分接式牵引变电所主接线设计.docx

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分接式牵引变电所主接线设计

牵引供电课程设计报告书

题目

分接式牵引变电所电气主接线的设计

院/系（部）

电气工程系

班级

方1010-6

学号

姓名

指导教师

完成时间

2013年12月20日

摘要

变电所是对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。

在电能是社会生产和生活质量中最为重要的能源和动力的今天，变电所的作用是很重要的当前我国进行的输变电建设和城乡电网的建设与改造，对未来电力工业发展有着重要的作用。

在设计了的分接式牵引变电所电气主接线中，进行了变电所的变压器容量计算，通过容量计算确定了变压器的型号，还进行了短路计算，通过短路计算所得的参数进行了电气设备选型，并进行了无功补偿，做了防雷保护等。

关键词：

分接式牵引变电所主接线电气设备

第1章课程设计目的和任务要求

1.1设计目的

本设计中最重要的设备即牵引变压器,其容量的大小关系到能否完成国家交给的运输任务和运营成本。

从安全运行和经济方面来看,容量过小会使牵引变压器长期过载,将造成其寿命缩短,甚至烧损;反之,如果容量过大,将使变压器长期不能满载运行,从而造成其容量浪费,损耗增加,使运营费用增大。

因此,变压器的容量计算是极其必要的,要根据实际运营情况进行仔细运算,从而确定安装容量，应用课堂学习的知识，完成对该分接式牵引变电所主接线的设计。

1.2任务要求

（1）确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析主变压器货110KV线路故障时运行方式的转换。

（2）确定牵引变压器的容量、台数及接线方式。

（3）确定牵引负荷侧电气主接线的形式。

（4）对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。

（5）设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装置。

（6）用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。

其设计依据如下：

（1）该分接式牵引变电所的供电电源电压为110kV，该变电所从系统双回输电线路上取电，电力系统不要求在110kV侧计费。

电力系统容量为3200MVA，选取基准容量Sj为100MVA，在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值分别为0.13；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为0.25。

（2）该牵引变电所向接触网的供电方式为BT的供电方式，可以提供变电所自用电，容量计算为800kVA。

（3）牵引变压器的额定电压为110/27.5kV，重负荷臂有效电流和平均电流为250A和170A，重负荷壁的最大电流为550A；轻负荷臂有效电流和平均电流为220A和145A。

（4）环境资料：

本牵引变电所地区平均海拔为550m，地层以沙质粘土为主，地下水位为5.5m。

该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。

本变电所地区最高温度为38°C，年平均温度21°C，年最热月平均最高气温为33°C，年雷暴雨日数为25天，土壤冻结深度为1.2m。

1.3任务分析与解决方案

110kV高压侧的接线方式牵引变压器作为牵引变电所的核心设备，其接线方式的选择对主接线有着非常大的影响，其接线形式有单相接线变压器、单相V,v接线变压器、三相YNd11接线变压器、斯科特接线变压器等。

按照课题要求，本设计采用三相YNd11接线变压器。

因为三相YNd11联结变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也比较便宜。

一次侧YN联结中性点可以引出接地一次绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便，也可以对接触网的供电实现两边供电。

而且本设计要求较为简单，是分接式牵引变电所的电气主接线，对变压器没有特殊要求，因此按照通用经济的原则选择三相YNd11接线变压器。

第2章牵引变压器的选择和容量计算

2.1牵引变压器的选择

牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，担负着将电力系统供给的110kV三相电变换成适合电力机车的27.5kV的单相工频交流电。

由于牵引负荷具有极度不稳定，短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，故最好用三相YNd11变压器。

这种牵引变电所中装设两台三相YNd11联结牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。

三相YNd11联结牵引变电所的优点是：

（1）牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力；

（2）能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时，另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况；

（3）三相YNd11联结变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也较便宜；

（4）一次侧YN联结中性点可以引出接地，一次绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便。

对接触网的供电可实现两边供电。

缺点主要是：

牵引变压器容量利用率不高。

当重负荷相线圈电流达到额定值时，牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%。

2.2容量计算

根据题目已知条件，可知道两个供电臂：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

变压器计算容量为：

（2-4）

变压器的最大容量为：

（2-5）

变压器的校核容量为：

（2-6）

由此得出变压器的安装容量为：

的变压器。

故选择变压器

表2-1变压器的技术参数

设备型号

额定容量（kVA）

额定电压（kV）

额定电流（A）

损耗（kV）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

连接组别（%）

冷却方式（%）

高压

低压

高压

低压

空载

短路

SF1-31500/100

31500

110

27.5

165

660

38.5

148

10.5

2

YNd11

ONAF

2.3备用方式选择

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。

备用变压器投入的快供，将影响到恢复正常供电的时间，并且与采用的备用方式有关。

备用方式的选择，必须从实际的电气化铁路线路、运量、牵引变电所的规模、选址、供电方式及外部条件（如有无公路）等因素，综合考虑比较后确定。

我国的电气化铁路牵引变压器备用方式有以下两种。

（1）移动备用

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。

所内设有铁路专用岔线。

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内或供电段段部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。

