1、畢業(yè)設計任務書題目某中心牽引變電所電氣系統(tǒng)設計學生姓名學號5班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔指導任務單位電氣工程系導師姓名導師職稱講師一、主要內(nèi)容 1.按規(guī)定供、饋電容量與要求確定電氣主接線。2.短路電流計算。3.牽引變壓器容量、型式及臺數(shù)的選擇。4.母線(導體)和主要一次電氣設備選擇。5.配置所需的二次系統(tǒng)。6.進行防雷與接地的設計。二、基本要求1.設計計算說明書一份，要求條目清楚、計算正確、文本整潔。2.繪制出牽引變電所電氣主接線圖。三、主要技術指標(或研究方法)1.包含有A、B、C三個牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖1牽引供電系統(tǒng)示意圖圖1中對每個牽引變電所而言，220kV線路為一

2、主一備。待建牽引變電所為牽引變電所A，220kV線路向220kV地區(qū)變電所供電，供電容量為2000MVA。圖1中L1、L2、L3、L4長度分別30km、15km、15km、20km。線路平均正序電抗X1為0.4/km，平均零序電抗X0為1.2/km。2.氣象資料：本地區(qū)最高溫度為38，最熱月平均最高氣溫29，最熱月地下0.8m處平均溫度為22，年主導風向為東風，年雷暴雨日數(shù)為20天。3.地質(zhì)水文資料：本地區(qū)海拔60m，底層以砂黏土為主，地下水位為2m。4.電源短路容量：電力系統(tǒng)容量分別為3000MVA 、2800MVA。選取基準容量為100MVA，在最大運行方式下，電力系統(tǒng)的綜合電抗標幺值為0

3、.21、0.23；在最小運行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標幺值為0.30、0.35。5.負荷資料：表1 牽引變電所負荷資料項目A牽引變電所左臂負荷全日有效值(A)410右臂負荷全日有效值(A)620左臂短時最大負荷(A)注720右臂短時最大負荷(A)880牽引負荷功率因數(shù)0.85(感性)10kV地區(qū)負荷容量(kVA)2100010kV地區(qū)負荷功率因數(shù)0.87(感性)牽引變壓器接線型式自選牽引變壓器110kV接線型式自選左供電臂27.5kV饋線數(shù)目2右供電臂27.5kV饋線數(shù)目210kV地區(qū)負荷饋線數(shù)2回路工作，1回路備用預計中期牽引負荷增長20%注：供電臂短時最大負荷即為線路處于緊密運行狀態(tài)下的供電

4、臂負荷。6.根據(jù)需要，可自行補充其它資料。四、應收集的資料及參考文獻1 李彥哲，胡彥奎，王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計M.蘭州：蘭州大學出版社，2006.2 賀威俊，簡克良.電氣化鐵道供變電工程M.北京：鐵道出版社，1983.3 張保會，尹項根.電力系統(tǒng)繼電保護M.北京：中國電力出版社，2005.4 譚秀炳.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)M.成都：西南交通大學出版社，2009.五、進度計劃1.第1周-第3周 調(diào)研、收集材料，完成外文翻譯、開題報告；2.第4周 分析、確定方案；3.第5周-第7周 設計、計算、繪圖；4.第8周 中期檢查；5.第9周-第11周 撰寫論文；6.第12周-第14周 論文審

5、核定稿；7.第15周-第16周 答辯。 教研室主任簽字時間 年 月 日畢業(yè)設計開題報告題 目 某中心牽引變電所電氣系統(tǒng)設計學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化一、研究背景 隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展，電力牽引成為現(xiàn)代鐵路最先進的牽引動力。它牽引力大，對環(huán)境影響小，能源利用率高，整備時間短，機車效率高，控制性能好，平穩(wěn)，舒適。既適用于高速旅客運輸，也適合重載運輸。牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用是將電力系統(tǒng)供應的電能轉變?yōu)檫m于電力牽引及其供電方式的電能。牽引變電所是接受與分配電能并改變電能電壓的樞紐。所以保證牽引變電所的高速安全運行對電氣化鐵路是至關重要的，因此就

6、要對牽引變電所進行合理的系統(tǒng)設計。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前我國的交、直流牽引變電所技術裝備產(chǎn)生了很大的變化：主設備向高可靠性、小型化和免維修方面發(fā)展；變電所主接線和輔助設施趨向簡單化和典型化；遠動監(jiān)控、故障錄波和微機保護與自動裝置得到了廣泛的推廣與應用。在牽引變壓器方面，首臺高海拔鐵路專用牽引變壓器已研制成功，能夠滿足高海拔地區(qū)牽引負荷變化劇烈、外部短路頻繁等要求。我國目前已經(jīng)全面掌握了時速為350-380公里電氣化鐵路的設計、施工、檢測技術體系以及高速鐵路接觸網(wǎng)零配件、高強高導接觸網(wǎng)導線、GIS開關、自動過分相等高鐵關鍵產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)技術，建立了具有完全自主知識產(chǎn)權的中國高速鐵路牽引供電技術體

