DN供電方式牽引供電系統(tǒng)設計

1、石家莊鐵道大學畢業(yè)設計DN 供電方式牽引供電系統(tǒng)設計Design of Traction Power Supply System ofDN Mode 2013 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學號 學生姓名 指導老師 完成日期 2013 年 5 月 27 日畢業(yè)設計成績單畢業(yè)設計成績單學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設計題目DN 供電方式牽引供電系統(tǒng)設計指導教師姓名指導教師職稱講師評 定 成 績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設計任務書畢業(yè)設計任務書題目DN 供電方式牽引供電系統(tǒng)設計學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔指

2、導任務單位 導師姓名導師職稱講師一、主要內容針對采用直供加回流(DN)供電方式的牽引供電系統(tǒng)進行設計。主要設計內容包括：牽引供電方案設計、牽引變電所主結線方案的選擇，牽引負荷計算和牽引變壓器型式、臺數、容量、備用的確定，短路計算，供電設備選型。最后繪制變電所主電路圖和變電所電氣布置圖。二、基本要求1.編制設計說明書，計算說明清晰完整，正確無誤；2.繪制牽引供電系統(tǒng)主結線圖和電氣布置圖；3.充分采用相關領域的新技術、新設備；4.設計說明書字數：1 萬字；5.設計圖紙：折合 0 號圖紙一張；6.外文翻譯：3000 字以上。三、主要技術指標和設計任務1.符合電氣化鐵路牽引供變電設計規(guī)范。2.確定供電

3、方案，完成負荷計算、阻抗計算及短路計算，選定牽引供電設備。3.繪制牽引變電所主結線圖、電氣布置圖以及控制保護圖等相關圖紙。4.編制設計說明書，計算說明清晰完整，正確無誤。四、應收集的資料及參考文獻1.牽引供變電系統(tǒng)相關資料2.鐵路牽引供電研究的最新狀況3.牽引供電設備相關的資料4.牽引供電系統(tǒng)設計手冊、選型手冊五、進度計劃第 1 周 - 第 2 周 開題報告第 3 周 - 第 7 周 相關計算，方案比較，系統(tǒng)設計，中期報告第 8 周 中期答辯第 9 周 - 第 14 周 撰寫并整理設計說明，工程制圖第 15 周 - 第 16 周 答辯 教研室主任簽字時間 年 月 日 畢業(yè)設計開題報告畢業(yè)設計開

4、題報告題目DN 供電方式牽引供電系統(tǒng)設計學生姓名 學號班級 專業(yè) 電氣工程及其自動化一、選題依據在經濟快速發(fā)展的今天，對交通運輸的要求越來越高，而鐵路運輸占有了相當大的比重，所以鐵路的快速發(fā)展是滿足時代的需求，他即要滿足了國民生產、生活的正常運轉，同時有得保證自身的安全可靠。由于電力機車功率大，拉得多跑的快，世界各國的高速鐵路幾乎都采用電力機車牽引。電力機車與蒸汽機車和內燃機車不同，它本身不能帶能源，必須由外部供應電能。為了給電力機車供應電能，需要在鐵路沿線架設一套牽引供電系統(tǒng)，他的供電能力和可靠性必須滿足列車的運行要求。二、本課題國內外研究現狀及發(fā)展趨勢 自 1964 年 10 月 1 日日

5、本承建開通世界上第一條高速鐵路以來，經過幾十年的實踐和發(fā)展，各國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)都有了很大改進，達到了很高的水平，而且都各具特色，最具有代表性的是日本、法國和德國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)。供電方式上日本、法國采用 AT 供電方式，德國、意大利和西班牙采用 RT 供電方式。電源電壓等級上日本采用 154kV、220kV 和275kV 三種電壓等級；法國采用 225kV；德國采用 110kV；意大利采用 110kV；接觸網電壓日本的標準電壓為 25kV，最高電壓為 30kV，最低電壓為 22.5kV；法國分別為 25kV、27.5kV 和18kV，德國分別為 15kV、17kV 和 12kV。

6、 我國早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了BT、AT 和 DN 供電方式，就防護效果來看，AT 方式優(yōu)于 BT 和 DN 方式，就接觸網的結構性能來講，DN 方式最為簡單可靠。隨著通信技術的快速發(fā)展，光纜的普遍應用，通信設施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強，考慮到接觸網的運行可靠性對電氣化鐵路的安全運行至關重要，所以通常認為，一般情況下 DN 供電方式為首選，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經過經濟技術比較，可采用 AT 供電方式，BT 供電方式則盡量少采用或不采用。中國干線電力牽引采用單相工頻 25kV 交流電,牽引變電所把輸入的 110kV 三相交流電轉

7、變?yōu)?25kV 單相交流電送入接觸網，從而完成電力牽引的供電任務。 三、本課題進行的主要工作電氣化鐵路負荷與工農業(yè)輸電線路有很大的不同。此負荷是大功率單相整流型負荷，具有不對稱、非線性和波動性的特點。并且，負荷變化是隨機的，其平均負荷可能不很大，但短時負荷有可能達到很大。電氣化鐵路的這些特點對鐵路電氣設備提出了特殊的要求，尤其是對主變壓器提出了特殊的要求。因此本次設計的主要工作是：1.首先是供電制式、接線及設備選型：電力牽引電源為 110kV 輸電線雙回路供電； 供電方式選擇直接供電；主要設備有三相變壓器、斷路器、隔離開關、負荷開關、電壓互感器、電力互感器、避雷器等。2.一次側計算及設備選擇：

