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中间牵引变电所电气主接线的设计


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2010 级 牵引供电课程设计
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牵引供电课程设计报告书





中间牵引变电所电器主接线设计 电气工程系 方 1010-1 20106621 崔兴原 王庆芬 2013 年 12 月 20 日

院/系(部) 班 学 姓 级 号 名

指导教师 完成时间





随着中国经济和科技的的发展,电气化铁路业发展迅速。牵引变电所是电气化铁路 的重要组成部分,它是铁路安全、正常、经济运行的基础保障部分,是联系一次供电系 统和牵引网的纽带,牵引变电所的设计运营对整个电气化铁道意义重大。 电气主接线是牵引变电所得主要环节。本文通过负荷计算确定了主变压器的型号、 容量及台数,并且介绍了变压器的接线方式。根据负荷侧数据及对各方案的比较确定了 负荷侧电气主接线形式。根据短路计算结果对断路器、隔离开关、电压互感器、电流互 感器、母线及避雷器等电气设备进行了选择和校验。并对系统进行了继电保护设计,确 定了和接地设计的方案。 本文电主接线高压侧采用外桥形接线形式,牵引变压器采用 Vv 接线并联运行。最 后用 CAD 作出主接线图,完成了本次设计。

关键词:牵引变电所 主接线 短路计算





第 1 章 设计任务 ......................................................................................................................................... 5 1.1 设计要求 ........................................................................................................................................... 5 1.2 设计依据 ........................................................................................................................................... 5 1.2.1 工厂负荷情况 ........................................................................................................................... 5 1.2.2 地质水文资料 ............................................................................................................................ 5 1.2.3 气象资料 ................................................................................................................................... 5 第 2 章 牵引变压器的容量计算和选择 ..................................................................................................... 6 2.1 牵引变压器的容量计算 ................................................................................................................. 6 2.1.1 牵引变压器容量计算的步骤 ................................................................................................. 6 2.1.2 变压器计算容量和校核容量的计算 ..................................................................................... 7 2.1.3 变压器安装容量的计算 ......................................................................................................... 7 2.2 牵引变压器的选择 ......................................................................................................................... 7 2.2.1 牵引变压器备用方式的选择 ................................................................................................. 7 2.2.2 牵引变压器连接组别的选择 ................................................................................................. 7 2.2.3 牵引变压器容量、台数和型号的选择 ................................................................................. 9 2.3 电力变压器的选择 ......................................................................................................................... 9 第 3 章 牵引变电所电气主接线设计 ......................................................................................................... 9 3.1 电气主接线的基本要求 ............................................................................................................... 10 3.2 牵引变电所主接线设计 ............................................................................................................... 10 3.2.1 牵引变电所一次侧主接线 ................................................................................................... 10 3.2.2 牵引变电所牵引负荷侧主接线 ........................................................................................... 11 3.3 电气主接线的确定 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 第 4 章 短路计算 ....................................................................................................................................... 12 4.1 短路计算的目的 ........................................................................................................................... 12 4.2 短路计算 ....................................................................................................................................... 12 4.2.1 短路点的选择 ....................................................................................................................... 12 4.2.2 110kV 侧短路计算 ................................................................................................................ 13 4.2.3 27.5kV 侧短路计算 .............................................................................................................. 14 第 5 章 牵引变电所电气设备的选择 ....................................................................................................... 17 5.1 继电保护的配合时间 ................................................................................................................... 17 5.2 断路器和隔离开关的选型及校验 ............................................................................................... 17 5.2.1 断路器的选型及校验 ........................................................................................................... 18 5.2.2 隔离开关的选型及校验 ....................................................................................................... 19 5.3 电流互感器和电压互感器的选型及校验 ................................................................................... 20 5.3.1 电流互感器的选型及校验 ................................................................................................. 20 5.3.2 电压互感器的选型及校验 ................................................................................................. 22 5.4 熔断器的选型 ............................................................................................... 错误!未定义书签。 5.5 母线的选型及校验 ....................................................................................................................... 22 5.5.1 110kV 架空导线的选型及校验 ............................................................................................ 22 5.5.2 室外 110kV 进线侧软母线的选型及校验 ........................................................................... 23 5.5.3 室外 27.5kV 出线的母线选型及校验 ................................................................................. 23 5.5.4 室内 27.5kV 侧硬母线的选型及校验 ................................................................................. 23 5.6 避雷器的选型 ............................................................................................................................... 24 5.6.1 110kV 侧避雷器的选型 ........................................................................................................ 24 5.6.2 27.5kV 侧避雷器的选型 ...................................................................................................... 24 第 6 章 设计总结 ....................................................................................................................................... 24

