電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)81-電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：評(píng)語評(píng)語：年月日題目某牽引變電所位于大型編組站內(nèi)，向兩條復(fù)線電氣化鐵路干線的兩個(gè)方向供電區(qū)段供電，已知列車正常情況的計(jì)算容量為27000kVA(三相變壓器)，并以10kV電壓給車站電力照明機(jī)務(wù)段等地區(qū)負(fù)荷供電，容量計(jì)算為2700kVA，各電壓側(cè)饋出數(shù)目及負(fù)荷情況如下：25kV回路(1路備)：兩方向年貨運(yùn)量與供電距離分別為，，。10kV共4回路(2路備)。供電電源由系統(tǒng)區(qū)域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的首端，送電線距離30km，主變壓器為SCOTT接線。題目分析及解決方案框架確定 2.1、選題背景、負(fù)荷分析和原始數(shù)據(jù)在保證電氣化鐵道供電安全可靠的同時(shí)，也要求供電設(shè)備最經(jīng)濟(jì)的利用，因此選擇合適容量的變壓器是很有現(xiàn)實(shí)意義的。本文在這方面對已有的計(jì)算公式進(jìn)行了分析，并提出了一個(gè)較為準(zhǔn)確的變電所有效電流公式，說明在某些情況下機(jī)組的選擇必須進(jìn)一步考慮實(shí)際的運(yùn)行情況。牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的核心部分，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(hào)、技術(shù)參數(shù)以及連接方式。通過電氣主接線可以了解牽引變電所設(shè)施的規(guī)模大小、設(shè)備情況。由上述資料可知，本牽引變電所擔(dān)負(fù)著重要的牽引負(fù)荷供電任務(wù)（一級(jí)負(fù)荷），饋線數(shù)目多、影響范圍廣，應(yīng)保證安全可靠的供電。10KV地區(qū)負(fù)荷主要為編組站自動(dòng)化駝峰、信號(hào)自動(dòng)閉塞、照明及其它自動(dòng)裝置等，應(yīng)有足夠的可靠性。2.2、牽引變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其容量大小關(guān)系到能否完成國家交給的運(yùn)輸任務(wù)的問題。從安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面來看，容量過小會(huì)使?fàn)恳儔浩鏖L期過載，將造成其壽命縮短，甚至燒毀；反之，容量過大將使?fàn)恳儔浩鏖L期不能滿載運(yùn)行，從而造成其容量浪費(fèi)，損耗增加，使運(yùn)營成本增大。因此，在進(jìn)行牽引變壓器容量計(jì)算時(shí)，正確地確定計(jì)算條件，以合理地選定牽引變壓器的額定容量是十分重要的。三相牽引變壓器的計(jì)算容量是由牽引供電計(jì)算求出的。本變電所考慮為固定備用方式，按故障檢修時(shí)的需要，應(yīng)設(shè)兩臺(tái)牽引用主變壓器，地區(qū)電力負(fù)荷因有一級(jí)負(fù)荷，為保證變壓器檢修時(shí)不致斷電，也應(yīng)設(shè)兩臺(tái)。由已知牽引負(fù)荷量，可知25kV側(cè)的額定電流為：即各側(cè)的最大電流。SCOTT變壓器計(jì)算容量公式為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，校核容量公式為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，(k=1.5)方案A：當(dāng)時(shí)，假設(shè)=0、=當(dāng)時(shí)，假設(shè)=0，==校核容量為取兩者較大的，所以所以：=安裝容量為：S=31500()10KV側(cè)的額定電流為：同理：==校核容量為：S=3118.5()安裝容量為：S=6300()(最小容量)方案B：由已知牽引負(fù)荷量，可知側(cè)的額定電流為：既是各側(cè)的最大電流。當(dāng)時(shí)，假設(shè)=0、=當(dāng)時(shí)，假設(shè)=0，==校核容量取兩者較大的，所以所以：=安裝容量為：應(yīng)該為；但考慮到變壓器長期過負(fù)荷減小使用壽命，所以這里安裝容量取根據(jù)原始資料和各種負(fù)荷對供電可靠性要求，主變壓器容量與臺(tái)數(shù)的選擇，可能有以下兩種方案：方案A：2×31500kVA牽引變壓器，一次側(cè)同時(shí)接于110kV母線，采用直接供電方式。方案B：2×31500kVA牽引變壓器+2×6300kVA地區(qū)變壓器，一次側(cè)同時(shí)接于110kV母線，采用AT供電方式。(110千伏變壓器最小容量為6300kVA)2.3、方案主接線的擬定按110kV進(jìn)線和終端變電所的地位，考慮變壓器數(shù)量，以及各種電壓等級(jí)饋線數(shù)目、可靠供電的需要程度選擇結(jié)線方式。方案A：兩臺(tái)牽引變壓器，一次側(cè)同時(shí)接于110kV母線，采用復(fù)線直接牽引供電方式。(主接線圖附圖一)方案B：兩臺(tái)牽引變壓器和兩臺(tái)地區(qū)變壓器，一次側(cè)同時(shí)接于110kV母線，(110千伏變壓器最小容量為6300kVA)，采用復(fù)線AT牽引供電方式。(主接線圖附圖二)設(shè)計(jì)過程3.1、電源側(cè)主接線方案A：當(dāng)牽引變電所只有兩電源進(jìn)線和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線路間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成橋形接線。根據(jù)中間橫向母線的位置不同而分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種，前者的橋接母線連接在靠變壓器側(cè)，而后者則連接在靠線路側(cè)。