鐵道供電課程設(shè)計牽引變壓器

1、電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計課程設(shè)計報告電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計課程設(shè)計報告班 級： 電氣 084 學(xué) 號： 200809354姓 名： 張揚童 指導(dǎo)教師： 評語評語：成績 年 月 日目目 錄錄1 設(shè)計原始資料-1(1) 題目-1(2) 題目分析-22 設(shè)計過程-2(1) 參數(shù)定義-2(2) 牽引變壓器容量計算-3(3) 牽引變壓器類型選擇-3(4) 牽引變壓器運行指標計算-4(5) 主接線設(shè)計-4(6) 設(shè)備選型-63. 小結(jié)-9參考文獻-9附錄-10附錄一 牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表 - 10 -附錄二 牽引變電所 a 主接線圖 - 11 -供變電工程課程設(shè)計指導(dǎo)書供變電工程課程設(shè)計指導(dǎo)書的牽引

2、變電所的牽引變電所 a a1 1 設(shè)計原始資料設(shè)計原始資料1.1 題目題目(1)選題背景包含有 a、b 兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示：l3l2l1basystem 1system 2圖 1 牽引供電系統(tǒng)示意圖表 1 設(shè)計基本數(shù)據(jù)項目a 牽引變電所左臂負荷全日有效值（a）350右臂負荷全日有效值（a）300左臂短時最大負荷（a）440右臂短時最大負荷（a）390牽引負荷功率因數(shù)0.85（感性）牽引變壓器接線型式y(tǒng)n,d11牽引變壓器 110kv 接線型式橋型接線10kv 地區(qū)負荷容量(10kv)2*100010kv 地區(qū)負荷功率因數(shù)0.80（感性）左供電臂 27.5kv 饋線數(shù)目2

3、右供電臂 27.5kv 饋線數(shù)目210kv 地區(qū)負荷饋線數(shù)目2 回路工作，1 回路備用預(yù)計中期牽引負荷增長40%圖 1 牽引變電所中的兩臺牽引變壓器為一臺工作，另一臺備用。電力系統(tǒng) 1、2 均為火電廠。其中，電力系統(tǒng)容量分別為 250mva 和 200mva。選取基準容量 sj為 200mva，在最大運行方式下，電力系統(tǒng) 1、2 的綜合電抗標幺值分別為 0.13和 0.15；在最小運行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標幺值分別為 0.15 和 0.17。對每個牽引變電所而言，110kv 線路為一主一備。圖 1 中，l1、l2、l3長度為25km、40km、20km.線路平均正序電抗 x1為 0.4/km

4、,平均零序電抗 x0為 1.2/km。(2)方案論證牽引變電所 a 變壓器采用 yn,d11 接線，通過對計算容量、校核容量安裝容量等的計算，選擇變壓器的類型。為了保證電力牽引列車的正常運行，牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計，必須進行電壓損失計算。而電能損失的計算為采取措施減少牽引供電系統(tǒng)電能損失提供了條件。 (3)過程(設(shè)計)論述先通過計算容量、校核容量，確定安裝容量，選擇變壓器類型；在計算全年電能損失和電壓損失；最后計算短路電流，選擇斷路器類型。(4)結(jié)果分析所計算得的電壓損失校核供電臂末端區(qū)間電力機車受電弓上的短時最低電壓，并滿足要求。(5)結(jié)論或總結(jié)這次的課程設(shè)計，由于能力和時間上有限，對于原本較復(fù)

5、雜的牽引變電所設(shè)計進行了簡單化，既只選擇了變壓器類型和斷路器類型進行了計算。1.2 題目分析題目分析(1)牽引變壓器初步選型根據(jù)設(shè)計原始資料中給出的已知值，接線方式，確定出的備用方式，計算出變壓器的計算容量和校核容量。在計算容量與校核容量的基礎(chǔ)，考慮備用方式確定出變壓器的安裝容量，確定出變壓器的型號。由變壓器的允許過負荷來判斷所選備用方式下安裝容量是否合適。(2)計算牽引變壓器的運行技術(shù)指標計算出牽引變壓器功率損耗及全年電能損耗，在短時最大負荷工況下的電壓損失和不平衡度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來改善供電，減少能耗。(3)牽引變電所主接線設(shè)計采用內(nèi)橋結(jié)線，具體接線圖見附錄二。2 2 設(shè)計過程設(shè)計過程（偏重