参考文献 ....................................................................................................................................................... 26

第1章
1.1 设计目的

课程设计目的和任务要求

本次课程设计通过确定中间牵引变电所高压侧的电气主接线的形式, 并分析其正 常运行时以及倒换变压器操作时倒闸操作过程。确定牵引变压器的容量、结线方式及 台数。确定牵引负荷侧电气主结线的形式。对变电所进行短路计算,并进行电气设备 选择。对变电所进行防雷设计。用 CAD 画出整个牵引变电所的电气主接线图。为以 后的工程设计奠定良好的基础。

1.2 设计依据
1.2.1 工厂负荷情况
该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置,所以不设铁路岔线,外部有公路直通 所内。该中间牵引变电所属于通过式变电所,其供电电源的电压为 110KV 双回线路, 其牵引变电所中变压器需经常切换,而 110kV 电源线路较短,故障检修停电机会少。 选取基准容量为 100MVA,在最大运行方式下,电力系统的电抗标幺值为 0.12;最小 运行方式下,电力系统的标幺值为 0.15。 牵引变压器的额定电压为 110/27.5kV,重负荷臂有效电流和平均电流为 320A 和 240A, 重负荷臂的最大电流为 650A; 轻负荷臂有效电流和平均电流为 268A 和 186A; 轻负荷臂的最大电流为 310A。 该牵引变电所有穿越功率通过母线,并可向邻近牵引变电所或地区变电所供电, 容量计算为 800kVA,还可以提供变电所自用电。

1.2.2 地质水文资料
本牵引变电所地区平均海拔为 600m,底层以砂质粘土为主,地下水位为 6.5m。

1.2.3 气象资料
本变电所地区年最高气温为 37℃,年平均气温为 22℃,年最热月平均最高气温为 32℃,年最热月平均气温为 26℃,年雷暴日为 21d。土壤冻结深度为 1.3m。

第2章

牵引变压器的容量计算和选择

2.1 牵引变压器的容量计算
2.1.1 牵引变压器容量计算的步骤

牵引变压器容量的计算一般分为以下三个步骤: (1)根据给定的计算条件求出供应牵引负荷所必须的计算容量。 (2)根据有效电流和平均电流计算出校核容量。 (3)根据计算容量和校核容量,确定安装容量。 本次设计采用单相 Vv 接线的形式,计算式如下:

Sa ? U 2 N I?a Sb ? U 2 N I?b

(2-1) (2-2)

2.1.2

变压器计算容量和校核容量的计算

(1)设重负荷臂计算容量为 Sa ,轻负荷臂的计算容量为 Sb 。由以上公式得单相 Vv 接线变压器的计算容量分别为:
Sa ? U 2 N I ?b ? 27.5 ? 320 ? 8800 kV ? A Sb ? U 2 N I ?b ? 27.5 ? 268 ? 7370 kV ? A

(2)Vv 接线变压器最大负荷为:
S a.max ? U 2 N I a.max ? 27.5 ? 650 ? 17875 kV ? A Sb.max ? U 2 N I b.max ? 27.5 ? 310 ? 8525 kV ? A

由公式

Smax (其中 k=1.5) k 可得两台变压器的校核容量分别为: S 17875 S校a ? a.max ? ? 10214 kV ? A 1.75 1.75 S 8525 S校b ? b.max ? ? 4871kV ? A 1.75 1.75 S校 ?

(2-3)

2.1.3

变压器安装容量的计算

由以上计算结果结合实际变压器系列产品的规格, 可得重负荷供电臂选取的变压 器容量为 16MVA,轻供电臂选取的变压器容量为 10MVA。

2.2 牵引变压器的选择
2.2.1 牵引变压器备用方式的选择

牵引变压器有固定备用和移动备用两种备用方式。在我国,多数情况下采用固定 备用的方式。

2.2.2

牵引变压器连接组别的选择

我国牵引变压器采用三相、三相——两相和单相三种类型。常用的牵引变压器主 要有单相接线变压器、单相 Vv 接线变压器、三相 Vv 接线变压器、三相 YNd11 双绕 组变压器、斯科特接线变压器。

