DN供电系统牵引变电所设计说明Word文档下载推荐.docx
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牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电转换成适合电力机车使用的电能。
牵引供电系统的供电方式主要包括：
直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、CC供电方式等。
DN供电方式以其结构简单，可靠性高，供电性能好，造价低等优越性广泛的应用于我国各枢纽地区的牵引变电所中。
本设计以DN供电系统牵引变电所设计作为设计核心主要做了如下工作：
通过牵引负荷计算，确定了变压器的安装容量、台数、连接组别及备用方式；
进行了牵引变电所的主接线方案设计，并用CAD软件绘制了一次系统图的图纸；
进行了短路计算，根据计算结果选择了牵引供电系统的电气设备；
对变压器、牵引网等重要部分配置了继电保护方案及相应的控制回路方案；
最后对整个牵引变电所进行了防雷接地设计。
关键词：
牵引 变电所 继电保护DN供电
Abstract
Thetractionsubstationistheheartoftheelectricrailwaypowersupplysystem,itsmaintaskistoconvertthethree-phasehigh-voltageelectricconveyfromthepowersystemstotheelectricitywhichisfitfortheelectriclocomotive.Thestyleofthetrctivepowersupplysystemmainlyincludes:
Directpowersupply,Booster-Transformerpowersupply,Auto-Transformerpowersupply,CoaxialCablepowersupplyandsoon.TheDNpowersupplywayiswidespreadinthehugesubstationbyitssimplestructure,thehighreliability,theperfectpowersupplyperformance,thelowcostandsoon.
ThepapertakethedesignoftractionsubstationbyDNpowersupplysystemasthecoreandmainlytodothefollowingworks:
Thecapacityofthetransformer,thenumberofthetransformer,theconnectionofthetransformerandthealternatewayofthetransformerhadbeenselectedbytheloadcurrentoffeedingsection;
ThemainconnectionofthesubstationhadbeendesignedanddrawbytheCADsoftware;
Theelectricalequipmenthadbeenselectedbytheresultoftheshortcircuitcurrentcalculation;
Therelayprotectionandthecontrolcircuithadbeendesigned;
Attheendofthepaper,thegroundingforlighteningofthewholesubstationhadbeendesigned.
Keywords:
Ttraction Substation Relayprotection DNpowersupply
目 录
第1章 绪论
1.1 选题背景
1879年5月，在柏林世博会上，德国西门子和哈尔斯公司展出了世界上第一条电气化铁路，100多年来，随着电机电器制造工业、电子工业和电力工业的发展，电气化铁路以其巨大的经济效益受到了世界各国的普遍重视。
我国的铁路电气化事业起始于1956年，到2006年7月1日我国的电气化铁路已突破21000km，居亚洲第一，世界第二。
按我国“中长期铁路网发展规划”到2020年我国铁路运营总里程将达到100000km，其中电气化铁路50000km。
届时，我国将由电气化铁路大国迈入电气化铁路强国，我国的电气化铁路将达到世界先进水平。
为了确保电气化铁路在我国的快速发展，确保牵引供电系统的安全可靠运行就显得尤为重要。
1.2 牵引供电系统
将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和牵引网两大部分组成。
牵引供电系统的主要功能是：
将地方电力系统的电源引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式，向电力机车提供连续电能。
牵引供电系统的构成简化图如图1-1所示。
图1-1 牵引供电系统的构成简图
牵引变电所：
牵引变电所的作用是将电力系统供应的电能转变为适合电力牵引供电方式的电能，其中的核心元件是牵引变压器，并设有备用。
与地方变电所相比，牵引变电所绝大多数情况下是用以提供牵引用电作为区别，而称为牵引变电所。
牵引网：
由馈（电）线、接触网、轨（地）、回流线等组成。
馈线是接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线，其作用是将电能由牵引变电所引向电气化铁路；
接触网是一种特殊的输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其摩擦受电；
钢轨既支持列车运行，又是导线，由于轨与地都是非绝缘的，故通常轨、地一起接受机车的牵引电流；
