《電氣化鐵路牽引變電所電氣主接線計算與設計》15000字（論文）

電氣化鐵路牽引變電所電氣主接線計算與設計160031緒論 無功補償和有功功率對于確保系統(tǒng)的電源質量和安全的電源至關重要。據統(tǒng)計，能源系統(tǒng)用戶消耗的無功電能約為他們消耗的有功電能的50-100％。有功功率從發(fā)電廠到負載點是必不可少的，但無功補償進行長距離傳輸時，使用傳輸線并不好用。這是因為：1.復雜了電壓控制；2.電流增大使電費增加；3.由于電流增加，不可能充分利用電氣設備和導體（例如電壓，架空線和電纜）的熱容量。因此，現代電力系統(tǒng)中的響應功率和反應會逐步添加到電壓系統(tǒng)中的牽引站和用戶，并在各個級別和現場達到平衡。我國目前的規(guī)則規(guī)定電壓等級為35kV或更高。對于直接驅動的工業(yè)負載，功率因數不得低于0.90。跨接線的使用如果有特殊需要，但調音不方便，可以設置一個臨時的“spanbar”。例如，當需要檢查斷路器時，可以使用總線開關來更改其工作。在本所，有兩臺變壓器運行，考慮一臺檢修，只一臺變壓器運行的情況下，可設計跨接線，保證供電的可靠性及安全性。所用變壓器的選擇變壓器的額定電壓應根據電氣系統(tǒng)的電壓水平和電源連接處的電壓來確定。主變壓器和輔助變壓器必須符合連接的電源電壓和工廠的電源電壓。由主接線圖可知，使用2臺變壓器。所用變壓器容量的確定使用“換算系數法”計算施加的載荷，并使用以下公式進行計算： (3-1)由于所用的承載能力很小，因此K=0.8（請參見“電廠的電氣部分”）計算出的力P應根據工作模式和負載特性確定：對于經常連續(xù)運行的設備和連續(xù)不頻繁運行的設備，也就是說，連續(xù)運行的電動機應包括在以下計算中： (3-2)對經常短時及經常斷續(xù)運行的電動機應按下式計算： (3-3)對于很少在短時間內運行并且很少間歇運行的設備，通常不進行計算：P=0對照明負荷為 (3-4)式中為需要系數，一般取0.8-1.0，為安裝容量(kW)所用變壓器的容量： (3-5)S為各段上的所用計算負荷，Kt為溫度校正系數，對于放置在室外或風進入房屋外的小房間中的電壓變化，通常為Kt=1，根據計算結果。所用變壓器采用雙繞組變壓器，其型號參數如下表表3-2所用變參數導線名稱按導線長期發(fā)熱允許電流選擇按經濟電流密度選擇動穩(wěn)定校驗熱穩(wěn)定校驗母線及短導線√＿＿√√普通導線＿＿√＿＿√短路電流計算短路電流計算的目的在所有電力系統(tǒng)中，短路電流的計算是不可或缺的一步。這些問題主要是:（1）選用機電設備,溫度穩(wěn)定適中。如電路板、變壓器、瓷磚、電纜都要按短路情況進行計算,等等。這涉及到計算電流的流入,快速確定設備的短路電流,檢查設備的穩(wěn)定性;計算短路電流,確定時間,確定斷路器的斷開能力等。（2）為了正確調整各種匯率和自動裝置并正確調整其參數，電氣系統(tǒng)必須在計算和分析過程中發(fā)生了各種短路。（3）在設計和選擇接線時,對不同的系統(tǒng)進行比較,確定需要進行短路電流的限制步驟,并進行必要的短路電流計算。短路電流計算條件電器選定的目的是在一段時期內保證其可靠程度，效率以及合理程度并與中國電力的發(fā)展方向相契合，而計算的短路電流應由以下條件決定：（1）尺寸和布線：在項目完成的未來5-10年內電器的各個性能應當不變。并且布線應采用標準布線方法，該方法可引起最大短路電流，但并沒有考慮到的是可以是用于在切換過程期間在短時間內并行帳戶布線方法。（2）類型:一般情況下,計算檢查三級短路情況,若高于三級，應采用最嚴格的處理方式（3）三項系統(tǒng)在正常情況下是處于對稱的運行狀態(tài)。