7、系，已躋身世界高鐵技術前沿。外國的變電所研究領先于我國，例如日本采用的是AT供電方式，變電所最大供電電流是20003000A，法國同樣采用AT供電，牽引變電所采用225kV供電，單相與V接相互轉換設計。他們在變電站的運行管理模式上已經(jīng)達到無人值守的程度。三、研究方案牽引供電系統(tǒng)是將電能從電力系統(tǒng)傳送到電力機車的電力裝置的總稱，是電氣化鐵路的供電系統(tǒng)，主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分組成。本次是對某中心牽引變電所的電氣系統(tǒng)進行設計。設計思路如下：1.對任務書中的主要技術指標進行分析研究，對所設計的內(nèi)容有大致的了解，并參考各類相關的書籍，文獻。2.根據(jù)查閱的資料可以選擇中心牽引變電所的牽引變壓器接

8、線形式為單相Vv接線。牽引變電所220kV高壓側的接線形式可以選擇單母線分段接線的接線方式。 3.對牽引變壓器的容量進行計算：根據(jù)兩供電臂的有效電流和最大負荷電流得出在正常運行和緊密運行狀態(tài)下牽引變壓器的計算容量和校核容量，并對變壓器容量進行功率因數(shù)補償，經(jīng)比較確定安裝容量。最后確定變壓器的容量，型式及臺數(shù)。 4.根據(jù)以上計算結果選擇出合適的主接線方式并用CAD畫出電氣主接線圖。 5.將接線圖簡化，根據(jù)資料中的數(shù)據(jù)選擇合適的短路點進行短路計算，確定最大短路電流和最小短路電流的大小。 6.選擇母線、隔離開關、斷路器、熔斷器、互感器等電氣主接線中的主要設備。7.對電力系統(tǒng)配置繼電保護，應滿足可靠性

9、(安全性和信賴性)、選擇性、速動性和靈活性四個基本要求。8.根據(jù)設計配置合適的并聯(lián)補償裝置。設計變電所的防雷與接地，包括對避雷針、避雷器等以及接地系統(tǒng)的設計。四、預期結果對所要完成的任務、基本的設計原則及計算方法作出簡要的論述。短路計算等有完整的計算電路圖、詳細的計算過程。用CAD畫出整個牽引變電所的電氣主接線圖。確定牽引變壓器的容量、型號及臺數(shù)，配置主要的一次設備以及所需的繼電保護。系統(tǒng)具有較好的防雷與接地功能。熟練掌握CAD等軟件的使用，了解中心牽引變電所的結構，掌握變電所設備等的選擇及參數(shù)的計算方法，今后能自行設計牽引變電所的電氣部分。 指導教師簽字 時 間 年 月 日摘要隨著現(xiàn)代經(jīng)濟與

10、科技的迅猛發(fā)展，電力機車已成為人們出行必不可少的工具之一，而牽引變電所是將電力系統(tǒng)供應的電能轉變?yōu)檫m于電力牽引的電能的場所。因此需要加強牽引變電所的建設。本次設計主要是針對中心牽引變電所進行電氣系統(tǒng)設計。通過負荷計算確定牽引變壓器的容量、型式及臺數(shù)。按規(guī)定供、饋電容量與要求確定電氣主接線圖。對短路電流進行計算，包括高壓側輸電線的短路和變壓器低壓側的短路。根據(jù)短路計算結果對主要的一次設備進行選擇并校驗。對牽引變壓器和饋線配置繼電保護，分析牽引變電所電壓損失和電能損失以及補償方法，對牽引變電所進行防雷與接地設計。本次設計的電氣主接線高壓側采用單母線分段接線的形式，牽引變壓器采用單相Vv接線并聯(lián)運行

11、。采用了并聯(lián)電容器的方法減小負序電流。運用Auto CAD繪制出了電氣主接線圖。關鍵詞：主接線變壓器Vv接線保護短路計算AbstractWith the development of modern economy and technology, the electric locomotive has become one of the indispensable tools for people to travel. Traction substation is a place where make the power from power supply system into another

12、 power for electric traction.The design is mainly for the center traction substation electrical system. Determine the capacity, the type and number of units of traction transformers through by load calculated. Identify the main electrical wiring diagram according to the supply, fed capacity and requ

