牽引變電所電氣主接線設(shè)計

摘要根據(jù)要求本設(shè)計將采用AT供電方式，復(fù)線區(qū)段供電，單相V,v接線。通過負(fù)荷計算，完成供電臂的平均電流計算，有效電流計算，確定牽引主變壓器容量并進(jìn)行校核等，同時對主變壓器的接線方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。確定主接線方式，運用AutoCAD繪制出電氣主接線圖及平面圖。進(jìn)行短路計算，包括高壓側(cè)輸電線短路、低壓側(cè)母線短路和牽引網(wǎng)短路的計算。根據(jù)短路計算結(jié)果選擇變電所中的斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等電氣設(shè)備和低壓側(cè)母線型號的校驗，以及避雷和接地裝置的選擇和校驗，還要對高壓電氣設(shè)備的選擇和校驗。最后,進(jìn)行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補償分析。本設(shè)計符合設(shè)計規(guī)范，滿足運行要求，具有較強的實用性。關(guān)鍵詞:牽引變電所負(fù)荷計算短路計算AbstractAccordingtotherequirementsthisdesignusestheATpowersupplymode,doubletrackpowerandtheconnectionformofsingle-phaseVvmode.Loadcalculationtodeterminethetractionofthemaintransformercapacity,thenumberofunitstoconductadetaileddescriptionofthewiringofthemaintransformer.Todeterminethemainwiring,useAutoCADtodrawthemainelectricalwiringdiagramsandfloorplans.Shortcircuitcalculation,includingthehighpressuresideofthetransmissionlineshort-circuit,thelowpressuresideofthebusshortcircuitandtractionnetworkshort-circuitcalculation.Selectedaccordingtoshort-circuitcalculationssubstationcircuitbreakers,isolationswitches,currenttransformers,voltagetransformersandotherelectricalequipmentandlow-voltagesideofthebusmodelcalibration,aswellaslightningprotectionandgroundingdeviceselectionandvalidation,butalsoonthehigh-pressureselectionandverificationofelectricalequipment.Thenthechoiceofthehigh-voltageelectricalequipmentandcalibrationaredone.Finally，theharmonicanalysisandreactivepowercompensationanalysisofthetractionsubstationaredone.Thedesignisinlinewiththenationalstandards,canmeettheoperationalrequirementsandgaingreatpracticality.Keywords:tractionsubstationloadcalculationshortcircuitcalculation目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章概論 1\o"CurrentDocument"課題研究的目的意義 1\o"CurrentDocument"電氣化鐵道發(fā)展現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"牽引變電所介紹 2\o"CurrentDocument"本設(shè)計的主要內(nèi)容 2\o"CurrentDocument"第2章牽引變電所電氣主接線設(shè)計和所址的選擇 3\o"CurrentDocument"電氣主接線介紹 3\o"CurrentDocument"牽引變電所主接線設(shè)計 3電氣主接線設(shè)計的基本要求 3\o"CurrentDocument"牽引變電所主接線的設(shè)計 4\o"CurrentDocument"牽引變電所所址的選擇 6\o"CurrentDocument"第3章牽引變壓器的選擇和容量計算 7\o"CurrentDocument"牽引變壓器的選擇步驟 7\o"CurrentDocument"牽引變壓器容量計算 7供電臂1、2平均電流的計算 8供電臂1、2有效電流的計算 10\o"CurrentDocument"變壓器容量的計算 11變壓器校核容量的計算 11變壓器安裝容量的計算 12\o"CurrentDocument"第4章短路計算 13\o"CurrentDocument"短路的原因及危害 13\o"CurrentDocument"短路計算 13一次側(cè)短路計算 15二次側(cè)短路計算 15\o"CurrentDocument"第5章牽引變電所電氣設(shè)備的選擇及校驗 17\o"CurrentDocument"電氣設(shè)備選擇的一般原則 17\o"CurrentDocument"斷路器的選擇與校驗 17六氟化硫斷路器 18\o"CurrentDocument"真空斷路器 18\o"CurrentDocument"隔離開關(guān)的選擇與校驗 20\o"CurrentDocument"互感器的選擇與校驗 21\o"CurrentDocument"電流互感器的選擇與校驗 21電壓互感器的選擇與校驗 22\o"CurrentDocument"避雷器的選擇 23\o"CurrentDocument"防雷及接地 24\o"CurrentDocument"第6章牽引變電所保護(hù)配置 25\o"CurrentDocument"牽引變壓器的保護(hù) 25\o"CurrentDocument"饋線的保護(hù) 26\o"CurrentDocument"第7章牽引變電所的諧波分析與無功功率補償 28\o"CurrentDocument"諧波產(chǎn)生的原因 28\o"CurrentDocument"諧波的危害 28\o"CurrentDocument"減少諧波影響的措施 28\o"CurrentDocument"無功功率補償 29\o"CurrentDocument"第8章結(jié)論 31\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 32\o"CurrentDocument"致謝 33附錄A外文翻譯 34附錄B設(shè)計圖紙 45第1章概論課題研究的目的意義隨著津京城際、石太、京滬等客運專線的投入運營，我國電氣化鐵路已經(jīng)有了很大的發(fā)展和長足的進(jìn)步。按2004年《中長期鐵路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年我國鐵路總里程將達(dá)10萬km,其中電氣化5萬km。在電氣化鐵路中牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)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。采用單相V，v牽引變壓器有以下優(yōu)點：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；正常運行時，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載；主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較省；對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相聯(lián)結(jié)小；對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。電氣化鐵道發(fā)展現(xiàn)狀目前我國電力系統(tǒng)通常以110kV或者220kV的電壓等級向電氣化鐵道供電，主要包括地方變電站或發(fā)電廠和交流高壓輸電線，由這兩部分構(gòu)成了電氣化鐵道的一次供電系統(tǒng)。牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌和鋼軌回流線等組成了牽引供電系統(tǒng)。其中牽引變電所是將電力系統(tǒng)供應(yīng)的電能變?yōu)檫m于電力牽引及其供電方式的電能，其中的核心元件是牽引變壓器，并設(shè)有備用?，F(xiàn)階段我國主要采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)計、建造和管理的常規(guī)變電所，自動化程度不高，需要一支訓(xùn)練有素的運行與檢修隊伍和一整套相應(yīng)的管理機構(gòu)、制度進(jìn)行管理，以滿足安全運行的要求。由于我國地域遼闊各地電網(wǎng)電壓等級也有區(qū)別，所以供電方式及設(shè)備種類多樣，有直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、串聯(lián)吸流變壓器(BT)供電方式、自耦變壓器(AT)供電方式。牽引變壓器有單相、YNd11接線、Scott接線、伍德橋接線、阻抗匹配平衡接線、十字交叉接線等形式。由于供電方式不同，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型也較多。而國外鐵路電氣化水平還是要高于我國的，單就韓國的牽引供電系統(tǒng)來說，牽引供電系統(tǒng)采用AT供電方式，設(shè)有牽引變電所、自耦所、開閉所和分區(qū)所，各所均與電力配電所合建，不設(shè)獨立的所用變壓器。變電所實行牽引供電與電力供電合建形式，設(shè)三繞組變壓器，近期單臺運行，100%備用，在相鄰所故障解列情況下，可實現(xiàn)兩臺主變壓器的并聯(lián)運行。牽引變壓器采用Scott接線，開關(guān)設(shè)備均采用室外高壓組合電器(66)設(shè)備，采用無人值班方式。牽引變電所介紹變電所是變換電壓和分配電能的場所，由電力變壓器和配電裝置所組成。它的類型除按升壓、降壓分類外，還可按設(shè)備布置的地點分為戶外變電所和戶內(nèi)變電所及地下變電所等。若按變電所的容量和重要性又可分為樞紐變電所，中間變電所和終端變電所。牽引變電所的作用是將三相交流高壓電變換為低壓(一般為27.5kV或55kV)向牽引網(wǎng)供電。本設(shè)計的主要內(nèi)容本次設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)原始資料完成該牽引變電所的設(shè)計。(1)確定牽引供電方案。本設(shè)計采用AT供電方式，復(fù)線區(qū)段供電，單相V,v接線。(2)進(jìn)行負(fù)荷計算，確定牽引主變壓器容量、臺數(shù)等。主變壓器是牽引變電所內(nèi)的核心設(shè)備，也是設(shè)計的關(guān)鍵一步。其擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的高壓電變換成適合電力電力牽引用電的大容量電力變壓器。主變壓器的選擇十分關(guān)鍵，選好主變壓器是設(shè)計的第一步，在此之后才能進(jìn)行負(fù)荷計算和短路計算。因此根據(jù)既有的數(shù)據(jù)并依據(jù)公式，首先計算出變壓器的容量。(3)進(jìn)行短路計算，對變壓器前后分別進(jìn)行短路計算分析，為設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗提供合理的計算數(shù)據(jù)，從而讓設(shè)備運行安全可靠。短路計算，包括高壓側(cè)輸電線短路、低壓側(cè)母線短路和牽引網(wǎng)短路的計算。一方面選擇變電所中的斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等電氣設(shè)備必須依據(jù)短路計算的結(jié)果；另一方面低壓側(cè)母線型號的校驗，以及避雷和接地裝置的選擇和校驗，也得依靠短路計算的數(shù)據(jù)來進(jìn)行。(4)對高壓電氣設(shè)備的選擇和校驗。(5)進(jìn)行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補償分析。第2章牽引變電所電氣主接線設(shè)計和所址的選擇電氣主接線介紹牽引變電所(含開閉所、降壓變電所)的電氣主結(jié)線，是指由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的設(shè)備文字符號和圖形代表上述電氣設(shè)備、導(dǎo)線，并根據(jù)他們的作用和運行操作順序，按一定要求連接的單線或三線結(jié)線圖，稱為電氣主結(jié)線圖。它不僅標(biāo)明了各主要設(shè)備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設(shè)備的連接方式和各電氣回路的相互關(guān)系，從而構(gòu)成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設(shè)計中，主結(jié)線的確定對變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質(zhì)量、運行靈活性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。此外，電氣主結(jié)線及其組成的電氣設(shè)備，是牽引變電所的主體部分。本設(shè)計采用帶跨條分段的兩路進(jìn)線接線方式，正常工作時用隔離開關(guān)將跨條斷開。安裝兩組隔離開關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。牽引變電所主接線設(shè)計電氣主接線設(shè)計的基本要求電氣主接線設(shè)計是牽引變電所設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。牽引變電所的電氣主接線是指由主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等各種高壓電器和設(shè)備及其連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。它反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在設(shè)計中，主接線的確定對牽引變電所的電氣設(shè)備的選擇、配電裝置布置以及牽引變電所的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都具有重要的影響［4。］牽引變電所電氣主接線設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：(1)安全性隔離開關(guān)的正確配置和隔離開關(guān)接線的正確繪制。隔離開關(guān)的主要用途是將檢修部分與電源隔離，以保證檢修人員的安全。在主接線圖中，凡是應(yīng)該安裝隔離開關(guān)的地方都必須配置隔離開關(guān)，不能有個別遺漏之處，也不允許從節(jié)省投資來考慮而予以省略。主接線的安全性是必須絕對保證的，在比較分析主接線的特點時，不允許有“比較安全、安全性還可以”等不合適的結(jié)論。(2)可靠性電氣主接線的可靠性不是絕對的。同樣形式的主接線對某些發(fā)電廠和變電所來說是可靠的，而對另一些發(fā)電廠和變電所則不一定滿足可靠性要求。電氣主接線可靠性的高低，與經(jīng)濟(jì)性有關(guān)。一般來講，主接線的可靠性愈高，所需的總投資和年運行費愈多。另一方面，可靠性愈高，因停電而造成的經(jīng)濟(jì)損失愈小。所以，對主接線可靠性進(jìn)行分析時，要根據(jù)資金是否充沛，停電的經(jīng)濟(jì)損失多少等，從各方面加以綜合考慮。(3)經(jīng)濟(jì)性它通常與可靠性方便性之間有矛盾。(4)方便性①操作的方便性：盡可能使操作步驟少，以便于人員掌握，不致出錯。②調(diào)度的方便性：根據(jù)調(diào)度要求，方便地改變運行方式。③擴建的方便性。總的來說，對主接線的要求主要是可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩個方面。牽引變電所主接線的設(shè)計220kV高壓側(cè)的接線方式牽引變壓器作為牽引變電所的核心設(shè)備，其接線方式的選擇對主接線有著非常大的影響，其接線形式有單相接線變壓器、單相V,v接線變壓器、三相V,v接線變壓器、三相YNd11接線變壓器、斯科特接線變壓器等⑶。按照課題要求，本設(shè)計采用單相V,v接線變壓器，相應(yīng)的變電所應(yīng)為單相V,v接線牽引變電所。原理電路圖如圖2-1所示。牽引變電所裝設(shè)兩臺單相接線牽引變壓器，作V,v連接。單相V,v接線牽引變電所的特點：優(yōu)點：(1)牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；(2)正常運行時，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)荷；(3)主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較?。?4)對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相接線?。?5)對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點：(1)一臺故障時，另一臺必須跨相供電；(2)不便于采用固定備用。

