110kv牽引變電所設(shè)計(jì)

1、蘭州交通大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電力牽引供變電課程課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課 程 電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 題 目 牽引變電所B主接線(xiàn)及變壓器容量計(jì)算 學(xué) 院 電氣工程學(xué)院 年 級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 14目 錄1 概述12 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述23 牽引變壓器容量計(jì)算23.1牽引變壓器容量的計(jì)算23.1.1牽引變壓器計(jì)算容量23.1.2牽引變壓器過(guò)負(fù)荷能力校驗(yàn)33.2牽引變壓器功率損耗計(jì)算33.3牽引變電所電壓不平衡度計(jì)算43.3.1計(jì)算電網(wǎng)最小運(yùn)行方式下的負(fù)序電抗43.3.2計(jì)算牽引變電所在緊密運(yùn)行工況下注入110kV電網(wǎng)的負(fù)序電流43.3.3構(gòu)造歸算到110kV的等值負(fù)

2、序網(wǎng)絡(luò)43.3.4牽引變電所110kV母線(xiàn)電壓不平衡度計(jì)算及校驗(yàn)44 導(dǎo)線(xiàn)選擇54.1軟母線(xiàn)選擇54.1.1室外110kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)選擇64.1.2室外27.5kV側(cè)的母線(xiàn)選型及校驗(yàn)74.1.3室外10kV饋線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)選型及校驗(yàn)。75 主接線(xiàn)選擇8總結(jié)9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B主接線(xiàn)圖11參考文獻(xiàn)121 概述包含有A、B兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1-1所示：圖1-1 牽引供電系統(tǒng)示意圖表1-1 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) 項(xiàng)目B牽引變電所左臂負(fù)荷全日有效值（A）310右臂負(fù)荷全日有效值（A）280左臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）400右臂短時(shí)最大負(fù)荷（A）350牽引負(fù)荷功率因數(shù)

3、0.85（感性）牽引變壓器接線(xiàn)型式Y(jié)N,d11牽引變壓器110kV接線(xiàn)型式簡(jiǎn)單(雙T)接線(xiàn)左供電臂27.5kV饋線(xiàn)數(shù)目2右供電臂27.5kV饋線(xiàn)數(shù)目210kV地區(qū)負(fù)荷饋線(xiàn)數(shù)目2回路工作，1回路備用預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長(zhǎng)40%圖1-1牽引變電所中的兩臺(tái)牽引變壓器為一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用。電力系統(tǒng)1、2均為火電廠(chǎng)。其中，電力系統(tǒng)容量分別為250MVA和200MVA。選取基準(zhǔn)容量為200MVA，在最大運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標(biāo)幺值分別為0.13和0.15；在最小運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標(biāo)幺值分別為0.15和0.17。對(duì)每個(gè)牽引變電所而言，110kV線(xiàn)路為一主一備。圖1-1中，、長(zhǎng)度為25k

4、m、40km、20km.線(xiàn)路平均正序電抗為0.4/km,平均零序電抗為1.2/km。2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述本課程設(shè)計(jì)較系統(tǒng)的闡明了牽引變電B設(shè)計(jì)的基本方法和步驟。重點(diǎn)在于對(duì)牽引變壓器的選擇、牽引變壓器的容量計(jì)算、運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算；牽引變電所電壓不平衡度計(jì)算；電氣主接線(xiàn)的設(shè)計(jì)；導(dǎo)線(xiàn)的選擇。分章節(jié)進(jìn)行闡述，經(jīng)過(guò)多方面的校驗(yàn)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，力求設(shè)計(jì)出一套較優(yōu)的方案。3 牽引變壓器容量計(jì)算牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110KV或220KV三相電源變換成適合電力機(jī)車(chē)使用的27.5KV的單相電。由于牽引負(fù)荷具有極度不穩(wěn)定、短路故障多、諧波含量大等特點(diǎn)，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)

