2021-2022年收藏的精品资料牵引变电所D电气主接线图设计.doc

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1、2010级牵引供电课程设计 年牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所D电气主接线图设计院/系(部)电气工程系班 级学 号 姓 名指导教师完成时间2013年12月20日摘 要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。用规定的设备，文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线接线图，称为电气主接线图。牵引变电所是对电压和电流进行变换、集中和分配的场所。变电所的好与坏直接关系到电气化铁道的发展，决定着我国进行的输变电建设和城乡电网的建设与改造。本次设计是通过对牵引变电所110kV主接

2、线和馈线侧主接线的分析，进一步确定牵引变电所的主接线方案，根据提供的数据对牵引变电所的核心元件牵引变压器容量的选择，对牵引变电所进行短路计算，根据短路计算的结果选择变电所中的其他电器元件。关键词：牵引变电所 牵引变压器容量计算目 录第1章课程设计的目的和任务要求11.1 设计目的11.2 任务要求11.3设计依据11.4问题分析及解决方案2第2章牵引变压器的选择32.1 牵引变压器联结分析32.1.1 单相联结牵引变电所32.1.2 单相V,v牵引变电所32.1.3 三相V,v联结牵引变电所32.1.4 三相联结牵引变压器42.2变压器计算容量42.3变压器校核容量42.4变压器安装容量及型号

3、选择52.5变压器电压、电能损失计算52.5.1 变压器电压损失计算52.5.2 变压器电能损失计算6第3章主接线图设计73.1线路分析73.1.1单母线接线73.1.2单母线分段接线73.1.3 采用桥形接线83.2高压侧主接线设计93.3低压侧主接线设计103.3.1馈线断路器100%备用接线103.3.2馈线断路器50%备用接线103.3.3带旁路母线和旁路断路器接线11第4章短路计算114.1 短路点的选取114.2 短路计算114.2.1 最大运行方式下短路计算124.2.2 最小运行方式下短路计算13第5章 电气设备的选择155.1 电气设备选择的一般原则155.2 母线选择155

4、.2.1 110KV进线侧母线选择165.2.2 27.5KV进线侧母线选择175.3断路器选择175.3.1 110KV侧断路器选择175.3.2 27.5KV侧断路器选择185.4 隔离开关的选择与校验185.4.1 110KV侧隔离开关选择185.4.2 27.5KV侧隔离开关选择195.5 电流互感器的选择与校验195.5.1 短路热稳定性校验205.5.2 短路动稳定性校验20第6章 继电保护216.1 继电保护的基本原理与基本要求216.2 电力变压器的保护22第7章 并联无功补偿237.1 并联电容补偿的作用237.2 并联电容补偿计算24第8章 防雷保护258.1雷电过电压的危

5、害258.2防雷措施25第9章 设计结论26参考文献27 20，满足要求2.5.2 变压器电能损失计算由上述可得，该牵引变压器的额定电压为110/27.5kV，额定容量为。则有：每台的全年实际负载电能损失、空载电能损失、总电能损失依次为：第3章主接线图设计3.1线路分析3.1.1单母线接线图3-1单母线接线图如图3-1所示，单母线接线的特点是整个的配电装置只有一组母线，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和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。

6、 单母线结线的特点是：(1)结线简单、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。这种结线方式的缺点是母线故障时、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。3.1.2单母线分段接线图3-2为用断路器分段的单母线分段结线图。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。这种结线方

7、式的特点是：(1)分段母线检修时将造成该段母线上回路停电。(2)进线上断路器检修时造成该进线停电。适用范围：广泛应用于1035kV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结线系统。图3-2单母线分段接线图3.1.3 采用桥形接线桥型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，在结构上便于发展成单母线或具有旁路母线得到那母线结线。即在初期按桥形结线，将来有可能增加电源线路数时再扩展为其他结线形式。为了配合牵引变电所在出现主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主变压器的切除。内桥接线：当任一线路

8、故障或检修时，不影响变压器的并列工作。 在电气化铁道中，线路故障远比变压器故障多，故内桥接线在牵引变电所应用较广泛。若两回电源线路接入系统的环形电网，并有穿越功率通过桥接母线，桥路断路器(QF)的检修或故障将造成环网断开，为此可在线路断路器外侧安装一组跨条，如图3-3的虚线所示，正常工作时用隔离开关将跨条断开。安装两组隔离开关的目的是便于它们轮流停电检修。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

