某牵引变电所供变电工程设计说明书.docx
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.....
课 程 设 计
题
目
某牵引变电所供变电工程设计
专
业
电气工程及其自动化
班
级
学
号
姓
名
指导教师 解邵锋
电气工程学院
word格式.整理版
.....
学生姓名
学生学号
学生专业
学生班级
发题日期
2014年11月10日
完成日期
2014年12月20日
课程名称
供变电工程
指导教师
解绍锋
设计题目
某牵引变电所供变电工程设计
课程设计主要目的：
完成牵引变电所供变电工程设计，熟悉牵引变电所供变电工程设计步骤，掌握牵引变电所供变电工程设计方法。
课程设计任务要求：
（包括原始数据、技术参数、设计条件、设计要求等）
包含有A、B两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示。
图1牵引供电系统示意图
图1中，牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。
电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量Sj为500MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.10和0.12； 在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和0.14。
对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。
图1中，L1、L2、L3长度分别30km、60km、20km。
线路平均正序电抗X1为
0.4Ω/km,平均零序电抗X0为1.2Ω/km。
基本设计数据如表1所示。
表1 牵引变电所基本设计数据
[注]：
供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。
课程设计任务书1
项目
A所
左臂负荷全日有效值（A）
350
右臂负荷全日有效值（A）
190
左臂短时最大负荷（A）[注]
510
右臂短时最大负荷（A）
290
牵引负荷功率因数（感性）
0.8
牵引变压器接线型式
Scott
牵引变压器110kV接线型式
内桥
左供电臂27.5kV馈线数目
2
右供电臂27.5kV馈线数目
2
预计中期牵引负荷增长
20％
.....
序号
内容安排
时间
1
牵引变压器容量计算
2
电压不平衡度计算
3
主接线设计
4
短路电流计算及
5
其他内容
课程设计主要任务：
完成牵引变压器容量计算、牵引变电所电压不平衡度计算、主接线设计、短路电流计算、开关设备选型及稳定性校验和防雷接地设计等内容。
课程设计进度安排：
（共8周）
课程设计参考文献：
[1]贺威俊等编著.《电力牵引供变电技术》西南交通大学出版社，1998
[2]贺威俊、简克良主编.《电气化铁道供变电工程》中国铁道出版社，1980
[3]娄和恭等合编.《发电厂变电所电气部分》水利电力出版社，1987
[4]李群湛贺建闽编著.《牵引供电系统分析》西南交通大学出版社，2007
[5]曹建猷著.《电气化铁道供电系统》中国铁道出版社，1983
指导教师签字
系主任审核签字
注：
1、发题日期为每学期第9周周一，完成日期根据实际情况填写（一般不超过进度安排）。
2、页面不够可附加页
摘要：
本设计主要针对牵引供电系统以及供变电工程进行设计和研究。
主要的工作是对A牵引变压器进
行设计以及对其他绝缘设备进行检验。
其中，牵引变压器的设计主要包括变压器的容量计算和技术指标的检测，设计必须符合高（低）压侧主接线的设计要求。
绝缘设备的检验主要是关于电气设备的动稳定、热稳定性、开关设备的选型和校验，以及对室内外母线，各个支持绝缘子和穿墙套管，电压、电流互感器的选型和校验。
另一部分主要内容是对牵引变电所的防雷接地设计，包括避雷针、避雷线、避雷器以及接地系统的设计。
关键词：
主接线 热稳定性校验 动稳定性校验 防雷接地
目录
第1节 本次设计概述........................................... -3-
1.1设计方案简述 .-3-
1.2设计原始资料..................................................................................................................-3-
第2节 牵引变压器容量计算..........................................-5-
2.1变压器容量计算步骤......................................................................................................-5-
2.2牵引变压器容量计算......................................................................................................-5-
2.3电气化铁道中、远期运量估计......................................................................................-6-第3节 牵引变压器电压损失计算......................................-7-牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算..........................................................-7-第4节 牵引变电所电压不平衡度计算..................................-7-
s
4.1计算电网最小运行方式下的负序电抗X（-）.....................................................................-8-
4.2计算牵引变电所在紧密运行工况下注入110kV电网的负序电流...............................-8-
4.3构造归算到110kV的等值负序网络...............................................................................-8-
4.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验......................................................-9-
第5节 主接线选择..................................................-9-
第6节短路电流计算................................................-10-
6.1短路计算示意图及有关数据........................................................................................-10-