13、irement. Calculated the short-circuit current, including the high voltage side of the transmission line short-circuit and short-circuit of transformer at the low voltage side. According to the results of short-circuit to choose and check the main primary equipment. Configure the protection for tract

14、ion transformer and feeder, analysis the traction substation voltage losses and power losses and the compensation method, design lightning protection and grounding for traction substation. The design of the high voltage side of the main electric wiring used in the form of single bus segment connecti

15、on, the traction transformer using a single phase of Vv connection and ran in parallel. Using a method of Parallel capacitor reduces the negative sequence current. Using Auto CAD drawn out the main electrical wiring diagram. Key words：Main wiringTransformerVv wiringProtectionShort-circuit calculatio

16、n目錄第1章緒論11.1課題研究的背景11.2電氣化鐵道的發(fā)展現(xiàn)狀11.3牽引變電所簡介11.4本次設計研究的主要內(nèi)容2第2章牽引變壓器的容量計算和選擇32.1牽引變壓器的容量計算32.1.1牽引變壓器容量計算的步驟32.1.2變壓器計算容量和校核容量的計算32.1.3功率補償后的計算容量和校核容量42.1.4中期牽引負荷增長后的計算容量及校核容量52.1.5變壓器安裝容量的計算62.2牽引變壓器的選擇62.2.1牽引變壓器備用方式的選擇62.2.2牽引變壓器連接組別的選擇62.2.3牽引變壓器容量、臺數(shù)和型號的選擇72.310kV電力變壓器的容量計算82.4電力變壓器的選擇8第3章牽引變電所

17、電氣主接線設計93.1電氣主接線的基本要求93.2牽引變電所主接線設計103.2.1牽引變電所一次側主接線103.2.2牽引變電所牽引負荷側主接線123.3電氣主接線的確定14第4章短路計算154.1短路的原因、危害及短路計算的目的154.1.1短路的原因154.1.2短路的危害154.1.3短路計算的目的154.2短路計算164.2.1短路點的選擇164.2.2220kV側短路計算164.2.327.5kV側短路計算18第5章牽引變電所電氣設備的選擇235.1繼電保護的配合時間235.2斷路器和隔離開關的選型及校驗235.2.1斷路器的選型及校驗235.2.2隔離開關的選型及校驗255.3電

18、流互感器和電壓互感器的選型及校驗275.3.1電流互感器的選型及校驗275.3.2電壓互感器的選型及校驗295.4熔斷器的選型295.5母線的選型及校驗305.5.1220kV架空導線的選型及校驗315.5.2室外220kV進線側軟母線的選型及校驗325.5.3室外27.5kV出線的母線選型及校驗325.5.4室內(nèi)27.5kV側硬母線的選型及校驗325.6支柱絕緣子和穿墻套管335.6.1支柱絕緣子的選型及校驗335.6.2穿墻套管的選型及校驗345.7避雷器的選型345.7.1220kV側避雷器的選型345.7.227.5kV側避雷器的選型35第6章繼電保護的配置與整定計算366.1繼電保護

19、的任務和要求366.1.1繼電保護的任務366.1.2繼電保護的要求366.2牽引變壓器的保護366.2.1變壓器縱差動保護376.2.2變壓器瓦斯保護396.2.3變壓器的后備保護406.3饋線的保護416.3.1第段瞬時電流速斷保護的整定416.3.2第段帶時限電流速斷保護的整定426.3.3第段定時限過電流保護的整定42第7章饋線的并聯(lián)無功補償437.1并聯(lián)無功補償?shù)木C合效益437.2降低變電所的電能損失437.3降低牽引負荷諧波影響447.4降低變電所負序電流的影響447.5并聯(lián)無功補償?shù)南嚓P設備44第8章防雷保護與接地裝置458.1防雷保護458.1.1直擊雷的防護458.1.2感應

20、雷的防護468.1.3雷電波侵入的防護468.2接地裝置478.2.1接地的有關概念478.2.2接地裝置的設計47第9章結論與展望499.1結論499.2展望49參考文獻50致謝51附錄52附錄A外文資料52附錄B設備匯總表69附錄C主接線圖70第章緒論1.1課題研究的背景隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國鐵路運輸正向著電氣化的方向迅速發(fā)展。改革開放以來，我國電氣化鐵路建設速度逐年加快，“九五”期間建設電氣化鐵路4783.77km，而“十五”期間的第一年就修建了3665.4km，建設速度十分驚人。至2002年底，我國已建成41條電氣化鐵路干(支)線，電氣化鐵路建設總長達到了18615.73km，居亞洲

