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1、畢業(yè)設計 通過式牽引變電所電氣設計 The Electrical Design of the Through Type Traction Substation 畢業(yè)設計成績單畢業(yè)設計成績單 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計題目通過式牽引變電所電氣設計 指導教師姓名樊 偉 指導教師職稱講 師 評 定 成 績 指導教師 得分 評閱人 得分 答辯小組 組長 得分 成績 院長(主任) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計任務書畢業(yè)設計任務書 題 目通過式牽引變電所的電氣設計 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化 承擔指導 任務單位 電氣工程系 導師 姓名 導師 職稱 一、設計的內(nèi)容 A.確定

2、該牽引變電所的高壓側(cè)電氣主接線的形式，并分析其正常運行時的運行方式。 B.確定牽引變壓器的容量、臺數(shù)及接線形式。 C.確定牽引負荷側(cè)電氣主接線形式。 D.對牽引變電所進行短路計算，并進行電氣設備選擇。 E.設置合適的過電壓保護裝置、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主接線圖。 二、設計依據(jù)： 1.牽引變電所概述： (1)區(qū)域電網(wǎng)以雙回路110KV輸送電能，電力系統(tǒng)容量為3000MVA,選取基準容量為100M j S VA,在最大運行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標幺值為0.23，在最小運行方式下，電力系統(tǒng)的電抗標 幺值為0.25。 某牽引變電所B直接供電方式向

3、雙線區(qū)段供電，牽引變壓器類型為110/27.5KV，三相接線 ，兩供電臂電流歸算到27.5KV側(cè)電流如下表 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 18.3217195818148B 13.3144218637144 2.環(huán)境資料 本牽引變電所地區(qū)平均海拔為400米，地層以砂質(zhì)黏土為主，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，年最熱月平均最高氣溫為33，年雷 暴雨日數(shù)為26天，土壤凍結(jié)深度為1.2m。 教研室主任簽字時 間 年 月 日 畢

4、業(yè)設計開題報告畢業(yè)設計開題報告 題 目 通過式牽引變電所的電氣設計 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化 一、研究背景： 交通運輸是是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，鐵路運輸在我國五大交通運輸體系（鐵路、公里、航空 、水運和管道）占據(jù)主要地位。電力牽引是現(xiàn)代鐵路最先進的牽引動力，具有其他方式無法比擬 的優(yōu)勢:它牽引力大，對環(huán)境影響小，沒有蒸汽機車和內(nèi)燃機車所產(chǎn)生的廢氣和油的污染，能源利 用率高，整備時間短，機車效率高，控制性能好，平穩(wěn)，舒適。既適用于高速旅客運輸，也適合 重載運輸。 牽引變電所是電氣化鐵路的心臟，其主要作用是將110kV三相交流電轉(zhuǎn)換成27.5（55）kV單項 交流電，并供電給電力牽引網(wǎng)

5、和電力機車。所以，牽引變電所是接受與分配電能并改變電能電壓 的樞紐。所以保證牽引變電所的安全高效運行對電氣化鐵路來說是至關(guān)重要的，要確保牽引變電 所的安全高效運行就需要合理的對牽引變電所進行電氣化設計。牽引變電所根據(jù)在電網(wǎng)中的位置 、重要程度和電力系統(tǒng)向牽引變電所供電方式的不同可分為中心變電所、通過式牽引變電所和分 接式牽引變電所。本課程設計研究的就是分接式牽引變電所，它有兩路進線并有系統(tǒng)功率穿越。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 1879年5月，德國西門子和哈爾斯公司建造了世界上第一條電氣化鐵路。100多年以來，隨著 電機電器制造工業(yè)、電子工業(yè)和電力工業(yè)的發(fā)展，電氣化鐵路運輸以巨大的經(jīng)濟消息收到了世界

6、 各國的重視，得到飛速發(fā)展。在電氣化鐵路的早期發(fā)展階段，曾廣泛采用直流電力牽引，即電力 系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)牽引變電所降壓變成直流電，再通過牽引網(wǎng)給電力 機車使用。目前絕大多數(shù)國家都停止使用直流牽引變電技術(shù)。我國電氣化鐵路起步較晚，但是起 點較高。我國電氣化鐵路采用50kHz單相交流制，這是國際公認的優(yōu)越的電流制。 牽引變電所隨著電氣化鐵路的發(fā)展而發(fā)展，目前國際上電氣化鐵路普遍采用BT供電方式。在 一些客運專線上采用AT供電方式，這些先進的供電方式對牽引變電所的性能提出了更高的要求。 對變電所的安全運行和變電所的容量提出了更高的要求?，F(xiàn)在客運專線電氣化鐵路牽引變電所采 用單