6.2短路电流计算................................................................................................................-11-
第7节 开关设备选型及稳定性校验...................................-13-
第8节室内外母线选型及校验........................................-15-
8.1室外母线选型及校验....................................................................................................-16-
8.2室内母线的选型和校验................................................................................................-17-
第9节 支持绝缘子和穿墙套管.......................................-18-
9.1支持绝缘子选型及校验................................................................................................-19-
9.2 穿墙套管选型及校验..................................................................................................-20-第10节 电压、电流互感器选型及校验...............................-20-10.1 110kV侧电压互感器选型及校验.............................................................................-21-
10.2 110kV侧电流互感器选型及校验.............................................................................-22-
第11节 防雷接地设计..............................................-23-
11.1防雷设计......................................................................................................................-23-
11.2接地设计......................................................................................................................-23-
第12节 总结与体会...............................................-24-
参考文献...........................................................-24-
附录...............................................................-25-
第1节 本次设计概述
1.1设计方案简述
本次课程设计较系统的阐明了牵引变电所A主接线设计的基本方法和步骤。
重点在于对牵引变压器容量的计算、运行技术指标的计算，牵引变电所电压不平衡度计算，短路电流的计算；牵引变压器的选择，开关及导线的选择；电气主接线的设计等。
1.2设计原始资料
包含有A、B两牵引变电所的供电系统示意图如图1-1所示：
图1-1牵引供电系统示意图
图1-1牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。
电力系统1、2均为火电厂,选取基准容量Sj为500MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合
电抗标幺值分别为0.10和0.12；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和
0.14。
对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。
图1-1中，L1、L2、L3长度为30km、60km、20km.线路平均正序电抗X1为0.4W/km,平均零序电抗X0为1.2W/km。
基本设计数据如表1-1所示
牵引变电所设计数据 表1-1
项目
A牵引变电所
左臂负荷全日有效值（A）
350
右臂负荷全日有效值（A）
190
左臂短时最大负荷（A）[注]
510
右臂短时最大负荷（A）
290
牵引负荷功率因数（感性）
0.8
牵引变压器接线型式
Scott
牵引变压器110kV接线型式
内桥
左供电臂27.5kV馈线数目
2
右供电臂27.5kV馈线数目
2
10kV地区负荷馈线数目
2回路工作，1回路备用
预计中期牵引负荷增长
20%
[注]：
供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。
第2节 牵引变压器容量计算
牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，担负着将电力系统供给的110kV或220kV三相电源变换成
适合电力机车使用的27.5kV的单相电。
由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器具有一定过负荷和抗短路冲击的能力。
本设计
选择了scott接线的牵引变压器，具体型号为2´SCT9-15000/110
2.1变压器容量计算步骤
a）根据任务书中规定的运量大小确定变压器的计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。
b）根据列出紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用变压器的过负载能力，计算校核容量，这是为确保变压器安全运行所必须的容量。
c）根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素，并按照实际变压器的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。
2.2牵引变压器容量计算
2.2.1牵引变压器接线方式
线原理图这里我们采用的是三相scott的接线方式，其接如下：
2.2.2牵引变压器的计算容量
斯科特接线变压器两副边绕组是相互独立的，又是用于AT供电，故副边绕组的有效电流为
I
ì
ïTX
í
=IX12
I
î
ïIMX=X22
式中ITX和IMX分别为T座和M座绕组有效值；IX1，IX2为对应于T座和M座的供电臂1、2的有效
电流。
①正常运行方式下容量计算
由于IX1=350A，IX2=190A,有ITX=175A>IMX=95A,所以斯科特变压器计算容量为
S=2UITX
式中，U为牵引变电多牵引母线额定电压，取为27.5KV。