8、根據已知數據確定接線方案，繪制圖紙，然后進行負荷計算和短路計算，最后選擇設備，確定型號。3.二次設備及繼電保護：進行短路計算，確定保護整定值。四、本課題的研究方法及預期達到的結果1.研究方法：根據牽引變電所系統(tǒng)的特點、設計原則，確定電氣化鐵道牽引變電所的設計方案：首先確定變電所一次側的接線方案、負荷和短路等計算、設備選擇，然后在做變電所二次側的接線方案及計算，最后進行變電所的性能分析。在研究時將國內先進的研究成果與具體實際相結合,重視案例研究。從國內外牽引變電所的設計的成功和失敗的案例中, 找出其成功的地方并發(fā)現其問題，以供本次設計所借鑒。2.預期達到的結果:經過這個設計過程以后，可以達到運用

9、于實際情況。這種牽引變電所可以運用于鐵路干線，并能夠短期過負荷運行。指導老師簽字時間 年 月 日摘 要DN 供電方式是采用直供加回流的供電方案，是目前我國牽引供電系統(tǒng)普遍采用的一種供電方式。首先，根據設計方案，對牽引變電所的主接線圖進行了合理嚴謹的繪制。然后，根據現實參數和設計要求進行負荷計算，選出合適的主變壓器。根據系統(tǒng)和主變壓器的各項參數進行短路計算。在短路計算中，根據主變壓器不同的運行狀態(tài)，分別計算了高低壓側的最大和最小短路電流。之后，按照一定的高壓設備選擇原則進行該設計中高壓設備的選擇與校驗，其中包括高低壓側斷路器的選擇、高低壓側隔離開關的選擇、電流互感器的選擇與校驗，高壓熔斷器的選擇

10、與校驗，電壓互感器的選擇，避雷設備和自用變壓器的選擇。最后，結合設備和設計方案對整個設計進行調整。關鍵詞： DN 供電方式 主接線圖 高壓設備選擇Abstract DN power supply is the direct power supply with return line, which is widely used in China as a traction power supply.First, the main circuit of traction substation has been carried out with the rational and rigorous d

11、rawing according to the design plan,. And then, ,it has been carried out with load secretly schemes against and electing the right transformer according to the real parameter and the need of design。According to the parameters of system and the main transformer short circuit calculation。With the shor

12、t circuit secretly scheming against, according to different operation state of the main transformer, the high and low voltage point of the short circuit has been secretly scheme against. Next, according to the need of the design and the parameter of system , the main transformer has been carried out

13、 with the relays protection and the adjusting. Afterwards, according to that certain high- voltage equipment chooses principle ，these high- voltage equipments have been elected and checked. It includs that high and low- voltage breakers choice , disconnectors choice and checking, fusibles choice and

14、 checking, electric current mutual inductance implements choice and checking, voltage mutual inductance implements choice, the pillar insulator and penetrate the wall tubes choice,reactance implement and lightning-protection equipments choice. At last ，according to equipments and the entire design,

15、it is adjusted and polished ,which will be more rational and consummate in the circuit and the design. Key words: DN power supply modeThe main wiring diagramHigh voltage equipment selection I目 錄第 1 章 緒論11.1 選題的背景與現實意義11.2 國內外研究現狀11.3 擬采用的設計方案2第 2 章 主接線圖設計方案32.1 供電方案的說明32.2 主接線圖方案的設計4第 3 章 牽引負荷的計算53.

16、1 概述53.2 負荷的計算53.2.2 供電臂 1，2 平均電流的計算63.2.3 供電臂 1、2 有效電流的計算83.2.4 計算容量93.2.5 校核容量93.3 變壓器的安裝容量10第 4 章 短路電流計算124.1 一次側短路計算124.2 二次側短路計算13第 5 章 高壓電氣設備的選擇155.1 選擇原則155.2 高壓電器設備的選擇165.2.1 高壓斷路器的選擇和校驗165.2.2 隔離開關的選擇和校驗185.2.3 高壓熔斷器的選擇和校驗195.2.4 電流互感器的選擇和校驗205.2.5 電壓互感器的選擇和校驗235.2.6 避雷器的選擇24 5.2.7 自用變壓器的選擇

17、255.3 母線的選擇和校驗255.3.1 母線選擇時所依據的條件255.3.2 110KV 側母線的選擇265.3.3 27.5KV 側母線的選擇27第 6 章 結論與展望296.1 結論296.2 展望29參考文獻30 II致 謝31附 錄32附錄 A 外文資料翻譯32附錄 B 圖紙391第 1 章 緒論1.1 選題的背景與現實意義在經濟快速發(fā)展的今天，對交通運輸的要求越來越高，而鐵路運輸占有了相當大的比重，所以鐵路的快速發(fā)展是滿足時代的需求，他即要滿足了國民生產、生活的正常運轉，同時有得保證自身的安全可靠。由于電力機車功率大，拉得多跑的快，世界各國的高速鐵路幾乎都采用電力機車牽引。電力機