7、相變壓器、室外補償電容裝置及室內(nèi)柜式27.5kV電氣設備。 三、研究方案： 1、按照鐵道部電氣化鐵路牽引變電所設計規(guī)范，參照設計任務書進行參數(shù)計算。 2、提出牽引變電所的幾種接線方案，確定最優(yōu)的接線方案。 3、參照任務書選擇變電所的備用方式。 4、根據(jù)計算確定各種開關(guān)隔離器件的型號。 5、確定防雷接地設施的。 6、用畫圖軟件CAD繪制牽引變電所的一次設備的接線圖。 四、預期結(jié)果： 完成任務書要求包括用CAD繪制出電氣主接線圖，對主接線上的高壓側(cè)和低壓側(cè)器件根 據(jù)計算要求按照國家標準進行選型。 指導教師簽字時 間 年 月 日 摘 要 自20世紀80年代以來，我國的電氣化鐵道有了很大的發(fā)展。牽引變

8、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，是進行變電所的設計、施工和運營管理的重要依據(jù)。在本次課程設計中 ，我們用所學知識設計出符合任務要求的牽引變電所結(jié)構(gòu)和接線方式。通過負荷計 算選取了主變壓器的型號和容量，同時對選擇了負荷側(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

9、計。 關(guān)鍵詞： 牽引變電所 變壓器 主接線 Abstract Traction substation is an important component of the Electrified railway, it has a direct impact on the Electrified railway, used as intermediate links to connect power plants and users. it plays an important role in the transformation and distribution of Electrified r

10、ailway. Electrical wiring is the main link of the main substation, also, the main electrical wiring directly is related to the development of the entire electrical substation, equipment selection, distribution equipment layout, protection devices and automatic identification, so it is the decisive f

11、actors of electrical investment. This thesis introduces the structure and connection modes of single-phase traction substation. Firstly, it selects the type and capacity of main transformer through the calculation of load, meanwhile, it presents the connection mode of the main transformer in detail,

12、 and maps out main connection with AutoCAD. Calculating short-current is the key of this thesis, and breakers, isolating switch, voltage transformer, current transformer, bus, arrester are selected according to the results of calculation. At the same time, some electrical devices are introduced. At

13、last, the reformation of Course design is completed.By checking various results of the calculation, the design of this thesis is reasonable and feasible. Keywords: Traction Substation Transformer Main connection I 目 錄 第1章 概述1 1.1 課題研究的目的意義1 1.2 電氣化鐵路的國內(nèi)外現(xiàn)狀1 1.3 論文研究的內(nèi)容 2 第2章 主接線的設計3 2.1 牽引變電所主結(jié)線的概述

14、3 2.1.1 電氣主接線基本要求3 2.1.2 高壓側(cè)電氣主接線設計應遵循的主要原則與步驟4 2.1.3 高壓側(cè)主接線的基本方式4 2.1.4 牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇6 2.2 牽引變電所饋線側(cè)主接線設計 7 2.2.1 牽引變電所饋線側(cè)的幾種接線形式7 2.3.2 牽引變電所饋線側(cè)接線的選擇8 第3章 牽引變電所變壓器的選擇8 3.1 牽引變壓器的接線形式及選擇 8 3.2 牽引變電所的備用方式及選擇 8 3.3 牽引變壓器容量的計算 8 3.3.1 計算容量8 3.3.2 校核容量8 3.3.3 安裝容量和臺數(shù)8 第4章 牽引變電所的短路計算8 4.1 短路計算的目的 8 4.2

15、短路點的選取 8 4.3 短路計算 8 第5章 高壓設備的選擇8 5.1 備選擇原則 8 5.2 母線的選擇 8 5.2.1 110kV側(cè)進線的選擇 8 5.2.2 27.5kV側(cè)母線的選擇 8 5.3 絕緣子和穿墻套管的選取 8 5.3.1 110kV側(cè)支柱絕緣子的選取 8 5.3.2 27.5kV側(cè)支柱絕緣子選取 8 5.4 27.5KV側(cè)穿墻套管選擇8 5.5 高壓斷路器的選取 8 5.5.1 110kV側(cè)斷路器選取 8 II 5.5.2 27.5 kV側(cè)斷路器選取 8 5.6 高壓熔斷器的選取及校驗 8 5.7 隔離開關(guān)的選取及校驗 8 5.7.1 110kV側(cè)隔離開關(guān)選取 8 5.7

