电力牵引供电系统课程设计.docx

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电力牵引供电系统课程设计

目录

一、题目1

二、题目分析及解决方案框架确定1

三、设计过程2

3.1牵引变电所110kV侧主接线图设计2

3.2牵引变电所馈线侧主接线设计2

3.3单相V-v直供方式变压器接线3

3.4牵引变压器容量计算3

3.5绘制电气主接线图4

3.6仪用互感器的选择5

四、设计方案分析5

五、心得体会6

附录一馈电线50%备用接线图7

附录二移动备用原理图8

附录三牵引变电所电气主接线图9

一、题目

某牵引变电所丁采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，单相V-V接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1所示。

表1两供电臂电流归算到27.5kV侧电流

牵引变电所

供电臂

长度km

端子

平均电流A

有效电流A

短路电流A

穿越电流A

丁

19.4

142

219

809

152

23.2

167

248

978

198

二、题目分析及解决方案框架确定

单相V-V接线的牵引变压器是将两台单相变压器以V的方式连于三相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。

两台变压器的次边绕组，各取一端联至牵引变电所的两相母线上。

而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。

这时，两臂电压的相位差为60°，电流不对称度有所减少。

这种接线即通常所说的60°接线。

同时，由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同，在这两个相邻的接触网区段间必须采用分相绝缘结构。

另外，由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流，因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流，牵引变压器的容量得到了充分利用。

主接线较简单，设备较少，投资较省。

对电力系统的负序影响比单相接线小。

对接触网的供电可实现双边供电，它的主要缺点就是：

当一台牵引变压器故障时另一台必须跨相供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。

这就需要一个倒闸过程，可能会影响行车。

在设计过程中，通过求解变压器的计算容量、校核容量以及安装容量来选取变压器的型号。

然后再变压器型号的基础之上，考虑到V-V接线中装有两台变压器的特点，在确定110kV侧主接线时我们采用外桥形接线。

按照向复线区段供电的要求，同时其牵引侧母线的馈线数目为两条，为了保障其经济性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器50%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。

按照选取的变压器的容量以及110kV侧的和牵引侧的主接线，可以做出设计牵引变电所的电气主接线（见附录）。

单相V-V接线的牵引变压器原理电路如图1所示。

图1单相V-V接线牵引变电所

三、设计过程

牵引变电所的电气主接线分为三个部分来分别设计：

110kV侧的主接线、牵引侧的主接线、单相V-V直接供电方式变压器接线。

3.1牵引变电所110kV侧主接线图设计

单相V-V牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器，所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。

在桥式接线中，外桥接线连接在靠近线路侧，其适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切除。

为了配合单相V-V牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除，更符合本设计的要求。

3.2牵引变电所馈线侧主接线设计

由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV侧可选用馈线断路器50%备用的接线，50%备用的接线母线适用于同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。

这种接线每两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一台断路器工作。

牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修，这种方法在可靠性满足的情况下经济性得到了很大的提高，原理图如附录一所示。

3.3单相V-V直供方式变压器接线

单相V-V接线变压器是由两台单相变压器构成，高压侧两个绕组接在电力系统的两个线电压上。

因为是采用直接供电方式，低压侧两个绕组接成V形，两台变压器的次边绕组，各取一端联至27.5kV的a相和b相母线上。

而它们的另一端则连成公共端的方式接至地网和钢轨或钢轨引回的回流线。

为了保证供电的可靠性及经济性，采用变压器移动备用的方式，移动备用方式适合于两台变压器并联运行，可以较好的节省变压器的容量，对于小运量区段选择起来更为方便。

原理图如附录二。

3.4牵引变压器容量计算

（1）单相V-V接线牵引变压器绕组的有效电流

单相V-V接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器连接而成，每台变压器供给所管辖供电臂的负荷。

所以其绕组有效电流

即为馈线有效电流，故

（A）

（3.1）

式中，为绕组电流有效值。

根据题意，

，

。

（2）计算单相V-V接线牵引变压器的计算容量

单相V-V接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器连接而成，，其两台变压器计算容量公式分别为