在供电段所辖的牵引变电所不超过5—8个的情况下，设一台移动变压器，其额定容量应与所辖变电所中的最大牵引变压器额定容量相同。

当牵引变压器需要检修时，可将移动变压器按计划调入牵引变电所。

但在牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约需数小时。

此间，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。

这种影响，在单线区段或运量小的双线区段可很快恢复正常；但在大运量的双线区段须予以重视。

可按牵引变压器一台故障停电后由另一台单独运行，允许超载30％，并持续4小时，而能符合计算容量（满足正常运输）的要求进行检算。

采用移动备用方式，除上述影响外，还需要修建铁路专用岔线。

这将导致牵引变电所选址困难、场地面积和土方量增加，相应加大投资。

不仅如此，移动变压器车辆进厂检修时，修要把备用变压器从车上拆卸吊下来；车辆修好出厂后，又要把备用变压器吊上车安装好。

这项工作十分麻烦和困难，非常费时费力费钱。

采用移动备用方式的优点是牵引变压器容量较省。

因此，移动备用方式可用于沿线无公路区段和单线区段。

依题目要求，负荷增长率为40%，因而若选择移动备用，则计算得容量为：

，所以满足要求。

（2）固定备用

采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式，称为固定备用。

采用固定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，一台运行，一台备用。

每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。

采用固定备用方式的优点是：

其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。

其缺点是：

增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输。

因此，固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。

依题目要求，负荷增长率为40%，因而若选择固定备用，则计算得容量为：

，所以满足要求。

在当前进行电气化铁路牵引供电系统的设计中，牵引变压器的备用方式不再考虑移动备用方式，而是采用固定备用方式。

第3章主接线设计

牵引变电气主接线是变电所设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定与电力系统整体及变电所本身运行的可靠性，灵活性和经济性是密切相关的，而且对电气设备的选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此必须合理的确定主接线。

电气主结线应满足的基本要求

（1）首先保证电力牵引负荷，运输用动力，信号负荷安全，可靠供电的需要和电能质量。

（2）具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。

（3）应有较好的经济性，力求减小投资和运行费用。

（4）应力求接线简捷明了，并有发展和扩建的余地。

3.1110kV侧主接线的选择

方案一：

采用单母线接线。

优点：

结线简单清晰，使用设备少，经济比较好，而且在远期调整时线路变换更比较方便。

由于结线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。

缺点：

不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。

方案二：

采用桥型接线。

优点：

形结线能满足牵引变电所的可靠性，具有一定的运行灵活性，使用电器少，建造费用低，在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线结线。

此结线方案适用于有系统功率穿越，线路检修停电机会较多，主变压器不需经常切换的牵引变电所。

缺点：

经济性较单母线要差。

方案三：

采用双T型接线。

优点：

所用高压电器更少，配电装置结构更简单，线路继电保护也简单。

缺点：

可靠性相对桥形结线较差。

比较结论：

作为牵引变电所，必须保证供电的可靠性和灵敏性，根据任务书的依据，采用外桥结线比较合理。

图3-1为外桥接线，连接在靠近线路侧，其特点是适用于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方式便于变压器的投入以及切除

图3-1外桥接线示意图

3.227.5kV低压侧主接线

低压侧断路器的接线分为100%和50%两种备用形式。

其中,100%备用形式主要用于单线区段,牵引母线不同相的场合,其转换方便,可靠性高,而50%备用主要适用于复线区段,所以本次设计中采用100%备用以达到设计目的。

其示意图如下图3-2所示。

图3-2低压侧主接线

3.3倒闸操作

则倒闸操作为一下步骤：

正常运行时，QS7、QF、QS8，其他断路器隔离开关均断开，变压器T1通过L1得电，使得变压器向27.5kV侧输送电能。

当需要检修时，假如仍然需要在L1得电，先断开QF1，然后断开QS3和QS5，再闭合QS4，然后合QS6。

最后闭合QF，即可满足检修时供电需要。

检修结束时，先断开QF2，然后断开QS4和QS6，再断QF,后闭合QS3和QS5，最后闭合QF1，即可恢复正常供电。

当L1线路故障需要由L2线路供电时，先闭合QS2，闭合QF，故障线路QF1跳闸，再断开QS1，最后QF2闭合即可满足L1故障时的供电。

如L1线路恢复正常，可以先断开QF2、QF，再断开QS2，闭合QS1，最后闭合QF1即可恢复正常供电。

由此可以看出采用外桥型接线对于线路发生故障时比较有利，可以在停电瞬间通过互感器自动检测跳开故障线路断路器，然后闭合备用线路断路器，保证线路故障