電氣化鐵道技術專業(yè)《電力牽引供變電技術》課程設計—.

1、高速鐵路牽引變電所電氣主接線的設計摘要：牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務是將電力系統(tǒng) 輸送來的三相高壓電變化成適合電力機車使用的電能。而電氣主接線反映牽引變電所設施的主要電氣設備以及這些設備的規(guī)格、型號、技術參數(shù)以及在電氣上是如何連接 的，高壓側有幾回進線、幾臺牽引變壓器，有幾回接觸網(wǎng)饋電線。通過電氣主接線可 以了解牽引變電所等設施的規(guī)模大小、設備情況。1.2電氣化鐵路的國內外現(xiàn)狀變電所是對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。在電能是社會生產(chǎn)和生活質量 中最為重要的能源和動力的今天，變電所的作用是很重要的當前我國進行的輸變電建設和城鄉(xiāng)電網(wǎng)的建設與改造，對未來電力工

2、業(yè)發(fā)展有著重要的作用。因此，產(chǎn)品技術要先進，產(chǎn)品質量要過 硬，應達到3040年后也能適用的水平；而且產(chǎn)品必須要國產(chǎn)化。現(xiàn)階段我過主要是使用常規(guī) 變電所。常規(guī)變電所即采用傳統(tǒng)模式進行設計、建造和管理的變電所，一般為有人值班或駐所值 班，有穩(wěn)定的值班隊伍。繼電保護為電磁型，電器就地控制，不具備四遙、遠方操作功能，需要 一支訓練有素的運行與檢修隊伍和一整套相應的管理機構、制度進行管理，以滿足安全運行的要 求。這種模式有許多不足之處。我國的近期目標是既要充分利用原有設備，又要能夠適應微機遠 動自動化系統(tǒng)；既要實現(xiàn)無人值班，又要滿足安全經(jīng)濟運行的要求。國外的變電所研究已經(jīng)遠遠超過我國，他們在變電站的運行

3、管理模式上，已經(jīng)能做到無人值守。1.3牽引變電所1.3.1電力牽引的電流制電力牽引按牽引網(wǎng)供電電流的種類可分為三種電流制，即直流制、低頻單相交流制和工頻單 相交流制。(1) 直流制即牽引網(wǎng)供電電流為直流的電力牽引電流制。電力系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側，經(jīng)過牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過牽引網(wǎng)供給電力機車使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國家的電氣化鐵路仍在應用。我國僅工礦、城市電車和地下鐵道采用。牽引網(wǎng)電壓 有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后兩種分別用于城市電車、地下鐵道。直流制存在的主要問題是，直流牽引電動機額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引

4、網(wǎng)電壓很難進一 步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來供應電力機車。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導線截面 要隨著增大(一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索)，牽引網(wǎng)電壓損失也相應增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有1530 km。牽引變電所的數(shù)量多，并且為完成整流任務而變得較復雜。由于這些緣故，許多國家已逐漸停止發(fā)展直流制。(2) 低頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為低頻單相交流的電力牽引電流制。這種電流制是繼直流制之后出現(xiàn)的， 牽引網(wǎng)供電電流頻率為 16Hz,牽引網(wǎng)電壓為15kV或11kV，電力機車上采用交流整流子式牽引電 動機。交流容易變壓，因此，可以在牽引網(wǎng)中用高電壓送電而在電力機車上降低

5、電壓，供應低 電壓的交流整流子式牽引電動機。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng) 中的有色金屬用量有關。應用低頻的條件，一方面是由于歐洲電力工業(yè)發(fā)展的初期原來就存在低 于50Hz的頻率；另一方面，交流整流子式牽引電動機因存在變壓器電勢而對整流過程造成困難， 不適宜在較高的頻率下運行。因此，在歐洲，低頻單相交流制于 20世紀50年代前得到較大發(fā)展，目前在一些歐洲國家仍在應用。另外，在美國等國家，還采用牽引網(wǎng)供電電流頻率為25Hz、電壓為1113kV的低頻單相交流制。電力工業(yè)主要采用50Hz標準頻率后，低頻制電氣化鐵道或者須自建專用的低頻率的發(fā)電廠，或者在牽引變電所變頻后送人牽引

6、網(wǎng)；這就變得復雜化，于是，其 發(fā)展受到了限制。(3) 工頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為工業(yè)頻率單相交流的電力牽引電流制。它是在20世紀50年代中期法國電氣化鐵路應用整流式交流電力機車獲得成功之后開始推廣的。從那時以來，許多國家都相繼采 用。這種電流制在電力機車上降壓后應用整流裝置整流來供應直流牽引電動機。由于頻率提高， 牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應提高。目前，較普遍應用的接觸網(wǎng)額定電壓是25kV。采用工頻單相交流制的優(yōu)點是，消除了低頻單相交流制的兩個主要缺點(與電力工業(yè)標準頻率并行的非 標準頻率和構造復雜的交流整流子式牽引電動機)；牽引供電系統(tǒng)的結構和設備大為簡化，牽引變電所只要選擇適宜的

7、牽引變壓器，就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較 高，其中通過的電流相對較小，從而使接觸網(wǎng)導線截面減小、結構簡化；牽引變電所的間距延長、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運營費用減少；電力機車采用直流串勵牽引 電動機，也遠比交流整流子式牽引電動機牽引性能好，運行可靠。采用工頻單相交流制的缺點是，對電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對沿電氣化鐵路架設的通信線有干擾。但是，經(jīng)過技術方面和經(jīng)濟方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點是主要的。因此，我 國電氣化鐵路采用工頻單相25kV交流制。1.3.2牽引變電所的供電方式(1) 牽引變電所一次側的供電方式牽