18、車與蒸汽機車和內燃機車不同，它本身不能帶能源，必須由外部供應電能。為了給電力機車供應電能，需要在鐵路沿線架設一套牽引供電系統(tǒng)，他的供電能力和可靠性必須滿足列車的運行要求。1.2 國內外研究現狀自 1964 年 10 月 1 日日本承建開通世界上第一條高速鐵路以來，經過幾十年的實踐和發(fā)展，各國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)都有了很大改進，達到了很高的水平，而且都各具特色，最具有代表性的是日本、法國和德國高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)。供電方式上日本、法國采用 AT 供電方式，德國、意大利和西班牙采用 RT 供電方式。電源電壓等級上日本采用 154kV、220kV 和 275kV 三種電壓等級；法國采用225kV

19、；德國采用 110kV；意大利采用 110kV；接觸網電壓日本的標準電壓為25kV，最高電壓為 30kV，最低電壓為 22.5kV；法國分別為 25kV、27.5kV 和18kV，德國分別為 15kV、17kV 和 12kV。 我國早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了 BT、AT 和 DN 供電方式，就防護效果來看，AT 方式優(yōu)于 BT 和DN 方式，就接觸網的結構性能來講，DN 方式最為簡單可靠。隨著通信技術的快速發(fā)展，光纜的普遍應用，通信設施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強，考慮到接觸網的運行可靠性對電氣化鐵路的安全運行至關重要，在電力系統(tǒng)比較薄弱

20、的地區(qū)，經過經濟技術比較，可采用 AT 供電方式，BT 供電方式則盡量少采用或不采用。中國干線電力牽引采用單相工頻 25kV 交流電,牽引變電所把輸入的 110kV 三相交流電轉變?yōu)?25kV 單相交流電送入接觸網，從而完成電力牽引的供電任務。 21.3 擬采用的設計方案首先是對牽引變電所供電方式的了解，由于目前我國電氣化鐵路所采用的主要是直流式供電，該方式比較簡單實用。采用直供加回流的供電方式，該方式是在直接供電時回路采用鋼軌和架空回流線，提高回流效率。設計方案主要是采用輔助母線的連接，變壓器和饋線的備用等。然后負荷計算，短路計算，高壓設備的校驗等計算方法。3 第 2 章 主接線圖設計方案2

21、.1 供電方案的說明目前鐵路的運力不斷加大，電氣化鐵路的負荷也在不斷增加。牽引變電所的設計要求簡單實用，所以根據實際的運行要求選擇直供加回流的供電方案。我國鐵路供電的電壓等級主要是 110kV 高壓供電，所以本設計擬采用 110kV 三相供電。進線端是兩路進線，每路進線選用一臺普通三相變壓器，其接線方式為Yn,d11。這兩臺主變壓器之間互為備用。 主變壓器進線是三相 110kV ，出線是每相 27.5kV(單相供電,其中一相回流)在方案中選擇容量合適的主變壓器是很重要的，容量過小，容易過負荷；容量過大造成浪費，試運營成本增加。主變壓器的進線是三相進線，兩臺變壓器互為備用。饋線端是接 27.5k

22、V 側直接給接觸網供電。低壓側采用單母線分段，四條饋線接輔助母線互為 100%備用。在方案確定后緊接著要做的工作就是設計并確定主接線圖。主接線圖的設計會把這些設計思想反映在接線和設備的選用上。然后根據主接線圖進行有關計算，最后選定高壓設備3。圖 2-1 帶回流線的直接供電方式示意圖42.2 主接線圖方案的設計在進行主接線圖設計之前，我參考了有關牽引變電所設計方案，爭取把比較完整，比較先進的主接線設計方案運用在該設計中。對該設計中的主接線圖的說明主要如下：該變電所電氣主接線設計是依據變電所的最高電壓等級和變電所的性質，選出的一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應的接線方式。該變電所的電氣主接線包

23、括 110kV 高壓側、27.5kV 低壓側以及變壓器的接線。因各側所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數不同，其接線方式也不同。電氣主結線的基本結線形式有單母線接線，雙母線接線，橋形結線和簡單分支接接線。在該主接線圖中，低壓側用了單母線分段（圖 2-2） 。饋線母線隔離開關圖 2-2 單母線分段示意圖5第 3 章 牽引負荷的計算3.1 概述牽引負荷計算是確定牽引變壓器安裝容量的前提，主要進行以下三個步驟：(1)根據鐵道部任務書中規(guī)定的年運量大小和行車組織的要求確定計算容量，這是為供應牽引負荷所必須的容量。(2)根據列車緊密運行時供電臂的有效電流和充分利用牽引變壓器的過載能力，計算校核容量，這是為確

24、保變壓器安全運行所必須的容量。(3)在計算容量和校核容量的基礎上，再考慮備用方式，最后按其系列產品確定牽引變壓器的臺數和容量。其中，除了考慮計算容量和校核容量外，主要考慮的因素就是備用方式的選擇。牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需要有備用變壓器的投入。以確保電氣化鐵路的正常運輸。綜合實際電氣化鐵路線路、運量、供電方式等因素的考慮，該設計采用的是兩臺變壓器互為備用的方式。3.2 負荷的計算3.2.1 牽引變電所容量的計算原始資料：表 3-1 負荷計算原始資料供電臂 1 n=2.9，N=100 對/天， =150 對/天非N供電臂 2 n=3.1，N=90 對/天， =133 對/天非N運行方向列