圖2-1單相V,v接線牽引變電所的原理電路圖單相V,v結(jié)線的原理圖如圖2-2所示。圖2-2單相V,v結(jié)線單相V，v結(jié)線與純單相結(jié)線的區(qū)別是兩臺變壓器分別接不同的兩個線電壓，例如圖中的AC相和BC相，兩高壓繞組有公用端子C，故構(gòu)成V接。兩個低壓繞組也有一個公共端子，接鋼軌和地網(wǎng)，低壓繞組的另外兩個端子a和b分別接變電所的兩個供電臂，左邊供電臂的電壓為Uac，右邊供電臂為Ubc，均為27.5kV，構(gòu)成所謂60°接線，如圖2-3所示。顯然當(dāng)兩臂功率因數(shù)相同時，兩臂電流也相差60°。圖2-3單相V,v結(jié)線相量圖由于兩臂的相位不同，故兩供電臂在接觸網(wǎng)上必須采用相分段絕緣。分相絕緣結(jié)構(gòu)兩端電壓Uab也為27.5kV。牽引變電所27.5kV側(cè)采用單母線隔離開關(guān)分段接線型式，饋線采用上、下行饋線斷路器互相備用的方式；設(shè)置兩組并聯(lián)電容補償裝置。為了實現(xiàn)測量、監(jiān)督、繼電保護(hù)作用，在變壓器進(jìn)線和出線上安裝了電流互感器，在高壓母線和低壓母線上安裝電壓互感器和避雷器。為了實現(xiàn)資源合理利用和安全供電的需要，在變電所內(nèi)部安裝了兩臺自用變壓器，從二次母線和地引入三相電轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂秒姡?］。牽引變電所所址的選擇根據(jù)TB10009-2005的規(guī)定，牽引變電所的所址的選擇應(yīng)根據(jù)供電計算確定的分布方案進(jìn)行選擇，并應(yīng)考慮下列因素［4］：(1)便于架空線或電纜的引入引出。(2)不占或少占農(nóng)田。(3)當(dāng)鋪設(shè)鐵路道岔時，應(yīng)便于鐵路岔線出岔及鋪設(shè)，并力求道岔短捷；鋪設(shè)公路時，便于與公路銜接，并力求避免跨越戰(zhàn)場。(4)具有適宜的地質(zhì)條件及地基承載力，并避免跨越戰(zhàn)場。(5)盡量避開高填方、拆遷大量建筑物、隧道及高架橋處、名勝古跡以及有地下設(shè)施的地區(qū)。(6)不宜設(shè)在有空氣嚴(yán)重污穢的地區(qū)。(7)牽引變電所的圍墻，距最近股道的線路中心，不宜小于十米。(8)牽引變電所的所址高程應(yīng)在百年一遇的洪水位之上；其余所的所址高程應(yīng)在五十年一遇的洪水位以上。(9)確定所址時，考慮與電臺、雷達(dá)站、機場、弱電線路以及地下管道、電纜、儲油設(shè)施等鄰近設(shè)施和周圍環(huán)境的相互影響。根據(jù)以上原則結(jié)合實際情況進(jìn)行牽引變電所的選址。牽引變電所設(shè)置在露天，設(shè)置靠近負(fù)荷中心并且盡量離電源點近，這樣有利于減少電源線路的損耗。第3章牽引變壓器的選擇和容量計算牽引變壓器的選擇步驟牽引變電所容量計算和選擇，就是指牽引變壓器容量的計算和選擇。一般分為三個步驟進(jìn)行。(1)按給定的計算條件求出牽引變壓器供應(yīng)牽引負(fù)荷所必需的最小容量，稱為計算容量。(2)按列車緊密運行時供電臂的有效電流與充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能力，求出所需要的容量，稱為校核定量。這是為確保牽引變壓器安全運行所必需的容量。(3)根據(jù)計算容量和校核容量，再考慮其他因素(如備用方式等)，最后按實際系列產(chǎn)品的規(guī)格選定牽引變壓器的臺數(shù)和容量，稱為安裝容量和設(shè)計容量［3］。牽引變壓器容量計算牽引負(fù)荷計算是確定牽引變壓器安裝容量的前提。根據(jù)設(shè)計要求，牽引變電所采用雙線區(qū)段上、下行并聯(lián)供電，主變壓器采用固定備用方式。與主變壓器容量計算相關(guān)的原始資料如下：供電臂1——n=3.8,N=60對/天，N非=85對/天供電臂2——n=3.5,N=60對/天，N非=85對/天其中，n表示區(qū)間數(shù)，N表示計算列車數(shù)，N非表示最大列車數(shù)。其余資料如表3-1所示。表3-1計算原始資料供電臂列車全部運行時間列車用電運行時間Zt(min)u列車在Zt(Xt)內(nèi)u的能耗&VA-h)Zt(min)上行下行上行 下行上行下行118.517.512 113333.33165.4217.017.012 11.52653.72566.5