6、于容量計算）（偏重于容量計算）2.1 參數(shù)定義參數(shù)定義kt: 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般為 0.9un: 牽引變電所牽引側(cè)母線額定電壓，即 27.5kv kt: 左供電臂負荷全日有效值，為 350aun:右供電臂負荷全日有效值，為 300as:變壓器容量 1a:電能損耗1u: 電壓損失x: 阻抗k: 牽引變壓器過負荷倍數(shù)，取 1.52.2 牽引變壓器容量計算牽引變壓器容量計算牽引變電所的主變壓器采用 yn，d11 接線形式，主變壓器正常負荷計算： s=ktu(2ix1+0.65ix2)(kva)(a)將 ix1=350a，ix2=300a 代入(a)可以求得：s=22151.25(kva)緊密

7、運行狀態(tài)下的主變壓器計算容量： sbmax=ktu(2ix1+0.65ix2) (kva)(b)將 iamax =440a，ibmax =390a 代入 sbmax=ktu(2ix1+0.65ix2) (kva) (b)可以求得：sbmax=28054.125(kva)校核容量的確定：最大容量 s2max =ktu(2imax +0.65ix2) (c)代入數(shù)據(jù) iamax =440a，ibmax =390a 可求得：s2max =26606.25(kva) s校 =s2max/k (d)代入數(shù)據(jù)可求得：s校=17737.5(kva)2.3 牽引變壓器類型選擇牽引變壓器類型選擇為了滿足鐵路運輸

8、的不斷發(fā)展，牽引變壓器要留有一定余量，預(yù)計中期牽引負荷增長為 40%。sy=140%s (kva)(e)可以求得：sy =31011.75(kva)于是根據(jù)所得容量，查詢附錄一，可選擇 sf1-31500/110 型三相雙繞組牽引變壓器。2.4 牽引變壓器運行指標計算牽引變壓器運行指標計算(1)牽引變壓器的全年電能損失由已知可求得 ip1=191.3a，ip2=169.6a，代入下式icax2 =(2ix1/3) 2 +(ix2/3) 2 +2ip1ip2/9 ibcx2 =(2ix2/3) 2 +(ix1/3) 2 +2ip1ip2/9 (f)iabx2 =(ix1/3) 2 +(ix2/3

9、) 2 -ip1ip2/9 可得 icax =11.0154a，ibcx =9.6321a，iabx =3.4806a在牽引變電所中，若一臺運行，則全年實際負載電能損失：ad =0.876pd(icax2 +ibcx2 +iabx2)/(3ie2) (104kwh/年) (g)其中pd=148kw，得出ad =71.5(104kwh/年)全年實際空載電能損失ad =0.876p0，其中p0=38.5kw，a0 =33.726(104kwh/年)所以全年牽引變壓器的實際總電能損失at =ad +a0 =105.23(104kwh/年)(2)牽引變壓器在短時最大負荷下的電壓損失歸算到 27.5kv

10、 側(cè)，三相結(jié)線牽引變壓器的電抗值 xt=3ud%ue2/(100se)=7.56引前相和滯后相最大電壓損失： (h)t1pmax2max2tt2pmax1max1txi33.0i4.0uxi13.0i4.0u代入數(shù)值可得ut1max =1164.24v，ut2max =1655.64v電壓損失 v88.2819uuumax2tmax1t2.5 主接線設(shè)計主接線設(shè)計(1)電氣主接線基本要求電氣主接線應(yīng)滿足可靠性、經(jīng)濟性和靈活性三項基本要求：a.靈活性主接線的靈活性主要表現(xiàn)在正常運行或故障情況下都能迅速改變接線方式，具體情況如下：1) 滿足調(diào)度正常操作靈活的要求，調(diào)度員根據(jù)系統(tǒng)正常運行的需要，能方