25、車全部運行時間/mint列車用點運行時間/minut列車在（）tut內的能耗/kW供電臂 1 上行24.516.4950供電臂 1 下行19.515850供電臂 2 上行2715.5851供電臂 2 下行24.519.596063.2.2 供電臂 1，2 平均電流的計算首先計算供電臂 1，2 的基本參數。 （3-1）上上上tA4 . 2tI （3-2）下下下tA4 . 2tI （3-3）上上上uItA4 . 2 （3-4）下下下utA4 . 2I （3-5）TtNm上上 （3-6）TtNm下下 （3-7）nTtNpu上上 （3-8）nTtNpu下下 （3-9）上上上utta （3-10）下下下

26、utta將數據代入以上公式得：供電臂 1：93.1AtA4 . 2上上上tIA6 .104tA4 . 2下下下tIA0 .139tA4 . 2上上上uIA0 .136tA4 . 2u下下下I770. 1TtNm上上35. 1TtNm下下39. 0nTtNpu上上36. 0nTtNpu下下49. 1上上上utta3 . 1下下下utta供電臂 2：A6 .75tA4 . 2上上上tIA1 .94tA4 . 2下下下tIA8 .131tA4 . 2上上上uIA2 .118tA4 . 2u下下下I69. 1TtNm上上53. 1TtNm下下31. 0nTtNpu上上39. 0nTtNpu下下74.

27、1上上上utta826. 1下下下utta按以上計算出的基本參數與計算圖 (3-11)nipinipivallIPlllIPI11222下下上上上 (3-12)nipinipivallIPlllIPI11222上上下下下計算雙區(qū)段上、下行饋線總電流(上、下行饋線總平均電流) (3-13)npIIIIavavav下上（上、下行饋線總有效電流） (3-14)下上下上vavaeeeIIIII222 AIva30010850950100667. 131 AIva7 .2711096085190667. 1323.2.3 供電臂 1、2 有效電流的計算供電臂 1、2 的有效電流計算通常用簡化公式(3-1

28、5)來計算。下上上上vavaeeeIIIII222有簡化公式： (3-15)vaeeIKI供電臂 1 的有效電流 I1e為vaeeIKI114 . 1utta08. 135. 17 . 114 . 11 . 1111 . 11下上mmaKe則:32430008. 11eI同理：94 .3997 .27147. 12eI3.2.4 計算容量通過以上計算，可知：I1eI2e，則供電臂 2 為重負荷，則： (3-16)vavaeetIIIIUKS21212224VAIIIIUKSvavaeetk1 .235591630201049764 .6380815 .279 . 0242121223.2.5

29、校核容量對應于 N非重負荷供電臂列車用電的平均概率 (3-17)nTtNPu上非上 (3-18)nTtNPu下非下由式(3-17)、(3-18)得：46. 014401 . 35 .15133nTtNPu上非上58. 014401 . 35 .19133nTtNPu下非下按雙線有上行或下行車的概率為： (3-19)下上下上PPPPP77. 058. 046. 004. 1下上下上PPPPP對 P 附錄可得重負荷臂的最大電流 Imax為 (3-20)II4 . 3max (3-21)下上下上utAI4 . 2由式(3-21)得：1 .1244 . 2下上下上utAI則:1094.4211 .12

30、44 . 34 . 3maxII對應于 N非的輕負荷供電臂的有效電流 (3-22)55. 214405 .24150tTNm上非上 (3-23)03. 214405 .19150tTNm下非下 已知 a 為 1.4 則: (3-24)下上mmaKe11 . 1106. 103. 255. 214 . 11 . 1111 . 11下上mmaKe由公式(3-13)得：1 .45010850950150667. 13vaI由公式(3-15)得： AIKIvaee1 .4771 .45006. 111最大容量 Smax為： (3-25)etnaxIIukS65. 02max則：kVAIIukSetna

31、x1 .283391 .3109 .8345 .279 . 065. 02max (3-26)kVAKSS7 .188925 . 11 .28339max核3.3 變壓器的安裝容量計算容量是為供應牽引負荷所必需的，而校核容量是保證變壓器能正常運行所必需的。在選擇變壓器容量時，選擇值必須要大于這兩項技術參數?？紤]到今年來客運專線的運力不斷加大，必要時兩臺變壓器可以并聯(lián)運行。因此，在既能滿足牽引負荷又能保證變壓器正常運行的情況下，選擇容量大一些的主變壓器。綜合考慮，確定變壓器的容量為 31500kVA.如下表所示：表 3-2 確定變壓器容量的技術參數計算容量校核容量變壓器容量23559.1 kVA

