电气化铁道供电系统与设计文档格式.docx

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谈珊

指导教师：

任丽苗

评语：

2011年7月15日

1牵引变电所设计目的

随着国民经济的迅速发展，对科技的要求越来越高，对电力工业和交通运输行业也有了更高的要求。

在我国铁道电气化技术还比较薄弱，因此运用现有技术设计出适合我国发展应用的铁道电气化系统尤为重要。

安全、可靠、经济、合理的为电气化铁道供配电室实现铁路运输安全可靠的重要保证和基础。

牵引变电所是电气化铁道供电系统的心脏，它是将地方电厂送来的110KV（220KV）通过主变转换成27.5KV的电压，然后通过馈线送到接触网上，最后通过机车内的整流装置供电。

而电气主接线是反映牵引变电所设施的主要电气设备以及这些电气设备的规格、型号、技术参数以及在电气上是如何连接的，通过电气主接线便可以了解牵引变电所规模大小以及设施情况。

变电所电气主接线的主要依据是变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所所在系统中变电所的地位和作用相适应的接线方式尤为重要，这样才能使得变电所即经济又可靠。

2题目要求

某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的两个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为27000kVA（三相变压器），并以10kV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为2700kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：

25kV回路（1路备）：

两方向年货运量与供电距离分别为

，

。

10kV共4回路（2路备）。

供电电源由系统区域变电所以双回路110kV输送线供电。

本变电所位于电气化铁路的首端，送电线距离30km，主变压器为SCOTT接线。

3题目分析

牵引变电所是电力系统的一部分，分析题目所述内容，此牵引变电所不仅要满足机车供电的需求，还要考虑区域供电，是属于电力系统的一级负荷，担负着重要的牵引负荷供电任务，而且馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。

在保证电气化铁道供电安全可靠的同时，也要求供电设备最经济的利用，因此选择合适容量的变压器是有现实意义的。

由于变电所位于电气化铁路的首端，因此此变电所是属于中心牵引变电所，因此在设计与变压器选择上时考虑中心牵引变电所的要求。

本文在这方面对已有的计算公式进行了简单的计算分析，并提出了一个较为准确的变电所有效电流公式，说明在某些情况下机组的选择必须进一步考虑实际的运行情况。

牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的核心部分，在已有的对合适的变压器选择的基础上，本文重点着眼于电源主接线和牵引侧主接线的设计。

4牵引变电所电气主接线设计过程

牵引变电所的电气主接线是指由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电力电缆、移向器电容等高压一次电气设备，按工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所内部的电气主电路。

它反映了牵引变电所的基本结构和性能，在运行中表明电能的分配和输送关系、一次设备的运行方式，是实际运行操作的依据。

电气主接线的基本要求是可靠性、灵活性、安全性、经济性。

在满足安全性的前提下，可靠性与经济性二者之间矛盾而又统一，过分强调可靠性势必会造成设备增多，投资增大，接线复杂，其结果可能造成操作复杂易产生误操作，增大故障率，反而降低了主接线的可靠性；

反之如果过分强调经济性，减少设备，简化界限，必然又会影响可靠性，造成事故和停电反而不经济。

因此确定主接线应深入调查分析用电负荷的性质和大小、对供电的电源要求、自动化装置的采用、发展远景等等，才能设计出高质量的主接线。

本文依据题目的要求，分别对电源侧主接线、主变压器接线、牵引侧主接线三部分做介绍。

4.1电源侧主接线

对于中心牵引变电所，110KV（220KV）电源引入线回路数较多，变电所中变压器一般为二台。

为使每一台变压器能从任一回路电源获得电能（因为每一回路电源都有可能停电），这就需要架设回流母线，以便将各电源回路的电能汇集起来，各用电回路再从母线上获得电能，以便提高供电可靠性和经济性。

对于大型变电所来说，母线形式的主接线是中心牵引变电所电源侧电气主接线的核心。

依据题目提供的信息，提出二种符合要求的电源侧主接线形式，即内桥接线和单母线分段接线。

方案A：

当牵引变电所只有两电源进线和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成桥形接线。

根据中间横向母线的位置不同而分为内桥接线和外桥接线两种，前者的桥接母线连接在靠变压器侧，而后者则连接在靠线路侧。

内桥接线适用于线路故障较多的场所，外桥接线适用于变压器故障较多的场所，而变压器又不需要频繁的操作，故在此选内桥接线。

内桥接线的简化示意图如图1所示。

图1内桥接线示意图

方案B：

将单母线分成二段，把电源及出线平均分配于二段母线，即单母线分段形式。

母线分段数目越多，母线故障停电范围越小，但所需断路器、隔离开关等设备也随之增多，同时运行变得较为复杂，因此分段不宜太多。

这里我们根据题目给出的信息，在节约成本的基础上，采用隔离开关进行母线分段的接线形式。

如果一段母线发生故障时将隔离开关拉开，再恢复完好段母线的运行。

这样既能满足可靠性的要求，也能使得投资最省，操作简单。

单母线分段接线示意图如图2所示

4.2牵引变压器主接线

在该变电所中采用SCOTT牵引变压器，斯科特（SCOTT）变压器是一种特殊接线的变压器，其特点是将对称三相电压系统转换成两个相位差90°

的单相电压系统，用两个单相中的一相供应一边供电臂，另一相供应另一边供电臂。

在牵引变电所实现三相——两相对称变换，降低单相牵引负荷的不对称影响。

斯科特变压器原理电路图如图3，斯科特结线变压器实际上也是由两台单相变压器按规定连接而成。

一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为M座变压器；

另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端接到M座变压器原边绕组的中点

，称为T座变压器。

实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱内。

在电气主线图中它们的公共端接至接地网和钢轨。

图2单母分段线接线示意图

图3斯科特变压器原理电路图

采用直供方式时，低压侧二次边绕组，各取一端连至27.5KV的a相和b相母线上，它们的公共端接至地网和钢轨。

SCOTT变压器主接线如图4

图4直接供电方式下SCOTT变压器主接线

4.3牵引侧主接线

27.5kV（55kV）侧馈线的接线方式按馈线断路器备用方式不同可分为三种接线方式，馈线断路器100%备用的接线，馈线断路器50%备用方式，带旁路母线和旁路断路器的接线。

经过分析这里两种方案均采用馈线断路器50%备用方式，这种接线每二条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任意一台断路器工作。

牵引母线用二台隔离开关分段式为了便于二段母线轮流检修。

其连接方式有二种，单线区段馈线断路器50%备用方式如图5所示、复线区段馈线断路器50%备用方式图6所示。