110KV铁路牵引变电站一次系统设计.docx
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110KV铁路牵引变电站一次系统设计
110KV/27.5KV铁路牵引变电站一次系统设
计
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摘要
在《中长期铁路网规划》中要求到2020年铁路的复线率和电化率要达到50%。
本文对电气化铁路牵引变电站一次系统的设计作了论述。
依据设计要求和相关的国家标准，对单相结线型、V/v结线型和平衡变压器的比较，最终选择电压不平衡度低的结线平衡变压器作为主变压器。
通过计算上、下行线的供电臂的的有效电流和最大电流来确定变压器的型号和容量。
通过变压器原边和副边的短路电流的计算确定牵引变压器两侧的高压电气设备，最终完成牵引变电站的设讣。
最后通过与国家和铁道部的相关标准和规范进行了总结和评价，该牵引变电站一次系统的设计符合设计要求。
关键词：
电气化铁路：
牵引变压器；平衡变压器：
高压电气设备
The110KV/27.5KVraiIroadleadsa
transformersubstationonesubsystem
design
Abstract：
《Long-termrailwaynetworkprogramming》inrequestlinerateand
electricityofthereplyof2020railroadtoturnarateandattain50%.Thistextledtransformersubstationsdesignofonesubsystemtomaketreatisetotheelectrificationrailroad・
Accordingtothedesignrequestwithrelatedofnationstandard,mutuallyknotalinetypeandknotthecomparisonoflinetypeandequilibriumtransformertothelist,endchoiceelectricvoltageunbalancedegreethelowknotlineequilibriumtransformerbeamaintransformer.Passacalculationup.bottomlinelineofpowersupplyarmofofvalidelectriccurrentandthebiggestelectriccurrenttomakesurethemodelnumberandcapacityoftransformer.Thecalculationwhichpassestheshort・circuitelectriccurrentoftheoriginalsideofthetransformerandvice-sidemakessurethehighpressureelectricityoftwosidesequipments,theendcompletionleadsthedesignoftransformersubstation.
Finallypassedtocarryonsummarywithrelatedstandardandnormofnationandrailroaddepartmentandevaluate,shouldleadtransformersubstationsdesignofonesubsystemtomeetadesignrequest・
Keyword:
Electricrailway;Towsthetransformer;Balancedtransformer;Highpressureelectricalequipment
第1章前言
进入21世纪以来，中国原有的铁路系统暴露出越来越多的缺点，已经不能满足国民经济的高速发展，为适应全面建设小康社会的LI标，铁路网要扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平。
到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50%,运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。
因此政府提出《中长期铁路网规划》。
依此电气化铁路牵引变电站的水平将会有长足的发展，大量应用新的工艺和技术满足国民经济的发展要求。
牵引变电站是以牵引变压器为主，将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出，向电气化列车供电。
牵引变电站采用新型的平衡变压器，合理的接线方式。
利用现有成熟的高压电气化设备实现供变电功能。
可实现变压器副边两相电流不等，而原边三相电流平衡，即无零续电流。
他的特点是变压器容量利用率高儿乎为100%,副边有▽接线绕组，三次偕波电流可以通过。
同时还缩小了变电站占地面积、降低了造价、减少了总投资、减少了维护工作量。
1.1牵引变电站概述
1.1.1牵引电电站的特点
电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制，低频单相交流制和工频单相交流制。
我国电气化铁路釆用工频单相交流电力牵引制，额定电压25kVo牵引动力为电能，牵引供电设备将国家电力系统输送的电能变换为适合电力机车使用的形式，电力机车则完成牵引任务，因此牵引供电设备和电力机车是电气化铁路的两大主要装备，铁路其他装备和基础设施应与之相适应。
1.1.2牵引变电站的功能
牵引变电站是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置。
总称叫电气化铁路的供电系统，乂称牵引供电系统，主要山牵引变电所和接触网两大部分组成。
牵引变电所将电力系统输电线路电压从llOkV（或220kV）降到27.5kV,经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。
牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。
牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。
牵引供电回路是由牵引变电所一一馈电线一一接触网一一电力机车一一钢轨一一回流联接一一（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。
通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。
1.2牵引变电站发展概况
1.2.1单相结线牵引变电站
原理电路图如图（1-1）所示。
牵引变电站装设两台单相结线牵引变压器，可以两台并联运行，也可以一台运行，另一台备用。
牵引变压器的原边只接入三相电力系统中的两相；副边一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。
牵引变电站两供电臂由同一相供电（图中为AB）。
牵引负载对电力系统而言属于纯单相负载。
单相结线牵引变电站的优点：
牵引变压器的容量利用率（额定输出容量与额定容量之比值）可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资省等。
其缺点是：
不能供应地区和牵引变电站三相负荷用电；对电力系统的负序影响大；对接触网的供电不能实现两边供电。
所以这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的山地方电网得到供应的场合。
另外，单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。
a►la
B
►lb
►Ic
4
1
T
==
1
图1T单相结线牵引变电站的原理电路图
1.2.2三相结线牵引变电站
这种牵引变电站中装设两台三相结线牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台备用。
其原理电路和相量关系分别如图（1-2）优点：
是牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电站自用电和地区三相电力。
在两台牵引变压器并联运行的情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。
能很好的适应山区单线电气化铁路牵引负载不均衡的特点。
三相结线变压器再我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也比较便宜。
原边接线中性点可以引出接地，原边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不能得到充分的利用。
另外与单相结线牵引变压器的牵引变电站相比，主接线要复杂一些，用的设备，工程投资也比较多，维护，检修匸作量及相应的费用也有所增加。
Ua
图1-2三相结线牵引变压器原理电路图
1.2.3采用结线阻抗匹配平衡变压器的牵引变电站
这种牵引变电站中装设两台结线阻抗匹配平衡变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台备用。
结线阻抗匹配平衡牵引变压器是20世纪90年代初我国研制成功的。
这种牵引变压器原边惜况与普通三像结线变压器原边情况完全相同，铁芯也是三像芯式的。
其主要特点是通过伏辩绕组三角形接线的结构和阻抗的改变，实现将三像对称电压变换成两像对称电压。
绕组接线图和电压相量图。
图1-3血,V结线平衡变压器绕组接线
1.3本次设计的目的及意义
当今社会铁路在国民经济中扮演着越来越重要的角色关系着经济的发展和老口姓的生活，但山于近年来原料价格的上涨、油价飕升和国民经济的高速发展对铁路的要求越来越高，在铁路中使用的内燃机效率低下、成本高、污染严重，同时国家颁布了《中长期铁路网规范》要求在2020年铁路的电化率要达到50%大力开通城际列车、重载货运列车使用的技术达到或接近世界先进水平。
因此兴建电气化铁路是完全适合我国当前的社会发展。
作为电气化铁路的重要建筑。
牵引变电站承担了降压、变相和向电气化列车供电的任务。
所以设计一座布局合理、效率和容量利用律高、安全、工作可靠、造价低廉的牵引变电站作为本次设计的主要目标。
1.4主要完成的工作
根据《中长期铁路网规划》进行电气化铁路牵引变电站一次系统进行设计。
依据国家和铁路设计的标准和规范进行原始资料收集和数据的采集（区间全运行时分t,用电运行时分/“；区间牵引能耗A；电气化区段上、下行单元（每千米）能耗。
主接线方式：
全桥接线，拥有两路110KV电源（两种方案比较）
短路电流的结算：
UOKV侧，27.5KV侧
电气设备选择：
110KV侧，27.5KV侧
变压器台数及容量：
两台（16000KV*A）—台工作，一台备用
互感器的选择：
UOKV侧，27.5KV侧
防雷与接地：
合适的接地，合适的避雷器（110KV和27.5KV）
第2章负荷计算及变压器的选择
2.1基本参数
2.1.1上、下行线基本参数
双线区段采用上，下行并联供电方式。
供电臂1一n=2.8N二94对/天N非二133对/天
供电臂2—n二3.18N=77对/天N非=126对/天
供电臂1和2内，各列车距馈电点和其他资料如图（2.1）和表（2.1）
供电臂1
L=28KM
I*.―
供电臂2
L=29.3KM
上
图2-1供电原理图
表2-1计算原始资料
供电臂
1
2
列车全部运行时间
上行
25.2
27.5
£t（min）
卜行
20.1
24.4
列车用电运行时间
上行
16.7
15.8
Ltu（min）
卜行
15.2
19.6
列车在St（Ltu）内的能耗
（KV*A）
上行
970
852
卜行
856
967
2.2负荷计算
计算供电臂1,2的基本参数
供电臂1:
/上=2・4x
=2.
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