32、18892.7kVA31500 kVA11這兩臺容量為 31500kVA 的三相變壓器，接線方式為 Yn,d11，型號是 SF1-31500/110,其技術參數如下表：表 3-3 變壓器技術參數型號額定容量（kVA）高壓額定電壓（kV）低壓額定電壓（kV）高壓額定電流（A）低壓額定電流（A）空載損耗（kV）短 路損耗（kV）阻抗電壓空載電流連接組別SF1-31500/1103150011027.516566038.514810.52Yn,d1112第 4 章 短路電流計算4.1 一次側短路計算(1)確定基準值：取 Sd=100MVA， Soc=1000MVA ，Ud=Uc，Uc1=115kV，

33、Uc2=27.5kV則： dd1c11000.5(kA)33 115SIUdd2c21002.1(kA)3327.5SIU-系統(tǒng)容量基準值jS-系統(tǒng)電壓基準值 jU-主變低壓側電壓基準值jU(2)計算短路電路中各元件的電抗標幺值：電力系統(tǒng)電抗標幺值：*doc1000.11000sSXS牽引變壓器電抗標幺值：*kdTN%10.5 1000.33100100 31.5USXS(3)一次側短路計算 等效電路圖,見圖 4-1： 圖 4-1 短路等效電路圖13總的電抗標幺值：*S0.1XX三相短路電流周期分量有效值：d1*0.55(kA)0.1IIX取沖擊系數=1.8，則：shK短路沖擊電流為：shsh

34、22.55 512.75(kA)ikI短路沖擊電流有效值為：)(55. 7551. 151. 1shkVII4.2 二次側短路計算歸算到 27.5kV 側的系統(tǒng)阻抗和變壓器阻抗:22d212oc27.50.756( )1000UXXS 22d2kb%10.527.52.52( )10010031.5NUUXS (1)一臂母線接地短路電流：11212b1b33322227.5 =4.197(kA)2 (0.7562.52)EEEIXXXXXXX三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：sh12.552.55 4.19710.702(kA)iIsh11.511.51 4.1976.34(kA)II（

35、2）異相牽引母線短路電流：21212b1b33322227.5 =2 (0.7562.52) 4.197(kA)EEEIXXXXXXX三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值： sh22.552.55 4.19710.702(kA)iI14sh21.511.51 4.1976.34(kA)II（3）異相牽引母線短路接地：311b25=7.63(kA)0.7562.52EEIXXX三相沖擊電流及第一周期短路全電流有效值：sh32.552.55 7.6319.46(kA)iIsh31.511.51 7.6311.52(kA)II將短路計算結果列于表 4-1：表 4-1 短路計算結果一次側短路一相母線

36、對軌異相母線短路三相短路短路電流5 kA4.197 kA4.197 kA7.63 kA短路沖擊電流12.75kA10.702 kA10.702 kA19.46 kA短路沖擊電流有效值7.55 kA6.34 kA6.34 kA11.52 kA15第 5 章 高壓電氣設備的選擇5.1 選擇原則(1)按正常工作條件選擇電氣設備額定電壓選擇在選擇電氣設備時，必須使電氣裝置地點電路的最大工作電壓 Ug不超過電氣設備的最高工作電壓 Umax，才能保證在正常運行情況下電器的絕緣不致破壞。即: (5-1)maxUUg按額定電流選擇在選擇電器時，為使發(fā)熱不超過允許溫度，就必須保證電器的額定電流不小于電器所在電路

37、中最大連續(xù)工作電流，即 (5-2)xugIImax.式中：Ixu電氣設備的長期允許電流值 (5-3)eeegUSII33 . 13 . 1max.電路的最大長期工作電流.maxgI(2)按短路情況校驗電氣設備的穩(wěn)定短路計算點的選擇（見圖 4-1）短路計算時間的確定短路的計算時間就是短路電流通過所選擇電氣設備的時間，它等于被校驗電氣設備所在電路的主保護動作時間 tb與該電路內斷路器斷路時 tg之和，即 t=tb+tg而 tg=tgu+thu(s)tgu斷路器的固有動作時間thu電弧持續(xù)時間空氣斷路器 thu=0.010.02s 多油或少油斷路器 thu=0.020.04s(3)短路熱穩(wěn)定校驗熱穩(wěn)

38、定條件為: (5-4)dxuQQ 16Qxu電器斷路時允許的發(fā)熱量，制造廠常以 ts內允許通過電流 It所產生的熱量來表示，時間 t 通常定為 5s 或 10s，新斷路器為 4sRtIt2Qd短路電流所產生的熱量由于;故有：tIQd2 （5-5）tItIt22(4)動穩(wěn)定校驗電氣的動穩(wěn)定度由制造廠規(guī)定的極限通過電流峰值表示，它也稱為電器的動穩(wěn)定電流，在運行中，可能通過的最大電流是回路中可能發(fā)生的三相短路電流最大沖擊值，因此校驗電器的動穩(wěn)定時需滿足： 3chi 或 (5-6)gfchii3gfchii式中：、電器極限通過電流峰值和有效值gfigfI、短路沖擊電流及其有效值8chichI5.2 高

39、壓電器設備的選擇5.2.1 高壓斷路器的選擇和校驗(1)110KV 側斷路器選用 SW5-110/1000 型戶外式少油斷路器，其技術數據見下表9表 5-1 SW5-110/1000 型戶外式少油斷路器技術數據型號額定電壓/kV額定電流/A斷流容量/MVA峰值/kA有效值/kA熱穩(wěn)定電流/kASW5-110/100011010003500553221（5s） 因為該型號斷路器,由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得： kVUe110kVUg110滿足要求根據（5-3）知： AIIge9 .2141000max.17滿足要求 KAIkAIchg55. 732滿足要求SKAtIQ.125552