8、引變電所一次側(電源側，通常為110KV或220KV)的供電方式，可分為一邊供電邊供電和環(huán)形供電。 一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個方向的電廠送來。 兩邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩向的電廠送來。 環(huán)形供電是指若干個發(fā)電廠、地區(qū)變電站通過高壓輸電線連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于 環(huán)形電力系統(tǒng)的一個環(huán)路中。(2) 牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式單線區(qū)段 一邊供電；兩邊供電。雙線區(qū)段同相一邊并聯(lián)供電；同相一邊分開供電；雙邊扭結供電。1.4小結變電所是對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所，本章介紹了牽引變電所分類及其國內外現(xiàn)狀，對其有了初步的了解。第2章 牽引變電所

9、主結線的選擇牽引變電氣主接線是變電所設計的首要部分，也是構成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定 與電力系統(tǒng)整體及變電所本身運行的可靠性，靈活性和經(jīng)濟性是密切相關的，而且對電氣設備的 選擇，配電裝置布置，繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此必須合理的確定主接線。4電氣主結線應滿足的基本要求首先保證電力牽引負荷，運輸用動力，信號負荷安全，可靠供電的需要和電能質量。 具有必要的運行靈活性，使檢修維護安全方便。 應有較好的經(jīng)濟性，力求減小投資和運行費用。 應力求接線簡捷明了，并有發(fā)展和擴建的余地。2.1高壓側電氣主結線的基本形式（1）單母線接線A1SL卓2SLJ2QFI1QSI1QF2QSJI3QF

10、圖2-1單母線結線圖如圖2-1所示，單母線接線的的特點是整個的配電裝置只有一組母線，每個電源線和引出線都經(jīng)過開關電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開關和斷路器，在運行操作時，必須 嚴格遵守以下操作順序：對饋線送電時必須先和1QS和2QS在投入1QF；如欲停止對其供電必須先斷開1QF然后斷開1QS和2QS單母線結線的特點是：（1）結線簡單、設備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠性。（2）每回路斷路器切斷負荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停 電，其他回路不受影響。（3）檢修母線和與母線相連的隔離 開關時，將造成全部停電。母線 發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待

11、修復后才能恢復供電。41SL怦L4+1QS丄丄-JTJ11QF1M1 T TQF* - <T ,2M1 9QS.1QSt 5QF/這種結線方式的缺點是母線故障時、檢修設備和母線時要造成停電；適用范圍：適用于對可 靠性要求不高的1035kV地區(qū)負荷。（2）單母線分段結線圖2-2為用斷路器分段的單母線分段結線圖。分段斷路器MD正常時閉合，是兩圖2-2單母線分段結線圖段母線并列運行，電源回路和同一負荷的饋電回路應交錯連接在不同的分段母線上。這種結線方式的特點是：（1）分段母線檢修時將造成該段母線上回路停電。（2）進線上斷路器檢修時造成該進線停電。適用范圍：廣泛應用于 1035kV地區(qū)負荷、城市

12、電牽引各種變電所和110kV電源進線回路較少的110kV結線系統(tǒng)。（3）采用橋形結線當只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來，即構成橋型結線。橋型結線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內橋形和外橋形兩種，如圖2-3所示。前者的連接母線靠近變壓器側，而后者則連接在靠近線路側。內橋形結線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運行都比較方便。橋形母線上的斷路器 QF在正常狀態(tài)下合閘運行，1QS和2QS是斷開的。當線路1SL發(fā)上故障 時，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器 1QF跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器） 仍可繼續(xù)工作。內橋結線當

13、任一線路故障或檢修時不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠比 變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應用。當內橋結線的兩回電源線路接入 系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時隔離 開關將跨條斷開，安裝兩組隔離開關的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形結線的特點與內橋剛好相反，當變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只要斷開 它們前面的斷路器1QF或2QF,而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時，將是與該線路 連接的變壓器短時中斷運行，須經(jīng)轉換操作后才能恢

14、復工作。因而外僑形結線適用于電源線路較 短、負荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可 用在有穿越功率通過的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。（a）內橋形（b）外橋形1SL2SL圖2-3內橋和外橋結線圖橋型結線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低， 在結構上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結線。即在初期按橋形結線，將來有可能 增加電源線路數(shù)時再擴展為其他結線形式。2.2牽引負荷側電氣結線特點牽引負荷是牽引變電所基本的重要負荷，上述電氣主結線基本形式多數(shù)對牽引負荷側電氣結線也是適用的。但考慮牽引負荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點，

15、有針對性的在電氣結線上采取有效 措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運行靈活性。(1) 由于接觸網(wǎng)沒有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線路更為頻繁，因此牽引負荷 側電氣結線對接觸網(wǎng)饋線斷路器的類型與備用方式較一般電力負荷要求更高。(2) 牽引側電氣結線于牽引變壓器的類型(單相或三相)和接線方式以及主變壓器的備用方 式有關，在采用移動式變壓器做備用的情況下，與移動變壓器接入電路的方式有關。(3) 與饋線數(shù)目、電氣化鐵路年運量、單線或復線，以及變電所附近鐵路其他設施如大型樞 紐站、電力機車段和地區(qū)負荷等的供電要求有關。對于牽引側母線本身，由于線路簡單，引至饋線配電間隔為單相母線，實踐證明很少發(fā)生故