16、.2 27.5kV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取 8 5.8.3 27.5kV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取 8 5.10 電流互感器的選取 8 5.10.1 110kV側(cè)電流互感器的選取 8 5.10.2 27.5kV側(cè)電流互感器的選取 8 第6章 繼電保護8 6.1 繼電保護的任務和要求 8 6.1.1 繼電保護的任務8 6.1.2 繼電保護基本要求8 6.2 電力變壓器繼電保護的選擇 8 第7章 防雷保護和接地裝置8 7.1 避雷裝置的選取 8 7.2 接地裝置的選擇 8 第8章 結(jié)論與展望8 8.1 結(jié)論 8 8.2 展望 8 參考文獻8 致謝8 附錄8 附錄A 外文翻譯8 附錄B 主接線圖8 畢業(yè)設計 1

17、第1章 概述 1.1 課題研究的目的意義 交通運輸是是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，鐵路運輸在我國五大交通運輸體系（鐵路 、公里、航空、水運和管道）占據(jù)主要地位。電力牽引是現(xiàn)代鐵路最先進的牽引動 力，具有其他方式無法比擬的優(yōu)勢:它牽引力大，對環(huán)境影響小，沒有蒸汽機車和內(nèi) 燃機車所產(chǎn)生的廢氣和油的污染，能源利用率高，整備時間短，機車效率高，控制 性能好，平穩(wěn)，舒適。既適用于高速旅客運輸，也適合重載運輸。 電力牽引的專用變電所。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 線上空架設的接觸網(wǎng)，為電力機車供電，因此牽引變電所是電氣化鐵

18、路的“心臟” 牽引變電所能否安全運行，直接關(guān)系的電氣化鐵路的運行情況。因此，對牽引變電 所的研究對電氣化鐵路的發(fā)展以及運行都有著很重要的意義，對國民經(jīng)濟也有直接 或間接的影響1。 1.2 電氣化鐵路的國內(nèi)外現(xiàn)狀 牽引變電所是電氣化鐵路的重要組成部分，目前電氣化鐵路廣泛采用單向工頻 供電法式。它是在20世紀50年代中期法國電氣化鐵路應用整流式交流電力機車獲得 成功之后開始推廣的。從那時以來，許多國家都相繼采用。這種電流制在電力機車 上降壓后應用整流裝置整流來供應直流牽引電動機。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加 大，牽引網(wǎng)電壓也相應提高。目前，較普遍應用的接觸網(wǎng)額定電壓是25kV。采用工 頻單相交流制的

19、優(yōu)點是，消除了低頻單相交流制的兩個主要缺點（與電力工業(yè)標準 頻率并行的非標準頻率和構(gòu)造復雜的交流整流子式牽引電動機）；牽引供電系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)和設備大為簡化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、 分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過的電流相對較小，從而使接 觸網(wǎng)導線截面減小、結(jié)構(gòu)簡化；牽引變電所的間距延長、數(shù)量減少；工程投資和金 屬消耗量降低，電能損失和運營費用減少；電力機車采用直流串勵牽引電動機，也 遠比交流整流子式牽引電動機牽引性能好，運行可靠。采用工頻單相交流制的缺點 是，對電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對沿 畢業(yè)設計 2 電氣化鐵

20、路架設的通信線有干擾。但是，經(jīng)過技術(shù)方面和經(jīng)濟方面的綜合分析比較 ，上述優(yōu)點是主要的。因此，我國電氣化鐵路采用工頻單相25kV交流制。 牽引變電所隨著電氣化鐵路的發(fā)展而發(fā)展，目前國際上電氣化鐵路普遍采用BT 供電方式。在一些客運專線上采用AT供電方式，這些先進的供電方式對牽引變電所 的性能提出了更高的要求。對變電所的安全運行和變電所的容量提出了更高的要求 ?，F(xiàn)在客運專線電氣化鐵路牽引變電所采用單相變壓器、室外補償電容裝置及室內(nèi) 柜式27.5kV電氣設備。變電所內(nèi)設置了接觸網(wǎng)自動檢測裝置，即短路檢測裝置和反 向電壓檢測裝置。保證設備及作業(yè)人員的安全。采用饋線斷路器操作失靈保護，斷 路器箱體和變壓

