完整版A所供变电毕业课程设计 2.docx
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完整版A所供变电毕业课程设计2
题目：
《牵引供变电》课程设计
院系：
电气工程系
专业：
电气工程及其自动化
学号：
姓名：
指导教师：
吕晓琴老师
西南交通大学峨眉校区
2013年月日
课程设计任务书
专业电气工程及其自动化姓名学号
开题日期：
2013年10月3日完成日期：
2013年11月15日
题目牵引变电所电气主接线设计
一、设计的目的
通过该设计，使学生初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的基础。
二、设计的内容及要求
1、按给定供电系统和给定条件，确定牵引变电所电气主接线。
2、选择牵引变电所电气主接线中的主要设备。
如：
母线、绝缘子、隔离开关、熔断器、断路器、互感器等。
选择时应优先考虑采用国内经鉴定的新产品、新技术。
3、提交详细的课程设计说明书和牵引变电所电气主接线图。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师（签章）
年月日
牵引变电所课程设计原始资料
原始资料（任选其中一所进行设计）
1、电力系统及牵引变电所分布图
图例：
：
电力系统，火电为主
：
地方220110kV区域变电所
：
地方kV变电站
：
铁道牵引变电所
——：
三相高压架空输电线
图中：
L1：
220kV双回路150kMLGJ-300
L2：
110kV双回路10kMLGJ-120
L3：
110kV20kM
L4：
110kV40kM
L5：
110kV60kM
L6：
110kV双回路20kM
L7：
110kV30kM
L8：
110kV50kM
L9：
110kV60kM
L10：
110kV60kM
未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为X=0.4ΩkM
牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：
A：
2×3.15万kVAB：
2×3.15万kVA
C：
2×3.15万kVAD：
2×1.5万kVA
E：
2×1.5万kVAF：
2×1.5万kVA
2、电力系统对各牵引变电所的供电方式及运行条件
[1]甲站对A所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。
A所内采用两台牵引变压器固定全备用。
所内不设铁路岔线。
27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[2]甲站对B所供电时，110kV线路还需经B所送至丙站。
正常运行时B所内有系统功率穿越。
当甲站至B的输电线路故障时，B所由丙站供电，丙站内110kV母线分段运行，输电线L4、L5分别接入不同的分段母线上。
正常运行时，丙站内110kV母线分段断路器断开。
B所提供甲站至丙站的载波通道。
B所内采用两台牵引变压器固定全备用。
所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。
27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[3]C所由丙站送出的两回110kV线路供电。
但正常运行时，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV线路（L6）平时不向牵引负荷供电。
只经过C所的110kV母线转接至某企业110kV变电站。
C所内采用两台变压器，固定全备用。
所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。
牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区10kV负荷供电（一回）。
C所内设有27.510kV1000kVA动力变压器一台。
10kV高压间内设有4路馈线，每路馈线设有：
电流表、电压表、有功电度表、无功电度表。
设有电流速断和接地保护，继电保护动作时间0.1秒。
10kV高压间设在27.5kV高压室一端，单独开门。
27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[4]牵引变电所D、E、F由乙站供电。
正常运行时，110kV线路在E所内断开，不构成闭合环网。
E所内的牵引变压器正常运行时，接入由D所送来的电源线L8上，L8故障时可转接至F所由L9供电。
D、F所均可能有系统功率穿越。
但正常运行时，F所无系统功率穿越。
D所内采用两台牵引变压器固定全备用。
所内不设铁路岔线。
27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
所用电有地方10kV可靠电源。
[5]E所内采用两台牵引变压器固定全备用。
所内不设铁路岔线，有公路引入所内。
27.5kV侧不设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
所用电采用在110kV进线隔离开关内侧接入（）0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。
[6]F所内采用两台牵引变压器固定全备用。
所内不设铁路岔线。
27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
该地区无地方10kV电源。
[7]牵引变电所A、C、E110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F27.5kV侧要求计费，采用低压侧（27.5kV侧）计费时，110kV侧仍需设电压监视。
[8]各变电所设计时，一律按海拔h≤1000m，I级污秽地区，盐密δ≤0.1毫克厘米2，最高环境温度+40℃考虑。
[9]各牵引变电所均设置避雷针三座。
[10]牵引变电所B、D110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E110kV线路采用横向相对引入方式；A、F110kV线路采用T字型引入方式。