內(nèi)橋接線適用于線路故障較多的場所，外橋接線適用于變壓器故障較多的場所，而變壓器又不需要頻繁的操作，故在此選內(nèi)橋接線。方案B：高壓側(cè)采用線路——變壓器組的單元接線形式，正常是一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。兩回110kV電源進(jìn)線各掛有一組電容式電壓互感器1TV、2TV。二次側(cè)為對稱的兩相55kV，故每相使用斷路器、隔離開關(guān)均為雙擊聯(lián)用的。兩臺(tái)自用變壓器分別接于兩臺(tái)變壓器的二次側(cè)，采用二相--三相的SCOTT反變換獲得三相電源。3.2、牽引變壓器主接線在該變電所中采用SCOTT牽引變壓器，斯科特變壓器原理電路圖如圖(1)，在電氣主線圖中它們的公共端接至接地網(wǎng)和鋼軌；SCOTT變壓器主接線如圖(2)。圖1SCOTT變壓器原理電路圖圖2直接供電方式下SCOTT變壓器主結(jié)線3.3、牽引側(cè)主接線27.5kV側(cè)饋線的接線方式按饋線斷路器備用方式不同可分為三種接線方式，饋線斷路器100%備用的接線，饋線斷路器50%備用方式，帶旁路母線和旁路斷路器的接線。這里兩種方案均采用第二種接線方式，其連接方式：直接供電方式如圖3、4、5；AT供電方式如圖6。圖327.5KV側(cè)的接線圖455KV側(cè)的接線圖5饋線斷路器50%備用圖6復(fù)線區(qū)段SCOTT變壓器AT供電方式饋電線主接線四、設(shè)計(jì)方案分析和確定4.1、年運(yùn)量和供電距離的分析由題意知：25kV回路(1路備)：兩方向年貨運(yùn)量與供電距離分別為3050Mt·km，4030Mt·km，120kWh/10kt·km。10kV共4回路(2路備)。故兩方向上的年電量消耗為：=T=1576800=T=1261440所以，每公里上的年消耗電量為：=52560=31536因?yàn)橹苯庸╇姺绞胶虯T供電方式均適應(yīng)于兩供電壁不平衡的情況，所以兩種方案均符合要求。4.2、變壓器與配電裝置的一次投資和和折舊維修因?yàn)閮煞N方案均采用的是容量相等的主變壓器，方案A有多用了兩臺(tái)地方電力變壓器，所以在一次投資方面方案A投資多一點(diǎn)。4.3、供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)直接供電方式結(jié)構(gòu)最簡單、維護(hù)管理最少、造價(jià)最低等優(yōu)點(diǎn)，但是防干擾性較差，如果能和BT供電方式相結(jié)合，則效果可大為改善。AT供電方式無需進(jìn)步牽引網(wǎng)的絕緣程度即可將供電電壓進(jìn)步一倍。在相同的牽引負(fù)荷條件下，接觸懸掛和正饋線中的電流大致可減少一半。AT供電方法牽引網(wǎng)單位阻抗約為BT供電方法牽引網(wǎng)單位阻抗的1/4左右。從而提高了牽引網(wǎng)的供電能力，大大減小了牽引網(wǎng)的電壓損失和電能損失。牽引變電所的間距可增大到90-100KM，不但變電所數(shù)量可以減少，而且相應(yīng)得外部高壓輸電線數(shù)量也可以減少，還有利于選擇既便利運(yùn)營管理又縮短外部高壓輸電線長度的變電所地位。由于AT供電方法無需在AT處將接觸懸掛履行電分段，故當(dāng)牽引重載列車運(yùn)行的高速度、大電流電力機(jī)車通過AT處時(shí)，受電弓上不存在發(fā)生強(qiáng)烈電弧，能滿足高速、重載列車運(yùn)輸?shù)捻氁?。同時(shí)，AT供電方法對附近通訊線的綜合防護(hù)后果要優(yōu)于直接供電供電方法。但AT供電方式構(gòu)造比較復(fù)雜。在開閉所、分區(qū)所、AT所以及主變壓器副邊中點(diǎn)不接地的牽引變電所都設(shè)置自藕變壓器等。牽引網(wǎng)中除了接觸懸掛和正饋線之外，還有維護(hù)線PW、橫向聯(lián)接線、幫助聯(lián)接、橫向聯(lián)接、放電器等，所以，AT供電方法的工程投資要大于直接供電方式，相應(yīng)的施工、維修和運(yùn)行也比直供方式的工程投資大。方案確定：綜上所述，方案A較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，占地面積較少。故推薦方案A。五、總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.對我們學(xué)工科的同學(xué)來說尤為重要！回顧起此次電氣課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說變壓器不懂怎么去選，不懂怎么去選互感器，對電氣主接線圖的選擇掌握得不好……通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問題，最后在同學(xué)的幫助下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝！同時(shí)，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！作為一名電氣工程系，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)大四的學(xué)生，我覺得能做類似的課程設(shè)計(jì)是十分有意義的，而且是十分有必要的。此時(shí)，兩周的《電氣化鐵道供電》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。我們幾乎每天的專注和辛勞，喚回了我對《電力牽引供變電》課程設(shè)計(jì)的重新的認(rèn)識(shí)，對牽引變電所的構(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)的過程中遇到問題，經(jīng)過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)過程中難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。總體來