5、荷惡劣的多，因此要求牽引變壓器過(guò)負(fù)荷和抗短路沖擊的能力要強(qiáng)。本設(shè)計(jì)綜合考慮這些因素，選擇了三相YNd11牽引變壓器。3.1牽引變壓器容量的計(jì)算 變壓器的容量大小關(guān)系到能否完成國(guó)家交給的運(yùn)輸任務(wù)并節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。容量過(guò)小會(huì)使?fàn)恳儔浩鏖L(zhǎng)期過(guò)載，將造成其壽命縮短，甚至燒損；容量過(guò)大將使?fàn)恳儔浩鏖L(zhǎng)期不能滿(mǎn)載運(yùn)行，從而造成其容量浪費(fèi)，損耗增加，使運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增大。所以通過(guò)變壓器容量的計(jì)算，能更好的選擇一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。3.1.1牽引變壓器計(jì)算容量牽引變電所的主變壓器采用YN，d11接線(xiàn)形式，主變壓器正常負(fù)荷計(jì)算：（kVA）(3-1)將=310A，=280A 代入（3-1）可以求得：S=19850（k

6、VA）緊密運(yùn)行狀態(tài)下的主變壓器計(jì)算容量：（kVA）(3-2)將=400A，=280A 代入(3-2)可以求得：=25431（kVA）為了滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，牽引變壓器要留有一定余量，預(yù)計(jì)中期牽引負(fù)荷增長(zhǎng)為40%。（kVA）(3-3)可以求得：=27789（kVA）于是根據(jù)所得容量，查詢(xún)附錄一，可選擇型三相雙繞組牽引變壓器。3.1.2牽引變壓器過(guò)負(fù)荷能力校驗(yàn)（kVA）(3-4)可求得：=16203（kVA）3.2牽引變壓器功率損耗計(jì)算 牽引供電系統(tǒng)的電能損失是電氣化鐵道的一項(xiàng)重要的運(yùn)營(yíng)指標(biāo)，具有很重要的經(jīng)濟(jì)意義。不同的牽引變壓器接線(xiàn)型式使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)的電能損失不同，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，以求得最好

7、的供電方案。已知=310A，=280A，根據(jù)公式（3-5）計(jì)算：(3-5)所得結(jié)果代入公式(3-6)中。在牽引變電所中，如果是一臺(tái)牽引變壓器運(yùn)行，則全年實(shí)際負(fù)載電能損失為：（kWh/年）(3-6)可求得=13.4551（kWh/年）。全年實(shí)際空載電能損失為：（kWh/年）(3-7)可求得=33.7260（kWh/年）。全年?duì)恳儔浩鞯膶?shí)際總電能損失為：（kWh/年）(3-8)可求得：=47.1811（kWh/年）。通過(guò)計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)可以采取限制供電臂的長(zhǎng)度、實(shí)行牽引變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置等方法來(lái)減少牽引供電系統(tǒng)電能損失。3.3牽引變電所電壓不平衡度計(jì)算由于單相工頻交流電氣化鐵道

8、牽引負(fù)荷的特點(diǎn)，當(dāng)三相電力系統(tǒng)向它供電時(shí)，它將在電力系統(tǒng)中引起負(fù)序電流，而負(fù)序電流會(huì)造成變壓器的附加電能損失，并在變壓器鐵芯磁路中造成附加發(fā)熱，所以通過(guò)對(duì)不平衡度的計(jì)算，來(lái)確定采取有效的措施，縮小這些影響，這是牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。在設(shè)計(jì)中，通常按牽引變電所正常運(yùn)行和緊密運(yùn)行兩種工況分別計(jì)算電壓不平衡度。按緊密運(yùn)行工況進(jìn)行不平衡度考核。3.3.1計(jì)算電網(wǎng)最小運(yùn)行方式下的負(fù)序電抗（）(3-9)已知在最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)二的綜合電抗標(biāo)么值=0.17, =25km，=0.4W/km根據(jù)公式（3-9）求得：=20W。3.3.2計(jì)算牽引變電所在緊密運(yùn)行工況下注入110kV電網(wǎng)的負(fù)序電流（A）(3-1