[11]假定各牵引变电所馈线主保护动作时间tb=0.1秒，27.5kV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。
[12]各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为220V。
目录
第1章牵引变电所主结线设计原则及要求1
1.1概述1
1.2电气主接线基本要求1
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤2
第2章牵引变电所电气主接线图设计说明3
第3章短路计算4
3.1短路计算的相关概念、内容和目的4
3.2短路点的选取4
3.3短路计算4
第4章设备及选型6
4.1硬母线的选取6
4.2支柱绝缘子和穿墙导管的选取8
4.3高压断路器的选取9
4.4高压熔断器的选取10
4.5隔离开关的选取11
4.6电压互感器的选取11
4.7电流互感器的选取12
4.8避雷器的选取13
附图15
后记．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
第一章牵引变电所主结线设计原则及要求
1.1概述
牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，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。
用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图，称为电气主结线图。
它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。
电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。
在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。
此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。
此外，电气主结线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。
1.2电气主接线基本要求
电气主接线应满足可靠性、安全性、经济性和方便性四项基本要求：
1.可靠性
首先应保证电力牵引负荷、运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需要和电能质量。
牵引负荷和部分动力负荷为一级负荷，中断供电将直接造成运输阻塞，甚至造成人员伤亡、设备损坏，进而导致严重的经济损失和政治影响。
2.安全性
具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。
运行灵活性是指在系统故障或变电所故障和检修时，能适应调度的要求，达到灵活、简便、迅速地倒换运行方式，且故障的影响范围最小。
3.经济性
力求减少投资和运行费用。
经济性主要取决于汇流母线的结构类型与组数、主变压器容量、结构形式和数理、高压断路器容量等。
在设计中，必须力求技术、经济两者的统一。
4.方便性
应力求接线简洁明了，并有发展和扩建余地。
主接线整体结构和各回路应力求简洁，便于操作运行。
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤
在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤：
1.应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针政策和有关的技术政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。
2.主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。
3.根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变
所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。
4.新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。
第二章牵引变电所电气主结线选择及图的说明
由原始资料可知，牵引变电所A由甲站供电。
正常运行时，L2为双回路，即有两条电源进线，并且来自同一个变电站，因此为中间式变电所，无系统功率穿越。
A所采用两台牵引变压器固定备用，所内不设铁路岔线27.5KV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
该牵引变电所的运行方式如下：
1.一次侧
（1）主接线形式选择：
双T结线
由于A变电所无系统功率穿越，因此采用双T结线的主接线形式。
两路110KV电源进线中，一路为主用，一路为备用
（2）牵引变压器选择：
两台三相三绕组变压器
两台三相主变压器，其绕组连接形式为YND-11变压器，二次侧绕组有一相接地并与钢轨连接。
平时用隔离开关将两路隔开，当主电源故障中断供电时，则转换到由备用电源对备用变压器供电，该转换由备用电源自投装置自动完成。
设备检修时同理。
2.二次侧
（1）辅助母线：
四条辅助母线
考虑牵引母线引入高压室的方便，在高压室外设置四条辅助母线。
（2）馈线结线方式选择：
馈线断路器50%备用的方式
由于该变电所的供电方式为单线双边供电，共有四条馈线，A相和B相上各两条，考虑到经济性，不采用带旁路母线的单线分段接线方式，但为了保证馈线供电可靠性，采用馈线断路器50%备用的馈线结线方式，每两条馈线设一台备用断路器。
当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，27.5KV的馈线能继续工作。
馈线上采用50%备用，当某一条馈线断路器发生故障时，合上相应的备用断路器。
电气主接线图如下：
第三章短路计算
3.1有关短路计算的概念、目的和内容
1．短路计算的概念：
短路计算是指供电系统正常运行情况外的，系统相与相之间或者相与地之间的负荷被旁路的直接短路或经过一个很小的故障点阻抗短接。
2．短路危害：
当系统受到某种干扰（这种干扰主要来自短路故障）时，使得发电厂发出的功率和用户所需的功率失去平衡从而使得电网频率及某些节点电压因电动机转子摇摆或失调而变化或者波动，使正常运行状态受到破坏，严重时甚至解列，导致系统崩溃。
