2021-2022年收藏的精品资料牵引变电所G电气主接线的设计.doc
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1、2010级牵引供电课程设计牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所G电气主接线的设计院/系(部)电气工程系班 级方1010-2学 号 20106648姓 名高虹雨指导教师王庆芬完成时间2013年12月20日摘 要牵引供电系统是电气化铁路的核心部分。本次设计的课题是牵引变电所G电气主接线的设计,其设计的意义在于为电气化铁路设计合理实用的牵引供电技术,主要任务是牵引变电所主接线设计、选择牵引变压器、断路器、隔离开关和电压、电流互感器等,进而确定电气主接线。在认真分析题目的基础上,按照一定的顺序进行设计。首先,分析比较几种牵引变压器的接线形式,根据要求选出了一种最佳的接线形式,即YN,d11接线形式。
2、然后,根据给定的数据并考虑一定的裕量来计算牵引变压器的安装容量。最后,计算高压和低压母线的短路电流,通过短路电流来选择相应的一次设备并进行校验,最终基本完成了牵引变电所电气主接线,实现了牵引供电系统的基本要求。关键字:牵引变压器 一次设备 目 录第1章 设计目的和任务要求11.1 设计目的11.2 任务要求11.3 设计的依据11.4 任务分析3第2章 主接线方案的设计32.1 牵引变电所110kV侧主接线42.1.1 主接线的确定62.1.2 牵引变电所的倒闸操作62.2牵引27.5kV侧电气主接线72.2.1 电气主接线特点72.2.2 27.5kV侧馈线接线方式72.2.3 27.5kV
3、侧母线接线方式9第3章 牵引变压器选择93.1 牵引变压器的备用方式93.2 牵引变压器的接线型式93.3 牵引变压器容量计算9第4章 短路计算114.1 短路计算的目的114.2 短路点选取114.3 短路电流计算12第5章 电气设备选择155.1 断路器的选择155.1.1 高压侧断路器选择165.1.2 低压侧断路器选择165.1.3 高压侧户内断路器选择175.1.4 低压侧户内断路器选择185.2 隔离开关的选择185.3 电流互感器的选择与校验205.4 导线的选择215.5 27.5kV侧母线的选择和校验22第6章 继电保护236.1 导线继电保护配置246.2 主变压器继电保护
4、装置配置24第7章 并联无功补偿247.1 并联电容补偿的作用257.2 并联电容补偿计算25第8章 防雷278.1 雷电过电压的基本形式278.2 防雷措施278.3 防雷设施27第9章 结论27 牵引供电课程设计 第1章 设计目的和任务要求1.1 设计目的本次的课题是牵引变电所G电气主接线的设计,目的是为了将所学习的知识更好地应用于实践之中。牵引变电所是牵引供电系统的重要组成部分,决定着电力机车能否正常顺利运行,因此本次设计意义重大。牵引变电所的设计主要包括变压器的设计和保护监测装置。变压器的设计主要是变压器的接线形式、容量和台数的确定。变压器的容量确定要合理,如果选择容量偏大则会造成损耗
5、增加。选择容量较小会使变压器处于过负荷状态,影响变压器的寿命。保护监测装置主要是在系统发生短路时对线路起到保护作用,同时对线路中的电压和电流进行监控等。此课题的设计完全符合电气化铁路供电系统的设计要求,为牵引供电系统提供供电方案,解决实际问题。更重的是此课题的设计使自己更加了解铁路供电系统,为以后的工作打下了基础。1.2 任务要求牵引变电所G电气主接线的任务要求如下:(1)确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式,并分析其运行方式。(2)确定牵引变压器的容量、台数及接线形式。(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
6、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。1.3 设计的依据包含有F、G两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示。图2-1中,牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作,另一台备用。电力系统1、2均为火电厂,选取基准容量Sj为100MVA,在最大运行方式下,电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.20和0.22;在最小运行方式下,电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.31和0.34。对每个牵引变电所而言,110kV线路为一主一备。图1中,L1、L2、L3长度分别为30km、50km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4/km,平均零序电抗X0为1.2/k