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(shù)。（1）雙線區(qū)段上（下）行供電臂列車平均電流：ZAI=2.4'i上（下） （3-1）止（下） 乙ti上（下）式中，Zt ——列車在供電臂內(nèi)上（下）行方向的全部運行時間（min）。，上（下）ZA上（下）——列車在Zt.上（下）內(nèi)的能耗（kVA.h）。（2）上（下）行供電臂同時存在的平均列車數(shù)，即m= 上（下） （3-2）上（下） T式中，N上（下）行供電臂的列車對數(shù)（對/日）；為全日時間，即1440min式中，N（3）上（下）行供電臂列車用電平均用電概率，即p上（下）u上（下）nT(3-3)式中，Zt讓（下）p上（下）u上（下）nT(3-3)式中，Zt讓（下）（4）供電臂—上（下）行供電臂列車用電運行時間。1,2的平均電流：人=1.667NZAx10-3av(3-4)供電臂1：I上=2.4I=2.4t下ZAZ,上=2.4X上ZAZ下二2.4x下3333.3 =43243(A)18.531654=434.11(A)17.5ZI上二2.4ZA3333.3-上二2.4x 12=666.66(A)I下=2.4^-下=2.4*31^=690.63(A)u下60義18.5 =0.7711440暗=0729N￡t u上nT3^=?！?2N￡t u下nT60x113.8x1440=0.121￡ta=V上

上 ￡tu上￡ta= ~下下￡tu下

18.5——=1.5412號二L59供電臂2：2653.7 =374.64(A)17￡2653.7 =374.64(A)17I=2.4 =2.4xt上￡t上=2.41”下=2.4x2566,5=362.33(A)￡t 17下￡- 2653.7一I上=2.4￡上=2.4x =530.74(A)u上r-￡- -2566.5I=2.4、，下=2.4x =535.62下 ￡t 11.5u下60x171440=0.708N￡t 下T60x171440=0.708N￡tP= u上上nT60x123.5x1440=0.143N工t uXnTZ<17a='一上=——=1.42上乙t 12u上Zt17a='"下= =1.48下乙t下11.5按以上計算出的基本參數(shù)，可計算供電臂1、2的平均電流。從而可得:供電臂1：I=1.667N工Ax10-3=1.667x60x(33333+31654)x103=6500(A)1av供電臂2：12=1.667N2Ax10-3=1.667x60x(2653.7+2866.5)x10-3=552.13(A)3.2.2供電臂1、2有效電流的計算供電臂1、供電臂1、2有效電流:其中：I=KI或I=KIe eav eeav(3-5)=ZtZtu=ZtZtu)=1+ Im+mi上下供電臂1的有效電流計算：a=2t2u=(18.5+17.5)..(12+11)=1.57;1.1a-1 - 1.1x1.57-1…1+ =11+ =1.221m+mV0.771+0.72911e=1.22x650.0=793(A)供電臂2的有效電流計算：a=2t.2tu=(17+17)；(12+11.5)=1.447叱 1~~1.1a-1 ；1.1x1.447-11K'=.1+ =.1+ =1.19em+m0.708+0.708

上下12=1.19x552.13=657.03(A)

3.2.3變壓器容量的計算本設(shè)計采用單相V,v接線變壓器，其兩臺單相變壓器計算容量分別為:S1=UIve=UI1e(kVA)S2=UIve=UI2e(kVA)因此： S1=27.5義793=21807.5&VA)=21.8(MVA)S2=27.5義657.03=18068.325&VA)=18.1(MVA)3.2.4變壓器校核容量的計算對應(yīng)于N非的供電臂1列車用電平均概率為p二N非■一二85X12二0.186上nT3.8x1440NA85x11p= __u下=^- =0.171下nT3.8x1440按雙線有上行車或有下行車的概率為p=p上+p下-P上?P下二(0.186+0.171)—0.186x0.171=0.325經(jīng)查得：I=2.51=2.5x678.13=1695.33(A)I=2.4(、 .■斗 )=2.4x(3333.3+3165.4)/(12+1D=678.13(A)(上+下), u(上+下)從而得出，S=UI=27.5X1695.33=46621.58(kVA)maxmaxmax則供電臂1的校核容量s校46621.58maxK1.546621.58maxK1.5=31081.05(kVA)=31.1(MVA)p二Np二NJ1卜

