石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計

石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計jiji計DesignonYangquanNorthTractionSubstationSystemforPassengerDedicatedLineofShijiazhuang-Taiyuan2013屆電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化完成日期2013年6月10日

畢業(yè)設(shè)計成績單學(xué)生姓名學(xué)號20092434班級0901-4班專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱教授評定成績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：系主任簽字：年月日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名吳長在學(xué)號20092434班級0901-4班專業(yè)電氣工程及其自動化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣與電子工程學(xué)院導(dǎo)師王碩禾導(dǎo)師職稱教授一、主要內(nèi)容本次設(shè)計主要是按給定的石太客專既有條件，學(xué)習(xí)專業(yè)資料及相關(guān)技術(shù)規(guī)范并結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行陽泉北牽引變電所的設(shè)計，本設(shè)計包括：通過負(fù)荷、短路計算，選擇供配電方式、變壓器容量，完成高低壓設(shè)備和導(dǎo)線的選型，繪制主接線圖、用電平面布置圖，各個所平面布置圖等。二、基本要求1．熟悉牽引供電系統(tǒng)基本知識以及石太客專相關(guān)技術(shù)規(guī)范；2．自主完成石太客專陽泉北牽引變電所設(shè)計，包括設(shè)計圖紙及外文翻譯。三、主要技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計任務(wù)1．參考電氣化鐵路牽引供變電設(shè)計規(guī)范。2．進(jìn)行供電方案比較，完成變壓器容量計算、短路保護(hù)計算、選擇牽引電氣設(shè)備。3．繪制CAD牽引變電所主結(jié)線圖、變壓器原理圖等相關(guān)圖紙。4．計算說明清晰完整，外文翻譯正確引用。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1．工廠供電.劉介才.[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社2．電力牽引供變電技術(shù).賀威俊.[M]西南交通大學(xué)出版社3．電力牽引供變電技術(shù).陳海軍.[M]中國鐵道出版社4．牽引供電系統(tǒng)分析.李群湛.[M]西南交通大學(xué)出版社五、進(jìn)度計劃1.3月4日——3月9日熟悉設(shè)計背景及編寫設(shè)計報告、任務(wù)書；2.3月10日——3月31日3．4月1日——4月30日完成相關(guān)計算和初步設(shè)計，并繪出工程圖草圖，交由導(dǎo)師審閱；4．5月1日——5月30日5．6月1日——研室主任簽字時間年月日畢業(yè)設(shè)計開題報告題目石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名吳長在學(xué)號20092434班級0901-4班專業(yè)電氣工程及其自動化一、選題背景 石太客運(yùn)專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐，本次設(shè)計是進(jìn)行陽泉北牽引變電所的設(shè)計滿足系統(tǒng)性能目標(biāo)和可靠性、可用性、安全性和可維修性要求。本設(shè)計根據(jù)國內(nèi)牽引供電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，采用分段供電，外加無功補(bǔ)償，經(jīng)濟(jì)有效的解決壓降問題。二、國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)國內(nèi)外電氣化鐵路在不斷發(fā)展，鐵路電氣化已成為世界范圍內(nèi)鐵路技術(shù)革命方向。目前開行時速200公里以上高速列車的國家已有日本、法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國、美國、俄羅斯，正在積極建設(shè)或規(guī)劃建設(shè)的還有瑞士、奧地利、丹麥、加拿大、澳大利亞、韓國、印度等國。近幾年來我國電氣化建設(shè)飛速發(fā)展，主要有：1969-1977年，我國寶成線的鳳州—成都段、陽安線兩條電氣化鐵路建成投入運(yùn)行，共計約940km。1980-1990年，我國電氣化鐵路建成投入共計約5940km，是1958-1961年的63倍，是1969-1977年的六倍多。截止到2008年十月我國電氣化鐵路總里程達(dá)到26000km，點(diǎn)氣化率達(dá)32.7%。三、課題研究要求及內(nèi)容本次設(shè)計主要是按給定的石太客專既有條件，學(xué)習(xí)專業(yè)資料及相關(guān)技術(shù)規(guī)范并結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行陽泉北牽引變電所的設(shè)計，本設(shè)計內(nèi)容主要包括：進(jìn)行負(fù)荷計算選擇變壓器容量、經(jīng)過短路計算進(jìn)行保護(hù)，選擇供配電方式，完成高低壓設(shè)備和導(dǎo)線的選型，繪制主接線圖、用電平面布置圖等。四、預(yù)期結(jié)果通過本次設(shè)計使石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)的設(shè)計各方面數(shù)據(jù)計算準(zhǔn)確，有較強(qiáng)可行性。并且進(jìn)一步理解交流電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)知識，增加實(shí)踐性，為以后的工作打下一個堅實(shí)的基礎(chǔ)。指導(dǎo)教師簽字時間年月日摘要目前我國基礎(chǔ)化鐵路建設(shè)已經(jīng)基本建成，現(xiàn)在以及將來的短時間內(nèi)的主要任務(wù)就是進(jìn)行高鐵、地鐵等城市軌道交通的建設(shè)。中國也已經(jīng)在高速鐵路的研究領(lǐng)域擁有了自己的一套獨(dú)立的設(shè)計、建設(shè)方法。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(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(jī)車使用的電能。而電氣主接線反映牽引變電所設(shè)施的主要電氣設(shè)備以及這些設(shè)備的規(guī)格、型號、技術(shù)參數(shù)以及在電氣上是如何連接的，高壓側(cè)有幾回進(jìn)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(shè)施的規(guī)模大小、設(shè)備情況。石太客運(yùn)專線是我國鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，能夠連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐。線路位于河北、山西省境內(nèi)，橫穿太行山山脈，區(qū)間隧道、橋梁眾多，設(shè)計需要考慮山路坡度大的問題。本設(shè)計的任務(wù)是完成石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計：首先，經(jīng)過方案比較確定本段牽引供電方案，區(qū)段供電方式，變壓器接線方式。其次，進(jìn)行通過既有數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計算，來選擇主變壓器安裝容量以及臺數(shù)。然后，進(jìn)行短路計算，包括一次側(cè)短路計算、二次側(cè)短路計算。并以此來進(jìn)行保護(hù)選擇，以及變電所中的斷路器、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。最后,進(jìn)行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補(bǔ)償分析。