16、障，必須檢修母線和母線上隔離開關時，可由臨近變電所越區(qū)供電以代替被檢修的母線或母線分 段。為合理解決饋線斷路器的備用方式，牽引負荷側電氣結線有下列幾種形式：每路饋線設有 備用斷路器的單母線結線，如圖3-8所示，考慮手車式氣體斷路器(或真空式)產(chǎn)品接觸插頭的互換性較差，不設移動備用，工作斷路器檢修時，即由備用斷路器代替，這種方式在饋線數(shù)量較 少時采用，操作轉換較方便，但投資較大。每兩路饋線設一公共備用斷路器BQF通過隔離開關的轉換，可使 BQF代替任一饋線短路器，并達到按單母線分段運行的作用，如圖3-8所示，這種結線的缺點是隔離開關的轉換太頻繁。單母線分段帶旁路母線的結線，考慮到饋線斷路器檢 修

17、時備用的需要，或者在某些情況下由于電力系統(tǒng)的緣故不允許兩回電源線供電的變壓器在牽引 負荷側并聯(lián)運行，母線分段隔離開關經(jīng)常處于斷開位置，故需在每個分段母線上各設一臺旁路斷 路器1BQF 2BQF分別作為每段母線上連接的饋線斷路器的備用，如圖3-9所示，其工作原理于圖3-10相同。這種結線適用于饋線數(shù)目較多的復線，或靠近大型樞紐站向幾個方向電氣化鐵路 供電的單線牽引變電所。牽引變壓器的備用方式有移動備用和固定備用兩種。前者是整個供電段管轄的幾個牽引變電所設置一臺或數(shù)臺可以動的公共備用變壓器，供運行中的牽引變壓器檢修或故障時使用；后者是在每個牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺數(shù)不變、而

18、增大變壓器容量，使在25kV 2M1M1QSz 1QF 2BQF3QS2QS正常情況下一臺工作，一臺備用（稱為固定全備用）。根據(jù)技術經(jīng)濟的全面比較，在一般牽引變電所設有或不設專用鐵路岔線作為變壓器搬圖2-4 每路饋線設有備用斷路器的單母線結線圖2-5 具有公共備用斷路器的結線運、檢修的情況下，對于三相牽引變壓器采用固定全備用的方式都是有利和可取的。特殊情況下 需作具體比較。對于單相或 V形接線的牽引變電所，一般增加一臺固定備用變壓器，在牽引負荷 側電氣結線只需增加一路電源進線及斷路器與配電間隔，比較簡單。而采用移動備用變壓器的情 況下，對單相或 V-V形接線的單相變電所牽引側電氣結線的構成，將

19、產(chǎn)生較大影響。2.3電氣主結線方案的分析（1）110kV側結線的選擇方案一：采用單母線結線優(yōu)點：結線簡單清晰，使用設備少，經(jīng)濟比較好，而且在遠期調整時線路變換更比較方便。 由于結線簡單，操作人員發(fā)生誤操作的可能性就要小。缺點：不夠靈活可靠，接到母線上任一元件故障時，均使整個配電裝置停電。方案二：采用內橋結線優(yōu)點：形結線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結構上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線結線。此結線方案適用于有系統(tǒng)功率穿越，線路檢修停電機會較多，主變壓器不需經(jīng)常切換的牽引變電所。缺點：經(jīng)濟性較單母線要差。比較結論：作為牽引變電所，必須保證供電的可

20、靠性和靈敏性，根據(jù)任務書的依據(jù)，采用內橋結線比較合理（2）25kV側結線的選擇牽引負荷側一般采用單母線結線。2.4小結電氣主結線是牽引變電所的主體部分，本章主要介紹了牽引變電所單母線結線、單母線分段 結線、橋形結線、等幾種結線形式及特點，并根據(jù)設計任務書要求確定高壓側采用內橋形結線， 牽引負荷側采用單母線結線。第3章 牽引變電所變壓器的選擇3.1牽引變壓器的分類按牽引變壓器的聯(lián)接方式分為單相聯(lián)結；單相V, v聯(lián)結；三相V, v聯(lián)結；三相Yn, d11聯(lián)結和三相不等容量 Yn, d11聯(lián)結；斯科特聯(lián)結等。3.1.1單相聯(lián)結牽引變電所單相牽引變電所的優(yōu)點：牽引變壓器的容量利用率可達100%主結線簡

21、單，設備少，占地面積小，投資省等。缺點：不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電；對電力系統(tǒng)的負序影響最大；對接觸網(wǎng)的 供電不能實現(xiàn)兩邊供電。這種聯(lián)結只適用于電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達，三相負荷用電能夠可靠地由地方電 網(wǎng)得到供應的場合。3.1.2單相V, v牽引變電所單相V, v牽引變壓器的優(yōu)點：牽引變壓器容量利用率可達到100%正常運行時，牽引側保持三相，所以可供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相負載；主接線較簡單，設備較少，投資較省； 對電力系統(tǒng)的負序影響比單相聯(lián)結??；對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點：當一臺變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。3.1.3三相V,