上nTp)匚下nTt_ui3^二0.194對應(yīng)于3勺供電臂2列車用電平均概率為85X12=0.2023.5x1440

按雙線有上行車或有下行車的概率為p=p+p-p?p=(0.202+0.194)—0.202x0.194=0.357上下上下經(jīng)查得：I =2.41=2.4x563.77=1353.05(A)又 maxI=2.4(￡A(上下)￡t(上下))=2.4x(2653.7+2866.5)/(12+11.5)=563.77(A)從而得出S=UI =27.5x1353.05=37208.82(kVA)maxmaxmax則供電臂2的校核容量S校則供電臂2的校核容量S校S-maxK37208.821.5=24805.88(kVA)=24.8(MVA)3.2.5變壓器安裝容量的計算牽引變壓器的安裝容量，是在計算容量與校核容量的基礎(chǔ)上，再考慮備用方式，最后按其系列產(chǎn)品確定的牽引變壓器臺數(shù)與容量。為了確定牽引變壓器的安裝容量，除了其計算容量與校核容量外，主要考慮因素是備用方式。本設(shè)計采用的是4臺單相變壓器，每2臺同時運行，構(gòu)成V,v接線型式，其余2臺備用。牽引變壓器容量應(yīng)能承擔(dān)全所最大負(fù)荷，滿足鐵路正常運輸?shù)囊?。因此所選變壓器容量應(yīng)比校核容量略大一些，確定變壓器容量為25000kVA和31500kVA。如下表：表3-2確定變壓器容量的技術(shù)參數(shù)計算容量(kVA)校核容量(kVA)變壓器容量(kVA)21807.531081.053150018068.3324805.8825000第4章短路計算短路的原因及危害短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電部分對地之間的低阻性短接［4］。造成短路的主要原因，是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。這種損壞可能是由于設(shè)備長期運行，絕緣自然老化或由于設(shè)備本身質(zhì)量低劣、絕緣強度不夠而被正常電壓擊穿，或設(shè)備質(zhì)量合格、絕緣合乎要求而被電壓(包括雷電過電壓)擊穿，或者是設(shè)備絕緣受到外力損傷而造成短路。在電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種故障中，而短路故障對系統(tǒng)危害最大。(1)短路時要產(chǎn)生很大的電動力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。(2)短路時電路的電壓驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運行。(3)短路時保護(hù)裝置動作，將故障電路切除，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。(4)嚴(yán)重的短路要影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列。(5)不對稱短路包括單相短路和兩相短路，其短路電流將產(chǎn)生較強的不平衡交變電磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常運行，甚至使之發(fā)生誤動作。由此可見，短路的后果十分嚴(yán)重，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進(jìn)行短路計算，以便正確的選擇電氣設(shè)備。短路計算短路計算公式如下：基準(zhǔn)電流SI=(4-1)d\：3Uc電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值SX*=謚 (4-2)SSoc電力變壓器的電抗標(biāo)幺值vU%SX*=-K dT 100SN(4-3)電力線路的電抗標(biāo)幺值(4-4)三相短路電流周期分量三相短路容量IG)= d——KX*Z(k)(4-5)SS(3)= d——KX*2(K)(4-6)其中：Sd表示基準(zhǔn)容量，SN表示電力變壓器容量，Uc表示基準(zhǔn)電壓，Uk%表示變壓器短路電抗，X0表示架空線的單位阻抗。具體步驟如下：Sd=100MVA，Uc1=230kV，Uc2=27.5kVId1Sd100MVA、忒~v'3x230kVcl=0.25kAI

d2S100MVA—d-= U55kVc2=1.82kA電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由S=1150MVA，因此oc架空線路的電抗標(biāo)幺值由X0=0.395Q/km，因此匕X1*100MVA二0.0871150MVA電力變壓器的電抗標(biāo)幺值由Uk%=12，因此*=0.395(Q/km)x10kmx100MVA=0.007473 (230kV〃X*412x100MVA100x31.5MVA=0.384.2.1一次側(cè)短路計算(1)總電抗標(biāo)幺值X*512x100MVA=0.48100x25MVA00.006872 =0.092x0.00687X*XV =X*+—^^=0,087+4-1) 1X*+X*23(2)三相短路電流周期分量有效值I0.25kAI(3)=—d^= =2.78kAk-1X弋 0.09々k-1)(3)其他三相短路電流(3)其他三相短路電流I''(3)=I(3)=I(3)=2.78kA

8 k-1iG)=2.55I”G)=2.55x2.78kA=7.089kAshIG)=1.511"(3)=1.51x2.78kA=4.20kAsh(4)三相短路容量SS(3)=—V-k-1X*100MVA1 =1111.11MVA0.09(4)三相短路容量SS(3)=—V-k-1X*100MVA1 =1111.11MVA0.09(5)高壓側(cè)最大長期允許工作電流所選變壓器容量分別為：S1=31.5MVA，S2=25MVA4.2.2(1)Ig.max二次側(cè)短路計算總電抗標(biāo)幺值L47X(25J31.5)X103kVA=217,97(A)V3X220kV\o"CurrentDocument"X\o"CurrentDocument"X*X* X*X*] 2-3——I 4-5X*+X*X*+X23 40.3020.006872 0.48x0.38—二0.087+ + * 2x0.006870.48+0.385(2)三相短路電流周期分量有效值(3)其他三相短路電流IG)=-J——k-2X*\-2)182kA=6.03kA0.302I”G)=I(3)=IG)=6.03kA

8 k-2iG)=2.55八G)=2.55*6.03kA=15.38kAshIG)=1.51I”G)=1.51*6.03kA=9.11kAsh(4)三相短路容量S 100MVAoSG)=——d—= =331.13MVAk-2X* 0.302認(rèn)-2)(5)低壓側(cè)最大長期允許工作電流S2=18.07MVA變壓器計算容量為：S1S2=18.07MVAIg.maxS+S=39.88MVA

世勺8：103kVA=837.3(A)Ig.maxv3X27.5kV短路電流計算結(jié)果匯總于表4-1。表4-1短路電流計算匯總結(jié)果短路計算-位置三相短路電流(kA)三相短路容量(MVA)sG)kI(3)kI''(3)I(3)8i(3)shIG)sh高壓側(cè)2.782.782.787.0894.201111.11低壓側(cè)6.036.036.0315.389.11331.13

第5章牽引變電所電氣設(shè)備的選擇及校驗電氣設(shè)備選擇的一般原則(1)應(yīng)滿足正常運行檢修短路和過電壓情況下的要求并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展；(2)應(yīng)滿足安裝地點和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；(3)應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；(4)同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種；(5)與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致；(6)選用的新產(chǎn)品種均應(yīng)具有可靠的試驗數(shù)據(jù)并經(jīng)正式簽訂合格，特殊情況下選用未經(jīng)正式鑒定的新產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)上級批準(zhǔn)。斷路器的選擇與校驗高壓斷路器(或稱高壓開關(guān))它不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電器保護(hù)裝置的作用，切斷過負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力，可分為：油斷路器(多油斷路器、少油斷路器)、六氟化硫斷路器(SF6斷路器)、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等［6］。真空斷路器和六氟化硫斷路器(SF6斷路器)應(yīng)用較為廣泛，以下做些簡單介紹。(1)斷路器種類與型式的選擇①種類選擇的一般原則：6-35kV屋內(nèi)：真空斷路器；35-500kV屋外：六氟化硫斷路器。②型式選擇的一般原則：6-35kV(5-1)kV。6-35kV(5-1)kV。(5-2)(5-3)(2)額定電壓的選擇VJ,式中，UN——斷路器的額定電壓，kV；UNS——安裝處電網(wǎng)的額定電壓，(3)額定電流的選擇Nmax(4)額定開斷電流的選擇Nbrkp式中，I麗一一斷路器的額定開斷電流，由廠家給出，kA；Ikt——剛分電流(斷路器出頭剛分瞬間的回路短路全電流有效值)，kA。(5)短路關(guān)合電流的選擇TOC\o"1-5"\h\zNclsh (5-4)斷路器操動機構(gòu)能關(guān)合的最大短路電流。斷路器操動機構(gòu)能克服動靜觸頭之間的最大電動斥力，使斷路器合閘成功。(6)熱穩(wěn)定校驗I2t-Qk (5-5)(7)動穩(wěn)定校驗i-i卜 (5-6)六氟化硫斷路器六氟化硫斷路器是用SF6氣體作為絕緣和熄弧介質(zhì)的斷路器。特點：(1)熄孤能力強，容易制成大容量的斷路器，而且其介質(zhì)強度恢復(fù)速度極快、可以允許較高的恢復(fù)電壓及恢復(fù)電壓上升速度。在斷口處可不必并聯(lián)電阻，從而縮小了斷路器的尺少，簡化了維護(hù)工作。(2)允許開斷次數(shù)多，可延長檢修周期。如同容量的少油斷路器的允許開斷故障電流次數(shù)為5?6次，而SF6斷路器則可多達(dá)30余次。(3)散熱性能好，通流能力大。真空斷路器利用真空作為絕緣和熄弧手段的斷路器稱為真空斷路器。優(yōu)點：(1)有出色的熄弧和絕緣性能；(2)觸頭耗能?。?3)觸頭開距小，可動部分輕，操作簡單，機械壽命高，適合用于頻繁操作；(4)滅弧室形小量輕；(5)無火災(zāi)危險以及噪音低。缺點：(1)熄弧能力過強，易發(fā)生截流現(xiàn)象；(2)真空度的保持和量測、觸頭材料等方面還有待于改進(jìn)；(3)真空中散熱效果差，使額定開斷電流不易提高。①220kV側(cè)斷路器的選擇220kV側(cè)斷路器選用LW2-220/1250型戶外柱式六氟化硫斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見下表。表5-1220kV側(cè)六氟化硫斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓最高工作電壓額定開斷電流額定電流動穩(wěn)定電流峰值3s熱穩(wěn)定電流(kV)(kV)(kA)(A)(kA)(kA)LW2-220/125022025231.512508031.5U=220kV=UI=1250A>I=217.97AI,,=IG)=2.78kA<I=31.5kAi=80kA>ih=7.089kAI2xt=31.52義3=2976.75(kA)2?s>Q=23.19(kA)2?s均滿足條件；所以選擇該型六氟化硫斷路器?！雹?x27.5kV側(cè)斷路器的選擇2x27.5kV側(cè)斷路器選用DW-2000型戶外真空斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-2。表5-22X27.5kV側(cè)真空斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓最高工作電壓額定開斷電流額定電流動穩(wěn)定電流峰值3s熱穩(wěn)定電流(kV)(kV)(kA)(A)(kA)(kA)DW-20002x27.531.52520006325UN=55kV=UNSIN=2000A>I=837.3AI,,=IG)=6.09kA<I=63kA