(1)单相接线变压器 优点:容量利用率可达 100%;主接线简单,设备少,占地面积小,投资少。 缺点:不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电,在电力系统中,单相牵引负荷 产生的负序电流较大,对接触网的供电不能实现双边供电。 适用于:电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方 电网得到供应的场合。 (2)单相 Vv 接线变压器 优点: 主接线较简单, 设备较少, 投资较省。 牵引变压器容量利用率可达到 100%。 对电力系统的负序影响比单相接线少。对接触网的供电可实现双边供电。 缺点:当一台牵引变压器故障时,另一台必须跨相供电,即兼供左右两边供电臂 的牵引网。这就需要一个倒闸过程。在这一倒闸过程完成前,故障变压器原来供电的 供电臂牵引网中断供电,这种情况可能会影响行车。即使这一倒闸过程完成后,地区 三相电力供应也要中断。 牵引变电所三相自用电必须改用劈相电或单相——三相自用 变压器供电, 实质上变成了单相接线牵引变电所, 对电力系统的负序影响也随之增大。 (3)三相 Vv 接线变压器 优点:保持了单相 Vv 接线变压器的主要优点,完全克服了单相 Vv 接线变压器 缺点,解决了单相 Vv 接线变压器不便于采用固定备用及其自动投入的问题,有利于 实现分相有载或无载调压。 (4)三相 YNd11 双绕组变压器 优点:牵引变压器低压侧保持三相,有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电 力。在两台牵引变压器并联运行情况下,当一台停电时,供电不会中断,运行可靠方 便。三相 YNd11 双绕组变压器在我国采用的时间最长,经验丰富,制造相对简单, 价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。 缺点:牵引变压器容量不能得到充分利用,只能达到额定容量的 75.6%,引入温 度系数也只能达到 84%, 与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比, 主接线要复 杂一些,用的设备,工程投资也较多,维护检修工作量及相应的费用也有所增加。 (5)斯科特接线变压器 优点:当 M 座和 T 座两供电臂负荷电流大小相等,功率因数也相等时,斯科特 接线变压器原边三相电流对称,变压器容量可全部利用。对接触网的供电可实现两边 供电。 缺点: 斯科特接线牵引变压器制造难度较大, 造价较高。 牵引变电所主接线复杂, 设备较多,工程投资也较多。而且斯科特接线牵引变压器原边 T 接地(0 点)电位随负 载变化而产生零漂。严重时有零序电流流经电力网,可能引起电力系统零序电流继电 保护误动作。对邻近的平行通信线可能产生干扰,同时引起牵引变压器各相绕组电压

不平衡而加重绕组的绝缘负担。因此,该牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。 本次设计,电力系统以 110kV 的电压向中心牵引变电所供电。现阶段我国引进 国外的先进技术,着力发展 Vv 接线的接线形式,此接线方式可以提高变压器容量的 利用率,主接线较简单,检修操作比较方便。因此本次设计牵引变压器采用单相 Vv 接线的接线形式。

2.2.3

牵引变压器容量、台数和型号的选择

由于采用单相 Vv 接线牵引变压器,为防止出现环流,且有时需要越区供电,所 以两个供电臂均采用 16MVA 的牵引变压器作为主变压器。变压器的备用方式为固定 备用,因此选择 4 台容量为 16MVA 的牵引变压器。 变压器的型号为 SF6-QY-16000+10000,参数如下表 2-1 所示。
表 2-1 变压器的参数 型号 SF6-QY-16000+10000 额定容量 ( kV ? A ) 16000 额定电压 (kV) 110 空载电流 0.5% 空载损耗 (kW) 18

Uk %
10.5

2.3 电力变压器的选择
根据以上数据可选择两台容量 S ? 800 kV ? A 的电力变压器 S11-800/10。电力变压 器的具体参数如下表 2-2 所示。一主一备运行。
表 2-2 电力变压器的参数 型号 S10-800/10 额定电压 (kV) 10 额定容量 ( kV ? A ) 800 空载损耗 0.98 负载损耗 7.5 短路阻抗 4.5

第3章

牵引变电所电气主接线设计

在发电厂和变电所中,发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、 互感器、避雷器等高压电气设备,以及将它们连接在一起的高压电缆和母线,按其功 能要求组成的接收和分配电能的主回路。这个电气主回路被称为电气一次系统,又叫 做电气主接线。

