分接式牵引变电所电气主接线的设计.pdf

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1、1/32 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 2010 级 牵引供电课程设计 2/32 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

2、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 1 1.1 设计目的 1 1.2 任务要求 1 1.3 设计依据 1 1.4 问题分析及解决方案 2 第 2 章 牵引变压器的选择 3 2.1 牵引变压器联结分析 3 2.1.1 单相联结牵引变电所 3 2.1.2 单相 V,v 牵引变电所 3 2.1.3 三

3、相 V,v 联结牵引变电所 3 2.1.4 三相联结牵引变压器 4 2.2 变压器计算容量 4 2.3 变压器校核容量 4 3/32 2.4 变压器安装容量及型号选择 5 2.5 变压器电压、电能损失计算 5 2.5.1 变压器电压损失计算 5 2.5.2 变压器电能损失计算 6 第 3 章 主接线图设计 7 3.1 线路分析 7 3.1.1 单母线接线 7 3.1.2 单母线分段接线 7 3.1.3 采用桥形接线 8 3.2 高压侧主接线设计 9 3.3 低压侧主接线设计 10 3.3.1 馈线断路器 100%备用接线 10 3.3.2 馈线断路器 50%备用接线 10 3.3.3 带旁路母

4、线和旁路断路器接线 11 第 4 章 短路计算 11 4.1 短路点的选取 11 4.2 短路计算 11 4.2.1 最大运行方式下短路计算 12 4.2.2 最小运行方式下短路计算 13 第 5 章电气设备的选择 15 5.1 电气设备选择的一般原则 15 5.2 母线选择 15 5.2.1 110KV 进线侧母线选择 16 5.2.2 27.5KV 进线侧母线选择 17 5.3 断路器选择 17 5.3.1 110KV 侧断路器选择 17 5.3.2 27.5KV 侧断路器选择 18 5.4 隔离开关的选择与校验 18 5.4.1 110KV 侧隔离开关选择 18 5.4.2 27.5KV

5、 侧隔离开关选择 19 5.5 电流互感器的选择与校验 19 5.5.1 短路热稳定性校验 20 5.5.2 短路动稳定性校验 20 第 6 章继电保护 21 6.1 继电保护的基本原理与基本要求 21 6.2 电力变压器的保护 22 4/32 第 7 章并联无功补偿 23 7.1 并联电容补偿的作用 23 7.2 并联电容补偿计算 24 第 8 章防雷保护 25 8.1 雷电过电压的危害 25 8.2 防雷措施 25 第 9 章设计结论 26 参考文献 27 1/32 第 1 章 课程设计的目的和任务要求 1.1 设计目的 本次课程设计初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方

6、法；熟悉有关设计规 X 和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的基础。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，并分析其正常运行时的四种运行方式。(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 设计依据 区域电网以双回路 110kV 输送电能，选取基准容量jS为 100MVA，在最大运行方式下

7、，电力系统的电抗标幺值分别为 0.33；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为 0.35。高压侧有一定的穿越功率。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侧电流如下表所示。表 1-1 设计参数数据表 牵引变电所 供电臂 长度 km 最大电流 A 平均电流 A 有效电流 A 短路电流 A 穿越电流 A D 19.4 320 142 219 809 152 23.2 290 167 248 978 198 本牵引变电所地区平均海拔为 580m，底层以砂质粘土为主，地下水位为2/32 5.3m。该牵引变电所位于

8、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C38，年平均温度为C21，年最热月平均最高气温为C33，年雷暴雨日数为C29天，土壤冻结深度为1.2m。1.4 问题分析及解决方案 单相 V,v 接线的牵引变压器是将两台单相变压器以 V 的方式联于三相电力系统，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

9、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。在正常运行时，牵引侧保持三相，可供应牵引变电所自用电和地区三相负载。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，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。

10、即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改由劈相机或单相 三相自用变压器供电。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。然后在变压器型号的基础之上，选取室外 110kV 侧母线，室外27.5kV 侧母线以及室外 10kV 侧母线的型号。考虑到 V,v 接线中装有两台变压器的特点，在确定 220kV 侧主接线时我们采用桥形接线。按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器 100%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 22kV 侧