ki=63kA>i=Nb1r5.38kA

cs sh12xt=252x3=1875(kA)2?s>Q=144.91(kA)2?s均滿足條件，t所以選擇該型真空斷路器?！雹?x27.5kV側(cè)斷路器的選擇1x27.5kV側(cè)斷路器選用ZW-1600型戶外真空斷路器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-3。表5-31X27.5kV側(cè)真空斷路器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓最高工作電壓額定開斷電流額定電流動穩(wěn)定電流峰值3s熱穩(wěn)定電流(kV)(kV)(kA)(A)(kA)(kA)ZW-16001x27.531.52516006325U=27.5kV=UI=1600A>I=837.3AN maxI,,=IG)=6.09kA<I=63kAi=63kA>i=15.38kA12xt=252義3=1875(kA)2?s>Q=144.91(kA)2?stk均滿足條件，所以選擇該型真空斷路器。5.3隔離開關(guān)的選擇與校驗高壓隔離開關(guān)在配電線路中起隔離電源、切換電路、接通或斷開小電流電路的作用。選擇高壓隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù)主要有額定電壓、額定電流、動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流、極限通過電流等［5］。(1)220kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇220kV側(cè)隔離開關(guān)選用GW4-220型戶外柱式隔離開關(guān)，既可手動，也可電動。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-4。表5-4220kV側(cè)戶外柱式隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)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(kA)3s熱穩(wěn)定電流(kA)GW4-22022025212508031.5U=220kV=UI=1250A>I =217.97Ai=80kA>i=7.089kA12xt=31.52x3=2976.75(kA)2?s>Q=23.18(kA)2?stk均滿足條件，所以選擇該型戶外柱式隔離開關(guān)。⑵27.5kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇27.5kV側(cè)隔離開關(guān)選用GW-27.5型號的隔離開關(guān)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-5。表5-527.5kV側(cè)隔離開關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)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(kA)4s熱穩(wěn)定電流(kA)GW-27.527.531.520008031.5U=27.5kV=UI=2000A>I=837.3Ai=80kA>i=15.38kA12xt=31.52x4=3936(kA)2?s>Q=144.91(kA)2?s均滿足條件，t所以選擇該型號隔離開關(guān)?！?.4互感器的選擇與校驗電流互感器又稱儀用變流器。電壓互感器又稱儀用變壓器。它們合稱儀用互感器或簡稱互感器。從基本結(jié)構(gòu)和工作原理來說，互感器就是一種特殊的變壓器［6］?；ジ衅鞯墓δ苤饕牵?1)用來使儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣。這既可避免主電路的高電壓直接引入儀表、繼電氣等二次設(shè)備，又可防止儀表、繼電氣等二次設(shè)備的故障影響主電路，提高一、二次電路的安全性與可靠性，并有利于人身安全。(2)用來擴大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍。電流互感器的選擇與校驗(1)電流互感器的選擇原則［5］①電流互感器額定電壓不小于裝設(shè)點線路額定電壓，即Un>U；②根據(jù)一次負(fù)荷計算電流，選擇電流互感器變化，/>In;"1e g-max③根據(jù)二次回路的要求選擇電流互感器的準(zhǔn)確度并校驗準(zhǔn)確度。所謂準(zhǔn)確度是指在規(guī)定的二次負(fù)荷范圍內(nèi)，一次電流為額定值時的最大誤差。我國電流互感器的準(zhǔn)確度和誤差限值，對于不同測量儀表，應(yīng)選用不同準(zhǔn)確度的電流互感器。準(zhǔn)確度選擇的原則：計費計量用的電流互感器其準(zhǔn)度為0.2?0.5級；用于監(jiān)視各進(jìn)出線回路中負(fù)荷電流大小的電流表應(yīng)選用1.0—3.0級電流互感器。為了保證準(zhǔn)確度誤差不超過規(guī)定值，一般還校驗電流互感器二次負(fù)荷(伏安)，互感器二次負(fù)荷S2不大于額定負(fù)荷s2n，所選準(zhǔn)確度才能得到保證。準(zhǔn)確度校驗公式：s2ss2n。⑵220kV側(cè)電流互感器的選擇一次額定電壓：u>u=220kV一側(cè)額定電流： negI>I =217.97A根據(jù)以上兩項，初選LB7-220型電流互'感器,其具體參數(shù)如下表。I=800A>Igmax=217.97Ai=2x62.5kA>沁)=7.089kA12xt=502x3=7500(kA”-s>144.91(kA)2-st滿足要求，所以，選擇該型號電流互感器。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計表56220kV側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定工作電壓最大工作電壓 額定短時熱電流(kV) 額定電流比 (kA)額定動穩(wěn)態(tài)電流(kV)(kA)LB7-220220百245 2x400/5 2x25/32x62.5⑶27.5kV側(cè)電流互感器的選擇一次回路電壓：u>u=27.5kV一側(cè)額定電流： ngI>I=837.3A此處由于選用LZZB7-27.5,準(zhǔn)確級為0mm5/10P20,且使用2個電流互感器串聯(lián)使用,前一個為測量用，后一個為保護(hù)用。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-7。表5727.5kV側(cè)電流互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定工作電壓(kV)最大工作電壓(kV)額定電流比額定短時熱電流(kA)額定動穩(wěn)態(tài)電流(kA)LZZB7-27.535401500/572130滿足要求，I=1500A>I二e g.maxi=130kA>iG)=12xt=722義4=20736(kA)2t所以選擇該型號電流互感器。:837.3A15.38kA,s>144.91(kA”-s5.4.2電壓互感器的選擇與校驗(1)電壓互感器的選擇原則[5]①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(yīng)根據(jù)安裝地點和使用條件選擇。如根據(jù)安裝地點確定采用戶內(nèi)式還是戶外式；根據(jù)電網(wǎng)電壓級別、使用條件確定電壓互感器相數(shù)、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(dāng)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。②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(zhǔn)確度級別下運行，要求電壓互感器所接電網(wǎng)電壓不超過也不低于互感器一次額定電壓的10%，而電網(wǎng)電壓變動一般不會超出電網(wǎng)額定電壓10%，因此可按下式確定電壓互感器一次額定電壓，即：Ui>U式中：Uin——電壓互感器一次側(cè)額定電壓和；Ue——互感器安裝處電網(wǎng)的額定電壓；電壓互感器二次側(cè)額定電壓應(yīng)符合測量儀表或繼電器的額定電壓，一般為100V或100/j3v。