40、22ddxuQSKAtIQ.2205521222t滿足要求(3)chgf7.55kA 32kAII滿足要求所以，該型號戶外高壓斷路器滿足要求(2)27.5kV 側選用 LN1-27.5kV 型斷路器，其技術數據見表 5-2：表 5-2 LN3-27.5kV 斷路器技術數據型號額定電壓/kV額定電流/A斷流容量/MVA峰值/kA有效值/kA熱穩(wěn)定/kALN3-27.527.51250400632525（3s）工作電壓：e27.5kVUU工作電流：e1250AI )(4 .8593 .6613 . 13 . 1maxgAIImaxegII 短路熱穩(wěn)定校驗為：SKAtIQ.7535222dSKAtI

41、Qxu.1875325222tduQQx短路動穩(wěn)定校驗為：18 KAI52.113KAI25gf 3gchfII所以，該型號戶內高壓斷路器滿足要求。5.2.2 隔離開關的選擇和校驗(1)110kV 側帶接地刀閘隔離開關選用 GW1-110D 型，技術參數下表表 5-3 GW4-110D 型隔離開關參數表型號額定電壓（kV）最高工作電壓（kV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（峰值）4s 熱穩(wěn)定電流（kA）GW4-110D11012612508031.5由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得：因為： eU110kVgU110kV滿足要求。 AIIge9 .2141250max.滿足要求。kAIkAI

42、chg55. 732滿足要求。熱穩(wěn)定性校驗SKAQSKAtIQdNxu.100.396945 .312222滿足要求所以，該型號高壓隔離開關滿足要求19(2)27.5kV 側隔離開關選用GW4-27.5T型，其技術數據見下表表 5-4 GW4-27.5DT 型隔離開關參數表型號額定電壓（kV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流 （峰值）（kA）5s 熱穩(wěn)定電流（kA）GW4-27.5DT3510008021.5由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得：因為該型號隔離開關：kVUe5 .27滿足要求AIAIge8601000max.滿足要求kAIkAIchg55. 75 .21滿足要求SkAQSkAtI

43、QdxuN.6 .663.25.231155 .212222滿足要求所以該型號高壓隔離開關滿足要求。5.2.3 高壓熔斷器的選擇和校驗熔斷器是用以切斷過載電流和短路電流，選擇熔斷器時首先應根據裝置地點和使用條件確定種類和型式；對于保護電壓互感器用的高壓熔斷器，只需要按額定電壓和斷流容量兩項來進行選擇。表 5-5 RN2-35 型高壓熔斷器技術數據型號額定電壓/kV最大斷流容量/MVARW1-35Z35400因為：20egU35kVU27.5kV 滿足電壓要求最大斷流容量MVASMVASdtek4 .36363. 75 .273400滿足開斷能力所以該型號高壓熔斷器滿足要求。5.2.4 電流互感

44、器的選擇和校驗(1)選擇原則按一次回路額定電壓選擇電流互感器的一次額定電壓 UIN必須大于電流互感器安裝處的電網額定電壓，WU即WINUU按一次回路額定電流選擇電流互感器的一次額定電流應滿足 式中：、分別為電max.WINIIINImax.WI流互感器的一次側額定電流和安裝處一次回路最大工作電流；電流互感器的準確級和額定容量的選擇其準確度和額定容量應根據負載要求來確定。為保證足夠的準確度，其準確度不得低于二次負載的準確級或二次負載所要求的準確級。如裝于重要回路中的電度表或計費用的電度表一般采用 0.5-1 級，相應電流互感器至少是 0.5 級；供運行監(jiān)視、供電電能的電度表一般采用 1-1.5

45、級的；相應互感器應為 1 級；供繼電保護或供只需估計電參數的儀表用的電流互感器一般采用 3 級即可。(2)110kV 側電流互感器得選擇與校驗110kV 側選用 LCW110 型瓷絕緣戶外式電流互感器，電流比為 300/5，其具體技術數據見表 5-9：表 5-9 LCW110 型電流互感器技術數據型號額定容量額定電壓額定電流比準確級次1 秒熱穩(wěn)定倍數動穩(wěn)定倍數LCW11030vA110kV300/5A0.5、175150每相互感器二次負荷列于下表中，據此進行二次負載的計算與校驗。21表 5-10 電流互感器二次負載統(tǒng)計表儀表名稱A 相（V.A） B 相（V.A）C 相（V.A電流表（ITI-A

46、 型） 3有功功率表（IDI-W） 2.35 2.35有功瓦時計（DSI） 0.5 0.5總 計 2.85 3 2.85 由最大一相（B 相）負載為依據進行計算，取2230 .eWWV A則可得導線電阻為:23030.10.985dR銅導線，,則其截面：20.018 ./mmmLl (5-9)20.018 500.9180.98dLSmmR因此，選擇截面為的銅導線，可滿足要求。21.5mm校驗熱穩(wěn)定性 (5-10)tKIte2skAQskAtKIdte22222525.561751 . 0滿足熱穩(wěn)定性要求。故選擇的 LCWB6110 型電流互感器能滿足要求。(3)27.5kV 側電流互感器得選