22、v聯(lián)結牽引變電所不但保持了單相 V, v聯(lián)結牽引變電所的主要優(yōu)點，而且完全克服了單相V, v聯(lián)結牽引變電所的缺點。最可取的是解決了單相V, v聯(lián)結牽引變電所不便于采用固定備用即其自動投入的問題。同時，三相 V, v聯(lián)結牽引變壓器有兩臺獨立的鐵芯和對應繞組通過電磁感應進行變換和傳 遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的二次側電壓可以相同，也可以不相同，有利于 實現(xiàn)分相有載或無載調壓。為牽引變壓器的選型提供了一種新的連接形式。3.1.4三相聯(lián)結牽引變壓器又簡稱三相牽引變電所。這種牽引變電所中裝設兩臺三相YN,d11聯(lián)結牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運行；也可以一臺運行，另一臺固定備用。其原理電路和

23、相量關系分別如圖2-6（ *和（b）所示b（z）a（y）2 -3lbUb1 -m Ib(b)UbW2I bcW2W2Ua U2 '3lb3lb圖2-6三相Yn , d11連接牽引變壓器原理電路和向量三相YN，d11聯(lián)結牽引變電所的優(yōu)點是：牽引變壓器低壓側保持三相，有利于供應牽引變 電所自用電和地區(qū)三相電力；能很好的適應當一個供電臂出現(xiàn)很大牽引負荷時，另一供電臂卻 沒有或只有很小牽引負荷的不均衡運行情況；三相Yn ,d11聯(lián)結變壓器在我國采用的時間長，有比較多的經(jīng)驗，制造相對簡單，價格也較便宜；一次側YN聯(lián)結中性點可以引出接地，一次繞組可按分級絕緣設計制造，與電力系統(tǒng)匹配方便。對接觸網(wǎng)的

24、供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點主要是牽引變壓器容量利用率不高。當重負荷相線圈電流達到額定值時，牽引變壓器的輸出容量只能達到其額定容量的75.6%，弓I入溫度系數(shù)也只能達到84%3.2牽引變壓器選擇的分析3.2.1選擇原則（1）為保證供電的可靠性，在變電所中，一般裝設兩臺主變壓器；（2 ）為滿足運行的靈敏性和可靠性，如有重要負荷的變電所，應選擇兩臺三繞組變壓器，選用三繞組變壓器占地面積小，運行及維護工作量少，價格低于四臺雙繞組變壓器，因此三繞組變壓器的選擇大大優(yōu)于四臺雙繞組變壓器；(3) 裝有兩臺主變壓器的變電所，其中一臺事故后其余主變壓器的容量應保證該所全部負 荷的70%上，并保證用戶的一級和二級全

25、部負荷的供電。3.2.2牽引變壓器的接線方式和臺數(shù)的確定考慮到該變電所為三相牽引變電所， 與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，且在一次主結線中已考慮 采用內橋結線方式，故選用采用三繞組變壓器，高壓側為丫形接線，中、低壓側為連接。由于牽引負荷屬于一級負荷，并考慮備用，所以選用兩臺主變壓器，一臺自 用電變壓器。通過本章的學習加深了對牽引變壓器的基本知識的理解，對設計和以后的實際工程設計及研究工作奠定了理論基礎。3.2.3牽引變壓器安裝容量的確定和選擇當牽引變壓器的計算容量和校核容量確定以后， 選擇兩者中較大者，并按采用的 備用方式，牽引變壓器 的系列產(chǎn)品(額定容量優(yōu)先系數(shù)為 R10系列)，以及有否地 區(qū)動力負荷等諸因

26、素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。例如：單線電氣化鐵路近期年運量為 1700萬噸/年，牽引定數(shù) G為2100噸/ 列，丫凈取0.705,波動系數(shù)Ki取1.2,儲備系數(shù)K2取1.2,非平行列車運行圖區(qū)間 通過能力N非=42對/日。供電臂 1 n=3，E A仁2005kV A h,刀論=28.3min供電臂 2n=3，EA2=1700 kV A h，Etu2= 27.3min。解：第一步計算列車對數(shù)Nn=kq 104 =365G 丫 凈2".2"700"01453列/ 日=23 對/ 日365 2100 0.705第二步 計算 I1av,l2av,l1e,l2el1a

27、v =1.667N' A 10； =1.667 23 2005 10 = 77 AI2av =1.667N' A2 10； =1.667 23 1700 10” =65AK1e1+g=j1+丄鳴1.759Y nR 飛 30.151其中,N' hnT23 28.3= 0.1513 144012#T為全日制時間，即 1440min。#K2e11.P2=.11J-0-145=1.788nP23漢 0.145其中，P2N' GnT23 27.33 1440二 0.14513#卄=51伽=1.795 匯 77=135(A)所以，Je =K2el2av =1.78865 =

28、 116( A)第三步計算變壓器的計算容量S =KtU .4l!e l；e 2l1avl2av =0.9 27.5,4 135211622 77 65 = 7683 kVA米用簡化公式：S =KtU 2l1e 0.6512e =0.9 27.52 1135 0.65 116=8594 kVA第四步計算變壓器校核容量按非平行運行區(qū)間通過能力N非的要求進行校核。計算對應于 N非的重負荷供電 臂（1）的最大電流Imax。N 非二 tu1nT42 28.33 1440二 0.275#查附錄C圖C 5曲線I max = f n, P 得:lmax =2.351 -2.35 170=400 A其中,= 2