11、便、靈活地切除或投入線路、變壓器或無功補償裝置，使電力系統(tǒng)處于最經(jīng)濟、最安全的運行狀態(tài)。2) 滿足輸電線路、變壓器、開關(guān)設(shè)備停電檢修或設(shè)備更換方便靈活的要求。設(shè)備停電檢修引起的操作，包括本站內(nèi)的設(shè)備檢修和系統(tǒng)相關(guān)的廠、站設(shè)備檢修引起的站內(nèi)的操作是否方便靈活。3) 滿足接線過渡的靈活性。一般變電站都是分期建設(shè)的，從初期接線到最終接線的形成，中間要經(jīng)過多次擴建。主接線設(shè)計要考慮接線過渡過程中停電范圍最少，停電時間最短，一次、二次設(shè)備接線的改動最少，設(shè)備的搬遷最少或不進行設(shè)備搬遷。4) 滿足處理事故的靈活性。變電所內(nèi)部或系統(tǒng)發(fā)生故障后，能迅速地隔離故障部分，盡快恢復(fù)供電操作的方便和靈活性，保障電網(wǎng)的

12、安全穩(wěn)定。b.可靠性根據(jù)變電所的性質(zhì)和在系統(tǒng)中的地位和作用不同，對變電所的主接線可靠性提出不同的要求。主接線的可靠性是接線方式和一次、二次設(shè)備可靠性的綜合。對主接線可以作定量計算，但需要各種設(shè)備的可靠性指標、各級線路、母線故障率等原始數(shù)據(jù)。一般情況下，在主接線設(shè)計時尚缺乏準確的可靠性計算所需的原始資料，而且計算方法各異，也不成熟，故通常不作定量計算，其結(jié)果也只能作參考。通常采用定性分析來比較各種接線的可靠性。c.經(jīng)濟性經(jīng)濟性是在滿足接線可靠性、靈活性要求的前提下，盡可能地減少與接線方式有關(guān)的投資。主要內(nèi)容如下：1) 采用簡單的接線方式，少用設(shè)備，節(jié)省設(shè)備上的投資。在投產(chǎn)初期回路數(shù)較少時，更有條

13、件采用設(shè)備用量較少的簡化接線。能緩裝的設(shè)備，不提前采購裝設(shè)。2) 在設(shè)備型式和額定參數(shù)的選擇上，要結(jié)合工程情況恰到好處，避免以大代小、以高代低。3) 在選擇接線方式時，要考慮到設(shè)備布置的占地面積大小，要力求減少占地，節(jié)省配電裝置征地的費用。(2)電氣主接線設(shè)計依據(jù) a.變電所的分期和最終建設(shè)規(guī)模變電所根據(jù)十幾年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行設(shè)計。一般裝設(shè)兩臺主變壓器；當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，330500kv 樞紐變電所也可裝設(shè) 34 臺主變壓器；終端或分支變電所如只有一個電源時，可只裝設(shè)一臺主變壓器。b.變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用電力系統(tǒng)中的變電所有系統(tǒng)樞紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所三種類型。

14、一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個大電源，進行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為 330500kv；地區(qū)重要變電所，電壓為 220330kv；一般變電所多為終端和分支變電所，電壓為 110kv，但也有 220kv。c.負荷大小和重要性 對于一級負荷必須有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證對全部一級負荷不間斷供電。 對于二級負荷一般要有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負荷的供電。d.系統(tǒng)備用容量大小 裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，其中一臺事故斷開，其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所 70%的全部負荷，在計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證一級和二級負荷。 系統(tǒng)備用

15、容量的大小將會影響運行方式的變化。例如：檢修母線或斷路器時，是否允許線路、變壓器停運；故障時允許切除的線路、變壓器的數(shù)量等。設(shè)計主接線時應(yīng)充分考慮這個因素。2.6 設(shè)備選型設(shè)備選型(1) 短路電流計算與選擇設(shè)備圖 2 短路計算等值電路圖已知 se1=250mva，se2=200mva，l3=20,l2=40。由于 rtxt，所以計算時可以忽略rt，短路后，rm,xm,也可以忽略。1) 先算 110kv 側(cè)由已知可以求得：x13=x1l3=8; x12=x1l2=16所以，設(shè)網(wǎng)絡(luò)中，則11i， xxii2l3 l/12iii21k圖 3 轉(zhuǎn)移阻抗計算等值電路圖根據(jù)以上兩式，可得：，iiick/1