3.1 电气主接线的基本要求
电气主接线的正确与否对电力系统的安全、经济运行,对电力系统的稳定和调度 的灵活性以及对电气设备的选择等有重大的影响,因此对电气主接线的要求如下: (1)可靠性 保证必要的供电可靠性和电能质量,是电气主接线应该满足的最基本要求。主接 线的可靠性主要是指当主回路发生故障时或者电气设备检修时, 主接线在结构上能够 将故障或检修所带来的不利影响限制在一定范围内,以提高供电的能力和电能的质 量。 (2)灵活性 满足调度时的灵活性要求。正常情况下,应能根据调度要求,灵活的改变运行方 式,实现安全、可靠、经济的供电。发生故障时,能迅速方便的转移负荷、尽快的切 除故障,使停电时间最短,影响范围最小,在故障消除后应能方便的恢复供电。 满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时,应能方便地将其退出运行, 并使该设备与带电运行部分有可靠的安全距离,保证检修人员检修时定的方便和安 全。此外还要满足扩建时的灵活性要求。 (3)经济性要求与先进性要求 在确定主接线时,应采用先进的技术和新型的设备。同时,在保证安全可靠、运 行灵活、操作方便的基础上,还应使投资和年运行费用最小、占地面的最少,应尽量 做到经济合理。

3.2 牵引变电所主接线设计
3.2.1 牵引变电所一次侧主接线

电气主接线主要有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线和桥形接线。 下面主要介绍单母线分段接线和桥形接线。 (1)单母线分段接线 单母线分段接线与单母线接线相比, 增加了一台母线分段断路器以及两侧的隔离 开关。 优点:提高了供电的可靠性。当任一母线或母线隔离开关故障及检修时,仅有一 半线路停电,另一段母线上的各回路仍可正常运行。 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期 间内停电;当出现为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越;扩建时需向两个方向均

衡扩建。 (2)桥形接线 当只有两台变压器和两条线路时,常采用桥形接线。根据断路器的安装位置又可 以分为内桥形接线和外桥形接线。 ①内桥接线 内桥接线的连接桥断路器设置在桥内侧。当线路发生故障时,仅故障线路的断路 器跳闸,其余支路可继续工作。当变压器故障时,联络断路器及与故障变压器同侧的 线路断路器均自动跳闸,使未故障线路的供电受到影响,需经倒闸操作后,可恢复对 该线路的供电。正常运行时变压器操作复杂。内桥接线适用于输电线路较长、线路故 障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。如图 3-1 所示。 ②外桥接线 桥臂置于线路断路器的外侧时,称为外桥接线。外桥形接线适用于线路较短、故 障率较低、 主变压器选经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥 臂回路的场合。如图 3-2 所示。

图 3-1

内桥接线

图 3-2 外桥接线

由于本次是针对某中心牵引变电所进行设计,有穿越功率通过母线,且 110kV 高压侧馈线数有 2 条,根据以上条件可得选择外桥接线的形式。

3.2.2

牵引变电所牵引负荷侧主接线

由于 27.5kV 馈线断路器的跳闸次数较多,为了提高供电的可靠性,牵引变电所 27.5kV 选择馈线断路器 100%备用的接线形式。 馈线断路器 100%备用的接线方式用于单线区段,牵引母线不同相的场合。这种 接线当工作断路器需检修时,即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便,供电可

靠性高,但一次投资较大。馈线断路器 100%备用的接线图如图 3-3 所示。

图 3-3 馈线断路器 100%备用

第4章
4.1 短路计算的目的

短路计算

(1)进行短路电流的计算,以便正确的选择电气设备,使设备具有足够的动稳定 性和热稳定性。 (2)整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件。 (3)用于电气主接线方案的确定。

4.2 短路计算
4.2.1 短路点的选择

由于在某一范围内短路电流值是近似相等的,如高压母线、变压器高压侧、变压 器低压侧、设备接入端等,因此常用几个代表性的点来说明某一供电系统的整体短路 水平,这就是计算短路电流的短路点。本次短路计算的短路点分别选取牵引变压器高 压侧短路点 K, 牵引变压器低压侧短路点 K 1 。 各点位置分别如下图 4-1 和图 4-2 所示。

4.2.2 110kV 侧短路计算
短路计算时的等效电路图如下图 4-1 所示:

图 4-1

110kV 侧短路计算等效电路

(1)在系统最大运行方式下: 电力系统综合电抗标幺值为:
X s*1 ? 0.12

基准容量为:
S d ? 100 MVA

基准电压为:
U d ? ?1 ? 5%?U N ? 110 ?1.05 ? 115 .5kV

基准电流为:
Id ? Sd Ud 3 ? 100 ? 0.5kA ?1 ? 5%??110 ? 3

三相短路电流周期分量有效值为:
?3 ? I110 ?