21、第一，世界第三位。至2007年底，我國的電氣化鐵路營業(yè)路程已達到24046.6km，占我國鐵路總營業(yè)路程的37.8%，各大干線都已實現(xiàn)了電氣化。預計到2020年我國鐵路營業(yè)里程將達12萬公里以上，其中電氣化鐵路比重將達到60%，總長7萬多公里。根據(jù)我國電氣化鐵路迅速發(fā)展的需要，我國應加強牽引變電所的建設。1.2電氣化鐵道的發(fā)展現(xiàn)狀我國電氣化鐵路采用單相工頻制供電，目前電力系統(tǒng)通常以110kV或220kV的電壓等級為電氣化鐵道提供高壓電源。牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所和牽引網(wǎng)兩大部分。牽引供電回路是由牽引變電所饋電線接觸網(wǎng)電力機車鋼軌回流線接地網(wǎng)組成的閉合回路?，F(xiàn)階段我國主要采用傳統(tǒng)模式進行設

22、計、建造和管理的變電所自動化程度不高，一般需要有穩(wěn)定的值班隊伍。因此我國建設目標是向無人值守方向發(fā)展。國外電氣化的水平要高于我國，在變電所的運行管理模式上已經(jīng)做到了無人值守。例如我國哈大線鐵路電氣化改造是系統(tǒng)引進德國設備、材料、技術及項目管理方式的電氣化工程，具有技術含量高、設備先進等特點。這些新技術是我國電氣化鐵路的發(fā)展方向，值得學習和借鑒。1.3牽引變電所簡介牽引變電所是電力牽引的專用變電所，它的任務是將區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能根據(jù)電力牽引對電流和電壓的不同要求轉變?yōu)檫m用于電力牽引的電能。牽引變電所分為中心牽引變電所和中間牽引變電所，其主要電力設備是降壓變壓器，稱主變壓器或牽引變壓器，并設有

23、備用。牽引網(wǎng)由饋(電)線、接觸網(wǎng)、軌(地)、回流線等組成，是牽引供電網(wǎng)(回路)，完成對電力機車的送電任務。牽引網(wǎng)供電方式按分區(qū)所運行狀態(tài)分為單邊供電、雙邊供電，按牽引網(wǎng)設備類型分為直接供電、BT供電、AT供電和CC供電方式。電力系統(tǒng)與牽引變電所的連接方式稱為外部電源的供電方式，它取決于牽引負荷的用電等級和電力系統(tǒng)的分布情況。電力牽引為一級負荷，牽引變電所應有兩路電源供電，當任一路故障時，另一路仍正常供電。外部電源以保證供電可靠性為原則，可分為環(huán)形(雙側)單回路供電方式、環(huán)形(雙側)雙回路供電方式、單電源(單側)雙回路供電方式、放射供電供電方式。1.4本次設計研究的主要內(nèi)容本次設計的題目是某中心

24、牽引變電所電氣系統(tǒng)設計。 (1)確定牽引供電方案。 (2)確定牽引變壓器的容量、臺數(shù)及型式。 (3)進行短路計算。為選擇變電所中的斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等電氣設備以及母線選型、防雷與接地裝置的選擇及校驗提供依據(jù)。(4)對設計的變電所進行繼電保護整定計算。(5)對變電所進行防雷與接地系統(tǒng)設計。第2章牽引變壓器的容量計算和選擇2.1牽引變壓器的容量計算2.1.1牽引變壓器容量計算的步驟 牽引變壓器容量的計算一般分為以下三個步驟： (1)根據(jù)任務書中給定的計算條件求出供應牽引負荷所必須的容量，稱為計算容量。(2)根據(jù)列車緊密運行時供電臂的有效電流和充分利用牽引變壓器的過載能力，計算

25、出校核容量，這是確保變壓器安全運行所必須計算的容量。(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)，并按實際變壓器系列產(chǎn)品的規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量稱為安裝容量。本次設計采用單相Vv接線的形式，根據(jù)任務書中給出的數(shù)據(jù)，計算式如下： (2-1) (2-2)2.1.2變壓器計算容量和校核容量的計算(1)設右供電臂計算容量為，左供電臂的計算容量為。由以上公式得單相Vv接線變壓器的計算容量分別為： (2)Vv接線變壓器最大負荷為： 由公式 (其中k=1.8) (2-3)可得兩臺變壓器的校核容量分別為： 2.1.3功率補償后的計算容量和校核容量 牽引負荷功率因數(shù)為0.85，對其進行無功補