47、擇與校驗27.5kV 側選用 LCWD1-35 電流互感器，電流比為 100/5，其具體技術參數：22表 5-11 LCW-35 型電流互感器技術數據 型號額定容量/VA額定電壓/kV額定電流比/A準確級次1 秒熱穩(wěn)定倍數動穩(wěn)定倍數LCWD-353027.5800/51/10P1100141每相互感器二次負荷列于下表中，據此進行二次負載的計算與校驗。表 5-12 電流互感器二次負載統(tǒng)計儀表名稱A 相（V.A） B 相（V.A）C 相（V.A電流表（ITI-A 型） 3有功功率表（IDI-W） 2.35 2.35有功瓦時計（DSI） 0.5 0.5總 計 2.85 3 2.85 由最大一相（B相

48、）負載為依據進行計算，取2230 .eWWV A則可得導線電阻為：23030.10.985dR銅導線，,則其截面20.018 ./mmmLl 因此，選擇截面為的銅導線，可滿足要20.018 500.9180.98dLSmmR21.5mm求。校驗熱穩(wěn)定性，由（5-10）得：skAQskAtKIdte22222 .58160011004 . 0滿足熱穩(wěn)定性要求故選擇的 LCWD1-35 電流互感器能滿足要求。235.2.5 電壓互感器的選擇和校驗(1)選擇原則電壓互感器的種類和型式選擇電壓互感器的種類和型式應根據安裝地點和使用條件選擇。如根據安裝地點確定采用戶內式還是戶外式；根據電網電壓級別、使用

49、條件確定電壓互感器相數、絕緣方式等。一般電壓級別低時，如在 3-6kV 系統(tǒng)，多用干式電壓互感器；當電壓在6-35kV 級別時，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；110kV 以上的電壓級別，采用串級式電壓互感器等。按一、二次回路電壓選擇為確保電壓互感器安全可靠長期工作和在規(guī)定的準確度級別下運行，要求電壓互感器所接電網電壓不超過也不低于互感器一次額定電壓的 10%，而電網電壓變動一般不會超出電網額定電壓的 10%，因此可按下式確定電壓互感器一次額定電壓，即： 1NWUU式中： 、分別為電壓互感器一次側額定電壓和互感器安裝處電網的1NUWU額定電壓；電壓互感器二次側額定電壓應符合測量儀表或繼電器的

50、額定電壓，一般為 100V或 。3100根據負載確定互感器接線方式、容量和準確度級電壓互感器的準確度級的選擇與電流互感器相同。為保證電壓互感器在所要求的準確級下工作，電壓互感器的額定二次容量應2eW不小于互感器的二次負載容量，即： 2W22eWW式中： 分別為每相互感器的額定二次容量和其所承擔的二次負荷總容2eW2W量（VA） 。由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要效驗短路的穩(wěn)定性。當電壓在 110kV 及以上時，一般不采用鋼箱瓷套管結構式的，因為這種結構使互感器笨重，且造價昂貴。此時，采用單相串級結構，并以瓷箱代替鋼箱，可以使體積減

51、小、重量減輕，并降低造價。(2)對于戶外高壓電壓互感器選用 JCC1-110 型戶外電壓互感器.供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為 3 級。供 110kV 側運行監(jiān)視用的電壓互感器選擇：準確級 11.5 級。24表5-13 JCC1-110 型戶外電壓互感器參數表型號一次額定電壓（V）基本二次額定電壓（V）輔助一次額定電壓（V）一級額定容量（VA）三級額定容量（VA）最大容量（VA）備注JCC1-11031011033100100/100/35001002000中性點直接接地由于電壓互感器裝于 110kV 側只是用于電壓監(jiān)視，并不需要起保護作用，因為如果 110kV 側發(fā)生故障或事故是，

52、其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用 JCC1-110 型準確級 1 級，額定容量 500V.A 的電壓互感器便可以滿足要求。(3)27.5kV 側電壓互感器供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為 3 級。供計費用的電壓互感器的選擇：型號同上，但準確級為 0.5 級。表 5-14 電壓互感器參數表額定電壓比0.5 級額定容量（VA）1 級額定容量（VA）3 級額定容量（VA）一次的二次及地試驗電壓（V）二次對地試驗電壓（V）最大容量（VA）連接組別27500/1001501505009521000I,in2%由于電壓互感器裝于 27.5kV 側不僅要用于電壓監(jiān)

53、視，而且還要起到保護作用，用于保護牽引網饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準確級需要 3 級，因此選用該型準確級 3 級，額定容量 500V.A 的電壓互感器可以滿足要求。5.2.6 避雷器的選擇(1)110kV側選Y10W5-100/295型避雷器，其各項技術參數如表 5-1525表 5-15 Y10W5-100/295 型避雷器參數表注：* 為 8/20us 雷電沖擊殘壓(峰值)不大于標稱放電電流 10kA 時(2)27.5kV側選用Y10W5-42/140型避雷器，其技術參數如表 5-16表 5-16 Y10W5-42/140 型避雷器參數表注：* 為 8/20us 雷電沖擊殘壓(峰值)不大