短路點的確定為了檢修、維護的方便，110kV及110kV的電氣設備選擇在一般情況下，同一電壓級電氣選擇同一型號，故在計算短路電流時，應取同一級電壓正常運行方式下發(fā)生三相短路時流過電氣設備電流最大一點作為短路計算點REF_Ref21739\r[16]。定性比較110kV側不同點發(fā)生三相短路時電氣設備流過電流的大小，忽略設備電抗各點短路系統(tǒng)提供的總短路電流相等。高壓配電裝置選擇與防雷保護配置高壓配電裝置設計原則在國家允許的經濟政策和技術要求下，遵守相關規(guī)定，技術條件自然環(huán)境等設計配電設備。且外觀合理，材料環(huán)保，結構美觀，價格低廉，節(jié)約用地，便于檢修，可靠且易于維護。配電裝置型式的選擇變電站型電氣設備的選型應考慮地區(qū)的地理條件和環(huán)境條件,采取節(jié)約用地的措施,共同維護和安裝,并根據技術和經濟的要求確定用電設備。電氣設備可以分為內部用電設備和外部用電設備,它們可以根據自己的裝配方式分為裝配型和完全裝配型。110kV配電裝置的選擇110kv型電裝配設備常見形式有:室外型、中型、室外型、半高型、室外型。等。綜合經濟與技術比較,采用合適的比例,設置可以節(jié)省空間(如果使用硬母線,可節(jié)省20%的空間,可能達到30%),價格低廉,維護方便,有組織方便的優(yōu)點。110kV配電裝置的選擇110kV配電設備最常見的類型包括標準的中型室外，高層室外，半高室外和室內等。其中，半高型更為先進，因為半高型所占面積為普通中等尺寸的47％，總投資也為普通中等尺寸的98.2％。同時，這種類型的組織在操作和維護方面類似于中型組織，只是設備上方的帶電總線可以適應操作和維護人員的習慣和需求。因此，在公共區(qū)域（用于清潔的清潔區(qū)域，城市區(qū)域以及地震烈度在8度及以上的區(qū)域），應優(yōu)先使用半高配電設備，因此，我們的110kV配電系統(tǒng)采用半高配電設備。直擊雷保護（1）火力發(fā)電廠和干線牽引變電所的采用直擊式避雷過載和電壓安全保護,可選擇采用小型避雷針和專用避雷線,避雷帶和采用鋼筋涂層焊接所組成的電網等。（2）110kv及以上大型交流配電裝置內的建筑鋼筋混凝土大型配電線路結構外墻在建筑主體上部構架上方兩側應獨立裝設大型配電裝置避雷針或墻上方應裝設獨立大型配電裝置避雷針。當在這種作業(yè)架構上需要進行作業(yè)裝設各種異形避雷針時,可將連在這種架構上的兩根支柱直接作為架構主體的一根鋼筋來使用在架上作業(yè)時通過引上導上接下線對其進行自動接地,作業(yè)時用在引上導上接下線的每個支柱所用鋼筋不少于2根。（3）不在屋內的變壓器安裝時需要唯一對應的避雷針侵入雷電波保護防止侵入性雷電的過壓保護是使用端接點和與端接點匹配的線路開關。110kV及以下配電設備的電氣絕緣和端子連接均采用具有5kA雷電電流的剩余電壓來構建。該機構的防雷電波保護措施結合了即將到來的線路保護和雷電保護。避雷針避雷針的保護（1）將多個閃電的多邊形劃分為三個閃電的三角形數量，并且該劃分必須是三個相鄰的避雷針。（2）對于每三個避雷針，兩個相鄰保護區(qū)的一側的最小寬度x≥0，則可以保護整個區(qū)域。（3）多根避雷針的外部保護方法應分別根據不均勻高度和相等的兩針保護范圍方法來確定。計算兩個等高雷電的保護面積: (4-1) (4-2)在被保護物高度水平面上，其保護半徑為(4-3)(4-4)式中—避雷針高度；—兩針間保護最低點的高度；—兩針間的距離；—兩針間hx高度水平面上保護范圍的一側最小寬度；—避雷針高度修正系數,當時,；(4-5)避雷針的配置（1）對于110kV及以上電壓的配電設備，通常在配電設備的框架或屋頂上安裝避雷針，但在土壤電阻率大于1000的地區(qū)，宜裝設獨立的避雷針。