關(guān)鍵詞:石太客專牽引變電所負(fù)荷計算牽引供電方案短路計算AbstractAtpresentourcountrybasicrailwayconstructionhasbeenbasicallycompleted,thepresentandthefutureinashortperiodoftimeisthemaintaskofthehighspeedrail,subway,etc.Theconstructionofurbanrailtransit.Chinahasalsoonthestudyofhigh-speedrailwayhasitsownsetofindependentdesign,theconstructionmethod.Tractionsubstationistheheartoftheelectrifiedrailwaytractionpowersupplysystem,itsmaintaskistotransferelectricalpowersystemofthree-phasehighvoltagechangesintoelectricalenergyforuseinelectriclocomotive.Andreflectthemainelectricalwiringtractionsubstationfacilitiesthemainelectricalequipmentandtheequipmentspecification,type,technicalparameterandhowisinelectricalconnection,highsidethereareafewbackintoline,severalsetsoftractiontransformer,afewbacktothecatenaryfeeder.Throughthemainelectricalwiringcanunderstandtractionsubstationfacilitiessuchassize,equipment.TheShijiazhuang-Taiyuanpassengerdedicatedrailwaylineisanimportantpartof“fourverticalfourhorizontal”fastpassengertransportnetworkinourcountry.TheaimofthegraduatedesignistofinishthedesignofYangquanbeitractionsubstationfortheShijiazhuang-Taiyuandedicatedrailwayline:Firstly,determinethetractionpowersupplyscheme.ThisdesignusestheATpowersupplymode,doubletrackpowerandtheconnectionformofthree-phaseVv.Secondly,theloadcalculationisdonetodeterminethemaintractiontransformercapacityandthenumbers.Tractionsubstationmaintransformeristhecoreequipment,Chargingwiththesupplyofthepowersystemintoa220kVthree-phasepowerconversionusingthe27.5kVelectriclocomotiveforpower.Then,theshort-circuitcalculationisdonewhichincludingthecalculationofthehigh-pressuresideofthetransmissionlineshortcircuit,low-pressuresideofthebusshort-circuitandshortcircuitoftraction.Ontheonehand,selectsubstationcircuitbreaker,disconnectingswitch,currenttransformers,voltagetransformersandotherelectricalequipmentmustbebasedontheresultsofshort-circuitcalculation;Ontheotherhand,theverificationofthebusmodeoflow-pressureside,aswellastheselectionandvalidationoflightningprotectionandgroundingequipmenthavetorelyonthedataofshortcircuitcalculation.Finally,theharmonicanalysisandreactivepowercompensationanalysisofthetractionsubstationaredone.Keywords:PassengerDedicatedLineofShijiazhuang-TaiyuanTractionsubstationLoadcalculationTractionpowersupplyschemeshort-circuitcalculation目錄第1章緒論 11.1設(shè)計背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3主要設(shè)計內(nèi)容 2第2章牽引變電所供電方案及主接線設(shè)計 32.1外部電源供電介紹 32.2接觸網(wǎng)的供電方案的確定 32.3向電力機(jī)車的供電方案 42.4牽引變電所主接線方式選擇 42.4.1電氣主接線設(shè)計的基本要求 52.4.2變壓器接線的方案比較 52.5牽引變電所位置的確定 8第3章牽引變壓器的選擇和負(fù)荷計算 103.1設(shè)計依據(jù) 103.2計算過程 103.2.1供電臂上、下平均電流的計算 113.2.2供電臂1、2有效電流的計算 133.2.3變壓器容量的計算 143.2.4變壓器校核容量的計算 143.2.5求變壓器的安裝容量 16第4章線路的保護(hù)計算 174.1短路計算示意圖及有關(guān)數(shù)據(jù) 174.2短路電流計算 17第5章開關(guān)設(shè)備選型及熱穩(wěn)定性校驗(yàn) 205.1高壓斷路器 205.2隔離開關(guān) 22第6章互感器的選型校驗(yàn)保護(hù)及自動裝置配置 256.1220kV電壓互感器的選型和校驗(yàn) 256.2220kV電流互感器的選型和校驗(yàn) 276.3保護(hù)及自動裝置配置 296.3.1牽引變電所 296.3.2分區(qū)所、AT所 296.3.3分區(qū)所兼開閉所 29第7章諧波分析無功功率補(bǔ)償與越區(qū)供電能力分析 307.1諧波分析 307.2無功功率補(bǔ)償分析 307.3越區(qū)供電能力分析 31第8章結(jié)論與展望 328.1結(jié)論 328.2展望 32參考文獻(xiàn) 34致謝 35附錄A外文資料及翻譯 36A.1外文原文 36A.2中文譯文 41附錄B相關(guān)設(shè)計圖紙 44石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計PAGE45第1章緒論1.1設(shè)計背景及意義鐵路是物資運(yùn)輸以及旅客中運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?，它對拉動國民?jīng)濟(jì)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的增長起到積極作用。尤其是干線鐵路的快速發(fā)展對我國中長期的現(xiàn)代化建設(shè)起到了無可替代的作用。在繁忙干線建設(shè)客運(yùn)專線，實(shí)現(xiàn)客貨分線運(yùn)輸，能夠大幅度提高鐵路運(yùn)輸能力，分流既有線的大部分客車，緩解既有線運(yùn)能緊張的局面，同時還可以滿足大經(jīng)濟(jì)區(qū)、大城市的增量運(yùn)輸?shù)男枨?，騰出既有線用來發(fā)展貨物重載運(yùn)輸，適應(yīng)日益增長的運(yùn)輸需要。電氣化鐵路以電力作為牽引動力。電力牽引具有高效節(jié)能、運(yùn)輸成本低、運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸速度高等特點(diǎn)。電氣化鐵路直接產(chǎn)生重大國民經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。石太客運(yùn)專線作為我國鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)網(wǎng)的重要組成部分，連接石家莊和太原兩大鐵路樞紐。電氣化鐵路以電力作為牽引動力。電力牽引具有高效節(jié)能、運(yùn)輸成本低、運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)輸速度高等特點(diǎn)。電氣化鐵路直接產(chǎn)生重大國民經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著時代的發(fā)展國內(nèi)外電氣化鐵路也在不斷發(fā)展，牽引動力電氣化鐵路建設(shè)已成為世界范圍內(nèi)鐵路技術(shù)發(fā)展的方向。我國電氣化鐵道于1961年8月15目寶成線寶雞-鳳州段建成通車開始起步，已走過了44年不平凡的歷程。