9、0)已知=400A，=350A，可得：=54.4862A。3.3.3構(gòu)造歸算到110kV的等值負(fù)序網(wǎng)絡(luò)如圖3-1所示：圖3-1歸算到110kV，三相雙繞組牽引變壓器、供電系統(tǒng)等值負(fù)序網(wǎng)絡(luò)3.3.4牽引變電所110kV母線(xiàn)電壓不平衡度計(jì)算及校驗(yàn)相負(fù)序電壓計(jì)算按公式（3-11）進(jìn)行：（V）(3-11)將已求得的和分別代入公式（3-11），求得系統(tǒng)二運(yùn)行時(shí)的相負(fù)序電壓=1105V。110kV母線(xiàn)電壓不平衡度計(jì)算及校驗(yàn)按下式進(jìn)行：%.5%(3-12) 本次課程設(shè)計(jì)按2.5%考核，將=1105V， 代入公式（3-12）得：1.9%2.5% 所以，滿(mǎn)足校驗(yàn)。從牽引供電系統(tǒng)方面來(lái)說(shuō)，采取換接相序、采用平衡牽

10、引變壓器和并聯(lián)補(bǔ)償裝置等方法來(lái)改善負(fù)序的作用。4 導(dǎo)線(xiàn)選擇4.1軟母線(xiàn)選擇110kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)，進(jìn)入高壓室的27.5kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)，從高壓室出來(lái)的27.5kV饋線(xiàn)側(cè)，10kV饋線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)均為軟母線(xiàn)。軟母線(xiàn)進(jìn)行選型，熱穩(wěn)定校驗(yàn)（無(wú)需進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)）。計(jì)算方法：按導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇導(dǎo)線(xiàn)。溫度修正系數(shù)k由下式求得：（4-1） 式中：運(yùn)行的允許溫度，對(duì)室外有日照時(shí)取80，室內(nèi)取70；t 實(shí)際環(huán)境溫度， 。設(shè)計(jì)時(shí)取t=25，那么在室外有日照時(shí)k=1，在室內(nèi)時(shí)k=1。工程中常采用查表的方法求母線(xiàn)和導(dǎo)體的容許電流(載流量)。表4-1導(dǎo)線(xiàn)的選擇與校驗(yàn)導(dǎo)線(xiàn)名稱(chēng)選擇校驗(yàn)按導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)期發(fā)熱允許電流選擇按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇動(dòng)

11、穩(wěn)定熱穩(wěn)定母線(xiàn)及短導(dǎo)線(xiàn) 普通導(dǎo)線(xiàn) 4.1.1室外110kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)選擇室外110kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)為軟母線(xiàn),母線(xiàn)長(zhǎng)為20，且每段負(fù)荷不同,母線(xiàn)截面可采取相同截面，以按最大長(zhǎng)期工作電流方式來(lái)選擇為宜。設(shè)計(jì)中三相雙繞組牽引變壓器的選擇型號(hào)為SF1-31500/110。母線(xiàn)的最大長(zhǎng)期工作電流可按變壓器過(guò)載1.3倍考慮。A 由所給資料查出鋼芯鋁絞線(xiàn)(LGJ-70)的允許載流量為260A(基準(zhǔn)環(huán)境溫度為25時(shí))，符合式子 (k=1)式中：通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的最大持續(xù)電流； 對(duì)于額定環(huán)境溫度,導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)期允許電流； 溫度修正系數(shù)。故初步確定110kV進(jìn)線(xiàn)側(cè)的母線(xiàn)選用截面積為70mm2的鋼芯鋁絞線(xiàn)(LGJ-70)。校驗(yàn)

12、母線(xiàn)的熱穩(wěn)定性：表4-2 各種起始溫度下C值起始溫度（）40455055606570758090鋁材導(dǎo)體99979593918987858379銅材導(dǎo)體186183181179176174171169165161（4-2）其中： 滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)線(xiàn)最小截面積（mm2）； 熱穩(wěn)定系數(shù)(如表4-3)；集膚效應(yīng)系數(shù)。我們選取=0.01；假想時(shí)間；=1.50+1.56+0.05=3.11s。(為繼電保護(hù)整定時(shí)間, 為斷路器動(dòng)作時(shí)間。)表4-4 各級(jí)繼電保護(hù)時(shí)間配合計(jì)算點(diǎn)123、45 (s)1.501.000.500.20 (s)1.561.060.560.26選C=83，經(jīng)計(jì)算, =194.14 m