16、k/11iick/22由圖可得總阻抗xxx2l3lk/由此，可算出各支路轉(zhuǎn)移阻抗：8/cxx1kk116/cxx2kk2則，計算電抗：10)/(ssxxb1ek11js16)/(ssxxb2ek22js所以，總計算電抗15. 6/xxx2js1js (i)16. 0x/1i短路電流有效值)ka(168. 0iu3sibb由于 110kv 時，沖擊系數(shù) kch=1.8,所以，沖擊電流 (j)ka(43. 0i2kichch短路電流最大有效值)ka(255. 0i52. 1imax.ch2) 在計算 27.5kv 側(cè)與上圖比較可以看出多了 xt，同樣設(shè)網(wǎng)絡(luò)中，則11i ，xxii2l3 l/12i

17、iii21k3根據(jù)以上兩式，可得：，iiick/1k/11iick/221c1 圖 4 轉(zhuǎn)移阻抗計算等值電路圖由圖可得總阻抗: 42. 5)/(xxxxt2l3lk由此，可算出各支路轉(zhuǎn)移阻抗：13. 8/cxx1kk126.16/cxx2kk242. 5/cxx3kk3則計算電抗：16.10)/(ssxxb1ek11js26.16)/(ssxxb2ek22js 2 .12)/ )(sssxxb2e1ek33js所以總計算電抗：45.18)/xxxx(3js2js1js054. 0x/1i短路電流有效值：)ka(057. 0iu3sibb由于 27.5kv 時，沖擊系數(shù) kch=1.7,所以，沖

18、擊電流: (k)ka(136. 0i2kichch短路電流最大有效值)ka(087. 0i52. 1imax.ch110kv 斷路器選用 sw-110/1200 型戶外少油斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表：表 2 110kv 少油斷路器型號額定電壓（kv）額定開斷電流（ka）最高工作電壓（kv）額定工作電流（a）短路關(guān)合電流（ka）動穩(wěn)定電流（ka）4s 熱穩(wěn)定電流（ka）金屬短接時間（s）固有分閘時間（s）合閘時間（s）全開斷時間（s）sw-110/120011015.81261200414115.80.10.040.20.07驗證： kv110uekv110ug ka36. 83 . 1ka120

19、0u3siieemax. ge ka255. 0ka41iichg s41. 4ts6 .984taiqa8 .15iq22dd222ftxu mva32mva250ssdtek少油斷路器滿足使用要求，而且 sw-110/1200 型戶外少油斷路器價格也合理，所以選擇此斷路器正確。3.3.小結(jié)小結(jié)通過對本次的課程設(shè)計，加深了我對牽引供變電技術(shù)這門課的認識，使我對本學(xué)期所學(xué)到的知識得到了鞏固和進一步的加深學(xué)習(xí)了解，使我基本掌握了牽引變電所設(shè)計的步驟和原則、原理接線圖、短路計算，也對設(shè)備的選型有了一定的了解，為將來從事這方面的工作打下了基礎(chǔ)；同時，在設(shè)計的過程中也感到了自己的很多不足，還需要進一步的深入了解和學(xué)習(xí)。在此，也非常感謝老師在這次設(shè)計中對我的指導(dǎo)。參考文獻參考文獻1李彥哲,胡彥奎,王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計m.蘭州:蘭州大學(xué)出版社.2006.2賀威俊,簡克良.電氣化鐵道共變電工程m.北京:鐵道出版社.1983.3簡克良.電力系統(tǒng)分析.成都:西南交通大學(xué)出版社.1993.4賀威俊,高仕斌.電力牽引供變電技術(shù).成都:西南交通大學(xué)出版社.1993.附錄附錄附錄一附錄一 牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表設(shè)備型號110000/110sf 115000/110sf 12