到2004年底電氣化總里程已達(dá)19303km，電氣化總里程估計將超過德國，躍居世界第二位.我國電氣化鐵道發(fā)展初期。主要局限在隧道多、坡度大的山區(qū)鐵路.先后建成了寶成線、陽安線、襄渝線襄樊至安康、石太線石家莊-陽泉、寶蘭線寶雞-天水等電氣化鐵道。到1980年底，共建成電氣化鐵道1676km。發(fā)展速度十分緩慢.改革開放后,國家確定了以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心的基本路線，電氣化鐵道建設(shè)迎來了蓬勃發(fā)展的春天，開始從山區(qū)向平原，由標(biāo)準(zhǔn)低的邊遠(yuǎn)地區(qū)鐵路向主要長大干線發(fā)展.“六五”期間修建了京秦線、成渝線、貴昆線貴陽南至水城西、太焦線長治北至月山等電氣化鐵道.共計2506km，比過去20年修建的總和還多?！捌呶濉逼陂g修建了2764km電氣化鐵道。電氣化開始進(jìn)入隴海和京廣繁忙干線，同時還修建了我國第一條以運(yùn)煤為主、開行萬噸重載列車、年運(yùn)量達(dá)1億噸的大秦電氣化鐵道。截止到2008年十月我國電氣化鐵路總里程達(dá)到26000km，點(diǎn)氣化率達(dá)32.7%。國外方面：目前運(yùn)行的時速200公里從國外已運(yùn)營和正在建設(shè)的高速鐵路來看，電力牽引采用工頻單相交流25kV牽引制、最高運(yùn)行速度為300km/h及其以上的高速鐵路中，全部采用的是AT供電方式。1.3主要設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計的任務(wù)是完成石太客專陽泉北牽引變電所系統(tǒng)設(shè)計：(1)經(jīng)過方案比較確定本段牽引供電方案，區(qū)段供電的供電方式，變壓器接線方式[1]。(2)通過既有數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷計算，來選擇主變壓器安裝容量以及臺數(shù)。(3)進(jìn)行短路計算，包括一次側(cè)短路計算、二次側(cè)短路計算。并以此來進(jìn)行保護(hù)選擇，以及變電所中的斷路器、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。(4)最后，進(jìn)行牽引變電所的諧波的分析和無功功率補(bǔ)償分析[2]。第2章牽引變電所供電方案及主接線設(shè)計2.1外部電源供電介紹山西電網(wǎng)是我國重要的火電基地，是我國北部“西電東送”的重要通道，電能輸出量高居全國第一，目前已經(jīng)形成500千伏電網(wǎng)為骨干、重點(diǎn)負(fù)荷區(qū)以220千伏為環(huán)網(wǎng)的電網(wǎng)格局，全省共有500千伏線路11條計949公里，500千伏變電站5座，變電容量1200萬千伏安；220千伏線路124條計5232公里，220千伏變電站51座，變電容量1661.6萬千伏安。到2005年底，全省電力裝機(jī)容量達(dá)到2370萬千瓦。石太客專沿線有太原一廠(138.6萬千瓦)、二廠(63.4萬千瓦)、陽泉二廠(250萬千瓦)、陽光電廠(120萬千瓦)、娘子關(guān)(40萬千瓦)和娘子關(guān)二電廠(120萬千瓦)等電源點(diǎn)，擁有侯村500kV變電站和陽泉東等諸多220kV變電站，完全能夠滿足石太客專的牽引供電需要。依據(jù)山西省科電電力設(shè)計院設(shè)計的“陽泉北牽引變電所外部電源配套工程可行性研究”文件，本設(shè)計陽泉北牽引變電所，由溫池220kV地區(qū)變電站出雙回220kV架空線供電。如圖2-1所示。圖2-1陽泉北牽引變電所供電分布圖陽泉北牽引變電所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。2.2接觸網(wǎng)的供電方案的確定根據(jù)設(shè)計資料可知石太客專是復(fù)線鐵路，在我國普遍采用復(fù)線一邊供電方式。因此本線采用單邊末端并聯(lián)供電。兩相鄰接牽引變電所之間毗鄰的供電臂上、下行接觸網(wǎng)電壓皆屬同相。在接觸網(wǎng)供電分段的末端用分區(qū)亭中的斷路器連接起來，形成復(fù)線單邊末端供電。單邊末端并聯(lián)供電時，機(jī)車由上、下行接觸網(wǎng)兩線路并聯(lián)供電，從而使每條接觸網(wǎng)中的電流減小，接觸網(wǎng)中的電壓損失和電能損失顯著減小，故目前普遍采用此種方式。在正常情況下，上、下行接觸網(wǎng)在AT所、分區(qū)所處并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)供電，在分區(qū)所設(shè)置越區(qū)開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。2.3向電力機(jī)車的供電方案牽引網(wǎng)向電力機(jī)車的供電方式有直接供電(DF)方式、帶回流線的直接供電(DN)方式、自耦變壓器供電(AT)方式、吸流變壓器供電(BT)方式和同軸電力電纜供電(CC)方式等[3]。AT供電方式也就是采用自耦變壓器的供電方式。這種方式由接觸網(wǎng)、鋼軌、正饋線和自耦變壓器組成供電回路，并在接觸網(wǎng)和正饋線之間每隔10-15公里并入一臺自耦變壓器，其中心抽頭與鋼軌連接。在AT牽引變電所中，牽引變壓器將220千伏三相電降壓成單相55千伏，則鋼軌與接觸網(wǎng)間的電壓正好是自耦變壓器兩端的電壓的一半即27.5kV。如圖2-2所示，這里的回流線為負(fù)饋線F。AT并聯(lián)于牽引網(wǎng)中，不僅克服了BT傳入方式中產(chǎn)生的BT分段方式的缺陷，還使供電電壓成倍提高，牽引網(wǎng)阻抗減小，供電距離增長，一般可達(dá)10km(約為直接供電方式的170%~200%)，牽引網(wǎng)上的電壓損失和電能損失都減小。還可以使鋼軌電位降低，從而抑制了通信干擾。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)車電流由左右兩側(cè)接觸我那個雙邊供電，越區(qū)供電能力大大加強(qiáng)。圖2-2AT供電方式牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)確保安全可靠，本線坡度大，近期運(yùn)行5000t重載列車，AT供電方式是一種適于高速、重載等大電流運(yùn)行的牽引供電方式。因此采用AT供電方式。2.4牽引變電所主接線方式選擇2.4.1電氣主接線設(shè)計的基本要求主接線是指由各種開關(guān)電器、電力變壓器、互感器、母線、電力電纜、并聯(lián)電容器等電氣設(shè)備按一定次序連接的接受和分配電能的電路。它是電氣設(shè)備選擇及確定配電裝置安裝方式的依據(jù)，也是運(yùn)行人員進(jìn)行各種倒閘操作和事故處理的重要依據(jù)。概括地說，對主接線的基本要求主要有四個方面的內(nèi)容:安全、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)。

安全包括設(shè)備安全及人身安全。要滿足這一點(diǎn)，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設(shè)備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護(hù)系統(tǒng)，考慮各種人身安全的技術(shù)措施?？煽烤褪侵鹘泳€應(yīng)滿足對不同負(fù)荷的不中斷供電，且保護(hù)裝置在正常運(yùn)行時不誤動、發(fā)生事故時不拒動，而且能盡可能的縮小停電范圍。為了滿足可靠性要求，主接線應(yīng)力求簡單清晰。靈活是指用最少的切換，能適應(yīng)不同的運(yùn)行方式，適應(yīng)調(diào)度的要求，并能靈活、簡便、迅速地倒換運(yùn)行方式，使發(fā)生故障時停電時間最短，影響范圍盡可能縮減到最小。經(jīng)濟(jì)是指在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設(shè)計投資最少。

