通過式牽引變電所電氣設(shè)計(jì)

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1、 ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※ 2010級 牽引供電課程設(shè)計(jì) 牽引供電課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 題 目 牽引變電所H電氣接線設(shè)計(jì) 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(shí)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(gè)電氣化鐵路的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是聯(lián)系供電系統(tǒng)和電氣化鐵路的橋梁

2、，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(jì)、施工和運(yùn)營管理的重要依據(jù)。在本次課程設(shè)計(jì)中，我們用所學(xué)知識設(shè)計(jì)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(jì)算選取了主變壓器的型號和容量，同時(shí)對選擇了負(fù)荷側(cè)的接線方式。并運(yùn)用AutoCAD軟件繪制出了主接線圖。再通過短路電流計(jì)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(shí)介紹了在變壓器霍西安路發(fā)生故障時(shí)運(yùn)行方式的切換方法。從而，完成了本次課程設(shè)計(jì)。 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(jì)任務(wù) 1 　1.1　設(shè)計(jì)的基本要求 1

3、 　1.2　設(shè)計(jì)的依據(jù) 1 第2章　主接線的設(shè)計(jì) 2 　2.１　牽引變電所主結(jié)線的概述 2 　　2.1.1　電氣主接線基本要求 3 　　2.1.2　高壓側(cè)主接線的基本方式 3 　　2.1.3　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 6 　3.1　牽引變壓器的接線形式及選擇 6 　3.2　牽引變壓器容量的計(jì)算 8 　　3.2.1　計(jì)算容量 8 　　3.2.2　校核容量 9 　　3.2.3　安裝容量和臺數(shù) 9 第4章　牽引變電所的短路計(jì)算 9 　4.1　短路計(jì)算的目的 9 　4.2　短路點(diǎn)的選取 10 　4.3　短路計(jì)算 10 第5章　高壓

4、設(shè)備的選擇 12 　5.1　電氣設(shè)備選擇原則 12 　5.2　母線的選擇 12 　　5.2.1　110kV側(cè)進(jìn)線的選擇 12 　　5.2.2　27.5kV側(cè)母線的選擇 14 　5.3　高壓斷路器的選取 15 　　5.3.1　110kV側(cè)斷路器選取 16 　　5.3.2　27.5 kV側(cè)斷路器選取 16 　5.4　高壓熔斷器的選取及校驗(yàn) 17 　5.5　隔離開關(guān)的選取及校驗(yàn) 17 　　5.5.1　110kV側(cè)隔離開關(guān)選取 18 　　5.5.2　27.5kV側(cè)戶外隔離開關(guān)選取 18 　　5.5.3　27.5kV側(cè)戶內(nèi)隔離開關(guān)選取 19 　5.6　電壓互感器的選取 19

5、　5.7　電流互感器的選取 20 　　5.7.1　110kV側(cè)電流互感器的選取 20 　　5.7.2　27.5kV側(cè)電流互感器的選取 21 第6章　防雷保護(hù)和接地裝置 22 　6.1　避雷裝置的選取 22 　6.2　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(jì)任務(wù) 1.1　設(shè)計(jì)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(shí)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。 B. 確

6、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(jì)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(gè)牽引變電所的電氣主接線圖。 1.2　設(shè)計(jì)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(jì)費(fèi)。電力系統(tǒng)容量為3100MVA，選取基準(zhǔn)容量 為1000MVA，在最大運(yùn) 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(yùn)行方式下，電 力系統(tǒng)的標(biāo)幺值為0.25. B.

7、 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(jì)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

8、 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(jì) 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(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(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

9、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(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[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。 牽引變電所是國家電力系統(tǒng)的Ⅰ級負(fù)荷，中斷供電將直接造成運(yùn)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(yùn)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

10、必要的運(yùn)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(yùn)行。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路運(yùn)量的增長迅速，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

11、接線的特點(diǎn)是： 這種接線簡單、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。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)，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(shí)，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時(shí)，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(diǎn)是母線故障時(shí)、檢修設(shè)備和母線時(shí)要造成停電；適用范圍：適用于對可靠性要求不高的10～35kV地區(qū)負(fù)荷。 (2)單母線分段接線 這種接線方式的特點(diǎn)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(hù)裝置時(shí)都可以不必停電，提高了

12、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(diǎn)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(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2-3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(yùn)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(yùn)行，1QS和2QS是斷開的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時(shí)，

13、1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他三個(gè)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(shí)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(diǎn)與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開時(shí)，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(shí)，將是與該線路連接的變壓器短時(shí)中斷運(yùn)行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形結(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

14、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(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)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(shí)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(jì)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(jì)要求的供電距離比較長，牽引負(fù)荷的變化比

15、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(yùn)行靈活性、供電可靠性，使用電器少，建設(shè)費(fèi)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(shí)再擴(kuò)展為其他接線形式。所以在本次設(shè)計(jì)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(jì)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