9、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，也可用在有穿越功率通过的与环形电网连接的变电所中。图3-3内桥和外桥接线图3.2高压侧主接线设计单相V,v牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器，因有系统功率穿越，属通过式变电所，所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。图3-3(a)为内桥接线，连接在靠近变压器侧，其适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图3-3(b)为外桥接线，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

10、入以及切除。为了配合三相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。正常运行时，QS2、QF、QS4，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QS1，再闭合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QS6，再断QF，后闭合QS1，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QS5，闭合QF，故障线路QF1跳闸，再断开QS3，最后QF2闭合即可满足L1故

11、障时的供电。如L1线路恢复正常，可以先断开QF2、QF，再断开QS6，闭合QS3，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。3.3低压侧主接线设计由于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 侧馈线的接线方式一般有下列三种。 3.3.1馈线断路器100%备用接线引母线不同如图3-4所示。这种接线当工作断路器需检修时，此种接线用于单

12、线区段，牵的场合。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。图3-4馈线断路器100%备用3.3.2馈线断路器50%备用接线如图3-5所示。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。图3-5馈线断路器50%备用3.3.3带旁路母线和旁路断路器接线如图3-6所示。一般每2至4条馈线设一个旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一个馈线断路器工作。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3-6带有旁路母线和旁路断路器的接线考

13、虑到牵引变压器类型为三相V,v，且此牵引变电所为两个相邻区间的复线供电，为了提高供电的可靠性，保障断路器转换的操作方便，牵引变电所27.5kV 侧馈线断路器采用100%备用的接线。第4章短路计算4.1 短路点的选取因短路计算的主要内容是确定最大短路电流，所以对一次侧设备的选取一般选取高压母线短路点作为短路计算点；对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取低压母线短路点作为短路计算点。4.2 短路计算电路示意图如图 4-1。在图中，点为110kV高压母线短路点，点为27.5kV低压母线短路点。图4-1短路电路示意图取基准容量，基准电压，其中为电力线路平均额定电压，根据我国实际情况和国际标准规定，

14、当用电设备及电力线路的额定电压为110kV时，电力线路平均电压为115kV，即；，。等值电路如图4-2所示。图4-2短路计算等效电路则基准电流为：4.2.1 最大运行方式下短路计算变压器的电抗标幺值计算：该牵引变电所供电电源以双回路110kV输电线供电，因为线路有穿越功率所以电源到母线之间的导线的电抗不能省略，假设线路单位长度电阻值为,长30km, 所以电抗标幺值为：在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值：，即电力线路上发生了三相短路。短路回路的等值电抗为：，k-1点的短路电流标幺值：短路电流周期分量有效值：三相短路电流：三相短路容量：k-2点的短路电流标幺值：短路电流周期分量有效值：三相短路

15、电流：三相短路容量：4.2.2 最小运行方式下短路计算在最小运行方式下，电力系统的电抗标幺值，即电力线路上发生了两相短路。短路回路的等值电抗为：，k-1点的短路电流标幺值：短路电流周期分量有效值：三相短路电流：三相短路容量：两相短路电流周期分量有效值：两相短路电流：两相短路容量：k-2点的短路电流标幺值：三相短路电流周期分量有效值：三相短路电流：三相短路容量：两相短路电流周期分量有效值：两相短路电流：两相短路容量：短路计算所得参数如下表：表4-1 短路计算参数数据表运行方式短路点三相短路电流/kA二相短路电流/kA短路容量/MVA最大k-11.521.521.523.882.30-303.03

16、-k-22.222.222.224.082.42-105.71-最小k-11.431.431.433.662.171.241.241.243,171.88285.71247.43k-22.172.172.173.992.371.881.881.883.462.05103.5289.65第5章 电气设备的选择5.1 电气设备选择的一般原则(1)应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展；(2)应满足安装地点和当地环境条件校核；(3)应力求技术先进和经济合理；(4)同类设备应尽量减少品种；(5)选用的新产品种均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格，特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应

17、经上级批准。5.2 母线选择配电装置中的汇流母线按工作条件可分为室内和室外，对于室外安装的母线受自然条件的影响较大，且室外配电装置的跨距大，要求由足够的机械强度，但室外母线的散热条件较室内要好。各种母线都要求有良好的导电性，以减少电能损耗。我国主要采用的是铝制、铝合金及钢铝导线材料。考虑施工安装的条件，室外配电装置一般采用圆形铝绞线或钢芯铝绞线的软母线，室内采用矩形截面的硬母线，因这种截面的母线在交流电下的集肤效应较小，散热较好，施工安装方便。110kV进线侧，进入高压室的27.5kV进线侧，从高压室出来的27.5kV馈线侧，10kV馈线侧的母线均为硬母线。软母线进行选型，热稳定校验（无需进行