11、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。3/32 第 2 章 牵引变压器的选择 2.1 牵引变压器联结分析 按牵引变压器的联结方式分为单相联结，单相 V,v 联结，；三相 V,v 联结，三相 YN,d11 联结和三相不等容量相 YN,d11 联结，斯科特联结等。2.1.1 单相联结牵引变电所 单相牵引变电所的优点：牵引变压器的容量利用率可达 100%；主结线简单，设备少，占地面积小，投资省等。缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电；对电力系统的负序影响最大；对接触网的供电不能实现两边供电。这种联结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地由地方电网得到

12、供应的场合。2.1.2 单相 V,v 牵引变电所 单相 V,v 牵引变压器的优点：牵引变压器容量利用率可达到 100%；正常运行时，牵引侧保持三相，所以可供应牵引变电所自用电和地区三相负载；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联结小；对接触网的供电可实现两边供电。缺点：当一台变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。2.1.3 三相 V,v 联结牵引变电所 不但保持了单相 V,v 联结牵引变电所的主要优点，而且完全克服了单相 V,v联结牵引变电所的缺点。最可取的是解决了单相 V,v 联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题。同时，三相 V

13、,v 联结牵引变压器有两台独立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传递；两台的容量可以相等，也可以不相等；两台的二次侧电压可以相同，也可以不相同，有利于实现分相有载或无载调压。为牵引变压器的选型提供了一种新的连接形式。4/32 2.1.4 三相联结牵引变压器 三相联结牵引变电所又简称三相牵引变电所。这种牵引变电所中装设两台三相 YN,d11 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 YN,d11 联结牵引变电所的优点是：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；能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时，另一供电臂却没有或只有很小牵引负

14、荷的不均衡运行情况；三相 YN,d11 联结变压器在我 XX 用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也较便宜；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。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 变压器计算容量 单相 V,v 接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，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veI即为馈线有效电流，故 e1ve1IIe2ve2II 式中，veI为联

15、结绕组有效电流。AI219ve1AI248ve2 单相 V,v 接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，其两台变压器计算容量分别为 kVAUIUIS5.60222195.27e11ve1 kVAUIUIS68202485.27e22ve2 2.3 变压器校核容量 单相 V,v 结线牵引变压器的最大容量为 kVAUISaa71502605.27maxmax kVAUISbb82503005.27maxmax 5/32 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KSSmax校，式中，K 为牵引变压器过负荷倍数，取K=1.75。kVAKSSaa71

16、.408575.17150max校 kVAKSSbb29.471475.18250max校 2.4 变压器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，选择两者之中的较大者，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 210000kVA。牵引变压器主要参数如表 2-1 所示。由变压器允许过电荷 50%可知：移动备用方式下kVAS300005.1100002max 已知kVASSSba15400maxmaxmaxab，故选用的安装容量是合适的。表 2-1 牵引变压器主要参数 变压器型号 原边/次边额定电压 kV 短 路 电压 百 分值

17、额定空载电流 额定铜耗kW 额定空载损耗 kW 冷却方式 SF6-QY-10000-10000 110/27.5 10.5%10.5%0.5%120 18 ONAF 2.5 变压器电压、电能损失计算 2.5.1 变压器电压损失计算 单相变压器绕组的阻抗为：139.0100001151005.10100%22NNKTSUUX V,V 联结变压所两侧供电臂分别由各自的变压器供电，其电压损失为：当8.0cos时，V25.18139.02196.06.0e11TTXIU V68.20139.02486.06.0e22TTXIU 当82.0cos时，V35.17139.021957.057.0e11TT

18、XIU 6/32 V65.19139.024857.057.0e22TTXIU 校验 25-电压损失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VAk100002。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：AUPINNN64.36311010000222)a/kWh10(04.3364.363219104876.0876.0422221e1NkkIIPA)a/kWh10(768.1518876.0876.0400PA)a/kWh10(808.48768.1504.334011AAAkT)a/kWh