29、.4 丄tu128.3-170 A#計算對應于N非的輕負荷供電臂（2）的有效電流。P2二匚旦經(jīng)述=0.265一 3 1440nTK2e1=門行 - °.265nP23 0.265= 1.432#l2av = 1.667N非' A2 10 = 1.667 42 1700 10 =119 Al2e =K2el2av = 1 .432 119 = 170 A三相聯(lián)結變壓器最大容量為：Smax = KtU 2I max 0.6512e =0.9 27.52 400 0.65 170 = 22535kVA#三相聯(lián)結變壓器校核容量maxK225351.515023 kVA14#第五步確定

30、安裝容量由此得出變壓器的安裝容量為2X 16000（kVA）。#3.2.4變壓器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投入，以確保電氣化鐵路 的正常運輸。在大運量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應盡快投入備用變壓 器，顯得比單線區(qū)段要求更高。備用變壓器投入的快供，將影響到恢復正常供電的時 間，并且與采用的備用方式有關。備用方式的選擇，必須從實際的電氣化鐵路線路、 運量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件 (如有無公路)等因素，綜合考 慮比較后確定。我國的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。(1) 移動備用采用移動變壓器作為備用的方式，稱為移動備用。采用

31、移動備用方式的電氣化區(qū) 段，每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器， 正常時兩臺并聯(lián)運行。所內設有鐵路專用 岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上，停放于適中位置的牽引變電所內或供電段 段部，以便于需要作為備用變壓器投入時，縮短運輸時間。在供電段所轄的牽引變電 所不超過58個的情況下，設一臺移動變壓器，其額定容量應與所轄變電所中的最 大牽引變壓器額定容量相同。當牽引變壓器需要檢修時，可將移動變壓器按計劃調入牽引變電所。 但在牽引變 壓器發(fā)生故障時，移動變壓器的調運和投入約需數(shù)小時。 此間，靠一臺牽引變壓器供 電往往不能保證鐵路正常運輸。這種影響，在單線區(qū)段或運量小的雙線區(qū)段可很快恢 復正常；但在大運量

32、的雙線區(qū)段須予以重視。 可按牽引變壓器一臺故障停電后由另一 臺單獨運行，允許超載30%，并持續(xù)4小時，而能符合計算容量(滿足正常運輸)的要 求進行檢算。采用移動備用方式，除上述影響外，還需要修建鐵路專用岔線。這將導致牽引變 電所選址困難、場地面積和土方量增加，相應加大投資。不僅如此，移動變壓器車輛 進廠檢修時，修要把備用變壓器從車上拆卸吊下來； 車輛修好出廠后，又要把備用變 壓器吊上車安裝好。這項工作十分麻煩和困難，非常費時費力費錢。采用移動備用方 式的優(yōu)點是牽引變壓器容量較省。因此，移動備用方式可用于沿線無公路區(qū)段和單線 區(qū)段。(2) 固定備用采用加大牽引變壓器容量或增加臺數(shù)作為備用的方式，

33、稱為固定備用。采用固定 備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設兩臺牽引變壓器，一臺運行，一臺備用。 每臺牽引變壓器容量應能承擔全所最大負荷，滿足鐵路正常運輸?shù)囊蟆２捎霉潭▊溆梅绞降膬?yōu)點是：其投入快速方便，可確保鐵路正常運輸，又可不修 建鐵路專用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場地面積較小，土方量較少，電氣主 接線較簡單。其缺點是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內設備檢修業(yè)務要靠 公路運輸。因此，固定備用方式適用于沿線有公路條件的大運量區(qū)段。在當前進行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設計中， 牽引變壓器的備用方式不再考慮 移動備用方式。3.3小結本章先介紹了牽引變電所中幾種牽引變壓器的接線形式及

34、特點， 并根據(jù)設計任務 書要求來確定牽引變壓器的結線形式：采用三繞組變壓器，高壓側為 丫形接線，中、 低壓側為連接。由于牽引負荷屬于一級負荷，并考慮備用，所以選用兩臺主變壓器， 一臺自用電變壓器15第4章繼電保護的設計繼電保護是電力系統(tǒng)的重要組成部分， 是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的必不可少 的技術措施之一。繼電保護裝置是指能反應電力系統(tǒng)中電器元件發(fā)生故障或不正常運 行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。它的基本任務是：(1) 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼 續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。(2) 反應電器元件的不正常運行狀態(tài)，并

35、動作與斷路器跳閘、發(fā)出信號或減負荷。由此可見繼電保護在電力系統(tǒng)中的主要作用是通過預防事故或縮小事故范圍來 提高系統(tǒng)運行的可靠性，最大限度地保證向用戶安全連續(xù)供電。4.1繼電保護的基本原理與基本要求基本原理：利用電力系統(tǒng)正常運行狀態(tài)和不正常運行或故障時各物理量的差別來 判斷故障和異常，并通過斷路器跳閘將故障切除或發(fā)出信號。繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性 和可靠性四個基本要求。(1) 可靠性可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護的最基本要求。所謂安全性是要求繼 電保護在不需要它動作時可靠不動作， 即不發(fā)生誤動作。所謂信賴性是要求繼電保護 在規(guī)定的保護范圍內發(fā)生

36、了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。選擇性所謂選擇性就是指當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時， 其繼電保護僅將故障 的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時， 應由相 鄰設備或線路的保護將故障切除。在要求保護動作有選擇性的同時，還必須考慮保護 或斷路器有拒動的可能性，因而就需要考慮后備保護的問題。一般情況下遠后備保護 動作切除故障時將使供電中斷的范圍擴大。(3) 速動性所謂速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。動作迅 速而又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般結構都比較復雜，