21、器碰殼保護、接觸網(wǎng)熱保護技術(shù)，提高了運營可靠性。采用遠動系 統(tǒng)，牽引變電所無人值班。牽引變電所保護系統(tǒng)全部采用數(shù)字化保護，動作準確、 可靠。保護設備部件集成化，體積小，占用空間少，故障串低，維修量少2。 1.3 論文研究的內(nèi)容 本次設計是根據(jù)設計任務書的要求并按照電氣化鐵路設計手冊對牽引變電所進 行設計，主要內(nèi)容包括牽引變電所高壓側(cè)主接線和負荷側(cè)的主接線的設計，確定變 壓器的臺數(shù)和型號，提出兩種供電方式并對兩種方案進行經(jīng)濟性能比較選擇最優(yōu)的 供電方案。按照主接線圖等效電路進行短路計算以便對對本牽引變電所的一次電氣 設備進行選擇（如：斷路器、隔離開關(guān)、母線、互感器等）。對牽引變電所的防雷 和接地

22、進行計算，CAD畫出電氣主接線圖。 畢業(yè)設計 3 第2章 主接線的設計 2.1 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 電器和設備等各種電器元件和連接導線所組成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的 設備文字符號和圖形代表上述電氣設備、導線，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。它不僅標明了各主要 設備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設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

23、及變電所一次設備 的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設計中，主結(jié)線的確定對變電所電氣設 備選擇、配電裝置布置、繼電保護裝置和計算、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)濟性起著決定性作用。此外，電氣主結(jié)線及其組成的電氣設備，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)首先應保證可靠性，并力求經(jīng)濟性。 牽引變電所是國家電力系統(tǒng)的級負荷，中斷供電將直接造成運輸阻塞，甚至 造成人員生命傷亡、設備損壞，進而導致的社會生產(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

24、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)應具有較好的經(jīng)濟型。 經(jīng)濟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)應力求結(jié)線簡潔明了，并有發(fā)展和擴建余地4。 主接線整體結(jié)構(gòu)和各回路應力求簡潔清晰、便于操作運行。同時隨著經(jīng)濟建設 的高速發(fā)展，鐵路運量的增長迅速，牽引變電所增容、增加饋線的建設經(jīng)常存在。 畢業(yè)設計 4 2.1.2 高壓側(cè)電氣主接線設計應遵循的主要原則與步驟 (1)應以批準的設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟

25、建設的方針政策和有關(guān)的技術(shù)政 策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準則，結(jié)合工程具體特點和實際調(diào)查掌握的各種基礎資料， 進行綜合分析和方案研究。 (2)主結(jié)線設計與整個牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對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、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電 壓水平及補償措施、無功、諧波的綜合補償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級選擇等 重大綜合技術(shù)問題，應通過供電系統(tǒng)計算進行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，確定牽引 變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求5。 (3)根據(jù)供電系統(tǒng)計算結(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 所高壓進線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進線繼電保護方式、自動裝置與監(jiān)控二

26、次系統(tǒng)類型、 自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當前運量和發(fā)展規(guī)劃遠景等因素，并全面考慮對主結(jié) 線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設計合理的電氣主結(jié)線。 (4)新技術(shù)的應用對牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 2.1.3 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、設備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠。每 回路斷路器切斷負荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時，該回路停電， 1SL2SL 1QS 2QS 1QF2QF 3QF 畢業(yè)設計 5 其他回路不受影響。檢修母線和與母線相連的隔離開關(guān)

27、時，將造成全部停電。母線 發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待修復后才能恢復供電。 這種接線方式的缺點是母線故障時、檢修設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 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 電保護裝置時都可以不必停電，提高了供電可靠性。它廣泛應用于牽引負荷和35kV 以上線路中，特別是負荷較重要，線路斷路器較多，檢修斷路器不允許停電的場合 。其主要的缺點是設備較多，接線較復雜，配電裝置的占地，面積大。 (3)橋形結(jié)線 當只有兩條電源

28、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。內(nèi)橋結(jié)線當任一線路故障或 檢修時不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠比變壓器故障多，故這種界限在 牽

29、引變電所獲得了較廣泛的應用。當內(nèi)橋結(jié)線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng) 中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開 2SL 1SL 1QS 1QF 9QS 5QF QF QS 2M1M 畢業(yè)設計 6 。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