算得容量S=9625KVA。
②紧密运行方式下容量计算
由于IX1=510A，IX2=290A,有ITX=255A>IMX=145A,所以斯科特变压器计算容量为
Smax=2UITX
式中，U为牵引变电多牵引母线额定电压，取为27.5KV。
算得容量Smax=14025KVA。
2.3电气化铁道中、远期运量估计
为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量，预计中期牵引负荷增长为
20%。
Sy=（1+20%）S=11550KVA
Sy,max=（1+20%）Smax=16830KVA
校核容量为：
S =Sy,max=6600KVA
y,校核
1.7
所以选择牵引变压器为2´SCT9-15000/110
第3节 牵引变压器电压损失计算
牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算
Scott接线牵引变压器可看成两个单相变压器，归算到27.5kV侧，绕组阻抗为：
DP U2
R=c×N=0.497W
S
N
T 1000 2
U%U2
X=d ×N=3.53W
N
T 100 S
式中 Ud%—变压器短路电压百分值；
UN—变压器额定电压；
DPc—变压器额定铜耗
SN—变压器额定容量。
电压损失计算：
DU=（RTcosj+XTsinj）Imax=1282.956V
式中 RT，XT—变压器归算到次边的电阻值和电抗值；
cosj—功率因数；
I—该臂负荷（最大值）。
其中，由表1-1可知，cosj=0.8（感性）。
第4节 牵引变电所电压不平衡度计算
由于单相工频交流电气化铁道牵引负荷的特点，当三相电力系统向它供电时，它将在电力系统中引起负序电流，而负序电流会造成变压器的附加电能损失，并在变压器铁芯磁路中造成附加发热，所以通过对不平衡度的计算，来确定采取有效的措施，缩小这些影响，这是牵引供电系统设计的重要一环。
在设计中，通常按牵引变电所正常运行和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度。
按紧密运行工况进行不平衡度考核。
s
4.1计算电网最小运行方式下的负序电抗X（-）
X（-）=X+X
U2
=eX*+L*X*（W）
S
s s l s lj
= ´ + ´
1102
0.14 200.4
500
=11.388W
s
已知在最小运行方式下系统2的综合电抗标么值X*=0.14,
L=20km，X1
=0.4W/km。
4.2计算牵引变电所在紧密运行工况下注入110kV电网的负序电流
·× ×
以UA为基准相量，供电臂电压取Uab、U、bcUca中任何一个。
cosj=0.8，arccosj=36.87°
×
当负荷为Iab时，原边负序电流：
51060°-36.87°
43
×
I-=Iab60°-j=
=73.6123.13°
ab 43 ab
×
当负荷为Ibc时，原边负序电流：
290180°-36.87°
43
×
I-=Ibc180°-j=
=41.86143.13°
bc 43 bc
·× ×
\I
=I+I
-
max
\I
×
-
max
- -
ab bc
=63.95A
=63.9556.66°
4.3构造归算到110kV的等值负序网络
如图4-1所示：
图4-1归算到110kV，牵引变压器、供电系统等值负序网络
4.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验
相负序电压计算：
U（-）（=-）X
（-）
I
s max
=11.388´63.95=728.26V
110kV侧母线电压不平衡度计算及校验：
110000/3
au=
U（-） ´
100
11000/ 3
= 728.26
´100%
=1.14%<2.5%
满足校验。
从牵引供电系统方面来说，采取换接相序、采用平衡牵引变压器和并联补偿装置等方法来改善负序的作用。
第5节 主接线选择
牵引变电所的电气主接线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。
，电气主接线要满足下列基本要求：
a）首先应保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需求和电能质量。
主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电压质量措施。
b）具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。
现代技术的自动装备和监控自动化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。
c）应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。
在可能和充分论证的条件下，可采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备，达到最好的经济效益。
d）应力求接线简洁明了，并有发展和扩建余地。
电气主接线从电源系统接受电能，并通过出线或馈电线路分配电能，当进、出（馈）线数量较多的时候，常设置汇流母线为中间环节，用以联系电源进线和出线，并使运行转换方便，但也可采用无母线接线形式。
采用不同形式的汇流母线即构成不同的接线方式。
本次设计的馈线数目很少，只有两条。
而且牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器，所以高压侧采用外桥型接线方式作为牵引变电所A的主接线。
桥型接线能满足牵引变电所的可靠性，具有一定得运行灵活性，使用电气少，建造费用低，在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线结线。
具有很高的经济实用性，并能达到可靠性要求。
本设计采用100%完全备用，当一套设备发生故障，经过正确的倒闸操作顺序，另一设备启用，以提高供电可靠性。
第6节短路电流计算
为了进行所选电气设备的动稳定，热稳定校验，必须进行相应的短路计算。
短路计算时电网电源容量按无限大容量考虑；计算短路电流要考虑周期分量衰减时，在三相短路的暂态过程中，不同时刻短路电流周期分量的有效值的计算，所以用运算曲线法计算；计算中取用系统最大运行方式的综合电抗。
6.1短路计算示意图及有关数据
E1
XG1
E2 XG2
XL2XL3
d3
d
d1
2
电力系统短路中最常见的短路类型是单相接地短路，短路后最不严重的短路类型是两相不接地短路，短路电流最大的三相接地短路。
由于采用的是完全备用方式，主变压器单台运行，牵引变压器高压侧三相接地短路短路电流与d1点
的三相接地短路电流相等，最终在计算可能通过各种电气设备和母线最大电流时，计算短路点
d1,d2,d3的三相接地短路电流即可。
关于短路计算
考虑简化计算，电网电源容量按无限大考虑。
计算中，取系统最大运行方式的综合电抗。
冲击系数按表5-1选取
表5-1
电压等级
110kV
27.5kV
10kV
Kch
1.80
1.70
1.55
各级继电保护时间配合按表7-2选取
表5-2
计算点
1
2
3、4
5
td（s）
1．50
1．00
0．50
0．20
Tjs（s）
1．56
1．06
0．56
0．26
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