Id 0.5 ? ? 4.17 kA * X ?110 0.12

三相短路次暂态电流和稳态电流为:
?3 ? ?3 ? I ''?3? ? I ? ? I110 ? 4.17 kA

短路冲击电流为:
ish ? 2.55 I ''?3? ? 2.55 ? 4.17 ? 10.63kA

短路冲击电流有效值:

I sh ? 1.51I ''?3? ? 6.3kA

三相短路容量为:
?3 ? S110 ?

Sd 100 ? ? 833 .33 MVA * X ?110 0.12

(2)在系统最小运行方式下: 电力系统的综合标幺值为:
X s*1 ? 0.15

基准电流为:
Id ? Sd Ud 3 ? 100 ? 0.5kA 1.05 ?110 ? 3

三相短路周期分量有效值为:
?3 ? I110 ?

Id 0.5 ? ? 3.33kA * X ?110 0.15

三相短路次暂态电流和稳态电流为:
?3 ? ?3 ? I ''?3? ? I ? ? I110 ? 3.33kA

短路冲击电流为:
ish ? 2.55 I ''?3? ? 2.55 ? 3.33 ? 8.42 kA

短路冲击电流有效值为:
I sh ? 1.51I ''?3? ? 1.51 ? 3.33 ? 5.03kA

三相短路容量为:
?3 ? S110 ?

Sd 100 ? 666 .7 MVA ?3 ? ? X ?110 0.15

4.2.3 27.5kV 侧短路计算
短路计算等效电路图如下图 4-2 所示:

图 4-2 27.5kV 侧短路计算等效电路

(1)在最大运行方式下: 基准容量为:

Sd ? 100 MVA
基准电压为:
U d ? ?1 ? 5%?U N ? 27.5 ? 1.05 ? 28.875 kV

电力系统总阻抗值为:
Z s*1 ? 0.12

牵引变压器的阻抗值为:
* ZT ?

10.5 100 ? ? 0.656 100 16

则在 K1 点短路时,短路电流标幺值为:
* Iz 2 ?

1 1 ? ? 1.12 * 2Z ? ZT 2 ? 0.12 ? 0.656
* s1

基准电流为:
Id ? Sd Ud 3 ? 100 ? 2kA 1.05 ? 27.5 ? 3

次暂态短路电流为:
* I '' ? I z 2 ? I d ? 0.147 ? 2 ? 0.294 kA

短路冲击电流为:

ish ? 1.84 I '' ? 1.84 ? 0.294 ? 0.541kA

短路电流最大有效值为:
I sh ? 1.09 I '' ? 1.09 ? 0.294 ? 0.32 kA

短路容量为:
S ? 3U d I '' ? 3 ?1.05 ? 27.5 ? 0.294 ? 14.704 MVA

(2)在最小运行方式下: 电力系统和线路的总阻抗值为:
Z s*2 ? 0.15

牵引变压器的阻抗值为:
* ZT ? 6.56

则在 K1 点短路时,短路电流标幺值为:
* Iz ? 2'

1 1 ? ? 1.05 * 2Z ? ZT 2 ? 0.15 ? 0.656
* s2

基准电流为:
I d ? 2kA

次暂态短路电流为:
* I '' ? I z ? I d ? 0.146 ? 2 ? 0.292 kA 2'

短路冲击电流为:
ish ? 1.84 I '' ? 1.84 ? 0.292 ? 0.537 kA

短路电流最大有效值为:
I sh ? 1.09 ? 0.292 ? 0.318 kA

短路容量为:
S ? 3U d I '' ? 3 ?1.05 ? 27.5 ? 0.292 ? 14.604 MVA

(3)由于左右供电臂采用的牵引变压器型号及容量大小均一致,则两边的短路计 算结果相同。短路电流计算结果汇总表如下表 4-1 所示:
表 4-1 短路电流计算结果汇总

I '' (kA)

i sh (kA)

I sh (kA)

S (MVA)

110kV 侧

27.5kV 侧右 供电臂

27.5kV 侧左 供电臂

最大运行方 式 最小运行方 式 最大运行方 式 最小运行方 式 最大运行方 式 最小运行方 式

4.17 3.33 0.294 0.292 0.294 0.292

10.63 8.42 0.541 0.537 0.541 0.537

6.3 5.03 0.32 0.318 0.32 0.318

833.33 666.7 14.704 14.604 14.704 14.604

第5章

牵引变电所电气设备的选择

5.1 继电保护的配合时间
继电保护时间配合表如下表 5-1 所示:
表 5-1 继电保护配合时间 时间 110kV 1.50 1.56 3.11 27.5kV 1.00 1.06 2.11

tdl ?s ?

t j ?s ?

t jx ?s ?