16、于牽引負(fù)荷具有極度不穩(wěn)定，短路故障多、諧波含量大等特點(diǎn)，運(yùn)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(diǎn)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(yùn)行；也可以一臺運(yùn)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(diǎn)是： ①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； ②能很好的適應(yīng)當(dāng)一個(gè)供電臂出現(xiàn)很大牽引負(fù)荷時(shí)，另一供電臂卻沒有或只有很小

17、牽引負(fù)荷的不均衡運(yùn)行情況； (a) (b) 圖3-1　三相連接牽引變壓器原理電路 ③三相聯(lián)結(jié)變壓器在我國采用的時(shí)間長，有比較多的經(jīng)驗(yàn)，制造相對簡單，價(jià)格也較便宜； ④一次側(cè)YN聯(lián)結(jié)中性點(diǎn)可以引出接地，一次繞組可按分級絕緣設(shè)計(jì)制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)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(diǎn)：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(diǎn)：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(shí)現(xiàn)兩邊供電。

18、 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牽引變壓器的優(yōu)點(diǎn)：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；正常運(yùn)行時(shí)，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?。粚﹄娏ο到y(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)?。粚佑|網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。 缺點(diǎn)：當(dāng)一臺變壓器故障時(shí)，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(diǎn)，而且完全克服了單相V，v聯(lián)結(jié)牽引變電所的缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V，

19、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(shí)，三相V，v聯(lián)結(jié)牽引變壓器有兩臺獨(dú)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，也可以不相等；兩臺的二次側(cè)電壓可以相同，也可以不相同，有利于實(shí)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(diǎn)，我國電氣化鐵路中直接供電和BT供電中普遍采用YN,

20、d11接線方式。 3.2　牽引變壓器容量的計(jì)算 牽引變電所容量的計(jì)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(shí)分、給電走行的時(shí)分和能耗；線路資料如供電區(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(jì)算。 因?yàn)樵摖恳冸娝贿咅伨€電流，另一邊，并且采用YNd11 3.2.1　計(jì)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(jì)算： 將， 代入可以求得： 3.2.2　校核容量 緊密運(yùn)行狀態(tài)下的主變壓器的計(jì)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

21、按150%負(fù)荷倍數(shù)K確定校核容量： 因?yàn)橛?jì)算容量大于校核容量所以選取計(jì)算容量作為變壓器的安裝容量考慮到未來運(yùn)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(jì)算的結(jié)果，并且參照壓器技術(shù)參數(shù)表，選擇兩臺SFY-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(shí)，或者排查故障時(shí)，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(yùn)行。 第4章　牽引變電所的短路計(jì)算 4.1　短路計(jì)算的目的 (1)在選擇電氣主接線時(shí)，為了比較各種接線方案或確定

22、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(jì)算。 (2)在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。 (3)在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)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)行整定計(jì)算時(shí)，需要短路電流提供依據(jù)。 4.2　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，所以對一次側(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)。 4.3　短路計(jì)算 電路簡化圖如圖 4

23、-1：在圖中，點(diǎn)為高壓母線短路點(diǎn)，點(diǎn)為低壓母線短路點(diǎn)。 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(diǎn)發(fā)生短路，各個(gè)短路電流的計(jì)算： 點(diǎn)發(fā)生短路：，,點(diǎn)短路電流標(biāo)幺值： 點(diǎn)短路點(diǎn)短路電流有效值： 點(diǎn)沖擊電流：，取沖擊系數(shù) 點(diǎn)短路電流的最大有

24、效值： 點(diǎn)短路容量： 發(fā)生短路，各個(gè)短路電流的計(jì)算為： ，點(diǎn)短路電流標(biāo)幺值 短路點(diǎn)短路電流的有名值： 點(diǎn)沖擊電流：，取沖擊系數(shù) 點(diǎn)短路電流的最大有效值： 表4-1　短路計(jì)算值 (kA) (kA) (kA) 側(cè) 2.43 6.20 3.67 側(cè) 4.47 11.38 6.75 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(yàn)項(xiàng)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(yùn)行和短路時(shí)都必須可靠地工作，為此它們的選擇都有一個(gè)共同原則。 電氣設(shè)備選擇的一般原

25、則 (1)應(yīng)滿足正常運(yùn)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)滿足安裝地點(diǎn)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jì)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?yàn)樵诮孛娣e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

26、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。這是由于圓形線可減少、避免發(fā)生電暈，而多股絞線較實(shí)心線柔韌且機(jī)械強(qiáng)度可靠，不至因個(gè)別處的缺陷嚴(yán)重影響整根線的機(jī)械強(qiáng)度。 5.2.1　110kV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(shí)長期允許載流量為931A。 (3)校驗(yàn)熱穩(wěn)定性 進(jìn)