30、工 作。因而外僑形結(jié)線適用于電源線路較短、負荷不穩(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 2.1.4 牽引變電所高壓側(cè)主接線的選擇 本次設計是通過式牽引變電所，變電所有系統(tǒng)功率穿越，所以應該選擇橋型接 線。兩回路電源引入線分別經(jīng)斷路器接入兩臺主變壓器

31、。本次設計要求的供電距離 比較長，牽引負荷的變化比較劇烈，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展為其他接線 形式。所以在本次設計中，在查閱相關(guān)資料后得出采用外橋接線是最適合本次設計 的結(jié)論。 1SL 2SL 1QS 2QS 1QF QF 1B 2B 2QF 2SL1SL QF 1QF 2QF 2B1B 畢業(yè)設

32、計 7 2.2 牽引變電所饋線側(cè)主接線設計 牽引負荷是牽引變電所基本的重要負荷，上述電氣主接線的基本形式和要求對 牽引負荷側(cè)也都適用。但是牽引負荷也有其特殊性，牽引負荷側(cè)通過饋線給接觸網(wǎng) 供電，由于接觸網(wǎng)沒有備用，而且接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空線路更為頻繁，因此 牽引負荷側(cè)對斷路器的類型和備用方式比較高6。 2.2.1 牽引變電所饋線側(cè)的幾種接線形式 (1)饋線斷路器100%備用的接線 如圖2- 4所示。這種接線當工作斷路器需檢修時，此種接線用于單線區(qū)段，牽引母線不同的 場合。即由備用斷路器代替。斷路器的轉(zhuǎn)換操作方便，供電可靠性高，但一次投資 較大。 圖2-4 饋線斷路器100%備用 (2)饋線

33、斷路器50%備用的接線 如圖2- 5所示。這種接線每兩條饋線設一臺備用斷路器，通過隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換，備用斷路器 可代替其中任一臺斷路器工作。當每相母線的饋出線數(shù)目較多時，一般很少采用此 種法方法。 畢業(yè)設計 8 圖2-5 饋線斷路器50%備用 (3)帶旁路母線和旁路斷路器的接線 如圖2- 6所示。一般每2至4條饋線設一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一 饋線斷路器工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場合，以減少 備用斷路器的數(shù)量。 圖2-6 帶有旁路母線和旁路斷路器的接線 2.3.2 牽引變電所饋線側(cè)接線的選擇 本次設計要求有六路饋線，數(shù)目比較多。從供電可靠性、靈活性和

34、經(jīng)濟性考慮 本次接線選用單母線帶分段旁路母線旁路的方式比較實用。這種接線能減少備用斷 路器的數(shù)量。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作?？紤]到27.5k V母線在故障時進行檢修，所以27.5kV進線側(cè)，采用加真空短路器的供電方式。采 用這種供電方式通過旁路母線和斷路器相互配合進行刀閘操作，就可以對故障母線 進行檢修了。 2.4 兩種方案的提出及選擇 畢業(yè)設計 9 (1)方案一 高壓側(cè)采用外橋形接線兩臺40000kVA牽引變壓器，一臺正常使用，一臺作為固定備 用，一次側(cè)接在110kVA進線低壓側(cè)采用單母線帶旁路母線的接線方式； 方案二高壓側(cè)采用420000kVA牽引變壓器，每兩臺一組

35、并聯(lián)運行；另外一組作 為固定備用。 兩供電臂電流在三相YN,d11接線牽引變壓器中的分配關(guān)系： 22 2 1212 212 339 caxxxpp IIII I 22 2 2112 212 339 bcxxxpp IIII I 22 2 1212 111 339 abxxxpp IIII I 式中、為兩供電臂有效電流，、為供電臂的平均電流。在牽引變電 1x I x2 I p1 I p2 I 所中，一臺牽引變壓器運行，則全年的實際負載能力為 （） 222 dcaxbcxabx d 2 e () 0.876 3 P III A I 4 10 kWh/a 式中，為每臺牽引變壓器的額定短路損耗（kW）