表中, t j ?s ? ——继电保护整定时间;
tdl ?s ? ——断路器动作时间;
t jx ?s ? ——假想时间,其中 t jx ? t j ? tdl ? 0.05 。其中的 0.05 为考虑短路电流

非周期分量热影响的等效时间。

5.2 断路器和隔离开关的选型及校验
高压隔离开关的功能, 主要是用来隔离高压电源以保证其他设备和线路的安全检 修。 断路器和隔离开关的选择校验条件如下表 5-2 所示:
表 5-2 选择及校验的条件

选择 额定电压 断路器 隔离开 关 额定电流 开断电流

校验 热稳定 动稳定

Ue ? U g Ue ? U g

I e ? I g ?max I e ? I g ?max

I ek ? I ''
--

I t2 t ? I ''2 t jx I t2 t ? I ''2 t jx

idw ? ish idw ? ish

5.2.1

断路器的选型及校验

(1)110kV 至牵引变压器侧断路器的选择校验 由以上计算可知:
U g ? 110 kV , I '' ? 4.17 kA , I g . max ? 109 .17 A , ish ? 10 .63kA , t jx ? 3.11S 。

因此可初步选择型号为 SW6-110I/1600 的断路器。具体参数如下表 5-3 所示:
表 5-3 SW6-110I/1600 型断路器参数 额定电压(kV) 110 额定电流(A) 1600 额定开断电流 (kA) 31.5 动稳定电流(kA) 80 热稳定电流 (kA)(4S) 31.5

由上表可知: U e ? U g , I ek ? I '' ,满足选择的要求。 动稳定校验:

idw ? ish ,满足要求。
热稳定性校验:
I ''2t jx ? ?4.17 ? ? 3.11 ? 54.08
2

I t2 t ? ?31.5? ? 4 ? 3969 ? I ''2 t jx
2

满足热稳定性要求,因此所选型号满足要求。 (2)27.5kV 侧断路器的选型及校验: 根据以上数据可以初步选择断路器的型号为:ZN6-27.5。具体参数如下表 5-4 所 示:
表 5-4 ZN6-27.5 型断路器参数 额定电压(kV) 27.5 额定电流(A) 1000 额定断流量(kA) 10 动稳定电流(kA) 25 热稳定电流 (kA)(4S) 10

由上表可知: U e ? U g , I e ? I g .max, I ek ? I '' ,满足选择的要求。 动稳定校验:

idw ? ish ,满足要求。
热稳定性校验:
I ''2t jx ? ?0.294 ? ? 2.11 ? 0.1824
2

I t2 t ? 10 2 ? 4 ? 400
I t2 t ? I ''2 t jx

满足热稳定性要求,因此所选型号满足要求。

5.2.2

隔离开关的选型及校验

(1)110kV 至牵引变压器侧隔离开关的选型和校验 由以上计算可得:
U g ? 110 kV , I '' ? 4.17 kA , ish ? 10 .63kA , t jx ? 3.11S 。

最大长期工作电流为:
I g .max ? 1.3 ? 16000 ? 436 .7A 3 ? 27.5

可初步选择型号为 GW4-220D 的隔离开关。参数如下表 5-5 所示:
表 5-5 GW4-110D 型隔离开关的参数 额定电压 (kV) 110 额定电流(A) 2000 动稳定电流 (kA) 100 热稳定电流 (kA)(4S) 40 主刀闸 CS14G 接地刀闸 CS14G

经比较满足: 动稳定校验:

U e ? U g , I e ? I g .max。

idw ? 50 kA 则 idw ? ish 。
热稳定性校验:
I t2 t ? 20 2 ? 4 ? 1600

I ''2t jx ? ?4.17 ? ? 3.11 ? 54.08
2

I t2 t ? I ''2 t jx

满足校验的要求,则所选型号满足要求。 (2)27.5kV 侧隔离开关的选型和校验

由以上计算可得:
U g ? 27 .5kV , I g .max ? 436 .7A , I '' ? 0.294 kA , ish ? 0.541kA , t jx ? 2.11S 。

则可初步选择型号为 GN2-27.5/1250 的隔离开关。 具体型号参数如下表 5-6 所示:
表 5-6 GN2-27.5/1250 的参数 型号 GN2-27.5/1250 额定电压 (kV) 27.5 额定电流 (A) 1250 动稳定电流 (kA) 63 热稳定电流 (kA)(4S) 25 所用刀闸 (手动机构) CS6-2

经比较可知满足: 动稳定校验:

U e ? U g , I e ? I g .max。

idw ? 63kA , idw ? ish 。

热稳定性校验:
I t2 t ? ?25 ? ? 4 ? 2500
2

I ''2t jx ? ?0.294 ? ? 2.11 ? 0.1824
2

I t2 t ? I ''2 t jx

则所选型号满足要求。

5.3 电流互感器和电压互感器的选型及校验
电流互感器和电压互感器选择及校验条件如下表 5-7 所示:
表 5-7 电流互感器和电压互感器选择校验条件 选择 电压 电流互感器 电压互感器 电流 热稳定 校验 动稳定

Ue ? U g

I e ? I g ?max
--

I ''2 t jx ? (k t I e ) 2 ? 1
--

2k dw I e ? ish
--

0.9U g ? U e ? 1.1U g

5.3.1

电流互感器的选型及校验

(1)110kV 至牵引变压器侧电流互感器 最大负荷电流为: I g .max ? 83.98A ,电压 U g ? 110 kV 。 选择时只考虑 U e ? U g , I e ? I g .max,则可初步选择型号为 LCWD3-110 型电流互

感器。参数如下表 5-8 所示:
表 5-8 LCWD3-110 型电流互感器参数 额定电压(kV) 110 一次额定电流(A) 300 二次额定电流 (A) 5 短时 1S 热电流 (kA) 27 动稳定电流(kA) 67.5

短路热稳定性校验:

?I e K t ?2 t ? 27 2 ? 1 ? 727 kA
I ''2t jx ? ?4.17 ? ? 3.11 ? 54.08
2

I ''2t jx ? ?Kt I e ? ?1
2

则 LCWD3-220 满足热稳定性。 动稳定性校验:
2 K d I e ? 2 ? 67.5 ? 95.46 kA

ish ? 0.541kA

2Kdw I e ? ish
则 LCWD3-220 满足动稳定性校验。 (2)27.5kV 侧电流互感器 最大负荷电流为: I g .max ? 436 .7A ,电压为: U g ? 27 .5kV 。 初步选择型号为 LZZB7-27.5 型户外电流互感器。 具体型号参数如下表 5-9 所示:
表 5-9 LZZB7-27.5 电流互感器的参数 额定工作 电压(kV) 27.5 一次额定电流 (A) 3000 二次额定电流 (A) 5 热稳定电流 (kA)(4S) 80 动稳定电流(kA) 130

热稳定性校验:
I ''2t jx ? ?0.294 ? ? 2.11 ? 0.1824
2

?K t I e ?2 ? 1 ? ?80 ?2 ? 4 ? 25600
I ''2t jx ? ?Kt I e ? ?1
2

即 LZZB7-27.5 满足热稳定性校验。 动稳定性校验:

2 K d I e ? 2 ? 130 ? 183 .848

2Kdw I e ? ish
即满足动稳定性校验。 所以 LZZB7-27.5 型户外独立式电流互感器满足条件。

5.3.2

电压互感器的选型及校验

由于电压互感器是并在主回路中,当主回路发生短路时,短路电流不会流过互感 器,所以不需要校验短路的稳定性 [9] 。 (1)220kV 侧电压互感器 由以上计算可知: U g ? 220 kV ,则 0.9U g ? 198 kV , 1.1U g ? 242 kV 。 可选择型号为 TYD220/ 3 -0.0075H 的电容式电压互感器。额定电压为 220kV,
0.0075 ?F 为其额定电容。

(2)27.5kV 侧电压互感器
U g ? 27 .5kV , 0.9U g ? 0.9 ? 27.5 ? 24.75kV , 1.1U g ? 1.1? 27.5 ? 30.25kV 。

则可选择型号为 JDJ2-27.5 型单相油浸式电压互感器。额定电压为 27.5kV,满足 要求。

5.5 母线的选型及校验
5.5.1 110kV 架空导线的选型及校验
最大长期工作电流为:
I g .max ? 1.3 ? 800 ? 60 A 10 ? 3

所以选择型号为 LGJ ?16 的架空导线。导线截面积为 16 mm 2 ,分裂数是 4。当 铝合金导线允许温度为 700 C , 周围空气为 22 0 C 时, 此型号的长期允许载流量是 85A, 当室外为 32 0 C 时,长期允许载流量为:
I al ? K? ? 85 ? 1.2 ? 85 ? 102 A