因此，主接線的設(shè)計應(yīng)滿足可靠性和靈活性的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理。主要應(yīng)從投資小、占地面積少、電能損耗小等幾個方面進(jìn)行綜合考慮。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]?？偟膩碚f，對主接線的要求主要是可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩個方面。2.4.2變壓器接線的方案比較 三相220kV側(cè)主變壓器的接線方式是本次設(shè)計中的重要設(shè)計設(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V,v接線變壓器、三相V,v接線變壓器、三相YN,d11接線變壓器、斯科特接線變壓器等[4]。(1)單相V，v接線牽引變壓器接線原理電路圖如圖2-3所示。牽引變電所裝設(shè)四臺單相V,v接線變壓器，其中兩臺并聯(lián)運(yùn)行，兩臺備用。單相V,v接線牽引變電所的特點(diǎn)：牽引變壓器容量利用率可達(dá)到100%；正常運(yùn)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；主接線較簡單，設(shè)備較少，投資較??；對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相接線??；對接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)雙邊供電。2-3單相V，v接線牽引變電所的原理電路圖(2)三相V，v接線牽引變壓器接線原理電路圖如圖2-4所示。三相V,v接線牽引變電所保持了單相V,v接線牽引變電所的主要優(yōu)點(diǎn)，最可取的是解決了單相V,v接線牽引變電所不便于采用固定備用及其自動投入的問題。同時，三相V,v接線變壓器有兩臺獨(dú)立的鐵芯和對應(yīng)繞組通過電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的副邊電壓可以相同，也可以不相同，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓[5]。圖2-4三相V,v接線牽引變電所的原理電路圖(3)三相YN,d11接線牽引變壓器接線這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相YN,d11接線牽引變壓器，一臺運(yùn)行，另一臺固定備用。其原理如圖2-5所示。圖2-5三相YN,d11接線牽引變壓器原理圖這種接線方式的特點(diǎn)：運(yùn)行可靠方便；能很好的適應(yīng)山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負(fù)載不平衡的特點(diǎn)；制造相對簡單，價格較便宜；牽引變壓器容量不能得到充分利用；與采用單相接線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復(fù)雜一些，工程投資較多，檢修維護(hù)工作量也有所增加。(4)斯科特接線牽引變壓器圖2-6斯科特接線牽引變壓器原理圖這種接線方式通過兩臺斯科特接線牽引變壓器把對稱三相電壓變換成對稱二相電壓，用其一相供應(yīng)一邊供電分區(qū)，另一相供應(yīng)另一供電分區(qū)。其原理如圖2-6所示。其特點(diǎn)是：當(dāng)T1和T2兩個供電分區(qū)的負(fù)荷電流相等，功率因數(shù)也相等時斯科特接線變壓器的原邊三相電流對稱。牽引變壓器制造難度較大，一次側(cè)中性點(diǎn)不能抽出接地(因?yàn)榻拥貢rT變負(fù)荷會引起零序電流)，必須采用全絕緣線圈，造價高[6]。方案比較結(jié)果：經(jīng)比較，本設(shè)計選用三相V,v接線變壓器，相應(yīng)的變電所應(yīng)為三相V,v接線牽引變電所。當(dāng)牽引變電所只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成橋形結(jié)線。四個連接元件僅需三個斷路器，配電裝置結(jié)構(gòu)也較簡單。按中間橫向橋接母線位置不同可分為：內(nèi)橋形,外橋形。本次設(shè)計接線采用內(nèi)橋接線方式。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(bǔ)償裝置。2.5牽引變電所位置的確定(1)所址選擇原則：架空電源進(jìn)線、饋出線上網(wǎng)走廊暢通；盡量少占農(nóng)田，不占良田，公路便于引入所內(nèi)，且力求短捷，便于設(shè)備運(yùn)輸；避免設(shè)在有嚴(yán)重污穢的地區(qū)；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)；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；確定所址時，考慮與電臺、雷達(dá)站、機(jī)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(shí)際情況進(jìn)行陽泉北牽引變電所的選址。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(diǎn)近，這樣有利于減少電源線路的損耗[7]。分區(qū)所：每個供電臂的上、下行接觸網(wǎng)之間用兩臺斷路器相聯(lián)，正常運(yùn)行時，斷路器閉合，實(shí)現(xiàn)供電臂上下行并聯(lián)供電。在每個供電臂的兩臺斷路器內(nèi)側(cè)設(shè)有兩臺自耦變壓器，每臺自耦變壓器通過電動隔離開關(guān)聯(lián)接，互為備用。當(dāng)正在運(yùn)行的自耦變壓器故障時，通過斷路器跳閘，使故障自耦變壓器退出運(yùn)行。在每回進(jìn)線上均設(shè)置氧化鋅避雷器用于過電壓保護(hù)。不同供電臂通過電動隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。柱上式分區(qū)所：供電臂的上、下行通過接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)供電臂上下行并聯(lián)供電。AT所：AT所與分區(qū)所的接線方案類同，通過2臺斷路器實(shí)現(xiàn)上、下行并聯(lián)供電，自耦變壓器通過電動隔離開關(guān)接在2臺并聯(lián)斷路器之間。根據(jù)以上方案確定陽泉北牽引變電所位于東凌井與井陘北牽引變電所之間。牽引變電所按不設(shè)自耦變壓器，AT所設(shè)兩臺自耦變壓器，一臺運(yùn)行，一臺備用；分區(qū)所設(shè)四臺自耦變壓器，兩臺投入運(yùn)行，兩臺備用。分區(qū)所兼開閉所：從上下行接觸網(wǎng)引入兩路電源，一主一備工作方式；母線為單母線分段接線方式，饋線采用帶旁路母線的接線型式。陽泉北牽引變電所的大體位置可以確定下來，如圖2-7所示。圖2-7牽引變電所位置 第3章牽引變壓器的選擇和負(fù)荷計算3.1設(shè)計依據(jù)鐵路等級：客運(yùn)專線，近期兼顧貨運(yùn)；正線數(shù)目：雙線；速度目標(biāo)值：遠(yuǎn)期最高速度；近期最高運(yùn)營速度，中速列車，貨車最高速度；最小曲線半徑：；正線線間距：一般為；到發(fā)線有效長度：1050m，雙機(jī)1080m；牽引種類：電力；機(jī)車類型：客運(yùn)：高速列車，動車組；中速列車，；貨運(yùn)：大功率交流電力機(jī)車；牽引質(zhì)量：客運(yùn)：高速列車，中速列車；貨運(yùn)：列車最小追蹤間隔：客車，貨車牽引供電方式：、單相、；客車列車類型：電動車組(單列8輛編組、重聯(lián)16輛編組)、電力機(jī)車(18輛編組)；一般分為三個步驟進(jìn)行:求出計算容量，然后求出校核定量。這是為確保牽引變壓器安全運(yùn)行所必需的容量。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(shí)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[8]。3.2計算過程根據(jù)設(shè)計要求，陽泉北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。供電臂1是指從陽泉北到東凌井，供電臂2是指從陽泉北到井陘北。主變壓器容量計算相關(guān)的原始資料如下：供電臂1——對/天，對/天供電臂2——對/天，對/天其中，表示區(qū)間數(shù)，表示計算列車數(shù)，表示最大列車數(shù)。3.2.1供電臂上、下平均電流的計算首先計算供電臂上、下的基本參數(shù)[9]。上下供電臂能耗帶電運(yùn)行計算：(3-1)式中，——為供電臂帶電運(yùn)行能耗；——計算時間間隔；——牽引網(wǎng)額定電壓；——對應(yīng)區(qū)段上的電流；列車通過上(下)行供電臂的點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)行平均電流為：(3-2)式中，——列車區(qū)間帶電運(yùn)行時分供電臂上(下)行的總能耗為(列車自用電能耗暫忽略不計)：(3-3)列車計算能耗如表3-1所示：表3-1計算能耗數(shù)據(jù)供電臂12列車全部運(yùn)行時間上行1211下行10.510列車用電運(yùn)行時間上行88下行77.5列車在內(nèi)的能耗上行2875.51866.3下行2483.61736.3雙線區(qū)段上(下)行供電臂列車平均電流：(3-4)式中，——列車在供電臂內(nèi)上(下)行方向的全部運(yùn)行時間?！熊囋趦?nèi)的能耗。②上(下)行供電臂同時存在的平均列車數(shù)，即 (3-5) 式中，——上(下)行供電臂的列車對數(shù)(對/日)；——為全日時間，即1440min。③上(下)行供電臂列車用電平均用電概率，即 (3-6)式中，——上(下)行供電臂列車用電運(yùn)行時間。