級0.5級，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)見表表5-7參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定容量（V.A）最大容量（V.A） 原線圈 副線圈0.5級 1級3級3005005002000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，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。 (2) 側(cè)電壓互感器的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)確級需要3級，因此選用JDJJ-35型準(zhǔn)確級3級，額定容量60
33、0VA的電壓互感器可以滿足要求。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-11：表5-8JDJJ-35參數(shù)表型號額定電壓（kV）額定容量（V.A）JDJJ-35原線圈副線圈0.5級 1級3級JDJJ-35150 2506001200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，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。5.7電流互感器的選取5.7.1110kV側(cè)電流互感器的選取(1)最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，而，由表5-12查出電流互感器LCW-110的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為LCW-110的電流互感器。表5-9LCW-110參數(shù)表型號額定電流比A級
34、次組合準(zhǔn)確度級次額定二次負(fù)荷10%倍數(shù)1秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)0.513D二次負(fù)荷倍數(shù)LCW-1100.5/111.22.41.21575150(2)短路熱穩(wěn)定性校驗因為，故滿足熱穩(wěn)定性。(3)短路動穩(wěn)定性校驗 顯然，滿足動穩(wěn)定性。5.7.227.5kV側(cè)電流互感器的選取(1)最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮，而，由表5-13查出電流互感器LCW-35的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為LCW-35的電流互感器。 表5-10LCW- 35參數(shù)表型號額定電流比A級次組合準(zhǔn)確度級次額定二次負(fù)荷10%倍數(shù)1秒熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)0.513D二次負(fù)荷倍數(shù)LCW-350.5/11
35、1.22.41.21575150(2)短路熱穩(wěn)定性校驗 故滿足熱穩(wěn)定性。(3)短路動穩(wěn)定性校驗 故滿足動穩(wěn)定性。第6章防雷保護(hù)和接地裝置6.1避雷裝置的選取牽引變電所是重要的電力樞紐,一旦發(fā)生雷擊事故,就會造成大面積停電。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),就會損壞設(shè)備。因此,變電所實際上是完全耐雷的。變電所的雷害事故來自兩個方面: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。對直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。對雷電侵入波的防護(hù)的主要措施是閥式避雷器限制過電壓幅值,同時輔之以相應(yīng)措施,以限制流過閥式避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度，避雷器應(yīng)
36、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)計的平面布置圖，按設(shè)計要求應(yīng)當(dāng)設(shè)計4座避雷針，一單支避雷針考慮，參考高電壓技術(shù)中的計算可知，避雷針對所內(nèi)最高室外設(shè)備（不高于10m）的計算保護(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)避雷器的選擇能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護(hù)電工設(shè)備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)過電壓值達(dá)到規(guī)定的動作電壓時，避雷器立即動作，
37、流過電荷，限制過電壓幅值，保護(hù)設(shè)備絕緣；電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。在每路進(jìn)線終端均裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器。為了有效地保護(hù)主變壓器，閥式避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器安裝。變壓器兩側(cè)的避雷器應(yīng)與主變壓器中性點及其金屬外殼一同接地。 表6-1避雷器選型表保護(hù)地點主變110kV側(cè)中性點保護(hù)110kV側(cè)設(shè)備保護(hù)27.5kV側(cè)設(shè)備保護(hù)選用型號交流磁吹閥式避雷器FCZ-110型避雷器Y5W5126/439 ZnO避雷器FZ30J普通閥式避雷器6.2接地裝置的選擇(1)接地裝置的分類供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的接地按其作用的不同分為工作接地和保護(hù)接地兩類。工作接地是為了使電氣裝置滿
38、足正常工作需要而采取的接地措施保護(hù)接地系指高壓供變電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)，當(dāng)電氣設(shè)備絕緣損壞使設(shè)備外殼帶電時，為防止此電壓危及人身安全而將外殼接地的措施。(2)裝置的選擇接地裝置允許值，在110kV及以上電壓的大電流接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生單相接地，將有強(qiáng)大的單向短路電流從接地點流入地中，可能產(chǎn)生很高的接地電壓?？紤]接地繼電保護(hù)時繼電保護(hù)立即動作，在這類系統(tǒng)中規(guī)定最高允許接地電壓為2000V，因此其接地電阻應(yīng)滿足以下公式要求為計算用流經(jīng)過接地裝置的入地短路電流（A）；為考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻（）式中的計算可根據(jù)下列經(jīng)驗公式計算 式中，為電網(wǎng)的額定電壓，單位kV；為與側(cè)有電聯(lián)系的架空線路長度，單位為
39、km；為與側(cè)有電聯(lián)系的電纜線路長度，單位為km。經(jīng)過計算初步選擇采用復(fù)合接地體采用50505（mm）的角鋼長2.5m埋設(shè)深度為0.5m。水平接地體采用505（mm）的扁鋼，設(shè)埋設(shè)深度為0.5m與接地體焊接相連主變壓器器匯流處（接地相入地處）采用兩條扁鋼并聯(lián)，以提高回流效果。110kV電氣設(shè)備和27.5kV室外設(shè)備分別采用直徑為10mm的圓鋼作為接地體，與復(fù)合接地網(wǎng)相練及。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中給定的地質(zhì)水文資料，經(jīng)查相關(guān)資料得砂質(zhì)粘土土質(zhì)的電阻率為，則單根鋼管的接地電阻式中，l為鋼管接地體的長度，單位為m。根據(jù)，考慮到管子之間的電流屏蔽效應(yīng)，初選6根直徑50mm、長5m的鋼管作接地體。以和（a為鋼管
40、的管間距，單位為m）查有關(guān)資料可得（為多根接地體并聯(lián)時的利用系數(shù)）。利用逐步漸進(jìn)法求得因此可選擇6根直徑50mm、長5m的鍍鋅鋼管作接地體，用50mm5mm的鍍鋅扁鋼焊接，環(huán)形布置。第6章結(jié)論通過這次實踐，我了解了牽引變壓器的用途及工作原理，熟悉了牽引變壓器的設(shè)計步驟，鍛煉了工程設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。此次課程設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 課程設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。 但是課程設(shè)計也暴
41、露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解，等等。這次實踐使我明白自己知識還很淺薄，以后工作學(xué)習(xí)中應(yīng)該更加努力，使自己成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人，為祖國建設(shè)事業(yè)添上自己的微薄之力。參考文獻(xiàn)1 賀威俊，高仕斌等.電力牽引供變電技術(shù)M.西南交通大學(xué)出版社，20072 譚秀炳.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)（第三版）.西南交通大學(xué)出版社，20063 馬永翔，王世榮.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京大學(xué)出版社，20064 劉介才.工廠供電（第四版）.機(jī)械工業(yè)出版社，20095 劉介才等.工廠供電簡明設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19936 劉介才等.工廠供電設(shè)計指導(dǎo)N.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199823
通過式牽引變電所電氣設(shè)計