37、價格昂貴，對大量的中、 低壓設備，不一定都采用高速動作的保護。對保護速動性的要求應根據(jù)電力系統(tǒng)的接 線和被保護設備的具體情況，經(jīng)技術比較后確定。(4) 靈敏性靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內故障時，不論 短路點的位置和短路類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即 要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下 經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護 的基礎。這四個基本要

38、求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工 作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結構和用戶的性質，辯證的進行統(tǒng)一。4.2電力變壓器的保護變壓器故障可分為郵箱內部故障和油箱外部故障。油箱內部故障主要是指發(fā)生在 變壓器油箱內包括高壓側或低壓側繞組的相間短路、匝間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側繞組的單相接地短路。油箱外部最常見的故障主要是變壓器繞組引出線和套管上發(fā) 生的相間短路和接地短路，而油箱內發(fā)生相間短路的情況比較少。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有：負荷長時間超過額定容量引起的過負荷；外部 短路引起的過電流；夕卜部接地短路引起的中性點過電壓；油箱漏油引起的油面降低或 冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高；大容量變壓器

39、在過電壓或低頻等異常運行工況下導致 變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構件過熱。根據(jù)上述故障類型和不正常工作狀態(tài)，對變壓器應裝設下列保護。(1) 縱差保護或電流速斷保護變壓器縱差保護主要是用來反應變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路故障，是變壓器的主保護。保護瞬時動作， 斷開變壓器各側的斷路器。對 6.3MVA及以上并 列運行的變壓器和100MVA單獨運行的變壓器以及6.3MVA以上廠用變壓器應裝設 縱差保護；其他重要變壓器及電流速斷保護靈敏度達不到要求時， 也可裝設縱差保護?？v差保護是利用故障時產(chǎn)生的不平衡電流來動作的， 保護靈敏度高，且動作迅速。(2) 瓦斯保護對變壓器油箱內部的各種故障及油

40、面的降低，應裝設瓦斯保護。對800kVA及以上油浸式變壓器和400kVA及以上車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。當油箱 內故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時， 應瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量瓦斯時，應動作 于斷開變壓器各側的斷路器。(3) 外部相間短路時的保護，采用過電流保護。反應變壓器外部相間短路并作瓦斯保護和縱差保護后備的過電流保護，其適用 于降壓變壓器，保護裝置和整定值應考慮事故狀態(tài)下可能出現(xiàn)的過負荷電流。(4) 外部接地短路時的保護，采用零序電流保護。對中性點直接接地電網(wǎng)，由外部接地短路引起過電流時，如變壓器中性點接 地運行，應裝設零序電流保護。零序電流保護通常由兩段組成，每段可各帶兩個時

41、限, 并均以較短的時限用于縮小事故影響范圍，以較長的時限用于斷開各側的斷路器。(5) 過負荷保護對于400kVA及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的 電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況，裝設過負荷保護。過負荷保護應接于相電流上， 帶時限動作于信號。對變壓器溫度及油箱內壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障，應按現(xiàn)行變壓器標準的要 求，裝設可用于信號或動作于跳閘的裝置。18第5章 開關設備與高壓電器的選擇開關設備包括斷路器、熔斷器、隔離開關和負荷開關等電器，雖然在選擇時所根據(jù)的條件有些是相同的但也各有其特點和要求。5.1高壓斷路器的選擇(1) 斷路器種類、形式的選擇對于開斷電路中負荷電流和短路電

42、流的高壓斷路器，首先應按使用地點環(huán)境、負荷種類及使用技術條件選擇斷路器的類型與型號，即戶內或戶外式，以及滅弧介質的種類。對1020kV三相系統(tǒng)，廣泛采用少油式或 SF6斷路器(當前者不能滿足要求 時)，交流牽引負荷側由于故障跳閘頻繁，從減少運行維修工作量考慮，較普遍采用 真空斷路器或SF6斷路器，地鐵與輕軌交通牽引變電所交流系統(tǒng)，從安全防火和減 少維修考慮廣泛采用真空斷路器。(2) 斷路器額定電壓Ue、額定電流Ie的選擇應滿足Ue > Ug，Ie > Ig式中，Ug、Ig分別為網(wǎng)絡工作電壓(kV)和斷路器最大長期負荷電流(kA)。(3) 按開斷電流或斷路器斷流容量選擇高壓斷路器的額

43、定開斷電流 Jk或額定斷流容量Sed應滿足以下關系1 ek1 dt或Sed3UeI 詫 Sdt式中，Idt為為短路后t秒短路電流有效值(周期分量)，對快速斷路器，取Idt=I"； Sdt為短路后t秒短路功率，對快速斷路器，Sdt = Sd。(4) 短路關合電流的校驗在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在 斷路器合閘的過程中，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過，更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞。且斷路器在關合短路電流時不可避免地在接通后又自動跳 閘，此時要求能切斷短路電流，因此額定關合電流是斷路器的重要參數(shù)之一。為了保證斷路器在關合短路時的安全，斷路器的額定關合電流ieg

44、不應小于短路電流最大沖擊值咕。一般斷路器額定關合電流不會大于額定動穩(wěn)定電流idw，因此，如ieg > icj ，則idwiq。(5) 校驗短路時的熱穩(wěn)定性短路電流通過時斷路器的熱穩(wěn)定性，由制造廠給出的在t秒內允許通過的熱穩(wěn)定電流Irt來表征，即在給定時間t內，Irt通過斷路器時，其各部分的發(fā)熱溫度不超過 規(guī)定的短時最大容許發(fā)熱溫度。因此，以短路電流Id通過斷路器時，其熱穩(wěn)定條件為21 rt t - Qd式中：Irt為制造廠規(guī)定的t秒熱穩(wěn)定電流；Qd為短路電流發(fā)熱效應。5.2高壓熔斷器的選擇高壓熔斷器用以切斷過負荷電流和短路電流，選擇時首先應考慮裝置的種類與形式，是屋內還是屋外使用，對污穢