③根據(jù)負(fù)載確定互感器接線方式、容量和準(zhǔn)確度級電壓互感器的準(zhǔn)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(zhǔn)確級下工作，電壓互感器的額定二次容量s2n應(yīng)不小于互感器的二次負(fù)載容量s2，即：s2n>s2式中：S2n——每相互感器的額定二次容量；S2——其所承擔(dān)的二次負(fù)荷總?cè)萘?VA)；⑵220kV側(cè)電壓互感器的選擇220kV側(cè)電壓互感器選用戶外電容分壓式TYD-220型號，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-8。表5-8220kV側(cè)電壓互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓比(kV)準(zhǔn)確級額定容量(VA)TYD-2202/0.5/3P500⑶27.5kV側(cè)電壓互感器的選擇27.5kV側(cè)電壓互感器選用JDT-27.5型號，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-9。表5-927.5kV側(cè)電壓互感器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓比(kV)額定容量(VA)JDT-27.527.5/0.150避雷器的選擇避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。⑴220kV側(cè)避雷器的選擇220kV側(cè)避雷器選用Y10W1-228/565型氧化鋅避雷器網(wǎng)。其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-10。表5-10220kV側(cè)避雷器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓(kV)持續(xù)運行電壓(kV)8/20us雷電沖擊波殘壓(峰值)不大于(kV)標(biāo)稱放電電流(kA)Y10W1-228/56522817256210⑵27.5kV側(cè)避雷器的選擇27.5kV側(cè)避雷器選用Y5WT-42/120型氧化鋅避雷器，其技術(shù)數(shù)據(jù)見表5-11。表5-1127.5kV側(cè)避雷器技術(shù)數(shù)據(jù)表型號額定電壓(kV)持續(xù)運行電壓(kV)8/20us雷電沖擊波殘壓(峰值)不大于(kV)Y5WT-42/1204234120防雷及接地(1)防雷為防止雷擊，在牽引變電所、分區(qū)所、AT所內(nèi)設(shè)置獨立避雷針。在牽引變壓器高、低壓側(cè)，各所的27.5kV母線、饋出線上設(shè)置相應(yīng)電壓等級的氧化鋅避雷器，以限制雷電波的幅值。綜合自動化系統(tǒng)外接端口采用光電隔離措施，并設(shè)置過電壓保護(hù)設(shè)備，防止過電壓波入侵。(2)接地牽引變電所、分區(qū)所、AT所接地裝置以水平長孔接地網(wǎng)為主，在設(shè)備集中接地附近及接地網(wǎng)外沿敷設(shè)垂直接地體。接地網(wǎng)采用銅材質(zhì)。為減少接地體交叉點的接觸電阻、提高地網(wǎng)結(jié)構(gòu)強度，接地體連接部分采用放熱焊接。變電所接地網(wǎng)的接地電阻按流經(jīng)接地裝置的入地短路電流校驗接觸電勢和跨步電勢，若不滿足要求則采用外引接地網(wǎng)、加降阻劑、降阻模塊、利用等效并聯(lián)接地體等方法應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場處理。獨立避雷針接地電阻按不大于10Q設(shè)計，獨立避雷針的接地裝置與變電所地網(wǎng)的地中距離不小于3m。第6章牽引變電所保護(hù)配置牽引變壓器的保護(hù)電變壓器的故障分為內(nèi)部故障和外部故障。其中內(nèi)部故障是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的故障，如線圈的相間短路、一相接地短路、線圈層間短路、匝間短路及鐵芯燒壞等；外部故障則是指變壓器油箱外所發(fā)生的故障，如套管故障、引出線上的故障等。變壓器的不正常工作狀態(tài)則是指外部短路或過負(fù)荷引起的過電流、過電流或冷卻系統(tǒng)異常引起的過熱及漏油引起的油面異常降低等。(1)差動保護(hù)通常會在變壓器電源側(cè)加裝電流速斷保護(hù)，但由于電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍很短，需要同過電流保護(hù)配合使用，對供電系統(tǒng)的安全運行影響較大，不適合對容量大且十分重要的主變壓器進(jìn)行保護(hù)。為此，可裝設(shè)差動保護(hù)作為牽引變壓器的主保護(hù)。(2)低電壓啟動的過電流保護(hù)過電流保護(hù)作為保護(hù)變壓器負(fù)荷側(cè)母線短路引起的變壓器過電流，這是主保護(hù)。同時它可作為變壓器差動保護(hù)的近后備保護(hù)和饋線保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)。由于過電流保護(hù)的動作電流必須要躲開變壓器正常運行時的最大負(fù)荷電流，而保護(hù)范圍末端的最小短路電流比較小，則過電流保護(hù)往往不能滿足要求，則一般而言需要采用低電壓啟動的過電流保護(hù)。它的動作電流可按躲過變壓器的額定電流來整定，其值比較小，故靈敏系數(shù)能提高，容易滿足要求。其中低壓側(cè)低電壓啟動的過電流保是低壓側(cè)母線短路的主保護(hù)，同時也作為饋線保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)；高壓側(cè)低電壓啟動的過電流保則是主變差動保護(hù)的近后備保護(hù)，同時也作為低壓側(cè)低電壓啟動的過電流保的遠(yuǎn)后備保護(hù)。(3)過負(fù)荷保護(hù)對于變壓器過負(fù)荷這種不正常的工作狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。其保護(hù)原理是：正常時變壓器不過負(fù)荷，電流值較??；而當(dāng)變壓器過負(fù)荷時電流值增大，從而超過整定值，引起電流繼電器動作，啟動時間繼電器，經(jīng)過一定的延時，使得延時閉合的常開觸電閉合，發(fā)出預(yù)告信號。(4)瓦斯保護(hù)由于牽引變電所的牽引變壓器和動力變壓器都是用變壓器油作為絕緣和散熱的，因此可設(shè)置瓦斯保護(hù)。其保護(hù)原理是：當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時，由于短路電流和電弧的作用，故障點附近的絕緣物和變壓器油分解而產(chǎn)生氣體，利用氣體的變化從而使保護(hù)動作。若氣體發(fā)生的變化輕微，可導(dǎo)致輕瓦斯保護(hù)動作，發(fā)出警告信號；若氣體發(fā)生的變化很大，可導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動作，將直接致使連接變壓器的斷路器跳閘。該保護(hù)能夠反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的一切故障，與差動保護(hù)一同作為牽引變壓器的主保護(hù)。(5)零序過電流保護(hù)牽引變壓器的接地保護(hù)通常采用零序過電流保護(hù)，用來保護(hù)變壓器具有接地中性點側(cè)的線圈內(nèi)部及其引出線上的接地短路的，同時可以作為防止相應(yīng)母線和線路接地短路的后備保護(hù)。但由于瓦斯保護(hù)與差動保護(hù)已能保證變壓器線圈內(nèi)部及其引出線上的接地短路被快速的切除，因此接地保護(hù)主要是用來保護(hù)外部接地短路引起的過電流的。該保護(hù)一般接在變壓器中性點接地線的一臺電流互感器上。饋線的保護(hù)(1)阻抗保護(hù)針對交流牽引網(wǎng)遠(yuǎn)點短路時的短路特性，可知反應(yīng)電流值變化的電流保護(hù)靈敏系數(shù)低，一般不宜作為牽引變電所的牽引饋電線的主保護(hù)。而采用方向阻抗繼電器的阻抗保護(hù)，能反應(yīng)被保護(hù)線路的電壓、電流及其相位角三個特征參數(shù)的變化，靈敏度系數(shù)較高，因此可采用其作為牽引變電所的牽引饋電線的主保護(hù)。此時，一般采用四邊形阻抗繼電器作為主保護(hù)，相對于與圓特性的阻抗元件，其保護(hù)范圍不受牽引網(wǎng)的最小負(fù)荷阻抗所限定，在阻抗繼電器中躲負(fù)荷最強，躲過渡電阻的能力也比較強，能夠滿足靈敏系數(shù)的要求。