（3.2）

（kVA）

（3）变压器校核容量

单相V-V结线牵引变压器的最大容量为

（3.3）

（kVA）

式中，

为供电臂（b）的最大电流。

在最大容量的基础之上，再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量，就可以得到校核容量，即

（3.4）

（kVA）

式中，K为牵引变压器过负荷倍数，取K=1.5。

则可得

（4）确定单相V-V接线牵引变压器的安装容量及型号选择

将单相V-V接线的变压器的计算容量和校核容量进行比较，并结合采用移动备用方式和系列产品，选用单相V-V变压器的安装容量为2×20000kVA。

由变压器允许过电荷50%可知：

移动备用方式下

已知

故选用的安装容量是合适的。

考虑到在采用移动备用方式的情况下，当两台并联运行的牵引变压器一台发生故障停电后，未了使另一台单独运行而不影响铁路正常运输，安装容量选用

变压器。

因为

因此选择16000/110型号的变压器。

3.5绘制电气主结线图

电气主接线如附图所示，通过以上的分析为保证供电可靠性经济性兼得，牵引变压器采用移动备用方式。

因采用单相V-V牵引变压器，单相V,v接线的牵引变压器的接线简单，设备较少，投资较省，选用选择16000/110型号的变压器。

对于110kV侧主接线则选用外桥型接线，电气主接线如附录三所示。

3.6仪用互感器的选择

（1）电流互感器的选择

牵引变电所常用的电流互感器按其安装方式可分为单独安装的和设备附属两大类，单独安装式电流互感器其结构多为油浸式，设备附属式电流互感器其结构多为浇注绝缘式。

由于油浸式互感器具有结构结单，散热快，传导均匀，易修复，价格与其他形式绝缘的干式互感器相比较低等优点。

所以牵引变电所中常用油浸式互感器。

在设计中，查《电气化铁道施工手册》可选LCWB6-110型和LCWD1-35型电流互感器。

（2）电压互感器的选择

变电所中装用的电压互感器有电磁感应式和电容（分压）式两种类型，电磁感应式电压互感器，实质上相当于一台容量很小，内阻抗压降可忽略的空载降压变压器。

目前27.5KV及以上的电磁式电压互感器大都为普通或串级油浸式结构，电容式互感器是一种利用电容分压进行测量的成套设备。

在设计中，查《电气化铁道施工手册》可选YDR-110型和JDJ2-27.5型两种电压互感器。

四、设计方案分析

此次的设计方案，牵引变电所110kV侧主接线采用的是外桥接线方式，因为这种接线方式方便于变压器的投入与切除，但是切除一条线路时，需要同时断开两台变压器，造成一台变压器的短时停电，为避免变压器侧断路器检修时，形成一台变压器长期停电，可在变压器内侧接一跨条。

牵引变电所馈线侧主接线采用的是50%备用的接线，此种接线用于牵引母线同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。

这种接线每两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一台断路器工作。

牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修。

这种方法经济性较高，而且能较好的适应本课程设计。

牵引变压器主接线采用的是直接供电方式下单相V,v接线变压器，在此方案中采用的是变压器移动备用，这样提高了供电的可靠性和经济性。

单相V,v接线的牵引变压器的接线简单，设备较少，投资较省。

本设计中牵引变电所装设两台牵引变压器，并联运行，所以采用移动变压器作为备用方式更为合适，这样的经济性更高，并且可以有效的减小运输时间，而提高可靠性。

最后该种方案是对复线区段供电，这种供电方式不设分亭区，独立性强，开关设备、继电保护和倒闸操作比较简单，本次的设计适用于运量小坡道平缓且供电臂较小的场合。

五、心得体会

此次课程设计对检验我们专业知识，专业学习是一个很好的检测，是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。

从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。

其间，查找资料，老师指导，与同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。

通过这次实践，我了解了牵引供电系统的用途及工作原理，熟悉了电气化铁道供电系统牵引变电所的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。

此次课程设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。

这次课程设计虽然发现了自己很多的不足，知道了自己专业知识很欠缺，发现自己缺少很多专业素养，有很多自己要学习之处，如CAD画图软件的使用及一些应用技巧的使用，同时也锻炼了自己把书本上学到的知识怎么灵活运用到实践中，使我受益匪浅。

参考文献

[1]铁道部电气化局电气化勘测设计院，电气化铁路设计手册-牵引供电系统.北京:

中国铁道出版社,1987.

[2]贺威俊，高仕斌.电力牵引供变电技术[M].成都:

西南交通大学出版社,1998.

[3]李彦哲，王果，张蕊萍，胡彦奎.电气化铁道供电系统与设计[M].兰州:

兰州大学出版社,2006.

附录一馈电线50%备用接线图

附录二移动备用原理图

附录三牵引变电所电气主接线图