45、地區(qū)的屋外式熔斷器還應保證絕緣泄露比距的要求， 以加強絕緣，選擇高壓熔斷器應滿足下列條件：按額定電壓Ue > Ug選擇對于充有石英砂起限流作用的熔斷器，只在等于其額定電壓的電網(wǎng)中使用，因它要在達到最大電流之前階段電流，產(chǎn)生較大過電壓(2倍及以上)。(2) 按熔管和熔體額定電流選擇熔斷器額定電流的選擇包括熔管額定電流 lerg和熔體額定電流Iert，兩者的選擇， 并滿足I ergI ert(3) 熔斷器開斷電流校驗IekIcj 或 lekI z前者適用于無限流作用的熔斷器的校驗，后者適用于有限流作用的熔斷器，可按短路起始周期分量電流有效值進行校驗。(4) 熔斷器選擇性配合的校驗為保證網(wǎng)絡中

46、前后兩級熔斷器之間或熔斷器與線路繼電保護之間動作的選擇性， 應進行熔體選擇性相互配合的校驗?？衫弥圃鞆S提供的各種型號熔體熔斷時的安一 秒特性曲線，進行動作電流與時間相互配合的校驗，以保證熔斷器動作的選擇性。對于保護電壓互感器用的高壓熔斷器、只需按額定電壓和斷流容量兩項進行選 擇。5.3隔離開關的選擇屋外隔離開關的類型很多，它對配電裝置的運行和占地面積影響較大， 應從使用 要求和運行等多方面考慮選擇其形式。(1) 額定電壓：Ue> Ug額定電流 : I et I g max(3) 熱穩(wěn)定：tdz IerI 址 為等值發(fā)熱時間，t為產(chǎn)品給定的熱穩(wěn)定時間。動穩(wěn)定：Idwicj ert5.4測

47、量裝置測量裝置包括電壓互感器與電流互感器， 是測量、監(jiān)視和保護系統(tǒng)中所必需 的電器。對它們的選擇，除了從裝置種類、屋內或屋外安裝、結構形式等考慮外，還 應分別按不同互感器所依據(jù)的技術條件來選擇。5.4.1電壓互感器的選擇對電壓互感器選擇時依據(jù)的技術條件為：(1) 額定電壓，所選電壓互感器的額定一次側電壓 U1e必須與互感器接入處電 網(wǎng)的額定電壓相一致；互感器的額定二次側電壓符合測量儀表和繼電器的額定電壓，一般等于100 V或100/ ,.3V。接成開口三角形的輔助二次繞組電壓則有 100 V、110 /3V 等。(2) 根據(jù)用途、負載的性質選擇電壓互感器的類型及其接線方式，例如儀表負 荷為三相

48、瓦特表和三相瓦時計時， 對一次側電壓為10 kV的電壓互感器，可用三相式 丫形接線或兩臺單相互感器連成 v形接線向上述儀表供電，而對電壓為35kV以上的電 壓互感器，則采用兩臺單相 V形接線方式比三個單相互感器連成 丫形接線要經(jīng)濟。(3) 根據(jù)所要求的準確度等級確定電壓互感器的容量，并應使W2W W2e式中：W2、W2e分別為每相負荷容量和互感器的二次側額定容量 (VA)；電壓互感 器的誤差隨負荷大小而變化，負荷(W2)增大，誤差隨之增大。因此電壓互感的準確度 等級與其繞組的輸出容量相適應，輸出容量增大，則其準確度等級降低。因電壓互感器各相的負荷一般不相等， 在考慮準確度等級時，應取最大一相的

49、負 荷作為選擇容量的依據(jù)。對電壓互感器不需校驗短路時的穩(wěn)定性， 因它在主結線中是 與主回路并聯(lián)，主結線及其主回路發(fā)生短路時，電壓互感器不會通過短路電流。5.4.2電流互感器的選擇電流互感器選擇時所依據(jù)的技術條件如下：(1) 額定一次電壓和額定電流電流互感器的額定一次電壓 U1e必須與互感器安裝處的額定電壓 Ueg相一致， 它與額定電流應滿足：U1e >Ueg ， I1e>Ig max式中：I1e , Ig max分別為互感器原邊額定電流和裝置的最大長期工作電流。在環(huán)境溫度條件下，連續(xù)通過電流互感器的原邊電流應盡量接近額定電流I1e，過大將使誤差增大?；ジ衅鞯亩晤~定電流一般為5A，

50、與儀表、繼電器的標準電流相符。(2) 準確度級與鐵芯數(shù)電流互感器不同鐵芯時，二次繞組的準確度級不同，供電度表需用0.5級，一般儀表用1.0級，估計電參數(shù)的儀表只需3級準確度，若只有一種用途，則可只選一個 鐵芯的互感器。電流互感器的準確度級與一定容量相對應，若負載增大超過某一準確度級所對 應的額定容量，則準確度級下降。(3) 按額定容量校驗二次負載電流互感二次邊通過額定電流l2e和負載總阻抗Z2時的功率2W2 =專2 VA(4-1)其中，Je = 5A，負載總阻抗 乙由下式?jīng)Q定Z2 八 Zi Rd Rj(4-2)式中， -乙為所連接儀表串聯(lián)線圈的總阻抗(Q);Rd, Rj分別為二次連接導線電阻和