26、償，設。計算如下： (2-4)(1)右供電臂有功功率為： 無功補償裝置的容量為： 取 則補償后右供電臂的計算容量為： 補償后的功率因數(shù)為： (2)左供電臂有功功率為： 無功補償裝置的容量為： 取 則補償后左供電臂的計算容量為： 補償后的功率因數(shù)為： (3)右供電臂補償后的校核容量為： 無功補償裝置的容量為： 取 則補償后右供電臂的校核容量為： 補償后的功率因數(shù)為： (4)左供電臂補償后的校核容量為： 無功補償裝置的容量為： 取 則補償后左供電臂的校核容量為： 補償后的功率因數(shù)為： 2.1.4中期牽引負荷增長后的計算容量及校核容量右供電臂的計算容量和校核容量分別為： 左供電臂的計算容量和校核容量

27、分別為： 2.1.5變壓器安裝容量的計算由以上計算結果結合實際變壓器系列產(chǎn)品的規(guī)格，可得重負荷供電臂即右供電臂選取的變壓器容量為31.5MVA，輕供電臂即左供電臂選取的變壓器容量為25MVA。2.2牽引變壓器的選擇2.2.1牽引變壓器備用方式的選擇 牽引變壓器有固定備用和移動備用兩種備用方式。在我國，多數(shù)情況下采用固定備用的方式。2.2.2牽引變壓器連接組別的選擇我國牽引變壓器采用三相、三相兩相和單相三種類型。常用的牽引變壓器主要有單相接線變壓器、單相Vv接線變壓器、三相Vv接線變壓器、三相YNd11雙繞組變壓器、斯科特接線變壓器。 (1)單相接線變壓器優(yōu)點：容量利用率可達100%；主接線簡單

28、，設備少，占地面積小，投資少。缺點：不能供應地區(qū)和牽引變電所三相負荷用電，在電力系統(tǒng)中，單相牽引負荷產(chǎn)生的負序電流較大，對接觸網(wǎng)的供電不能實現(xiàn)雙邊供電。適用于：電力系統(tǒng)容量較大，電力網(wǎng)比較發(fā)達，三相負荷用電能夠可靠地由地方電網(wǎng)得到供應的場合。 (2)單相Vv接線變壓器優(yōu)點：主接線較簡單，設備較少，投資較省。牽引變壓器容量利用率可達到100%。對電力系統(tǒng)的負序影響比單相接線少。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)雙邊供電。缺點：當一臺牽引變壓器故障時，另一臺必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。這就需要一個倒閘過程。在這一倒閘過程完成前，故障變壓器原來供電的供電臂牽引網(wǎng)中斷供電，這種情況可能會影響行車。即

29、使這一倒閘過程完成后，地區(qū)三相電力供應也要中斷。牽引變電所三相自用電必須改用劈相電或單相三相自用變壓器供電，實質(zhì)上變成了單相接線牽引變電所，對電力系統(tǒng)的負序影響也隨之增大。 (3)三相Vv接線變壓器 優(yōu)點：保持了單相Vv接線變壓器的主要優(yōu)點，完全克服了單相Vv接線變壓器缺點，解決了單相Vv接線變壓器不便于采用固定備用及其自動投入的問題，有利于實現(xiàn)分相有載或無載調(diào)壓。 (4)三相YNd11雙繞組變壓器 優(yōu)點：牽引變壓器低壓側保持三相，有利于供應牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力。在兩臺牽引變壓器并聯(lián)運行情況下，當一臺停電時，供電不會中斷，運行可靠方便。三相YNd11雙繞組變壓器在我國采用的時間最長，

30、經(jīng)驗豐富，制造相對簡單，價格便宜。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。 缺點：牽引變壓器容量不能得到充分利用，只能達到額定容量的75.6%，引入溫度系數(shù)也只能達到84%，與采用單相接線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復雜一些，用的設備，工程投資也較多，維護檢修工作量及相應的費用也有所增加。 (5)斯科特接線變壓器優(yōu)點：當M座和T座兩供電臂負荷電流大小相等，功率因數(shù)也相等時，斯科特接線變壓器原邊三相電流對稱，變壓器容量可全部利用。對接觸網(wǎng)的供電可實現(xiàn)兩邊供電。缺點：斯科特接線牽引變壓器制造難度較大，造價較高。牽引變電所主接線復雜，設備較多，工程投資也較多。而且斯科特接線牽引變壓器原邊T接地(0點)