13、m2。 由于S=70=194.14，所以所選截面的母線(xiàn)不能滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求，必須選擇型號(hào)為L(zhǎng)GJ240的鋼芯鋁絞線(xiàn)。4.1.2室外27.5kV側(cè)的母線(xiàn)選型及校驗(yàn)?zāi)妇€(xiàn)的最大長(zhǎng)期工作電流可按變壓器過(guò)載1.3倍考慮，選擇容量為1600kVA電壓27.5/10.5千伏的三相雙繞組電力變壓器。經(jīng)計(jì)算：=（A）（4-3）由所給資料查出鋼芯鋁絞線(xiàn)(LGJ-10)的允許載流量為86A(基準(zhǔn)環(huán)境溫度為25時(shí))，符合式子(k=1),故初步確定27.5kV側(cè)的母線(xiàn)選用截面積為10 mm2的鋼芯鋁絞線(xiàn)(LGJ-10)。校驗(yàn)?zāi)妇€(xiàn)的熱穩(wěn)定性： 選C=99，=1.00+1.06+0.05=2.11s，=74.9 mm2。 由

14、于S=10=11.02，所以所選截面的母線(xiàn)能滿(mǎn)足熱穩(wěn)定。5 主接線(xiàn)選擇本設(shè)計(jì)采用雙T接線(xiàn)方式做為牽引變電所B的主接線(xiàn)。在雙T接線(xiàn)中，兩路電源，兩臺(tái)變壓器只需兩套斷路器，所以與橋型接線(xiàn)相比，雙T接線(xiàn)需要高壓電器更少，配電裝置結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，線(xiàn)路繼電保護(hù)也簡(jiǎn)單。雖說(shuō)由于分支數(shù)過(guò)多，對(duì)可靠性的影響會(huì)相應(yīng)增大，但對(duì)于本設(shè)計(jì)，由于只需2路饋線(xiàn)，所以選雙T接線(xiàn)有更高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，并能達(dá)到可靠性要求。本設(shè)計(jì)采用100完全備用，當(dāng)一套設(shè)備發(fā)生故障，經(jīng)過(guò)正確的倒閘操作順序，另一設(shè)備啟用，以提高供電的可靠性?？偨Y(jié)作為一名電氣工程系，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)大四的學(xué)生，我覺(jué)得能做類(lèi)似的課程設(shè)計(jì)是十分有意義的，而且是十分有

15、必要的。此時(shí)，兩周的電力牽引供變電課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，雖然很忙碌、很疲勞，但是收獲頗多。我們幾乎每天的專(zhuān)注和辛勞，喚回了我對(duì)電力牽引供變電課程設(shè)計(jì)的重新的認(rèn)識(shí)，對(duì)牽引變電所的構(gòu)成以及各部分的原理和功能都有了更具體的認(rèn)識(shí)和理解。在此次課程設(shè)計(jì)中，也培養(yǎng)了我們同學(xué)之間的團(tuán)體協(xié)作能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，經(jīng)過(guò)老師和我們的共同努力配合，都得到了相應(yīng)地解決。然而，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故?？傮w來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得像課程設(shè)計(jì)這種類(lèi)型的作業(yè)對(duì)我們的幫助還

16、是很大的，它需要我們將學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，從中暴露出自身的不足，以待改進(jìn)！由于水平有限，難免會(huì)有錯(cuò)誤，還望老師批評(píng)指正。附錄一 牽引變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)表設(shè)備型號(hào)額定容量（kVA）100001500020000315004000020000額定電壓（kV）高壓110110110110110110低壓27.527.527.527.527.527.5額定電流（A）高壓52.578.8105165270105低壓210315420660840420損耗（kV）空載16.522.527.538.53825短路5980104148180115阻抗電壓（%）10.510.510.510.510.510.5空載電