回流线是指牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨平行的其它导线与牵引变压器指定端子相连，与馈线一起组成牵引端口的端子线。
牵引网的供电方式是由牵引网所完成的特殊输电功能的技术要求和经济性能所决定的，基本上可以按照分区所运行状态和牵引网设备类型进行分类。
按分区所的运行状态可以分为单边供电、双边供电两种方式。
按牵引网设备类型可分为直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式和CC供电方式等。
牵引变电所除了具有将电力系统三相电压降低，变换电压的作用外，还具有集中电能、分配电能和控制电能的作用。
根据牵引变电所在电网中的位置、重要程度和从电力系统取得电源的方式不同，可分为下列几种形式：
中心变电所，具有4路及以上电源进线并有系统功率穿过，除了完成一般牵引变电所的功能，还向其他牵引变电所供电。
中间（或终端）牵引变电所，变电所有2路电源进线的为中间（或终端）牵引变电所，其中有系统功率穿越的称为通过式变电所；
没有系统功率穿越的称为分接式变电所。
图1-2中SS1为中心牵引变电所，SS2为分接式牵引变电所，SS3为通过式牵引变电所。
图1-2 牵引变电所高压输电线的引入方式
不同类型的牵引变电所采用不同的电气主接线。
一次侧主接线三相完全相同，一般用单线图表示。
1.3 本设计的容
本设计根据大型编组牵引变电所B的牵引、动力及照明等负荷情况，以DN供电系统牵引变电所设计作为设计核心，并按电气化铁道牵引供电系统的基本要求完成了如下工作：
牵引计算；
牵引变电所变压器的台数、容量及联接方式的确定；
主接线方案的设计；
短路计算；
导线及电气设备的选择；
继电保护的整定；
防雷和接地装置的配置；
设计图纸的绘制等。
1.4 应用前景
随着电气化铁道事业的不断发展，牵引变电所作为电气化铁道供变电系统的重要组成部分，大量采用先进技术与新型设备，逐步实现监控自动化、远动化，运行管理智能化，性能检测及故障诊断现代化。
DN供电系统是以基本型的直接供电方式为基础，在钢轨上并联架空回流线R，其并联点一般相距5~6km，这能使钢轨电位大为降低，因屏蔽作用，使通信的干扰得到较好地抑制，能降低感应干扰30%左右，还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长约30%。
由于DN供电系统具有牵引变电所和牵引网结构简单的特点，现阶段在我国各枢纽和地区的高中速联络线、动车组走行线及动车段（动车运用所）车场线均采用带回流线的直接供电方式，研究和实践证明，DN供电系统牵引变电所以其技术经济的整体优势，将得到进一步采用。
第2章 变压器选择
2.1 变压器选择的原则
（1）110kV及10kV主变压器一般均应选用三相双绕组变压器。
（2）具有三种电压的变电所，如果主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三相三绕组变压器。
（3）110kV及以上电压的变压器绕组一般均为YN连接。
（4）35kV采用YN连接或D连接，采用YN连接时，其中性点都通过消弧线圈接地。
2.2 牵引变压器的选择
牵引变压器是连接牵引供电系统和电力系统的核心设备，主要完成变压和传递功率的功能，其接线形式不仅影响变压器容量（继而影响经济性），而且决定了牵引负荷对电力系统的负序影响程度。
因此牵引变压器接线形式的设计比选非常重要。
变压器接线形式是指变压器各相电压绕组的连接方式。
受电力工业水平、电气化铁道发展政策等多种因素的影响，世界各国采用的牵引变压器接线形式也是多样化的。
我国电气化铁道应用的接线形式最多，这是以牵引变压器安装容量为计费基准的两部制电价政策等诸多因素长期共同作用的结果。
目前，我国牵引供电系统中采用的牵引变压器主要有：
单相变压器、三相星形三角形接法变压器、三相三绕组十字交叉接线变压器、斯科特接线变压器、三相星形延边三角形接法变压器和三相星形曲折延边三角形接线变压器等。
（1）牵引变压器容量的选择
①正常运行时的容量计算
（2-1）
将
代入式（2-1）可得：
②紧密运行时的容量计算
（2-2）
代入式（2-2）可得：
③校核容量的计算
电气化铁路中、远期的运量估计
为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量，预计中期牵引负荷增长为30%。
根据以上计算可知牵引变压器应选用的的型号为SFY-40000/110型三相双绕组牵引变压器。
（2）牵引变压器的功率损耗
由负荷资料可知
，
根据下面的公式计算：
（2-3）
其中
全年实际空载电能损失为：
全年牵引变压器的实际总电能损失为：
通过计算，我们发现可以采取限制供电臂的长度、实行牵引变压器的经济运行、装设并联电容补偿装置等方法来减少牵引供电系统电能损失。
（3）牵引变压器备用方式的选择
牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器投入，以确保电气化铁路的正常运输。
从我国的电气化铁路历史来看，牵引变压器备用方式有移动备用和固定备用两种，实际中大多采用固定备用。
对于直接供电或BT供电方式，变压器次边输出电压为27.5kV，比牵引网标准网压（25kV）高10%。
①采用移动变压器作为备用的方式，称为移动备用。
采用移动备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，正常时两台并联运行。
所设有铁路专用岔线。
备用变压器安放在移动变压器车上，停放于适中位置的牵引变电所或供电段端部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。
移动备用方式可用于沿线无公路区段和单线区段。
②采用加大牵引变压器容量和增加
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