31、電位隨負載變化而產(chǎn)生零漂。嚴重時有零序電流流經(jīng)電力網(wǎng)，可能引起電力系統(tǒng)零序電流繼電保護誤動作。對鄰近的平行通信線可能產(chǎn)生干擾，同時引起牽引變壓器各相繞組電壓不平衡而加重繞組的絕緣負擔。因此，該牽引變壓器的絕緣水平要采用全絕緣。本次設計，電力系統(tǒng)以220kV的電壓向中心牽引變電所供電?，F(xiàn)階段我國引進國外的先進技術，著力發(fā)展Vv接線的接線形式，此接線方式可以提高變壓器容量的利用率，主接線較簡單，檢修操作比較方便。因此本次設計牽引變壓器采用單相Vv接線的接線形式。2.2.3牽引變壓器容量、臺數(shù)和型號的選擇 由于采用單相Vv接線牽引變壓器，為防止出現(xiàn)環(huán)流，所以左供電臂和右供電臂均采用31.5MVA的牽

32、引變壓器作為主變壓器。變壓器的備用方式為固定備用，因此選擇4臺容量為31.5MVA的牽引變壓器。變壓器的型號為D-QY-31500/220，參數(shù)如下表2-1所示。表2-1變壓器的參數(shù)型號額定容量()額定電壓(kV)空載電流空載損耗D-QY-31500/220315002201.08553.8510.52.310kV電力變壓器的容量計算 由任務書中的數(shù)據(jù)可得電力變壓器的容量為： 則可得： 無功補償裝置的容量為： 取 則補償后電力變壓器的容量為： 補償后的功率因數(shù)為： 2.4電力變壓器的選擇根據(jù)以上數(shù)據(jù)可選擇兩臺容量為，型號為S10-2000/35的電力變壓器。電力變壓器的具體參數(shù)如下表2-2所示

33、。一主一備運行。表2-2電力變壓器的參數(shù)型號額定電壓(kV)額定容量()空載損耗負載損耗短路阻抗S10-2000/353520002.3816.936.5第3章牽引變電所電氣主接線設計在發(fā)電廠和變電所中，發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、電抗器、電容器、互感器、避雷器等高壓電氣設備，以及將它們連接在一起的高壓電纜和母線，按其功能要求組成的接收和分配電能的主回路。這個電氣主回路被稱為電氣一次系統(tǒng)，又叫做電氣主接線。用規(guī)定的設備圖形和文字符號，按照各電器設備實際的連接順序而繪成的能夠全面表示電氣主接線的電路圖，稱為電氣主接線圖。主接線圖中還標注出各主要設備的型號、規(guī)格和數(shù)量。電氣主接線圖不僅能表明

34、電能輸送和分配的關系，也可據(jù)此制成主接線模擬圖屏，以表示電氣部分的運行方式，可供運行操作人員進行模擬操作。3.1電氣主接線的基本要求 電氣主接線的正確與否對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和調(diào)度的靈活性以及對電氣設備的選擇等有重大的影響，因此對電氣主接線的要求如下：(1)可靠性保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量，是電氣主接線應該滿足的最基本要求。主接線的可靠性主要是指當主回路發(fā)生故障時或者電氣設備檢修時，主接線在結構上能夠將故障或檢修所帶來的不利影響限制在一定范圍內(nèi)，以提高供電的能力和電能的質(zhì)量。一般從以下方面對主接線的可靠性進行定性分析： 斷路器檢修時是否影響供電。 設備或線路故障或檢

35、修時，停電線路數(shù)量的多少和停電時間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。有沒有使發(fā)電廠或者變電所全部停止工作的可能性。 (2)靈活性 滿足調(diào)度時的靈活性要求。正常情況下，應能根據(jù)調(diào)度要求，靈活的改變運行方式，實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟的供電。發(fā)生故障時，能迅速方便的轉移負荷、盡快的切除故障，使停電時間最短，影響范圍最小，在故障消除后應能方便的恢復供電。 滿足檢修時的靈活性要求。在某一設備需要檢修時，應能方便地將其退出運行，并使該設備與帶電運行部分有可靠的安全距離，保證檢修人員檢修時定的方便和安全。 滿足擴建時的靈活性要求。(3)經(jīng)濟性要求與先進性要求在確定主接線時，應采用先進的技術和新型的設備。同時

36、，在保證安全可靠、運行靈活、操作方便的基礎上，還應使投資和年運行費用最小、占地面的最少，應盡量做到經(jīng)濟合理。3.2牽引變電所主接線設計3.2.1牽引變電所一次側主接線電氣主接線的主體是電源(進線)回路和線路(出線)回路，分為有匯流母線和無匯流母線兩大類。主要有單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線和橋形接線。 (1)單母線接線 單母線接線就是各電源和出線都接在同一條公共母線上。母線既可以保證電源并列工作，又能使任一條出線都可以從任一電源獲得電能。優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少，投資低，操作方便，便于擴建，也便于采用成套配電裝置。缺點：可靠性不高，不夠靈活。母線或母線隔離開關檢修時，連接在母線上的所