54、于標稱放電電流 10kA 時5.2.7 自用變壓器的選擇 根據牽引變電所二次側的電壓等級，選擇 S7 系列 27.5kV 三相雙繞組配電變壓器作為牽引變電所內部自用變壓器，其主要參數如表 6-13 所示：表 6-13 S7 系列三相雙繞組變壓器主要參數額定容量/kVA高壓/kV高壓分接范圍低壓/kV連接組標號 空載損耗/kW負載損耗/W空載電流/%阻抗電壓/%5027.55000.4Y,yno0.926.401.96.55.3 母線的選擇和校驗5.3.1 母線選擇時所依據的條件(1) 按最大長期工作電流選擇母線截面根據正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應使最大長期工作電流小于，xuxuI即型號

55、系統(tǒng)標稱電壓額定電壓持續(xù)運行電壓*Y10W5-100/295110KV100KV73KV295KV型號系統(tǒng)標稱電壓額定電壓持續(xù)運行電壓*Y10W5-40/14227.5KV42KV30KV140KV26 (6-14)xugmaxII式中相應于母線工作的環(huán)境和其放置方式下，母線長期允許電流值；xuI母線在電路中的最大長期工作電流。gmaxI(2)按經濟電流密度選擇母線截面按經濟電流密度選擇母線截面應滿足下列條件:nj (6-15)njISg(3)按短路條件校驗母線的熱穩(wěn)定性在滿足穩(wěn)定性的前提下，母線的最小容許截面，即minS (6-16)d1QCS 式中 C與母線材料及其發(fā)熱溫度有關的系數；(4

56、)按短路條件校驗母線的機械穩(wěn)定性母線的沖擊電流通過母線時，使其承受較大的機械應力，將導致固定在支持絕緣子上的母線彎曲變形甚至折斷，因而必須按這時加于母線的彎矩進行應力計算。對于單條矩形母線，當跨條大于 2（等于 2）時，母線的最大彎矩為 (6-17)()108F lF lMM式中 l支持絕緣子間的跨距，厘米 F母線所受的機械應力，公斤。母線的最大計算應力為 (6-18)MW將(6-17)代入(6-18)中，得 (6 -19)(3)29ch1.7610liW式中 W截面系數母線的最大計算應力應小于材料的允許應力，即xu (6-20)xu則認為母線的機械穩(wěn)定性可以滿足要求。5.3.2 110kV

57、側母線的選擇(1)按最大長期工作電流選擇母線截面最大長期工作電流按變壓器過載 1.3 倍考慮，則：(A)g.maxe1.31.3 165214.5II27查出鋁母線(254 型)的允許載流量為 292A(環(huán)境溫度為時)，大于最大工作25電流，故初選 100mm 截面的鋁母線(單條平放)。2(2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負荷時的溫度: 08.2525702925 .21425202max0sxuxugII短路電流計算時間:jsbg0.1 0.10.2sttt短路電流熱效應：222d50.25(kAS)QIt 由，查得鋁曲線08.25s410166. 0SA42642d10216. 010

58、010510166. 0SQAASZ查表 6.6 可得，對應鋁母線曲線的縱坐標為，即410216. 0ZA3 .30，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。2003 .30 xuZ5.3.3 27.5kV 側母線的選擇(1)按最大長期工作電流選擇母線截面Ag.maxe1.31.3 660858II查出鋁母線 6010 的允許載流量為 1097A(環(huán)境溫度為時)，大于最大工作電25流，故初選 6010=600mm 截面的鋁母線（單條平放） 。2(2)校驗母線的短路熱穩(wěn)定性母線在最大負荷時的溫度 5 .522570109785825202max0sxuxugII短路電流熱效應：222d7.630.21

59、1.64(kAS)QIt 由，在查得鋁曲線2 .52s41042. 0SA2842642d10423. 06001064.111042. 0SQAASZ查表可得，對應于鋁母線曲線的縱坐標為，即4zA0.4229 1072，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。zxu72200 (3)校驗母線的機械穩(wěn)定性三線短路時沖擊電流 ：ch1.727.6318.34(kA)i設母線采用水平排列排放, =40 厘米,l=120 厘米, ,則三相短2bbhx1k 路時相間電動力為： ）（NalKFxch6 .17410401201034.1873. 110i73. 17-627233母線平放及水平排列時，其抗彎模

60、量為：223110.4 (4)1.067(cm )66Wbh母線的計算應力：66174.6 1.2 1019.64 10 (pa)1010 1.067MF lWW查表得鋁母線的允許應力為，滿足機械穩(wěn)定性。669 10 paxu 29第 6 章 結論與展望6.1 結論該設計是一個目前國內鐵路變電與供電工程中很普遍的課題， 在設計中要有清晰的設計思路，實用的設計方案。在整個設計過程中，必須要嚴格遵照理論聯(lián)系實際的理念 ，特別是對參數的計算與校驗，更是要有非常嚴謹的態(tài)度。該設計基本完成了對牽引變電所的整體設計。實現了對鐵路的雙行供電，特別是對回流采用的措施是架回流線，這樣能保留直接供電方式的優(yōu)點又克