18、动稳定校验）。按导线长期发热允许电流选择导线。温度修正系数K由下式求得：式中，表示运行的允许温度，对室外有日照时取80，室内取70，t为实际环境温度。设计时取t=25，那么在室外有日照时=1，在室内=1。工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。 5.2.1 110KV进线侧母线选择(1)母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。最大负荷持续工作电流式中：SN为变压器的额定容量；UN为线路的额定电压。(2)按经济电流密度选择进线截面。式中：牵引变电所经济电流密度，对于牵引负荷侧年最大负荷利用小时。因此，故应选择LGJ-70钢芯铝绞线。(3)校验发热条件。查工厂供电附录表1

19、6得，LGJ240的允许载流量（设环境温度为40)。因此LGJ-70钢芯铝绞线满足发热条件。(4)校验机械强度。查工厂供电附录表14得，110kV架空钢芯铝线最小截面与LGJ70 因此LGJ-70钢芯铝绞线满足机械强度。5.2.2 27.5KV进线侧母线选择母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑，我们选择容量为20000kVA电压27.5/10.5kV的三相双绕组电力变压器。经计算：27.5kV侧的母线选用钢芯铝绞线LJG-120。5.3断路器选择高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用，切断过负荷电流

20、和短路电流，它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力，(1)额定电压的选择 (6-1) 式中，断路器的额定电压(kV)；安装处电网的额定电压(kV)。(2)额定电流的选择 (6-2) (3)额定开断电流的选择 (6-3)式中，断路器的额定开断电流，由厂家给出(kA)； 刚分电流(断路器出头刚分瞬间的回路短路全电流有效值)(kA)。(4)短路关合电流的选择 (6-4)断路器操动机构能关合的最大短路电流。断路器操动机构能克服动静触头之间的最大电动斥力，使断路器合闸成功。(5)热稳定校验 (6-5)(6)动稳定校验 (6-6)5.3.1 110KV侧断路器选择110KV侧所选断路器型号为SW6-11

21、0/1250,其技术数据见表5-1。表5-1 110kV侧断路器技术数据表型号额定电压(kV)额定开断电流(kA)额定电流(A)动稳定电流(kA)4s稳定电流(kA)固有分闸时间（s）SW2-110/125011015.812504115.80.04 均满足条件，所以选择该型号断路器。5.3.2 27.5KV侧断路器选择27.5KV侧所选断路器型号为SW2-35/1000,其技术数据见表5-2。表5-2 27.5kV侧断路器技术数据表型号额定电压(kV)额定开断电流(kA)额定电流(A)动稳定电流(kA)4s稳定电流(kA)固有分闸时间（s）SW2-35/10003516.510004516.

22、50.04 均满足条件，所以选择该型号断路器。5.4 隔离开关的选择与校验高压隔离开关在配电线路中起隔离电源、切换电路、接通或断开小电流电路的作用。选择高压隔离开关的技术参数主要有额定电压、额定电流、动稳定和热稳定电流、极限通过电流等。5.4.1 110KV侧隔离开关选择110kV侧隔离开关选用GW4-110DW型户外隔离开关，其技术数据见表5-3。表5-3 110kV侧隔离开关技术数据表型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)4s热稳定电流(kA)GW4-110DW11012508031.5 均满足条件，所以选择该型户外隔离开关。5.4.2 27.5KV侧隔离开关选择27.5kV

23、侧隔离开关选用GW4-35DW型户外隔离开关，其技术数据见表5-4。表5-4 27.5kV侧隔离开关技术数据表型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)4s热稳定电流(kA)GW4-35DW3512508031.5 均满足条件，所以选择该型户外隔离开关。5.5 电流互感器的选择与校验电流互感器又称仪用变流器。电压互感器又称仪用变压器。它们合称仪用互感器或简称互感器。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊的变压器。互感器主要用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电气等二次设备，又可防止仪表、继电气等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次