51、連接頭接觸電阻(Q),通常取Rj =0.1 (Q)將(2)式代(1)式，則選擇電流互感器應滿足W2e _W2,W2乙RdRj(4-3)(4) 式中v乙、Rj不變，Rd為可變的，應選擇一定的導線截面(S)以符合(3)W2e - bl 'ZiRj(4-4)式要求，即22e則導線截面S=p L/ R(mm2)式中，p為導線的電阻系數(shù)，“L為連接導線的計算長度，m導線計算長度L與互感器的連接方式有關。 如圖4.1,設互感器的實際安裝 距離為I米，則單相接線L=2I 圖4.1 (a)，三相星形接線L= I，中性線的電流可 忽略不計圖4.1(c)。兩相星形接線L -、3l，圖4.1 ( b)，可由

52、電壓降的關系求得，最后選出的截 面，從保證機械強度要求，對銅導線不應小于1.5 mm2(4) 校驗短路時的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性電流互感器的熱穩(wěn)定性，應按下式的條件判斷，即heKt 2tQd(4-5)式中，Kt為互感器熱穩(wěn)定系數(shù)，即熱穩(wěn)定電流與額定一次電流之比，t為熱穩(wěn)定電流通過的時間(t=1S)；I1e為電流互感器一次額定電流。電流互感器機械穩(wěn)定性，應按下式的條件判斷，即-2IieKu _ich(4-6)式中，Ku為電動力穩(wěn)定系數(shù)，即互感器允許承受的最大瞬時電流與額定電流振 幅值之比；ich為短路電流沖擊值。(a)(b)(c)圖5-1電流互感器與儀表連接方式24#543牽引變電所主要測量表計功

53、用及其配置ABCABCi a廣*(Ka)(a /:ib，:1ic11ABC刀 i=0 iaicicib為了保障牽引變電所運行的可靠性與經(jīng)濟性,準確、有效地監(jiān)視各種電氣設備的#運行狀況在變電所的二次設備電路中， 設置有各種監(jiān)視性和計量性表計。為便于運行 人員的監(jiān)視、觀察與統(tǒng)計抄錄，各種測量表計一般都裝在控制室的控制、 信號及計量 等盤面上，有時也在屋內配電間隔范圍內就地設置牽引變電所裝沒的測量表計，按其功用大致劃分為下列兩類；(1) 對各種電氣設備的運行狀況或供電質量進行監(jiān)視性的測量，如電壓表、電流 表、功率因數(shù)表等。(2) 對變電所供電運行要求的各種經(jīng)濟件指標進行的計量性測量，如有、無功電度表

54、以及主變壓器的銅損、鐵損表計等。測量表計設置的一般原則為：(1) 按測量用途不同，對表計的精確度有不同要求。用作計量性測量的表計，其精確度要求較高，一般不低于0.5級。用作監(jiān)視性測量的表計，其精確度較低，一般 在13級之間。(2) 無特別規(guī)定或必要，一般可不在高壓側進行計量性測量，以便盡可能節(jié)省設 置高壓儀用互感器。但由于電力系統(tǒng)結線的需要及發(fā)展， 往往要求高壓側設置計量性 測量裝置。(3) 為了減少連接導線電阻對測量表計準確度造成的誤差，表計的設置應盡量靠 近有關互感器。(4) 為降低造價、節(jié)能以及便于監(jiān)視觀察，應盡可能減少測量表計數(shù)量。544母線的選擇母線的選擇是根據(jù)最大長期工作電流或經(jīng)濟

55、電流密度來選擇， 在校驗所選母線的 短路熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。由于本設計中未給出相關數(shù)據(jù)，所以未做具體選擇。25第6章并聯(lián)補償裝置與過電壓與防雷在牽引變電所牽引側設計和安裝并聯(lián)電容補償裝置， 既是減少負荷諧波影響的一 項措施，又是提高牽引負荷功率因數(shù)的一種對策。6.1并聯(lián)電容補償?shù)淖饔?1) 提高功率因數(shù)。(2) 吸收濾波電流，具有濾波作用。(3) 改善電力系統(tǒng)電壓質量，提高牽引變電所牽引側母線電壓。(4) 減少電力系統(tǒng)電能損失。并聯(lián)電容補償裝置提供的容性電流，不僅提高了牽引負荷的功率因數(shù)，而且使流經(jīng)電力系統(tǒng)和牽引變壓器的電流值小于未補償時的電流 值。根據(jù)電能損失與電流值的二次方成正比的關系，顯然并聯(lián)電容補償后可以減少電力系統(tǒng)的電能損失。6.2并聯(lián)電容補償方案為方便運行管理，一般在牽引變電所集中安裝并聯(lián)電容補償裝置。 根據(jù)技術經(jīng)濟 的需要與可能，通常采用不可調的固定并聯(lián)電容補償裝置(若仍不滿足功率因數(shù)的要 求，則宜設可調的動態(tài)無功補償裝置)。按其在牽引側兩相的安裝容量，可有下列三 種補償方案： 牽引側滯后相集中補償(對三相 YN,d11聯(lián)結牽引變電所而言)； 牽引側兩相等容量補