（2）應為獨立的雷電連接（電線）提供獨立的接地設備，并且發(fā)電廠的頻率不應超過10。（3）請勿在35kv及以下的高壓下將任何避雷針放在變速箱絕緣設備的主體建筑內或房屋的屋頂內，因為變速箱絕緣的水平溫度低，容易引起反響雷擊時。（4）請勿將避雷針和避雷針安裝到變壓器結構上，因為門框和變壓器之間的距離應更近。將避雷針固定后,將框架中的連接裝置從金屬支架上拆卸下來,很困難。能滿足不少于1500萬的需求。本所使用避雷針共5根。避雷器保護避雷器是一種電氣設備，專門用于限制過電壓。它實際上是放電電荷，與要保護的電氣設備并聯連接REF_Ref21886\r[17]。當電壓高于一定幅度時，爐膛首先被釋放，從而限制了過電壓并保護了其他電子設備。避雷器的配置（1）配電系統(tǒng)的每組母線均應安裝避雷針。（2）是否在旁路母線中安裝雷電滅弧室,應在旁路母線投入運行并滿足車把與被保護設備之間的電氣距離時租用雷電滅弧室。（3）靜電避雷器必須安全放置在110kv以下的一個電壓和電流并聯式的電抗器上,并盡可能多地靠近相關設備。（4）當從110kV及以下的變壓器到停止電動機的功率距離超過允許值時,應在變壓器附近放置一組額外的電壓。（5）應在三個繞組電壓的低壓側的一相上安裝避雷器。根據本所情況選擇如下頁表:表8-1避雷器技術數據表8-1避雷器技術數據型號系統(tǒng)標稱電壓（kv）避雷器額定電壓（kv）持續(xù)運行電壓（kv）充放電壓1.5-20μs8/20μs5kA沖擊電流殘壓（kv峰值）FZ-110J110200620652FZ-101012.74545Y5W5-100/20011010073260高壓電氣設備選擇電氣選擇的一般要求（1）在滿足長期使用的條件下，可以正常運行并符合要求（2）根據當地環(huán)境設計（3）滿足技術的先進性和經濟的合理性（4）減少同類產品的品種（5）新產品要有可靠的數據支撐且通過驗定。電氣設備選擇的技術條件按正常工作條件選電氣設備（1）額定電壓通常我們可以考慮選擇一個un這是電氣設備的相對飽和能源電壓不變得低于現在安裝現場高壓電網上un的相對飽和電壓的必要條件.，即(5-1)（2）額定電流長期電器電流指的是長期電器,它允許在各種合理工作模式下的環(huán)境電流不應作為電路中最大的imax系統(tǒng)運行，即(5-2)當發(fā)電機、調制器和變壓器的功率降低5%時,壓力保持在相應電路的imax水平。（3）環(huán)境條件的影響選擇家用電器時,請充分考慮電器安裝現場的天氣環(huán)境變化條件(尤其是在小環(huán)境中)。當室內空氣對流溫度,風速,溫度,污染總量水平,高度,地震活動強度和地下冰層覆蓋程度等明顯不適宜電氣設備保護的環(huán)境下采取立即措施。短路校驗（1）校驗的一般原則選擇電氣設備后，請根據最大可能的短路電流檢查其是否處于活動狀態(tài)并具有熱穩(wěn)定性。通常，要驗證的短路電流是三相短路期間的短路電流。病情嚴重。集成時間確保了安全電氣設備的熱穩(wěn)定性，并且熱穩(wěn)定性可能不會停止。就強大的穩(wěn)定性而言，無法檢查設備是否受到限流電阻的安全性的保護。安裝在變壓器電路中的裸導體和電氣設備可以不間斷地運動和保持溫度穩(wěn)定。短路熱穩(wěn)定校驗當短路電流通過電器時，電器各部分的溫度(或熱效應)不應超過允許值，即:(5-3)式中：-在短路計算時間秒內，短路電流產生的熱效應;、t一電氣設備允許通過的熱穩(wěn)定電流和時間。