=4\*GB3④供電臂的平均電流計算方法： (3-7)供電臂1：供電臂2：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：供電臂2：3.2.2供電臂1、2有效電流的計算供電臂1、2有效電流：式中：()供電臂1的有效電流計算：供電臂2的有效電流計算：3.2.3變壓器容量的計算本設(shè)計采用三相接線變壓器，接線變壓器由兩臺單相變壓器連接而成，其兩臺變壓器計算容量分別為：因此：3.2.4變壓器校核容量的計算對應(yīng)于的供電臂1列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車的概率為經(jīng)查得：又從而得出，則供電臂1的校核容量對應(yīng)于的供電臂2列車用電平均概率為按雙線有上行車或有下行車的概率為經(jīng)查得：從而得出：則供電臂2的校核容量3.2.5求變壓器的安裝容量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臺三相變壓器，每2臺同時運(yùn)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(yùn)輸?shù)囊?。因此所選變壓器容量應(yīng)比校核容量略大一些，確定變壓器容量為和[10]。如表3-2所示。表3-2變壓器容量的技術(shù)參數(shù)計算容量校核容量變壓器容量2548.7535720826589.531500第4章線路的保護(hù)計算為了進(jìn)行所選電氣設(shè)備的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定校驗(yàn)，必須進(jìn)行相應(yīng)的短路計算。短路計算時電網(wǎng)電源容量按無限大容量考慮；計算短路電流要考慮周期分量衰減時，在三相短路的暫態(tài)過程中，不同時刻短路電流周期分量的有效值的計算，所以用運(yùn)算曲線法計算；計算中取用系統(tǒng)最大運(yùn)行方式的綜合電抗[11]。4.1短路計算示意圖及有關(guān)數(shù)據(jù)電力系統(tǒng)短路中最常見的短路類型是單相接地短路，短路后最不嚴(yán)重的短路類型是兩相不接地短路，短路電流最大的三相接地短路。由于采用的是完全備用方式，主變壓器單臺運(yùn)行，牽引變壓器高壓側(cè)三相接地短路短路電流與點(diǎn)的三相接地短路電流相等，最終在計算可能通過各種電氣設(shè)備和母線最大電流時，計算短路點(diǎn)的三相接地短路電流即可[12]。關(guān)于短路計算考慮簡化計算，電網(wǎng)電源容量按無限大考慮。計算中，取系統(tǒng)最大運(yùn)行方式的綜合電抗。沖擊系數(shù)按表4-1選取。表4-1沖擊系數(shù)電壓等級220kV27.5kV1.801.70各級繼電保護(hù)時間配合按表4-2選取。表4-2沖擊系數(shù)計算點(diǎn)123、451．501．000．500．201．561．060．560．264.2短路電流計算(1)牽引變壓器高壓側(cè)()發(fā)生三相接地短路時，：短路電路圖4-1如下所示：圖4-1220kV側(cè)三相短路取電網(wǎng)電源為無限大功率電源，內(nèi)阻抗為零，線路電抗標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)處的基準(zhǔn)電流為：短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流有名值為：短路點(diǎn)的沖擊電流為：(2)牽引變壓器低壓側(cè)()發(fā)生三相接地短路時，短路電路圖如下：圖4-227.5kV側(cè)三相短路由于,所以可以忽略，短路后在計算時也可以忽略不計，所以：變壓器電抗標(biāo)幺值：線路電抗標(biāo)幺值同上，沒變電壓標(biāo)幺值為：線路和線路的并聯(lián)標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流標(biāo)幺值為：短路點(diǎn)處的基準(zhǔn)電流為：短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流有名值為：短路點(diǎn)的沖擊電流為：短路計算結(jié)果如表4-3所示：表4-3短路計算結(jié)果電壓等級220kV27.5kV(kA)11.06585.5436(kA)28.16913.328第5章開關(guān)設(shè)備選型及熱穩(wěn)定性校驗(yàn)開關(guān)設(shè)備包括斷路器、熔斷器、隔離開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)等電器。選擇標(biāo)準(zhǔn)見下表所示，根據(jù)表5-1中條件，選擇合理的開關(guān)設(shè)備并校驗(yàn)。表5-1開關(guān)電器的選擇與校驗(yàn)選擇項目校驗(yàn)項目額定電壓額定電流開斷電流動穩(wěn)定熱穩(wěn)定斷路器隔離開關(guān)――負(fù)荷開關(guān)熔斷器――――表5-1中－分別為開關(guān)電器的額定電壓、額定電流和額定開斷電流；－分別為開關(guān)電器工作點(diǎn)的線路額定電壓、最大負(fù)荷電流和三相短路電流穩(wěn)態(tài)值；－分別為開關(guān)電器的動穩(wěn)定電流峰值、熱穩(wěn)定電流及其試驗(yàn)時間；－假想時間，－繼電保護(hù)整定時間(s)；－斷路器動作時間(s)；－考慮短路電流非周期分量熱影響的等效時間。5.1高壓斷路器對于開斷電路中負(fù)荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應(yīng)按使用環(huán)境、負(fù)荷種類及使用技術(shù)條件選擇斷路器的類型和型號，及戶外或戶內(nèi)，以及滅弧介質(zhì)的種類。對三相系統(tǒng)中，廣泛采用少油式斷路器，交流牽引負(fù)荷側(cè)由于故障跳閘頻繁，從減少運(yùn)行維修工作量考慮，較普遍采用真空斷路器[13]。(1)牽引主變壓器高壓側(cè)(220kV)我們選擇的是戶外少油斷路器。型號選擇如下：工作點(diǎn)的線路額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的斷路器型號為：校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以，滿足要求。校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗(yàn)時間，假想時間：滿足要求。(2)牽引主變壓器低壓側(cè)(27.5kV)我們選擇的是戶外少油斷路器。型號選擇如下：工作點(diǎn)的額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的斷路器型號為：校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值滿足要求。校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流斷路器的試驗(yàn)時間假想時間：滿足要求。(3)電力變壓器高壓側(cè)我們選擇的是戶內(nèi)真空斷路器。型號選擇如下：工作點(diǎn)的線路額定電壓為：三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)及附錄可選擇的斷路器型號為：校驗(yàn)斷路器的動穩(wěn)定性：短路器的動穩(wěn)定電流峰值，所以滿足要求。校驗(yàn)斷路器的熱穩(wěn)定性：斷路器的熱穩(wěn)定電流，斷路器的試驗(yàn)時間,假想時間所以，滿足要求。5.2隔離開關(guān)eq\o\ac(○,1)牽引變壓器220kV隔離開關(guān)型號選擇如下：工作點(diǎn)的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為：型的隔離開關(guān)校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值，所以滿足要求校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流，隔離開關(guān)的試驗(yàn)時間假想時間,所以，滿足要求。eq\o\ac(○,2)牽引主變壓器27.5kV隔離開關(guān)型號選擇如下：工作點(diǎn)的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為：校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值所以，滿足要求。校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流隔離開關(guān)的試驗(yàn)時間假想時間所以，滿足要求。