(?△I電流增量保護(hù)阻抗保護(hù)為了躲過線路的最大負(fù)荷，所以一般整定值比較小。但在AT供電牽引網(wǎng)中時常會發(fā)生接地電阻較大的線路短路故障例如斷線接地故障。它是一種高阻接地故障，與一般的短路故障有所不同，它在變電所饋線保護(hù)安裝處測量的阻抗要比一般的短路故障的測量阻抗高，在距離較遠(yuǎn)的地方可以達(dá)到3-4倍。因此，常規(guī)原理的繼電保護(hù)裝置可能發(fā)生拒動，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。此時，利用短路時電流瞬間增大特性的△I電流增量保護(hù)可作為饋線保護(hù)的近后備保護(hù)。其原理是通過比較正常狀態(tài)下的負(fù)荷電流和高電阻故障電流隨時間變化的分量△1的不同來檢測出故障。正常情況下，由于電力機車電路中的大電感的作用，機車電流在短時間的電流增量不會很大，因此該保護(hù)不會在機車啟動時發(fā)生誤動。△1電流增量保護(hù)的主要優(yōu)點是選擇能力比普通電流保護(hù)高，其整定值除了反應(yīng)穩(wěn)態(tài)最大負(fù)荷以外，還同時反應(yīng)短時間內(nèi)電流的增量，大大延長了保護(hù)范圍。其主要缺點是動作時間較長，保護(hù)必須保證在出現(xiàn)激磁涌流時不發(fā)生誤動而增加的動作延時。也可增加諧波制動環(huán)節(jié)來改善△I電流增量保護(hù)的性能一擴大保護(hù)范圍、縮短保護(hù)延時等。如增加高次諧波抑制電路來避免機車通過無電區(qū)后負(fù)荷電流的△I可能引起的保護(hù)誤動作，增加二次諧波閉鎖電路來避免機車過無電區(qū)后重新受電時，變壓器產(chǎn)生的激磁涌流可能引起的誤動作。(3)電流速斷保護(hù)由于牽引變電所在牽引供電系統(tǒng)中的重要性，針對近點短路時的短路特性，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的故障時，為了快速切除故障，設(shè)置了電流速斷保護(hù)。該保護(hù)在系統(tǒng)發(fā)生極端短路故障時，保護(hù)裝置可以快速出口。因此，其整定值般較高。為了躲過最大負(fù)荷電流和激磁涌流，可利用高次諧波進(jìn)行抑制。由于電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍很短，它只能作為阻抗保護(hù)的輔助后備保護(hù)，以更好的實現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。(4)自動重合閘由于牽引供電系統(tǒng)的饋線故障多為瞬時性故障，在保護(hù)跳閘之后進(jìn)行重合閘即可恢復(fù)正常供電。因此，為了保障牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性，饋線保護(hù)裝置可設(shè)置一次自動重合閘。當(dāng)饋線發(fā)生瞬時性故障時，經(jīng)過重合閘整定時間，裝置發(fā)出重合閘命令，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行；當(dāng)發(fā)生永久性故障時，重合閘后，可由低電壓啟動的過電流保護(hù)或阻抗保護(hù)進(jìn)行跳閘，保證快速切除故障線路。重合閘失敗后，裝置應(yīng)閉鎖自動重合閘或手動重合閘功能。第7章牽引變電所的諧波分析與無功功率補償諧波產(chǎn)生的原因電氣化鐵路牽引負(fù)載是少數(shù)直接接入高壓電力系統(tǒng)的大宗用戶之一。電氣化鐵道主要問題是電力系統(tǒng)和電氣化鐵道的協(xié)調(diào)問題。由于電力機車從電力系統(tǒng)中吸收基波電流的同時，還向電網(wǎng)注入大量的諧波電流，還會引起電網(wǎng)電壓的波形的畸變。而且隨著人們對電能質(zhì)量的要求不斷提高，電氣化鐵道對電力系統(tǒng)引起的諧波不容忽視［12］。對電氣化鐵路來說，諧波產(chǎn)生的原因主要有以下幾個方面：(1)電力機車采用可控硅整流、變流裝置等非線性負(fù)荷的大量增加；(2)牽引負(fù)荷的不平衡性；(3)變壓器的勵磁電流界定狀態(tài)的非線性區(qū)；(4)電力機車的制動再生電流。諧波的危害電氣化鐵路供電系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的影響對于供電電網(wǎng)來說，電氣化鐵路負(fù)荷狀態(tài)極其惡劣，它使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)電能質(zhì)量惡化并造成電能巨大浪費，同時也導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓波動，嚴(yán)重時使機車牽引力下降，從而降低整個運輸線路的運輸能力。諧波電流及所引起的電壓畸變是當(dāng)前電氣化鐵路引起電能質(zhì)量問題中最為普遍的。諧波對電氣設(shè)備的危害很大。諧波電流通過變壓器，可使變壓器鐵心損耗明顯增加，從而使變壓器出現(xiàn)過熱，縮短其使用壽命。諧波電流通過交流電動機，不僅會電動機的鐵心損耗明顯增加，而且還會使電動機轉(zhuǎn)子發(fā)生振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量。諧波對電容的影響更為突出，諧波電壓加在電容器兩端時，由于電容器對于諧波的阻抗很小，因此，電容器很容易過負(fù)荷甚至燒毀。此外，諧波電流可使電力線路的電能損耗和電壓損耗增加；可使計量電能的感應(yīng)式電能表計量不準(zhǔn)確；可使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，從而在線路上引起過電壓，有可能擊穿線路設(shè)備的絕緣；還可能造成系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動裝置發(fā)生誤動作；并可能對附近的通信設(shè)備和通信線路產(chǎn)生信號干擾。減少諧波影響的措施(1)在牽引變電所牽引側(cè)裝設(shè)并聯(lián)電容補償裝置。裝置中的參數(shù)選擇，考慮以濾掉3石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計次諧波電流為主［12］。設(shè)XC為并聯(lián)電容補償裝置中電容器組的工頻容抗，XL為并聯(lián)電容補償裝置中與電容器組串聯(lián)的電抗器的工頻感抗。XL與XC之比應(yīng)符合下式要求XL/XC=K-1/n2=a (7-1)式中a——并聯(lián)電容補償裝置的補償度；n——牽引負(fù)荷中最低次主要諧波電流次數(shù)；K——為可靠系數(shù)，一般取1.08?1.2。上式中引入一個大于1的可靠系數(shù)K,一方面可以防止并聯(lián)電容補償裝置回路阻抗為電容性而與電力系統(tǒng)發(fā)生n次及以上各次諧波的并聯(lián)諧振；另一方面可以防止并聯(lián)電容補償裝置本身回路電容與電感發(fā)生串聯(lián)諧振。當(dāng)n=3時，則有a=XL/XC=K-1/n2=1.08?1.2x1/32=0.12?0.13此時，C-L回路具有主要濾掉3次諧波電流的功能。為了提高并聯(lián)電容補償裝置濾掉3次諧波電流的能力，減輕對電力系統(tǒng)的諧波影響，將可靠系數(shù)取小一些為好。如K=1.08,則a=0.12,此時濾波效果(對3次諧波)會更好。(2)減少諧波電流的發(fā)生量。變流器實行多脈沖化是一種行之有效的措施，不但使諧波的次數(shù)減少，而且使諧波電流含量也大大減少，從而使流入電力系統(tǒng)的諧波電流也大為減少。(3)在電力機車上加裝并聯(lián)補償濾波裝置。分別在機車變壓器副邊的調(diào)壓繞組與基本繞組間，加裝并聯(lián)補償濾波裝置，如圖7-1所示。該裝置有3次和5次獨立的支路，分別濾掉3次和5次諧波電流，從而減少電力機車牽引負(fù)荷電流中的諧波電流含有率。即tv圖7-1機車加裝并聯(lián)補償濾波裝置示意圖(4)電力系統(tǒng)增容、調(diào)整運行方式等。無功功率補償電力牽引負(fù)荷波動范圍很大，一般機車電流很難保持30s平穩(wěn)不變，有時還會在更短的時間內(nèi)發(fā)生突然的變化，使得日平均負(fù)荷與最大(如10s內(nèi))負(fù)荷相差很大。