校驗短路熱穩(wěn)定所用的計算時間T按下式計算(5-4)式中-繼電保護裝置后備保護動作時間;一斷路器的全開斷時間。（2）電動力穩(wěn)定校驗電氣穩(wěn)定性是指電子設備承受短路電流的機械效應的能力,也稱為穩(wěn)定性,而情緒穩(wěn)定性的條件是：或(5-5)式中：ies、Ies—電氣設備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值及其有效值；ish、Ish—短路沖擊電流幅值及其有效值。高壓斷路器的選擇應依據各類斷路器的特點及使用環(huán)境條件決定。本所就采用少油斷路器。（1）額定電壓和電流選擇,(5-6)式中UN、UNS—分別為電氣設備和電網的額定電壓(KV)；IN、Imax—分別為電氣設備的額定電流和電網的最大負荷電流(A)。（2）開斷電流選擇滿足高壓斷路器的分閘電流INr不應小于實際分閘時的短路電流常規(guī)分量Ipt，即(5-7)式中INr—高壓斷路器的額定開斷電流；Ipt—實際開斷瞬間的短路電流周期分量（有效值）。當斷路器的INr較系統(tǒng)短路電流大很多時,簡化計算可用INr≥I＇＇進行選擇,I＇＇為短路電流值。（3）短路關合電流的選擇為確保短路電流閉合時斷路器的安全，電流斷路器的閉合iNcl之比應不小于短路電流的最大沖擊值，即(5-8)（4）短路熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗校驗式為：，(5-9)（5）斷路器選擇結果如下表表5-1斷路器參數工作地點型號數據電壓(kV)電流(A)開斷電流(kA)動穩(wěn)定電流(kA)熱穩(wěn)定(kA2?S)110kV側LW12-110工作值110413.346.5716.72118.703額定值1102000401004800110kV側LW6-110I工作值110787.325.6914.4889.03額定值110315031.51257500主變10kV側ZN-10/3150-40工作值104330.322461.061582.7額定值10315040100320010kV出線ZN12-15/4000-63工作值10336.847.98122.126330.7額定值1040006316015876隔離開關的選擇隔離開關與斷路器配合使用，但是它沒有弓形裝置，因此不能用于連接和關閉負載電流和短路電流。公式如下:（1）額定電壓選擇：(5-10)（2）額定電流選擇：(5-11)（3）動穩(wěn)定校驗：(5-12)（4）熱穩(wěn)定校驗：(5-13)本所10kV采用屋內，110kV和110kV采用屋外。本所根據實際情況確定的隔離開關選擇如下表：表5-2隔離開關技術數據工作地點型號數據電壓(kV)電流(A)動穩(wěn)定電流(kA)熱穩(wěn)定(kA2?S)110kV側GW6-110DW工作值110413.3416.72148.92額定值11020001004800110kV側GW5-110ⅡDW工作值110787.3214.48111.70額定值1101600100396910kV側GN3-10/3000工作值104330.32122.127942.2額定值10300020072000電流互感器的選擇電流互感器的選擇原則包括一下幾個方面:（1）類型和類型的選擇。選擇電流互感器時，應根據安裝位置和安裝方法進行選擇它的類型。選擇總線電源時，請檢查檢查窗口的大小。（2）選擇主電路的電源電壓和電流。主電路的電源電壓和電流應滿足，(5-14)式中IN、UN—電流互感器一次回路額定電壓和電流；UNs—安裝地點的電網電壓；Imax—流過電流互感器的長期最大工作電流。