eq\o\ac(○,3)電力變壓器27.5kV隔離開關(guān)型號選擇如下：工作點(diǎn)的線路額定電壓為：,三相短路電流穩(wěn)態(tài)值為：最大負(fù)荷電流為：根據(jù)上面數(shù)據(jù)和附錄可選擇的隔離開關(guān)型號為：校驗(yàn)隔離開關(guān)的動穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的動穩(wěn)定電流峰值，所以滿足要求校驗(yàn)隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定性：隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定電流，隔離開關(guān)的試驗(yàn)時間假想時間所以，滿足要求。選擇的開關(guān)型號見表5-2所示：表5-2選擇開關(guān)型號電壓220kV27.5kV斷路器隔離開關(guān)第6章互感器的選型校驗(yàn)保護(hù)及自動裝置配置本次課程設(shè)計只做220kV側(cè)A、B、C三相的儀用電壓、電流互感器選擇與校驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計需要選擇每相上的儀表種類、個數(shù)和連接方式，然后決定測量用電壓、電流互感器的連接、選型與校驗(yàn)(設(shè)計中假設(shè)儀表盤距電壓、電流互感器安裝點(diǎn)30m)。表6-1電流、電壓互感器選擇與校驗(yàn)選擇校驗(yàn)電壓電流熱穩(wěn)定動穩(wěn)定電流互感器電壓互感器式中，－電流互感器熱穩(wěn)定倍數(shù)；－電流互感器動穩(wěn)定倍數(shù)；、－分別為二次側(cè)每相負(fù)荷(儀器、儀表)容量及電壓互感器每相額定容量；－工作點(diǎn)線路額定電壓。6.1220kV電壓互感器的選型和校驗(yàn)(1)電壓互感器的選型假設(shè)二次負(fù)荷為：一個饋線上共有一個有功瓦時計，一個無功電度表，一個電壓表測母線電壓，一個絕緣監(jiān)視裝置?；ジ衅鹘泳€形式及負(fù)載連接圖類為接線形式。220kV側(cè)的電壓互感器是用于計費(fèi)，并不需要起保護(hù)作用，因?yàn)槿绻?20kV側(cè)發(fā)生故障時，其他地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護(hù)裝置跳閘，將故障切除，所以選擇準(zhǔn)確級0.5級的電壓互感器。它的基本數(shù)據(jù)見表6-2：表6-2220kV側(cè)的電壓互感器型號型號額定電壓(kV)額定容量(VA)最大容量(VA)原邊副邊1級3級50010002000(2)電壓互感器的校驗(yàn)由于電壓互感器的主接線中是與主回路并聯(lián)，主接線及主回路發(fā)生短路時，電壓互感器不會通過短路電流，所以對電壓互感器不需要校驗(yàn)短路時的穩(wěn)定型，只需進(jìn)行容量校驗(yàn)就可以了。電壓互感器二次負(fù)荷統(tǒng)計表如表6-3所示：表6-3電壓互感器二次負(fù)荷統(tǒng)計表儀表名稱儀表電壓線圈數(shù)儀表總數(shù)儀表所需功率ab相bc相每個總計有功瓦時計80.9250.571.38750.571.3875無功電度表80.9250.571.38750.571.3875電壓表114.54.5104.5———總計5.642.781.142.78所以：，，，接線為接線方式的互感器各相負(fù)荷計算式得：計入每相絕緣監(jiān)視接有電壓表的負(fù)荷P=4.5W，Q=0，則a相總負(fù)荷：計入接于相電壓的絕緣監(jiān)視用電壓表，則b相總負(fù)荷為：故選擇型號電壓互感器，容量滿足要求。6.2220kV電流互感器的選型和校驗(yàn)(1)電流互感器選型最大長期工作電流所以可選用型電流互感器，電流比為，有兩個鐵芯，其中準(zhǔn)確度0.5級的供儀表用，1級的供保護(hù)用。由資料知，兩鐵芯的對應(yīng)額定容量為，，熱穩(wěn)定倍數(shù)，電動力穩(wěn)定倍數(shù)。(2)電流互感器校驗(yàn)進(jìn)行電流互感器二次負(fù)載的計算和校驗(yàn)每相互感器二次負(fù)荷如表6-4：表6-4每相互感器二次負(fù)荷統(tǒng)計儀表名稱二次負(fù)荷A相B相C相電流表(ITI—A型)—3.0—有功功率表(IDI—W)1.45—1.45有功瓦時計(DSI)0.5—0.5總計1.053.01.05由最大一相(B相)負(fù)載為依據(jù)，取，由公式得導(dǎo)線電阻。銅導(dǎo)線，，則其截面積。因此，選擇截面積為的銅導(dǎo)線，可滿足要求。熱穩(wěn)定性校驗(yàn)：由前面的計算結(jié)果可知：，所以，，滿足要求。動穩(wěn)定性校驗(yàn)：由前面的計算結(jié)果可知：，所以，滿足要求校驗(yàn)作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機(jī)械應(yīng)力：假設(shè)則滿足動穩(wěn)定性校驗(yàn)，說明互感器對機(jī)械力的作用是穩(wěn)定的。因此，選擇型兩鐵心互感器能滿足要求。最終結(jié)果見表6-5：表6-5互感器選擇型號電壓互感器電流互感器6.3保護(hù)及自動裝置配置陽泉北牽引變電所、分區(qū)所、AT所采用安全監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)的控制、保護(hù)和安全監(jiān)控。其中客專正線的牽引變電設(shè)施綜合自動化系統(tǒng)的視頻監(jiān)控納入綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺，環(huán)境監(jiān)測納入PSCADA系統(tǒng)平臺統(tǒng)一調(diào)度管理。綜合自動化系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)成，采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，保護(hù)設(shè)置如下：6.3.1牽引變電所陽泉北變電所220kV進(jìn)線及主變壓器設(shè)自投裝置；母線設(shè)置線路縱差、母線保護(hù)；設(shè)置保護(hù)及自動化系統(tǒng)的通信傳輸裝置。線路縱差、母線保護(hù)的技術(shù)方案及設(shè)備技術(shù)條件由山西省電力公司根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)配置原則提出要求。牽引變壓器設(shè)重瓦斯、縱差動、低電壓過電流保護(hù)，動作于跳閘；設(shè)輕瓦斯、過負(fù)荷、過熱發(fā)預(yù)告信號。饋線設(shè)兩段距離、過流速斷、高阻保護(hù)及自動重合閘裝置，并設(shè)故障測距裝置。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置設(shè)差電壓、過電流、諧波過電流、失壓、過電壓保護(hù)。6.3.2分區(qū)所、AT所并聯(lián)斷路器設(shè)過流速斷、高阻保護(hù)及自動重合閘裝置，并設(shè)故障測距裝置。自耦變壓器設(shè)重瓦斯保護(hù)；設(shè)輕瓦斯、過負(fù)荷、過熱發(fā)預(yù)告信號。6.3.3分區(qū)所兼開閉所進(jìn)線設(shè)電流速斷及過流保護(hù)，電源自投裝置和一次檢壓自動重合閘；饋線設(shè)過電流保護(hù)和一次自動重合閘。第7章諧波分析無功功率補(bǔ)償與越區(qū)供電能力分析7.1諧波分析電氣化鐵路作為電力系統(tǒng)主要諧波源之一，隨著運(yùn)營能力和各類大功率非線性負(fù)荷的增加，勢必會產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成危害。因此，要采取相應(yīng)措施，消除或減少電力系統(tǒng)的諧波量，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，將諧波控制在允許的范圍內(nèi)。對電氣化鐵道諧波的治理，通常是通過對電力機(jī)車的改進(jìn)和牽引變電所安裝濾波裝置來進(jìn)行治理。諧波電流是有非線性負(fù)荷以恒流源方式向系統(tǒng)發(fā)射諧波電流。當(dāng)電網(wǎng)的容量越大，相應(yīng)的諧波電流源的發(fā)射功率越小?？梢?，電氣化鐵路的供電電源容量越大，有利于控制牽引變電所的諧波能耗水平。陽泉北牽引變電所采用220kV供電電網(wǎng)，相比于110kV電網(wǎng)來說，大大緩解了電氣化鐵路的負(fù)荷諧波和負(fù)序的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性[14]。本線運(yùn)行200km/h客車采用交—直—交動車組牽引，160km/h客車采用SS9型機(jī)車，貨車采用DJ4交流傳動型機(jī)車。交流傳動動車組和交直交電力機(jī)車功率因數(shù)一般在0.96以上，諧波頻譜加寬，諧波含量較傳統(tǒng)直流傳動方式大為減少。近期膠濟(jì)線進(jìn)行的CRH2動車組試驗(yàn)表明，這種交流傳動動車組功率因數(shù)則在0.98左右，3次諧波含量2.2%，5次諧波含量1.3%，7次諧波含量0.7%，9次諧波含量1.1%，11次諧波含量0.5%，11次以上諧波含量0.3%。