同時，現(xiàn)在國內(nèi)普遍采用交-直型機車，又使?fàn)恳?fù)荷功率因數(shù)低并含有豐富的諧波(主要是奇次)。因此功率因數(shù)越低、諧波含量大、通過牽引變電所向電力系統(tǒng)注入波動的負(fù)序電流，成為電力牽引自身固有的三大技術(shù)課題。廣義地說，牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)間的電能質(zhì)量問題備受關(guān)注。為解決上述技術(shù)課題，需采取補償措施［8］。我國現(xiàn)有的可調(diào)無功補償裝置大致包括有同步調(diào)相機(SynchronousCondenser-SC)、靜止無功補償器(StaticVarCompensator-SVC)和靜止無功發(fā)生器(StaticVarGenerator-SVG)幾種⑻。表7-1無功補償裝置的性能比較可控飽和電抗器晶閘管投切電容器(TSC)固定濾波器+晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(FC+TCR)靜止無功補償器(SVG)補償效果連續(xù)分級連續(xù)連續(xù)響應(yīng)時間較慢較慢較迅速迅速損耗大較小較小小諧波大無大小控制簡單簡單較復(fù)雜復(fù)雜當(dāng)前比較適合電氣化鐵路的動態(tài)無功補償主要是固定濾波器+晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(FC+TCR)。這種方案可以濾除指定次諧波，治理電壓波動，對負(fù)荷頻繁波動的區(qū)間尤為適用，是一種切實可行且經(jīng)濟(jì)可靠的無功補償方案第8章結(jié)論在目前中國的高速鐵路供電系統(tǒng)中，采用的都是AT供電方式，變壓器的主接線為三相V,v結(jié)線。但由于課題要求，在本次設(shè)計中采用的是單相V,v接線。盡管單相V,v接線存在很多的缺點，但是它的優(yōu)點也有很多。此次設(shè)計由于時間緊迫，很長一段時間在單位實習(xí)，所以對于本次設(shè)計并沒能很充分的考慮每個環(huán)節(jié)，僅僅進(jìn)行了主要幾個方面的計算和設(shè)計，而且未進(jìn)行繼電保護(hù)及整定。對于無功補償和諧波問題現(xiàn)在科技發(fā)展較為成熟機車能夠較好的減輕甚至避免此類問題，所以在本次設(shè)計中也沒有進(jìn)行計算和設(shè)計?，F(xiàn)在電氣化鐵路發(fā)展至今，很多技術(shù)已經(jīng)很成熟，我們只需要充分了解現(xiàn)有的設(shè)備，并將其很好的選擇和使用就可以了。高壓側(cè)的設(shè)備很可能向集成化發(fā)展，這樣變電所的建設(shè)會更加簡易。可謂前人栽樹，后人乘涼。不過在享受前人成果的同時要懂得繼承和發(fā)展，并去其糟粕，取其精華。參考文獻(xiàn)[1]陳海軍.電力牽引供變電技術(shù)[M].中國鐵道出版社.2008.1.⑵譚秀炳編.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)(第2版)2].成都:西南交大出版社,2006.12.[3]劉寶貴，楊志輝編.發(fā)電廠變電所電氣部分[M].北京:中國電力出版社,2008[4]劉介才編.工廠供電(第4版)2].北京:機械工業(yè)出版社,2004.5.[5]電力工業(yè)部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)備手冊：電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社,1998[6]王士政，電力工程類專題課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教程[M].北京:中國水利水電出版社,2007.[7]李群湛，連級三，高仕斌.高速鐵路電氣化工程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2006.[8]鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設(shè)計院.電氣化鐵路設(shè)計手冊牽引供電系統(tǒng)[M].北京:中國鐵道出版社，1988.[9]單圣熊，李漢卿，蘇鵬程等.《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》(TB10009-2005)簡介J].2006.[10]張永祥，劉能，秦浩庭,吳連.典型牽引變電所的諧波和負(fù)序分析[M].西南交通大學(xué)，電力學(xué)報，第24卷第5期.[11]牽引變電所綜合無功補償方案J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011.L.I.Kovernikova.Centralizednormalizationofharmonicvoltagesinthesupplynetworkfortractionsubstations.InternationalConferenceonRenewableEnergiesandPowerQuality(ICTEPQ’09),Valencia(Spain),15thto17thApril,2009.F.Kiessling,R.Puschmann,A.Schmieder,E.Schneider,ContactLinesforElectricRailways,SecondEdition,PublicisPublishingHouse,2009,Germany.致謝經(jīng)過大四下學(xué)期最后這段在校時間的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。由于參加單位安排的實習(xí)本次設(shè)計時間并不充裕，遇到了許多難題和困擾，但是都得到了老師的理解和支持，并給予了我很大的幫助。崔躍華老師盡職盡責(zé)，每周兩次的答疑對于我們的幫助非常大。在此誠摯的感謝崔躍華老師。通過這次變電所系統(tǒng)的設(shè)計，知道了自己在知識方面欠缺很多，懶惰是自己的致命傷，在以后要時刻提醒自己對待學(xué)習(xí)保持積極的態(tài)度。為了以后能夠在工作中充分發(fā)揮自己的作用，必須終生學(xué)習(xí)，持之以恒。大學(xué)生活即將結(jié)束，在此再次感謝各位老師對我們的教育和給予的幫助，感謝母校給我創(chuàng)造了很好的學(xué)習(xí)氛圍，讓我進(jìn)步，讓我成長。附錄附錄A外文翻譯CentralizednormalizationofharmonicvoltagesinthesupplynetworkfortractionsubstationsAbstractThepapersolvestheproblemofcentralizedreductionofharmonicvoltagesatthenodesconnectingtractionsubstationsonrailwaytothesupplyHVnetworkviathepassiveC-typefilters.Theresultsofmeasurementsattheconnectionnodesoftractionsubstationstothesupplynetworkofthevoltagequalityindicesthatareduetonon-sinusoidalityarepresented.Changesoftheindicesatdifferentconfigurationsofthesupplynetworkareanalyzed.MathematicalexpressionstodetermineparametersoftheC-typefilters,thealgorithmsforselectingnetworknodeswheretheywillbeinstalledaregiven.Theparametersoftheselectednodesfor220kVnetworksupplyingtractionsubstationswithpowerandalsotheestimatesoftheefficiencyofworkofthesefiltersfordifferentnetworkconfigurationsarepresentedasanexample.Theactivepowerlossesintheselectedfiltersarecalculated.KeywordsHarmonicmeasurement,harmonicdistortion,harmoniclimits,centralizednormalization,filters