37、有回路都需停止工作；當母線或母線隔離開關上發(fā)生短路、故障或斷路器靠母線側絕緣套管損壞時，所有斷路器都將自動斷開，造成全部停電；檢修任一電源或出線斷路器時該回路必須停電。適用范圍：不分段單母線接線一般只適用于系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機或一臺主變壓器且無重要負荷的以下三種情況：610kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過5回。3563kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過3回。110220kV配電裝置，出線回路數(shù)不超過2回。(2)單母線分段接線 單母線分段接線與單母線接線相比，增加了一臺母線分段斷路器以及兩側的隔離開關。優(yōu)點：提高了供電的可靠性。當任一母線或母線隔離開關故障及檢修時，僅有一半線路停電，另一段母線上的各回

38、路仍可正常運行。缺點：當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電；當出現(xiàn)為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。由于單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點，又在一定程度上提高了可靠性，故一直被廣泛使用，其適用范圍為：610kV配電裝置，出線回路數(shù)為6回及以上時；變電站有兩臺主變壓器時；發(fā)電機電壓配電裝置，每段母線上的發(fā)電機容量為12MW及以下時。3563kV配電裝置，出線回路數(shù)為48回時。110220kV配電裝置，出線回路數(shù)為34回時。 (3)雙母線接線有兩組母線，一組工作，一組備用。每一電源和每一出線都經(jīng)一臺斷路器和兩組隔離開關分別與兩組

39、母線相連，任一組母線都可以作為工作母線或備用母線。優(yōu)點：與單母線相比，減少了停電的機會，縮短了停電的時間，運行的可靠性與靈活性有了顯著地提高。另外，雙母線接線在擴建時也比較方便，施工時可不必停電。缺點：在倒母線的操作過程中，需使用隔離開關切換所有負荷電流回路，操作過程比較復雜，容易造成誤動作；工作母線故障時，將造成短時(切換母線時間)全部進出線停電；在任一線路斷路器檢修時，該回路仍需停電或短時停電；使用的母線隔離開關數(shù)量較多，同時也增加了母線的長度，使得配電裝置結構復雜，投資和占地面積增大。適用范圍：當母線上的出線回路數(shù)或電源數(shù)較多、輸送和穿越功率較大、母線或母線設備檢修時不允許對用戶停電、母

40、線故障后要求迅速恢復供電、系統(tǒng)運行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時采用雙母線接線。各級電壓采用的條件如下：610kV配電裝置，當短路電流較大、出現(xiàn)需帶電抗器時。3563kV配電裝置，當出線回路數(shù)超過8回時，或連接的電源較多、負荷較大時。110kV配電裝置，當出線回路數(shù)為6回及以上時。220kV配電裝置，當出線回路數(shù)為4回及以上時。 (4)橋形接線當只有兩臺變壓器和兩條線路時，常采用橋形接線。根據(jù)斷路器的安裝位置又可以分為內(nèi)橋形接線和外橋形接線。 內(nèi)橋接線內(nèi)橋接線的連接橋斷路器設置在橋內(nèi)側。當線路發(fā)生故障時，僅故障線路的斷路器跳閘，其余支路可繼續(xù)工作。當變壓器故障時，聯(lián)絡斷路器及與故障變壓器同側的

41、線路斷路器均自動跳閘，使未故障線路的供電受到影響，需經(jīng)倒閘操作后，可恢復對該線路的供電。正常運行時變壓器操作復雜。內(nèi)橋接線適用于輸電線路較長、線路故障率較高、穿越功率少和變壓器不需要經(jīng)常改變運行方式的場合。如圖3-1所示。 外橋接線橋臂置于線路斷路器的外側時，稱為外橋接線。外橋形接線適用于線路較短、故障率較低、主變壓器選經(jīng)濟運行要求經(jīng)常投切以及電力系統(tǒng)有較大的穿越功率通過橋臂回路的場合。如圖3-2所示。 圖3-1內(nèi)橋接線 圖3-2外橋接線 由于本次是針對某中心牽引變電所進行設計，220kV高壓側饋線數(shù)可能會有4條，根據(jù)以上條件可得選擇單母線分段接線的形式較為簡單。3.2.2牽引變電所牽引負荷側

42、主接線 由于27.5kV饋線斷路器的跳閘次數(shù)較多，為了提高供電的可靠性，按饋線斷路器備用方式不同，牽引變電所27.5kV側饋線的接線方式一般有下列三種： (1)饋線斷路器100%備用的接線饋線斷路器100%備用的接線方式用于單線區(qū)段，牽引母線不同相的場合。這種接線當工作斷路器需檢修時，即由備用斷路器代替。斷路器的轉換操作方便，供電可靠性高，但一次投資較大。饋線斷路器100%備用的接線圖如圖3-3所示。(2)饋線斷路器50%備用的接線此種接線方式適用于單線區(qū)段，牽引母線同相的場合和復線區(qū)段，每相母線只有兩條饋線的場合。這種接線每兩條饋線設一臺備用斷路器，通過隔離開關的轉換，備用斷路器可代替其中任