24、电路的安全性与可靠性，并有利于人身安全。不仅如此，互感器还可以用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。最大长期工作电流所以可选用型电流互感器，电流比为。5.5.1 短路热稳定性校验因为，故满足热稳定性。5.5.2 短路动稳定性校验 满足动稳定性。经上述分析与计算，一次侧设备参数如下表。表5-5 110kV一次侧设备参数数据表电气设备名称电压kV电流A断流能力kA MVA短路电流校验动稳定电流（4s）热稳定电流kA设备的型号规 格高压断路器SW6-110/1250110125015.84115.8高压隔离开关GW4-110DW1101250-8031.5低压断路器SW2-35/10003510

25、0016.54516.5电流互感器-8031.5支柱绝缘子110-37-套管351000-避雷器110-避雷器126-第6章 继电保护6.1 继电保护的基本原理与基本要求基本原理：利用电力系统正常运行状态和不正常运行或故障时各物理量的差别来判断故障和异常，并通过断路器跳闸将故障切除或发出信号。继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。(1)可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护的最基本要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动作。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。

26、(2)选择性所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。在要求保护动作有选择性的同时，还必须考虑保护或断路器有拒动的可能性，因而就需要考虑后备保护的问题。一般情况下远后备保护动作切除故障时将使供电中断的范围扩大。(3)速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格昂贵，对大量的中、低压设备，不一定都采用高速

27、动作的保护。对保护速动性的要求应根据电力系统的接线和被保护设备的具体情况，经技术比较后确定。(4)灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中，要

28、根据电网的结构和用户的性质，辩证的进行统一。6.2 电力变压器的保护变压器故障可分为邮箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路，而油箱内发生相间短路的情况比较少。变压器的不正常工作状态主要有：负荷长时间超过额定容量引起的过负荷；外部短路引起的过电流；外部接地短路引起的中性点过电压；油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高；大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件过

29、热。根据上述故障类型和不正常工作状态，对变压器应装设下列保护。(1)纵差保护或电流速断保护变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。保护瞬时动作，断开变压器各侧的断路器。对6.3MVA及以上并列运行的变压器和100MVA单独运行的变压器以及6.3MVA以上厂用变压器应装设纵差保护；其他重要变压器及电流速断保护灵敏度达不到要求时，也可装设纵差保护。纵差保护是利用故障时产生的不平衡电流来动作的，保护灵敏度高，且动作迅速。(2)瓦斯保护对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低，应装设瓦斯保护。对800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式

30、变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧的断路器。(3)外部相间短路时的保护，采用过电流保护。反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护后备的过电流保护，其适用于降压变压器，保护装置和整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。(4)外部接地短路时的保护，采用零序电流保护。对中性点直接接地电网，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。零序电流保护通常由两段组成，每段可各带两个时限，并均以较短的时限用于缩小事故影响范围，以较长的时限用于断开各侧的断路器。(5)过负荷保护对于400k

31、VA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护应接于相电流上，带时限动作于信号。对变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可用于信号或动作于跳闸的装置。该牵引变电所的设计原理可知110kV的高压电经牵引变压器降为27.5kV，而至接触网中额定电压变为25kV；另外牵引变压器27.5kV母线侧分支至生活用地电线网，经普通变压器降至380/220V。由此可知，该牵引变电所存在三个电压等级，即需要至少三个以上的保护，则可采用阶段式电流保护配合电力线路的保护。假设末端用户为保护1段，下一段为保护2段

32、，如有不同段则该段增设一个保护，直至电源端（电源端也需要装设保护）。第7章 并联无功补偿在牵引变电所牵引侧设计和安装并联电容补偿装置，既是减少负荷谐波影响的一项措施，又是提高牵引负荷功率因数的一种对策。7.1 并联电容补偿的作用(1)提高功率因数。(2)吸收滤波电流，具有滤波作用。(3)改善电力系统电压质量，提高牵引变电所牵引侧母线电压。(4)减少电力系统电能损失。并联电容补偿装置提供的容性电流，不仅提高了牵引负荷的功率因数，而且使流经电力系统和牵引变压器的电流值小于未补偿时的电流值。根据电能损失与电流值的二次方成正比的关系，显然并联电容补偿后可以减少电力系统的电能损失。图7-1表示并联电容补偿装置主接线图。图7-1并联电容补偿装置7.2 并联电容补偿计算牵引变电所功率因数取值：补偿前，牵引侧，牵引变压器高压侧；补偿后，牵引变压器高压侧；并联电容补偿装置的补偿度。牵引变压器二次侧母线线电压为27