19、10(37.4264.363248104876.0876.0422222e2NkkIIPA)a/kWh10(768.1518876.0876.0400PA)a/kWh10(14.58768.1573.424022AAAkT 7/32 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

20、 1QF 然后断开 1QS 和2QS。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 X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

21、的馈电回路应交错连接在不同的分段1SL2SL1QS2QS1QF2QF3QF8/32 母线上。这种结线方式的特点是：(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 X 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

22、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 2

23、QF，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2SL1SL1QS1QF9QS5QFQFQS2M1M9/32 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

24、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

25、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10/32 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

26、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

27、相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。11/32 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

28、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110kV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27.5kV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，1d点为110kV高压母线短路点，2d点为27.5kV低压母线短路点。12/32 图 4-1 短路电路示意图 取基准容量MVASSSjBd100，基准电压avBUU，其中avNU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，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kVUUavB115；kVUC11

29、51，kVUC5.272。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：kAkVMVAUSICdd502.01153100311 kAkVMVAUSICdd099.25.273100322 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：05.110000101001005.10100%3*NBKTSSUX 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km/4.0,长 30km,所以电抗标幺值为：091.0115100304.04.022avUSLXBL 在最大运行

30、方式下，电力系统的电抗标幺值：33.0*SX，即电力线路上发生了三相短路。短路回路的等值电抗为：946.0091.033.0205.1*）（LSTXXXX 13/32 33.0*1SkXX，946.0*2XXk k-1 点的短路电流标幺值：*1*311kkXI 短路电流周期分量有效值：kAXIIIIkddkk52.133.0502.0*111*3131 三相短路电流：kAIIIk52.13133*kAish88.352.155.23 kAIsh30.252.151.13 三相短路容量：MVAXSSkdk03.30333.01003131 k-2 点的短路电流标幺值：*2*21kkXI 短路电流

31、周期分量有效值：kAXIIkddkkII22.2946.0099.2*222*3232 三相短路电流：kAIIIk22.23233*kAish08.422.284.13 kAIsh42.222.209.13 三相短路容量：MVAXSSkdk71.105946.0100*232 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35.0*SX，即电力线路上发生了两相短路。短路回路的等值电抗为：966.0091.035.0205.1)*TSTXXXX（35.0*1SkXX，966.0*2XXk 14/32 k-1 点的短路电流标幺值：*1*311kkXI 短路电流周期分量有

32、效值：kAXIIIIkddkk43.135.0502.0*111*3131 三相短路电流：kAIIIk43.13133 kAish66.343.155.23 kAIsh17.243.151.13 三相短路容量：MVAXSSkdk71.28535.0100*131 两相短路电流周期分量有效值：kAIIkk24.143.1866.0866.03121 两相短路电流：kAIIIk24.12122 kAiishsh17.366.3866.0866.032 kAIIshsh88.117.2866.0866.032 两相短路容量：MVASSkk43.24771.285866.0866.03121 k-2

33、点的短路电流标幺值：*2*21kkXI 三相短路电流周期分量有效值：kAXIIIIkddkk17.2966.0099.2*222*3232 三相短路电流：kAIIIk17.23233*kAish99.317.284.13 kAIsh37.217.209.13 三相短路容量：MVAXSSkdk52.103966.0100*232 两相短路电流周期分量有效值：kAIIkk88.117.2866.0866.03222 两相短路电流：kAIIIk88.12222 15/32 kAiishsh46.399.3866.0866.032 kAIIshsh05.237.2866.0866.032 两相短路容量

34、：MVASSkk65.8952.103866.0866.03222 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 3*I 3I 3kI 3shi 3shI 2*I 2I 2kI 2shi 2shI 3kS 2kS 最大 k-1 1.52 1.52 1.52 3.88 2.30-303.03-k-2 2.22 2.22 2.22 4.08 2.42-105.71-最小 k-1 1.43 1.43 1.43 3.66 2.17 1.24 1.24 1.24 3,17 1.88 285.71 247.43 k-2