43、一臺斷路器工作。牽引母線用兩臺隔離開關分段是為了便于兩段母線輪流檢修。接線圖如圖3-4所示。(3)帶旁路母線和旁路斷路器的接線如圖3-5所示，一般每2至4條饋線設一旁路斷路器。通過旁路母線，旁路斷路器可代替任一饋線斷路器工作。這種接線方式適用于每相牽引母線饋線數(shù)目較多的場合，以減少備用斷路器的數(shù)量。 圖3-3饋線斷路器100%備用 圖3-4饋線斷路器50%備用 圖3-5帶旁路母線和旁路斷路器的接線由于饋線斷路器數(shù)量較多且檢修頻繁，通過對以上饋線斷路器接線形式的比較，結合任務書中的數(shù)據(jù)資料，選擇饋線斷路器100%備用的接線形式較為簡單。3.3電氣主接線的確定本次是對中心牽引變電所進行電氣系統(tǒng)設計

44、，220kV母線進線側采用單母線分段接線的形式。在牽引側可采用饋線斷路器100%備用的接線方式。電氣主接線圖參見附錄C。第4章短路計算4.1短路的原因、危害及短路計算的目的4.1.1短路的原因(1)電氣設備及載流導體因絕緣老化、機械損傷、雷擊過電壓造成的絕緣損壞。 (2)運行人員違反安全規(guī)程誤操作，如帶負荷拉隔離開關，設備檢修后遺忘拆除臨時接地線而誤合隔離開關等均會造成短路。(3)電氣設備因設計、安裝及維護不良所導致的設備缺陷引發(fā)的短路。(4)鳥獸跨接在裸露的載流部分以及風、雪、雹等自然災害也會造成短路。4.1.2短路的危害(1)短路電流的熱效應會使設備發(fā)熱急劇增加，可能導致設備過熱而損壞甚至

45、燒毀。(2)短路電流將在電氣設備的導體間產(chǎn)生很大的電動力，可引起設備機械變形、扭曲甚至損壞。(3)由于短路電流基本上是電感性電流，它將產(chǎn)生較強的去磁性電樞反應，從而使發(fā)電機的端電壓下降，同時短路電流流過線路使其電壓損失增加。因而短路時會造成系統(tǒng)電壓大幅度下降，短路點附近電壓下降的最多，嚴重影響電氣設備的正常供電。(4)嚴重的短路可導致并列運行的發(fā)電廠失去同步而解列，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成大面積的停電。這是短路所造成的最大危害。(5)不對稱短路將造成負序電流和負序電壓而危及機組的安全運行。(6)不對稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場，會對附近的通信系統(tǒng)及弱電設備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作，甚至危及設備和人

46、身安全。4.1.3短路計算的目的(1)進行短路電流的計算，以便正確的選擇電氣設備，使設備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。(2)整定短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的元件。(3)用于電氣主接線方案的確定。4.2短路計算4.2.1短路點的選擇由于在某一范圍內(nèi)短路電流值是近似相等的，如高壓母線、變壓器高壓側、變壓器低壓側、設備接入端等，因此常用幾個代表性的點來說明某一供電系統(tǒng)的整體短路水平，這就是計算短路電流的短路點。本次短路計算的短路點分別選取牽引變壓器高壓側短路點K，牽引變壓器低壓側短路點。各點位置分別如下圖4-1和圖4-2所示。4.2.2220kV側短路計算短路計算時的等效電路圖如下圖4

47、-1所示： 圖4-1220kV側短路計算等效電路 當K點短路時，兩條線路的電抗值分別為： (1)在系統(tǒng)最大運行方式下：電力系統(tǒng)綜合電抗標幺值分別為： ，基準容量為： MVA基準電壓為： 基準電流為： 兩條線路的電抗標幺值分別為: 則220kV側總電抗標幺值為： 三相短路電流周期分量有效值為: 其他三相短路電流為： 短路沖擊電流為： 短路沖擊電流有效值： 三相短路容量為： MVA (2)在系統(tǒng)最小運行方式下： 電力系統(tǒng)的綜合標幺值為： ， 基準電流為： 線路的電抗標幺值分別為： ， 則220kV側總電抗標幺值為： 三相短路周期分量有效值為： 其他三相短路電流為： 短路沖擊電流為： 短路沖擊電流有效值為：