分接式牵引变电所主接线设计文档格式.docx

1、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

2、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

3、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38C，年平均温度21C，年最热月平均最高气温为33C，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

4、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

5、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

6、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

7、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（%）高压低压空载短路SF1-31500/1003150011027.516566038.514810.52YNd11ONAF2.3 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）

8、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58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。

9、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

10、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

11、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：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

12、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。3.1 110kV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。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

13、引变电所。经济性较单母线要差。方案三：采用双T型接线。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。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3.2 27.5kV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,

14、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