機(jī)車功率因數(shù)提高不僅提升了牽引變電所一次側(cè)的平均功率因數(shù)水平，還顯著減少輸電環(huán)節(jié)中的電壓損失。當(dāng)牽引網(wǎng)負(fù)荷功率因數(shù)為0.96時，網(wǎng)絡(luò)中的單位電壓損失可較功率因數(shù)為0.8時減少35%以上，顯著改善了牽引網(wǎng)的工作電壓水平。諧波含量大幅度減少使得不需要采取濾波措施就能達(dá)到令人滿意的電能質(zhì)量指標(biāo)。7.2無功功率補(bǔ)償分析為減少電氣化鐵道單相牽引負(fù)荷對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響，牽引變電所一次側(cè)進(jìn)線相別輪換接入電力系統(tǒng)。經(jīng)過計算月平均功率因數(shù)在0.9以上，因此牽引變電所可不設(shè)置無功功率補(bǔ)償裝置。但是，為了減少這種交直型電力機(jī)車對系統(tǒng)的諧波、無功影響，增強(qiáng)本線對電力系統(tǒng)的適應(yīng)能力，在牽引變電所設(shè)計以濾除三次諧波電流為主要目的的固定式并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，在補(bǔ)償裝置回路中串接適當(dāng)容量的電抗器構(gòu)成濾波回路，補(bǔ)償度采用0.12，可濾除大部分三次諧波，其他高次諧波影響還可進(jìn)一步降低。并預(yù)留諧波阻尼裝置場地。單相接線變壓器電容補(bǔ)償容量2400kVar。7.3越區(qū)供電能力分析當(dāng)牽引變電所故障后，越區(qū)供電的牽引變電所是在正常模式下運(yùn)行。本線牽引變電所故障后越區(qū)供電時，供電能力最差的情況是陽泉北牽引變電所故障后，相鄰的東凌井和井陘北兩牽引變電所越區(qū)供電。越區(qū)供電能力按維持行車速度不變增大追蹤間隔和維持追蹤間隔不變降低列車運(yùn)行速度兩種條件分別進(jìn)行校驗(yàn)。近期：列車維持速度不變，則允許最小追蹤間隔為8min；列車速度降至160km/h，牽引供電系統(tǒng)可滿足4min追蹤間隔運(yùn)行的要求。遠(yuǎn)期：列車維持速度不變，則允許最小追蹤間隔為6min；列車速度降至160km/h第8章結(jié)論與展望8.1結(jié)論通過這學(xué)期的查閱資料與數(shù)據(jù)研究，在老師和同學(xué)的幫助下終于完成了這篇論文，在此對我做的工作做出一些總結(jié)。在目前中國的高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中，采用的最多是AT供電方式，變壓器的主接線為三相V，v結(jié)線牽引變電所不但保持了單相V，v接線牽引變電所的主要優(yōu)點(diǎn)，而且完全克服了單相V，v接線牽引變電所的缺點(diǎn)。最可取的是解決了單相V，v接線牽引變電所不便于采用固定備用及其自動投入的問題。同時，三相V，v接線變壓器有兩臺獨(dú)立的鐵芯和對應(yīng)繞組通過電磁感應(yīng)進(jìn)行變換和傳遞；兩臺的容量可以相等，也可以不相等；兩臺的副邊電壓可以相同，也可以不相同，有利于實(shí)現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。AT方式的優(yōu)點(diǎn)有很多。首先，無需提高牽引網(wǎng)的絕緣水平即可將供電電壓提高一倍；在相同的牽引符合條件下，接觸網(wǎng)與正饋線中的電流大致可減少一半；牽引網(wǎng)阻抗小，供電距離長(改為直接供電方式的170%-200%)，提高了牽引網(wǎng)的供電能力，大大減小了壓損和能損；在機(jī)車取流的兩個AT間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車電流總是由左右兩側(cè)接觸網(wǎng)雙邊供給，方向相反，對通信明線的干擾互相抵消，因此具有更好的防護(hù)效果。再次，牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于牽引變電所自用電和地方三相電力；運(yùn)行可靠方便；能很好的適應(yīng)山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負(fù)載不平衡的特點(diǎn)；制造相對簡單，價格較便宜；對接觸網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)：牽引變壓器容量不能得到充分利用；與采用單相接線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復(fù)雜一些，工程投資較多，檢修維護(hù)工作量也有所增加。這次牽引變電所設(shè)計讓我受益匪淺。使自己進(jìn)一步熟悉了各種計算原理及過程，一些電氣元件的選擇保護(hù)、校驗(yàn)原理。在以后的工作中肯定會有重要的作用，我認(rèn)為只要用心去做，端正自己的態(tài)度，無論什么事情一定都能做好。8.2展望中國于2004年制定了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，其發(fā)展目標(biāo)為：到2020年，全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到100,000km，主要繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分線，復(fù)線率和電化率均達(dá)到50％，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。規(guī)劃要求提升既有能力，既有線增建二線13,000km，既有線電氣化16,000km。在建設(shè)客運(yùn)專線的基礎(chǔ)上，對既有線進(jìn)行擴(kuò)能改造，結(jié)合客運(yùn)專線的建設(shè)，調(diào)整編組站，改造客運(yùn)站，建設(shè)機(jī)車車輛檢修基地，完善樞紐結(jié)構(gòu)，使鐵路點(diǎn)線能力協(xié)調(diào)發(fā)展。建設(shè)集裝箱中心站，改造集裝箱運(yùn)輸集中的線路，開行雙層集裝箱列車。規(guī)劃要求推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新?！吨虚L期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》提出，要把提高裝備國產(chǎn)化水平作為“十一五”和今后鐵路建設(shè)一項重要內(nèi)容來抓。以客運(yùn)高速和貨運(yùn)重載為重點(diǎn)，堅持引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與自主創(chuàng)新相結(jié)合，快速提升鐵路裝備水平，早日達(dá)到或接近發(fā)達(dá)國家水平。200km/h以上的機(jī)車車輛及動車組，充分整合國內(nèi)資源，采取國際合作，科研攻關(guān)等措施盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。重載貨運(yùn)機(jī)車、車輛系統(tǒng)引進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)，提升設(shè)計制造水平。適應(yīng)客運(yùn)高速、快速和貨運(yùn)重載的要求，提高線橋隧涵、牽引供電、通信信號技術(shù)水平。廣泛應(yīng)用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鐵路信息化。裝備水平的提升要與鐵路體制的改革相結(jié)合，提高勞動生產(chǎn)率、資源使用效率和運(yùn)輸效益。復(fù)線率和電化率均達(dá)到50%，運(yùn)輸能力滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要。發(fā)達(dá)鐵路網(wǎng)初具規(guī)模?！笆晃濉逼陂g，鐵路建設(shè)新線19,800km，其中，客運(yùn)專線9,800km；既有線增建二線8基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備現(xiàn)代化?！笆晃濉逼陂g，時速200km/h及以上動車組實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，提速客車比“十五”末增長7倍以上。運(yùn)輸效率和經(jīng)營效益躍上新臺階。2010年，鐵路客運(yùn)量預(yù)計達(dá)到15億人，貨運(yùn)量預(yù)計達(dá)到35億噸，與2005年相比兩項指標(biāo)都增長30%。運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量達(dá)到新的水平。鐵路將加快新客站建設(shè)和既有客站改造，改善旅客乘車環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1]賀威俊等編著.