发热条件校验:
K? I al ? 1.3 ?102 ? 133 A , I g .max ? K? I al 。

S ? Smin ,满足热稳定校验。所以选择 LGJ ?16 ? 4 满足要求。

5.5.2

室外 110kV 进线侧软母线的选型及校验

最大长期工作电流为:
I g .max ? 1.3 ? 16000 ? 109 .17 A 110 ? 3

可以初步选择型号为 LGJ-25 的母线。此导线的允许载流量为 I al ? 127 A 。 则 K? I al ? 1.3 ?127 ? 165 .1A 即可得 I g .max ? K? I al ,满足发热条件。 校验母线热稳定性:
S min ? 3050 3.11 ?1 ? 54.33mm 2 99

由于 S ? 25mm 2 ,则 S ? Smin ,因此不满足校验。所以选择母线型号为 LGJ-70。

5.5.3

室外 27.5kV 出线的母线选型及校验

27.5kV 侧最大长期工作电流为:
I g .max ? 1.3 ? 16000 ? 436 .69 A 27.5 ? 3

初步可以选择型号为 LGJQ-400 的轻型钢芯铝绞线。此导线的允许载流量为
I al ? 881A 。

则 K? I al ? 1.3 ? 881 ? 1145 .3A ,即可得 I g .max ? K? I al ,满足发热条件。 校验母线热稳定性:
S min ? 5220 2.11 ?1 ? 76.59 mm 2 99

S ? 400 mm 2 ,因此 S ? Smin 满足热稳定性校验。即型号选择正确。

5.5.4

室内 27.5kV 侧硬母线的选型及校验
I g . max ? 436 .69 A

最大长期工作电流: 热稳定性校验:

S m i n?

5220 2.11 ?1 ? 76.59 mm 2 99

初步选择 LMY ? 63 ? 8 平放的单条矩形硬铝母线。导线允许载流量为 1038A。 即可得 I g .max ? K? I al 。 动稳定性校验:

F ? 1.73 ?1? 8.82 ?
W?

2000 ?10 ?7 ?10 6 ? 44.66 N 600

b2h 1 2 ? ? ?0.063 ? ? 0.008 ? 5.29 ?10 ?6 m3 6 6

可得:

?c ?

Fl 44.66 ? 20 ? ? 1.688 ?10 7 Pa ? ? al ?6 10W 10 ? 5.29 ?10

则 LMY ? 63 ? 8 型硬母线满足要求。

5.6 避雷器的选型
避雷器是一种用来限制雷电过电压的保护电器, 它可防止雷电过电压沿线路侵入 变配电所或其他建筑物内。避雷器应与被保护物并联,装在被保护物的电源侧。

5.6.1 110kV 侧避雷器的选型
110kV 侧选择型号为 Y10W-216/562 的金属氧化物避雷器。具体参数如下表 5-11 所示:
表 5-11 系统电压(kV) 110 216 Y10W-216/562 避雷器的参数 持续运行电压(kV) 169 标称放电电流(kA) 10 避雷器额定电压(kV)

5.6.2 27.5kV 侧避雷器的选型
27.5kV 侧可选择型号为 Y5WT-42 的金属氧化物避雷器。具体参数如下表 5-12 所示:
表 5-12 系统额定电压 (kV) 27.5 避雷器额定电压 (kV) 42 Y5WT-42 避雷器参数 持续运行电压 (kV) 31.5 标称放电电流 (kA) 5 用途 电气化铁道

第6章

设计总结

本次设计根据任务书中的数据资料、要求,确定了牵引变压器的容量、型号及单 相 Vv 接线的接线方式。确定电气主接线高压侧采用单母线分段接线的形式,馈线采 用 100%备用的接线方式。进行了短路电流的计算,根据短路电流大小选择了主要的 电气设备,主要包括断路器、隔离开关、互感器、母线等。设计了防雷与接地系统。

最后用 CAD 软件绘制出了完整的电气主接线图。 本次设计只是做了大体的设计,很多设备的选择需要更细致,继电保护设备也没 有进一步设计,需要完善。本次设计只是初步的设计,变电所内的线路布置也没有细 致设计。 经过对变电所的设计,大致掌握了牵引变电所的结构及作用,对今后的工作有很 大的帮助。提高自己的实际动手能力、独立思考的能力和创新能力。最后非常感谢王 庆芬老师的耐心指导和认真指摘。

参考文献
[1] 刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2009. [2] 谭秀炳.牵引供电系统[M].成都:西南交通大学出版社,1993. [3] 冯仁杰.电气化铁道供电系统[M].北京:中国铁道出版社,2001. [4] 李群湛,贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都:西南交通大学出版社,2010

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