27、線在最大負(fù)荷時(shí)的溫度為 短路電流計(jì)算時(shí)間 短路周期分量電流熱效應(yīng)的計(jì)算： 非周期分量電流發(fā)熱計(jì)算 查表c=98。 短路熱效應(yīng) 滿足要求 (4)校驗(yàn)進(jìn)線機(jī)械穩(wěn)定性 由技術(shù)數(shù)據(jù)可得：LGJ—240/30鋼芯鋁絞線的計(jì)算拉力為75620N。 5.2.2　27.5kV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(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，找出對應(yīng)的值，再由求出，

28、再次利用曲線找出對應(yīng)的。 短路電流計(jì)算時(shí)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(yàn)?zāi)妇€的機(jī)械（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(shí)，相間電動力為： 母線平放及水平排列時(shí)，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

29、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(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(yùn)行；高壓斷路器種類很多，按其滅弧的不同，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

30、數(shù)要比一般的供變電系統(tǒng)多。從減少運(yùn)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]。 5.3.1　110kV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 110 1000 55KA 32KA 21 (2)短路關(guān)合電流校驗(yàn) 極限通過電流為,而，，所以滿足。 (3)校驗(yàn)短路時(shí)熱穩(wěn)定性：

31、 而 所以，滿足穩(wěn)定性要型斷路器。 5.3.2　27.5 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5-2　ZN1-27.5參數(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 ZN1-27.5 27.5 1000 30kA 14.5kA 1

32、1.5 (2)短路關(guān)合電流的校驗(yàn) 極限通過電流為，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型的真空斷路器。 5.4　高壓熔斷器的選取及校驗(yàn) 熔斷器是用以切斷過載電流和短路電流，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(xiàng)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5-3　RW1-35Z參數(shù)表 型號 額定電壓

33、（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 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(yàn) 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(yàn) 隔離開關(guān)配置在主接線上，保證了線路及設(shè)備檢修時(shí)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(shí)，必須遵守倒閘操作順序，即送電時(shí)，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(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，所以對側(cè)只需選擇

34、室外的，而側(cè)要選擇室內(nèi)和室外的。 5.5.1　110kV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5-4　GW4-110/600參數(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 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)選用型號為戶外GW4-110/600。 5.5.2　27.5k

35、V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5-5　GW4-35/1000參數(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 GW4-35/1000 35 1000 80kA —— 21.5 (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GW4-35/1000。 5.5.3　27.5kV側(cè)戶內(nèi)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

36、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5-6　GN2-35T/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/1000 35 1000 70KA 49KA 27.5 (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(jì)費(fèi)的電壓互感器選擇：準(zhǔn)確級0.5級。

37、 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 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)，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗(yàn)短路的穩(wěn)定性。 (2) 側(cè)電壓互感

38、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600VA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5-8　JDJJ-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-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)，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗(yàn)短路的穩(wěn)定性[。 5.7　

39、電流互感器的選取 5.7.1　110kV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5-9　LCW-110參數(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) 0.5 1 3 D 二次負(fù)荷Ω 倍數(shù) LCW-110 0.5/1 1 1.2 2.4 1.2 15 75 150 (2)短路熱穩(wěn)定性校驗(yàn) 因?yàn)? ，

40、 故滿足熱穩(wěn)定性。 (3)短路動穩(wěn)定性校驗(yàn) 顯然，滿足動穩(wěn)定性。 5.7.2　27.5kV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5-10　LCW- 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%

41、倍數(shù) 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) 0.5 1 3 D 二次負(fù)荷Ω 倍數(shù) LCW-35 0.5/1 1 1.2 2.4 1.2 15 75 150 (2)短路熱穩(wěn)定性校驗(yàn) 故滿足熱穩(wěn)定性。 (3)短路動穩(wěn)定性校驗(yàn) 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

42、會損壞設(shè)備。因此,變電所實(shí)際上是完全耐雷的。 變電所的雷害事故來自兩個(gè)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(shí)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)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(jì)的平面布置圖，按設(shè)計(jì)要求應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)4座避雷針，一單支避雷針考慮，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=35m,，=30在高度6m按照

43、下面公式計(jì)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(shí)過電壓危害，又能截?cái)嗬m(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(shí)，避雷器立即動作，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(diǎn)及其

44、金屬外殼一同接地。 表6-1　避雷器選型表 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 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 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(shí)，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，

45、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(diǎn)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(shí)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(jì)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（Ω） 式中的計(jì)算可根據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)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(jì)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

46、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(jì)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(shí)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

47、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(shí)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(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次課程設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 課程設(shè)計(jì)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(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。 但是課程設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(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(shí)踐使我明白

48、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(gè)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，2007 [2] 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，2006 [3] 馬永翔，王世榮.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京大學(xué)出版社，2006 [4] 劉介才.工廠供電（第四版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2009 [5] 劉介才等.工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [6] 劉介才等.工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)[N].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 23