電力牽引供變電技術(shù)[M]西南交通大學(xué)出版社，1998[2]李群湛賀建閩編著.牽引供電系統(tǒng)分析.[M]西南交通大學(xué)出版社，2007[3]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.[4]吳廣寧主編.高電壓技術(shù).[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2007[5]譚秀炳主編.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng).[M]西南交通大學(xué)出版社，2002[6]張保會尹項根主編.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).[M]中國電力出版社，2007[7]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[8]劉介才.工廠供電(第4版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.5.[9]陳海軍.電力牽引供變電技術(shù)[M]中國鐵道出版社.2008.1.[10]石太鐵路牽引供電——專冊(鐵道第三勘察設(shè)計院)[J].2006.8[11]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.[12]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.[13]賀威俊,簡克良.電氣化鐵道供變電工程》[M]．北京:中國鐵道出版社,1980．[14]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.[15]劉國亭.電力工程CAD.[M]中國水利水電出版社,2006[16]LiuJianliang.TRANSFORMER.[R]TheEnglishofscienceandtechnology.2008.3致謝經(jīng)過將近幾個月的努力，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計。在完成此畢業(yè)設(shè)計論文期間遇到了許多困難和問題，但是都得到了老師和同伴的支持和幫助，因此得以順利完成，在此感謝王碩禾老師的精心指導(dǎo)和幫助。通過這次變電所系統(tǒng)的具體設(shè)計，發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)能力不夠，沒有足夠的專心去完成老師交給學(xué)習(xí)任務(wù)，知識厚度還很薄弱，知識結(jié)構(gòu)不完善，尤其是解決實(shí)際問題的能力有所欠缺，總之是自己的學(xué)習(xí)態(tài)度有待于端正。這要求要想將來能取得好的工作成績，必須終生學(xué)習(xí)，持之以恒。不過，此學(xué)期通過論文及對相關(guān)內(nèi)容的研究，自己的能力還是的得到了很大提高，今后要不斷鍛煉自己。大學(xué)生活即將匆匆忙忙地過去，但我卻能無悔地說：“我曾經(jīng)來過。”這三年，它給我的影響卻不能用時間來衡量，經(jīng)歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。面臨畢業(yè)，即將進(jìn)入社會階段深造，這是我人生歷程的又一個起點(diǎn)，在這里祝福大學(xué)里跟我風(fēng)雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會是絢爛繽紛。附錄附錄A外文資料及翻譯A.1外文原文TRANSFORMER1.INTRODUCTIONThehigh-voltagetransmissionwasneedforthecaseelectricalpoweristobeprovidedatconsiderabledistancefromageneratingstation.Atsomepointthishighvoltagemustbereduced,becauseultimatelyismustsupplyaload.Thetransformermakesitpossibleforvariouspartsofapowersystemtooperateatdifferentvoltagelevels.Inthispaperwediscusspowertransformerprinciplesandapplications.2.TOW-WINDINGTRANSFORMERSAtransformerinitssimplestformconsistsoftwostationarycoilscoupledbyamutualmagneticflux.Thecoilsaresaidtobemutuallycoupledbecausetheylinkacommonflux.Inpowerapplications,laminatedsteelcoretransformers(towhichthispaperisrestricted)areused.Transformersareefficientbecausetherotationallossesnormallyassociatedwithrotatingmachineareabsent,sorelativelylittlepowerislostwhentransformingpowerfromonevoltageleveltoanother.Typicalefficienciesareintherange92to99%,thehighervaluesapplyingtothelargerpowertransformers.Thecurrentflowinginthecoilconnectedtotheacsourceiscalledtheprimarywindingorsimplytheprimary.Itsetsupthefluxφinthecore,whichvariesperiodicallybothinmagnitudeanddirection.Thefluxlinksthesecondcoil,calledthesecondarywindingorsimplysecondary.Thefluxischanging;therefore,itinducesavoltageinthesecondarybyelectromagneticinductioninaccordancewithLenz’slaw.Thustheprimaryreceivesitspowerfromthesourcewhilethesecondarysuppliesthispowertotheload.Thisactionisknownastransformeraction.3.TRANSFORMERPRINCIPLESWhenasinusoidalvoltageVpisappliedtotheprimarywiththesecondaryopen-circuited,therewillbenoenergytransfer.TheimpressedvoltagecausesasmallcurrentIθtoflowintheprimarywinding.Thisno-loadcurrenthastwofunctions:(1)itproducesthemagneticfluxinthecore,whichvariessinusoidallybetweenzeroandφm,whereφmisthemaximumvalueofthecoreflux;and(2)itprovidesacomponenttoaccountforthehysteresisandeddycurrentlossesinthecore.Therecombinedlossesarenormallyreferredtoasthecorelosses.Theno-loadcurrentIθisusuallyfewpercentoftheratedfull-loadcurrentofthetransformer(about2to5%).Sinceatno-loadtheprimarywindingactsasalargereactanceduetotheironcore,theno-loadcurrentwilllagtheprimaryvoltagebynearly90o.ItisreadilyseenthatthecurrentcomponentIm=I0sinθ0,calledthemagnetizingcurrent,is90oinphasebehindtheprimaryvoltageVP.Itisthiscomponentthatsetsupthefluxinthecore;φisthereforeinphasewithIm.Thesecondcomponent,Ie=I0sinθ0,isinphasewiththeprimaryvoltage.Itisthecurrentcomponentthatsuppliesthecorelosses.Thephasorsumofthesetwocomponentsrepresentstheno-loadcurrent,orI0=Im+IeItshouldbenotedthattheno-loadcurrentisdistortesandno