7、m。 图1-3 牵引供电系统示意图基本设计数据如表1-4所示:表1-4 牵引变电所基本设计数据项目牵引变电所G左臂负荷全日有效值(A)500右臂负荷全日有效值(A)730左臂短时最大负荷(A)注700右臂短时最大负荷(A)980牵引负荷功率因数0.85(感性)10kV地区负荷容量(kVA)2100010kV地区负荷功率因数0.87(感性)牵引变压器接线型式自选牵引变压器110kV接线型式自选左供电臂27.5kV馈线数目2右供电臂27.5kV馈线数目210kV地区负荷馈线数2回路工作,1回路备用预计中期牵引负荷增长30注:供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。1.4 任务分析
8、根据任务要求来选择变压器的接线方式,确定备用方式,一般选择固定备用的方式,即一台运行,一台备用。通过给定的数据计算牵引变压器的计算容量、校核容量以及安装容量,进而确定变压器的容量。分析牵引变电所的短路点,计算出短路电流,通过短路电流来选择高低压侧设备以及继电保护装置。最后,根据牵引变电所负荷平均有功功率来计算并联电容的容量,选定电容的型号。本次设计的牵引变压器的接线方式为YN,d11。第2章 主接线方案的设计 牵引变电所的电气主接线,是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。,电气主接线要满足下列基本要求:(1) 首先应保证电力牵引负荷,运输用动力、信
9、号负荷安全、可靠供电的需求和电能质量。主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电压质量措施。(2) 具有必要的运行灵活性,使检修维护安全方便。现代技术的自动装备和监控自动化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。(3) 应有较好的经济性,力求减少投资和运行费用。在可能和充分论证的条件下,可采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备,达到最好的经济效益。(4) 应力求接线简洁明了,并有发展和扩建余地。电气主接线从电源系统接受电能,并通过出线或馈电线路分配电能,当进、出(馈)线数量较多的时候,常设置汇流母线为中间环节,用以联系电源进线和出线,并使运行
10、转换方便,但也可采用无母线接线形式。采用不同形式的汇流母线即构成不同的接线方式。本次设计的馈线数目很少,只有两条。而且牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器,所以高压侧采用外桥型接线方式作为牵引变电所A的主接线。桥型接线能满足牵引变电所的可靠性,具有一定得运行灵活性,使用电气少,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。具有很高的经济实用性,并能达到可靠性要求。本设计采用100%完全备用,当一套设备发生故障,经过正确的倒闸操作顺序,另一设备启用,以提高供电可靠性。2.1 牵引变电所110kV侧主接线(1)不分段的单母线接线单母线接线的的特点是整个的配电装置只有一组母线,
11、每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。同一回路中串接的隔离开关和断路器,在运行操作时,必须严格遵守以下操作顺序:对馈线送电时必须先合1QS和2QS在投入1QF;如欲停止对其供电必须先断开1QF然后断开1QS和2QS。如图2-1所示。图2-1不分段的单母线接线单母线接线的特点是:(1)接线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠性。(2)每回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时,仅该回路停电,其他回路不受影响。(3)检修母线和与母线相连的隔离开关时,将造成全部停电。母线发生故障时,将是全部电源断开,待修复后才能恢复供电。这种接线方式的缺点是母线故障
12、时、检修设备和母线时要造成停电。适用范围:适用于对可靠性要求不高的1035kV地区负荷。(2)单母线分段接线用断路器分段的单母线分段接线图。分段断路器MD正常时闭合,是两段母线并列运行,电源回路和同一负荷的馈电回路应交错连接在不同的分段母线上。如图2-2所示。这种接线方式的特点是:(1)两母线段可以并列运行,也可以分裂运行。(2)任意一段母线或母线隔离开关检修,只该段停电,其他段可以继续供电,减小了停电范围。(3)对于用分段断路器QFD分段,如果QFD处于闭合运行状态,当某段母线发生故障时,继电保护使QFD及故障段电源回路的断路器自动断开,只该段停电;如果QFD处于断开运行状态,当某段电源回路
13、故障而使其断路器断开时,备用电源自动投入装置使QFD自动闭合,可以保证全部的出线继续供电。(4)对于用分段隔离开关QSD分段,即QSD闭合工作状态,当某段母线故障时将造成全部停电,拉开分段隔离开关QSD后,非故障段母线即可恢复供电。这种接线方式的缺点:增加了分段设备的投入和占地面积;某段母线故障或检修仍有停电问题;某段的回路断路器检修,该回路停电;扩建时,需向两端均衡扩建。适用范围:广泛应用于10-35kV地区负荷、城市电牵引各种变电所和110kV电源进线回路较少的110kV接线系统。(3)采用桥型接线当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时,常在电源线路间用横向母线将它们连接起来,即构成