為確保所供儀表的準確度，電流互感器的一次側額定電流應盡可能與最大工作電流接近。（3）輔助電流選擇：小電流系統(tǒng)為1A，大電流系統(tǒng)為5A。（4）電流互感器精度等級和比例的選擇：為了保證測量儀器的準確性,測量儀器的準確性必須不小于。附件測量裝置的精確度確保變壓器連接到s2變壓器的輔助面的精確度不應超過其額定精度(5-15)(5-16)式中ra—儀表電流線圈電阻；rre—繼電器電阻；rl—連接導線電阻；re—接觸電阻。（5）熱穩(wěn)定校驗只對本身帶有一次回路導體的電流互感器進行熱穩(wěn)定校驗。電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1S允許通過的熱穩(wěn)定電流或一次額定電流的倍數來表示，熱穩(wěn)定校驗式為：或(5-17)（6）動穩(wěn)定校驗內部動穩(wěn)定校驗式為sh或(5-18)式中ies、Kes—強大的恒定電流和強大的恒定電流多電流互感器由制造商提供。外部動穩(wěn)定校驗式為(5-19)式中Fal—作用于電流互器瓷帽端部的允許力；L—電流互感器出線端至最近一個母線支柱絕緣子之間的跨距；a—相間距離；0.5—系數，表示互感器瓷套端部承受該跨上電動力的一半。本所根據實際情況選擇如下表:表5-3電流互感器技術數據安裝地點型號數據電壓(kV)電流(A)動穩(wěn)定倍數kd熱穩(wěn)定(kA2?S)110kV進線、母聯旁路QF、主變側LRD-110工作值110413.34額定值110500110kV出線、母聯旁路QFLCWD2-110工作值110244.9425.6111.7額定值1102×2006~165490~3240主變110kV側LCWD2-110工作值110787.3210.3117.7額定值1102×50065~1651225~8100主變10kV側LAJ-10工作值104330.256.97942.2電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇原則包括一下幾個方面：（1）種類和型式選擇根據安裝位置和使用條件選擇變壓器的類型和類型。在6?35kV的室內配電設備中，通常使用油性電壓筆，110V110kV的配電設備，尤其是安裝在通道上的電壓轉換器。（2）一次回路電壓的的選擇為了確保變壓器的安全和低于規(guī)定精度水平的運行，應更改在（0.8-1.2）UN1之內連接到變壓器主繞組的UN電網的電壓，即應滿足以下條件：(5-20)（3）二次回路電壓選擇配電變壓器的額定電壓一般用于100v配電設備和連接器。顯然,單相變壓器的輔助電壓是100v,其他方法之間可以有電壓，二次繞組電壓為V；對于中型35kv及以下的連接器系統(tǒng),所增加的磁通電壓為100kv/3v;對于110kv及以上的中型連接器系統(tǒng),所增加的磁通電壓為100kv/3kv。（4）容量和準確級選擇電壓互感器的額定二次容量（對應于所要求的準確級），應不小于電壓互感器的二次負荷，即SN2≥S2，而二次負荷(5-21)式中,、、、分別為各儀表的視在功率、有功功率、無功補償、功率因素。本所根據實際情況選擇如下表:表5-4電壓互感器技術數據型號變比最大容量(V·A)額定電壓(kV)準確級結構形式JSJW-10960100.5三相三繞組戶內式油浸JCC2-11020001100.5單相串級三繞組戶外式JCC2-11020001100.5單相串級三繞組戶外式母線的選擇導體型式選擇a)導體除滿足工作電流、機械強度和電暈要求外，導體形狀還應滿足下列要求：b)導體的機械強度高；c)根據擺放方法確定的散熱能力；d)有利于提高電暈起始電壓；e)便于安裝檢修。