36、為每臺牽引變壓器27.5k d P 2 e I V側(cè)繞組的額定電流（A） 全年空載電壓損失為： （kWh/a） 00 0.876AP 式中，為每臺變壓器的額定空載損耗（kW）。 0 P 全年牽引變壓器的總損失為： 0Td AAP 若改為兩臺變壓器并聯(lián)運行，則每臺通過供電臂電流的一半，負荷損耗只有單 臺運行時的1/4，所以兩臺并聯(lián)運行的總負荷損耗只有單臺運行時的1/2，其全年總負 載電能損失為： （） 222 2 () 0.146 dcaxbcxabx d e P III A I 4 10 kWh/a 兩臺運行時全年實際空載損耗為： （） 0 0.876 2 d AP 4 10 kWh/a 兩臺

37、運行時全年牽引變壓器實際總電能損失為： 畢業(yè)設計 10 （） 0Td AAP 4 10 kWh/a 根據(jù)上面公式計算出第一種方案全年牽引變壓器實際總電能損失為： （） 0 55.358 Td AAP 4 10 kWh/a 其中負載損耗為22.07（）空載損耗為為33.288（） 0 A 4 10 kWh/aP 4 10 kWh/a 同理方案二的全年牽引變壓器實際總損耗為 （） 0 50.73 Td AAP 4 10 kWh/a 其中負載損耗為2.55（）空載損耗為為50.73（） 0 A 4 10 kWh/aP 4 10 kWh/a 雖然方案一的全年電能損耗大于方案二，但是方案二的空載損耗比方

38、案二大的 多，綜合考慮方案一要比方案二經(jīng)濟很多。 (2)另外方案一用兩臺牽引變壓器，而方案二用四臺牽引變壓器，所以方案二要 采取兩天變壓器并聯(lián)運行，第二種運行方式對技術(shù)要求比較高，其主接線和負荷接 線也比方案一負載很多。另外就是方案二要比方案一增加兩倍的投資，比如各種高 低壓開關(guān)器件、主變壓器、互感器以及母線都比方案一多選擇兩倍，所以綜合考慮 還是方案一更適合本次設計，所以選擇兩臺牽引變壓器單臺運行的方式是合理的7 。 畢業(yè)設計 11 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)的重要設備，擔負著將電力系統(tǒng)供給的110kV或220 kV三相電源變換成適合電力機車的27.5kV的單向

39、工頻交流電。由于牽引負荷具有極 度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點，運行環(huán)境比一般電力負荷惡劣的多， 因此要求牽引變壓器過負荷和抗短路沖擊的能力要強。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8。 3.1 牽引變壓器的接線形式及選擇 (1)接線變壓器 N Y ,d11 這種牽引變電所中裝設兩臺三相 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。 N Y ,d11 其原理電路和相量關(guān)系分別如圖3-1(a)和(b)所示 (a) (b) 圖3-1 三相連接牽引變壓器原理電路 N Y ,d11 A B C A B C UA IB . . . IA . UB . IC

40、 . IC . Iab . Ia 3 1 Ib . Ib . Ib . Ib . Ib . Ibc . Ib . Uc . Ua . Ua . Uc . Ica . 3 2 3 2 3 1 3 1 3 1 Ia . Ub . b(z)a(y) w2 w2 w2 b a UB UA UC . . . Ub . Ua . UC . Ib . Ia . w1 w1 w1 畢業(yè)設計 12 三相聯(lián)結(jié)牽引變電所的優(yōu)點是： N Y ,d11 牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力 ； 能很好的適應當一個供電臂出現(xiàn)很大牽引負荷時，另一供電臂卻沒有或只有 很小牽引負荷的不均衡運行情況

41、； 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 N Y ,d11 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100%；主結(jié)線簡單，設 備少，占地面積小，投資省等。 缺點：不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電；對電力系統(tǒng)的負序影響最大 ；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，三相負荷用電能夠可 靠地由地方電網(wǎng)得到供應的場合。 (3)單相V，v牽引變壓器 單相V，v牽

42、引變壓器的優(yōu)點：牽引變壓器容量利用率可達到100%；正常運行時 ，牽引側(cè)保持三相，所以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 ，設備較少，投資較??；對電力系統(tǒng)的負序影響比單相聯(lián)結(jié)小；對接觸網(wǎng)的供電可 實現(xiàn)兩邊供電。 缺點：當一臺變壓器故障時，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 應繞組通過電磁感應進行變換和傳遞；

43、兩臺的容量可以相等，也可以不相等；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 畢業(yè)設計 13 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 牽引變電所的備用方式及選擇 牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵 路的正常運輸。在大運量的雙線區(qū)段，牽引變壓