14、桥形接线。桥型接线是一种无汇流母线接线,四个连接元件仅需三个断路器,配电装置接构也较简单。按中间横向桥接母线位置不同可分为:内桥形与外桥形。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,接构上便于发展为单母线或带旁路母线的单母线接线。外桥接线:外桥接线的特点与内桥接线相反,当变压器发生故障或运行中需要断开时,只需断开它们前面的断路器1QF或2QF,而不影响电源线路的正常工作。但线路故障或检修时,将使与该线路连接的变压器短时中断运行,须经转换操作后才能恢复工作。因而外桥接线适用于电源线路较短、负荷不恒定、变压器要经常切换(例如两台主变中一台要经常断开或投入)的场合,也可
15、用在有穿越功率通过的与环形电连接的变电所中。 2.1.1 主接线的确定110kV侧接线选用单母线分段接线。理由:两母线可以并列运行也可以分开运行,任一段母线检修时,只该段母线停电,其他段可以继续运行,具有一定的可靠性和灵活性。2.1.2 牵引变电所的倒闸操作图2-2 单母线分段如图2-2所示,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、QF2,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Q
16、S6和QS4,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,保证线路故障时自动转换开关使牵引变压器继续运行,有利于系统供电的可靠性和安全性。2.2牵引27.5kV侧电气主接线牵引负荷是牵引变电所基本的重要负荷,上述
17、电气主接线基本形式多数对牵引负荷侧电气接线也是适用的。但考虑牵引负荷及牵引供电系统的下列特点,有针对性的在电气接线上采取有效措施,以保证供电系统的可靠性和运行灵活性。2.2.1 电气主接线特点牵引27.5kV电气主接线的特点有以下几种。(1)由于接触网没有备用,而接触网故障几率比一般架空输电线路更为频繁,因此牵引负荷侧电气接线对接触网馈线断路器的类型与备用方式较一般电力负荷要求更高。(2)牵引侧电气接线与牵引变压器的类型(单相或三相)和接线方式以及主变压器的备用方式有关,在采用移动式变压器做备用的情况下,与移动变压器接入电路的方式有关。(3)与馈线数目、电气化铁路年运量、单线或复线,以及变电所
18、附近铁路其他设施如大型枢纽站、电力机车段和地区负荷等的供电要求有关。2.2.2 27.5kV侧馈线接线方式牵引变电所27.5kV侧馈线的接线方式一般有下列三种:(1)馈线断路器100%备用的接线馈线断路器100%备用的接线如图2-4所示。这种接线当工作断路器需检修时,此种接线用于单线区段,牵引母线不同的场合。即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便,供电可靠性高,但一次投资较大。(2)馈线断路器50%备用接线馈线断路器50%备用接线如图2-5所示。这种接线每两条馈线设一台备用断路器,通过隔离开关的,备用断路器可代替其中任何一台断路器工作。当每相母线的馈出现叔模具较多时一般很少采用此种方法。(3
19、)带旁路母线和旁路母线断路器的接线带旁路母线和旁路母线断路器的接线如图2-6所示。一般2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线,旁路断路器可以代替任意馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合,以减少备用断路器的数量。图2-4 馈线断路器100%备用图2-5馈线断路器50%备用图2-6 带有旁路母线和旁路断路器的接线经过分析比较,最终选择馈线断路器50%备用的方式,因为这种接线方式简单、操作方便而且供电可靠性比较高,更重要的是这种方式比100%备用的方式要更具有经济性。2.2.3 27.5kV侧母线接线方式牵引变压器低压侧向两个供电臂供电。因为单母线接线操作简单、经济性好
20、而且能满足一定的可靠性。综合考虑之后,选择单母线接线方式。第3章 牵引变压器选择3.1 牵引变压器的备用方式牵引变压器的备用方式有移动备用和固定备用两种。移动备用是整个供电段管辖的几个牵引变电所设置一台或数台可以动的公共备用变压器,供运行中的牵引变压器检修或故障时使用。固定备用是在每个牵引变电所安装固定的备用变压器,或者牵引变压器台数不变、而增大变压器容量,使在正常情况下一台工作,一台备用(称为固定全备用)。根据技术经济的全面比较,在一般牵引变电所设有或不设专用铁路岔线作为变压器搬运、检修的情况下,对于三相牵引变压器采用固定全备用的方式都是有利和可取的。特殊情况下需作具体比较。对于单相或V形接
21、线的牵引变电所,一般增加一台固定备用变压器,在牵引负荷侧电气接线只需增加一路电源进线及断路器与配电间隔,比较简单。而采用移动备用变压器的情况下,对单相或V,v形接线的单相变电所牵引侧电气接线的构成,将产生较大影响。3.2 牵引变压器的接线型式牵引变压器是牵引供电系统的核心部分,担负着将电力系统供给的110kV三相电变换成适合电力机车使用的27.5kV的单相电的任务。由于牵引负荷具有不稳定性、短路故障多、谐波含量大等诸多不利因素,运行环境比一般电力负荷恶劣,因此要求牵引变压器具有一定的过负荷能力和抗冲击电流的能力。综合考虑后选择了YN,d11接线形式的牵引变压器。3.3 牵引变压器容量计算牵引变
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