導體截面選擇和校驗一般要求裸導體應根據具體情況，按下列技術條件分別進行選擇或校驗：工作時通過的電流；經濟電流的密度；導體產生的電暈；動條件下的穩(wěn)定性或導體的機械強度；熱條件下的穩(wěn)定性。裸導體尚應按下列使用環(huán)境條件校驗：導體所在環(huán)境的溫度；導體受光照強度的影響；環(huán)境中風的方向與速度的影響；導體所在環(huán)境的高度。由于高壓輸電設備中所選擇的電壓和短路容量增加,因此導體的橫截面應滿足容量和機械強度的要求,其形狀有利于提高輸電線路的電壓和避免輸電線路的振動。本所已選用了母線型式如下表：表5-5母線技術數據型號結構尺寸(mm)鋁股鋼芯計算截面()鋁股鋼芯計算外徑(mm)電線鋼芯直流電阻溫度20℃時()不大于LGJQ-40028×3.297×2.80238.0043.1021.608.400.132LGJ-24054×3.047×3.0039249.0527.209.000.080支柱絕緣子和穿墻套管的選擇應根據電壓和類型選擇靜態(tài)絕緣子，并應積極檢查短路穩(wěn)定性。應根據電源電壓，電流和類型選擇壁式固定裝置，并根據短路條件檢查壁式固定裝置是否處于活動狀態(tài)并且溫度穩(wěn)定。（1）型式的選擇根據安裝位置和環(huán)境，選擇室內，室外或防污垢以及符合使用要求的產品類型。通常，在房屋內部使用粘合的多邊緣型接頭，在房屋外部使用桿型。在倒裝方面，懸掛式。（2）動熱穩(wěn)定校驗對于布置在同一平面中的三相導體，當發(fā)生短路時，作用在列絕緣上的力就是作用在絕緣的相鄰導體上的力的平均值。絕緣和灌木的機械載荷計算如下：(5-22)式中—計算跨距(m)，，、為與絕緣子相鄰的跨距。對于套管=（套管長度）。由于導體Fmax的導電力作用在橫截面的導體的中心線上，并且絕緣柱的彎曲破壞在絕緣層的高度H處給出，為了便于比較，有必要找出絕緣蓋在短路時的功能。計算FCO的值,即(N)(5-23)而(5-24)式中：H1—絕緣子底部到導體水平中心線的高度(mm)；—導體支持器下片厚度，一般豎放矩形導體=18mm，平放矩形導體及槽形導體=12mm。（3）熱穩(wěn)定校驗插槽承受短路電流的熱效應I2tt應大于或等于通過襯套的短路電流產生的熱電流Qk，即(5-25)（4）絕緣子和穿墻套管選擇如下表:表5-6支柱絕緣子和穿墻套管技術數據安裝地點項目110kV側110kV側10kV側支柱絕緣子ZS－110/4ZS－110/4ZN－20/16穿墻套管CW－20/3000結論110KV電氣系統(tǒng)的主要設計是整個變電站電氣部分的骨干，主電源系統(tǒng)的選擇，變電站電氣設備的選擇，現場組織，保護和管理的方法，安全性，可靠性，靈活性和效率，所有這些都會產生直接影響，因此在此設計中選擇優(yōu)化的電氣主管將很重要。本文設計的目的是可以在城市中郊區(qū)中大范圍使用電氣化鐵路，提高鐵路電力系統(tǒng)的輸電能力以及運輸能力，并保證穩(wěn)定性。使區(qū)域電力系統(tǒng)中的市縣跨市縣控制剩余電力和稀缺性，以及在發(fā)生事故的情況下，提供相互支持。文章也存在著一些不足，比如此次研究僅僅是初步設計，無法進行施工。若想要投入生產實踐中去，則還需要進一步的仔細研究。參考文獻智慧,陳剛.牽引變電所電能質量評估及控制策略[J].電氣應用,2011,30(02):24-27.郝帥.牽引變電所雷電侵入波保護方案研究[J].電瓷避雷器,2011(02):35-39.劉永相.牽引變電所一次側