35、2.17 2.17 2.17 3.99 2.37 1.88 1.88 1.88 3.46 2.05 103.52 89.65 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

36、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16/32 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：25xuxutK 式中，xu表示运行的允许温度，对室

37、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K=1，在室内K=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 AUSIINNeg23.681103100003.13.13.1max 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。ecmaxgecjIA 式中：牵引变电所经济电流密度)mm/A(15.1j2ec，对于牵引负荷侧年最大负荷利用小时h5000h3000Tmax。因此，)(3

38、3.5915.123.682maxmmjIAecgec 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 16 得，LGJ240 的允许载流量（设环境温度为 40Co)。AIAIgal23.68222max 因此 LGJ-70 钢芯铝绞线满足发热条件。(4)校验机械强度。17/32 查工厂供电附录表 14 得，110kV 架空钢芯铝线最小截面与 LGJ70 22min7035mmAmmAec 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20000kV A 电压

39、 27.5/10.5kV 的三相双绕组电力变压器。经计算：AIc93.27235.27100003.1max）（）（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 NSNUU(6-1)式中，NU断路器的额定电压(kV)；NSU安装处电网的额定电压(kV)。(2)额定电流的选择 maxIIN(6-2)(3)额定开断电流的选择 kpNbrII(6-3)式中，Nbr

40、I断路器的额定开断电流，由厂家给出(kA)；kpI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 shNclii(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 ktQtI2(6-5)(6)动稳定校验 shcsii (6-6)5.3.1 110KV 侧断路器选择 18/32 110KV 侧所选断路器型号为 SW6-110/1250,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)

41、4s 稳定 电流(kA)固有分闸 时间（s）SW2-110/1250 110 15.8 1250 41 15.8 0.04 NSNUKVU110AIAIN3101250maxKAIKAIkNk27.28.15)3(1 KAIKAishNes83.341)3(sKAQsKAtIkt22222)(56.99848.15)(0.736.127.2 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(

42、A)动稳定 电流(kA)4s 稳定 电流(kA)固有分闸 时间（s）SW2-35/1000 35 16.5 1000 45 16.5 0.04 5.2735NSNUKVUAIAIN6021000max KAIKAIkNk6.45.16)3(2KAIKAishNes8.745)3(sKAQsKAtIkt22222)(108945.16)(74.8236.18.7 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

43、 110KV 侧隔离开关选择 19/32 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 5-3110kV 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)GW4-110DW 110 1250 80 31.5 NSNUKVU110AIAIN3101250max kAIKAIkNk27.25.31)3(1kAIKAishNes83.380)3(skAQskAtIkt22222)(396945.31)(0.736.127.2 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

44、 27.5kV 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 5-427.5kV 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)GW4-35DW 35 1250 80 31.5 kVUkVUNSN5.275.37AIAIN6021250max kAIKAIkNk6.45.31)3(1kAIKAishNes8.780)3(skAQskAtIkt22222)(396945.31)(8.2836.16.4 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

45、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 X 围。20/32 最大长期工作电流AI23.681103100003.1gmax 11max110eegegUUkVII 所以可选用110-LCWB6型电流互感器，电流比为510050）（。5.5.1 短路热稳定性校验 SKAtKI

46、te72110406.17550 27.0273kASdzfiQQQ 因为21etdIKtQ，故满足热稳定性。5.5.2 短路动稳定性校验 AKIue12990150502216200Achi 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 SW6-110/1250 110 1250 15.8 41 15.8 高压隔离开关 GW4-110DW 110 1250-80 31.5 低压断路器 SW2-35/

47、1000 35 1000 16.5 45 16.5 电流互感器 110-LCWB6 3110 5502-80 31.5 支柱绝缘子 3110 ZS 110-37-套管 35 1000-避雷器 110FCZ 110-21/32 避雷器 55 126/439Y W 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

48、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 X 围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。(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X 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、

49、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 X 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 X 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

50、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22/32 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