3．短路计算的目的：
短路计算是通过对短路过程的研究及计算短路电流的量值，从而达到供电系统合理设计和安全可靠运行的重要因素。
4．短路计算的主要内容是：
确定短路电流的大小（周期分量电流有效值），最大短路电流的大小（短路电流最大有效值）。
3.2短路点的选取
由于在初步确定了主接线和主变压器运行方式的情况下，选择电气设备可能出于最严重的短路电流状态的短路点作为短路计算点，从而确定系统在最大运行方式下，通过各种电气设备和载流母线的最大短路电流。
因此，对于一次侧一般选取110kv高压母线短路点作为短路计算点；对于二次侧一般选27.5kv低压母线短路点作为短路计算点。
3.3短路计算
网络接线图如下：
如上图中网络接线图，点为110kv侧高压母线短路点，为27.5kv侧低压母线短路点。
由于是一主一备工作方式，图中点和点发生短路情况相同，点和点发生短路情况相同。
取冲击系数Kch=1.8
当计算点短路时，等值计算网络图为：
当d4点短路时，其等值计算网络图为：
牵引变电所主变压器选择
110KV侧：
27.5KV侧：
短路计算值一览表如下：
额定电流（A）
短路电流（A）
冲击电流（A）
最大短路电流有效值（A）
110KV侧
165.33
2920
7796
4701.2
27.5KV侧
661.33
4155
11090
6689.6
对环境校验：
海拔h≤1000m，I级污秽地区，盐密δ≤0.1毫克厘米2，最高环境温度+40℃考虑，所以所有参数可以直接引入计算。
第四章设备及选型
4.1硬母线的选取
一、110KV侧母线的选取：
1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑；
由附表3可以查出铝母线25×3的允许载流量为251A
初步确定选用母线截面为：
2、校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的θZ。
短路电流计算时间：
短路电流热效应：
所截面母线能满足热稳定性要求：
选择结果：
二、27.5KV侧母线的选取
1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑
查附录表3：
２、校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线，找出对应的值，再由求出，再次利用曲线找出对应的θZ，同理计算如下：
短路电流计算时间：
所选截面母线能满足热稳定性要求：
选择结果：
3、校验母线的机械稳定性
三相短路冲击电流为ich=11.09KA,
设将母线水平摆放，
已知：
a=40cm,l=120cm,,b=8mm
计算KK
三相短路时的相间电动力为：
母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
母线的计算应力：
所选母线允许应力为：
校验结果：
4.2支柱绝缘子和穿墙套管的选取
由于牵引变压器安装在室外，而110KV进线是直接接在牵引变压器上面的。
所以不用穿墙套管，因此，对于110KV侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙套管。
低压侧27.5KV侧设备既有安装在室内的也有室外的，所以对侧既要选择支柱绝缘子也要选穿墙套管。
一、110KV侧支柱绝缘子的选取：
1、按照最大工作电压选择支持绝缘子可按变压器额定电压考虑
Ue=110KV,查附表11.1初步选支柱绝缘子的型号为：
ZS-110\3,破坏荷重为3000N的支柱绝缘子。
2、校验其机械强度
校验结果：
二、27.5KV侧支持绝缘子的选取：
1、同理按照最大工作电压选择支持绝缘子可按变压器27.5KV侧额定电压考虑。
Ue=27.5KV,查附表11.1初步选择支柱绝缘子的型号为户外：
ZS-35\4,破坏荷重为4kN,户内：
ZA-35Y.破坏荷重为3.75kN
2.绝缘子动稳定校验
（１）绝缘子的承受力为：
校验结果：
（２）短路时中间相中间位置的支柱绝缘子承受力为：
校验结果：
三、27.5KV侧穿墙导管的选取
1、按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器额定电压的1.3倍考虑
查附表11.1初步选择的穿墙套管型号为：
2、校验穿墙套管的热稳定性
当前面选择母线时算出：
查附表11.2知其短路时通过的允许热稳定电流为：
4.3高压断路器的选取
交流牵引负荷侧由于操作次数多，故障跳闸频繁，从减少运行维修工作量考虑，本设计侧选用断路器，侧选用真空断路器。
一、110KV侧采用断路器
1、最大长期工作电流按变压器额定电压的1.3倍考虑
查附表6.2初步选定断路器型号为：
额定电流取：
2、短路关合电流的校验
查附表6.2知：
型号为LW-10的SF6断路器的极限通过电流为80KA。
校验结果：
3、校验短路时的热稳定性
由前面所计算可以知道：
热稳定性校验结果：
二、27.5KV侧的真空断路器选取
1、最大长期工作电流按变压器额定值的1.3倍考虑
选择断路器的型号为：
2、校验短路关合电流能力
查附表6.3知ZN6-27.5的极限通过电流为25KA。
校验短路时的热稳定性结果：
由前面计算可知：
选择该真空断路器为：
4.4高压熔断器的选择
由于在所设计的电气主接线中，只有27.5KV侧母线上才有高压熔断器，所以只需选择27.5KV侧的高压RD。
1、按照额定电压选择
因为：
Ue2=27.5KV,而Ue>=Ue2,所以初步选择型号为RN1-35的高压熔断器。
2、校验熔断器开断电流能力
校验结果：
选择熔断器型号为：
3、检验断流容量：
校验结果：
选择高压熔断器型号为：
4.5隔离开关的选取
由于在所设计的电气主接线中，110KV侧隔离开关在室外，而27.5KV侧既有室内也有室外的，因此110KV侧的只需选择室外的，27.5KV侧要选择室内和室外。
一、110KV侧隔离开关的选取
1、最大长期工作电流按变压器额定电流的1.3倍考虑
初步选定110KV侧户外隔离开关的型号为：
2短路时的热稳定性校验
就选该型号的GK
二、27.5KV侧隔离开关
校验：
选定户内GK型号为：
选定户外隔离开关的型号为：
３、校验短路时热稳定性
户内隔离开关的校验：
校验：
选隔离开关型号:
户外隔离开关的校验：
检验：
选隔离开关型号:
4.6电压互感器的选取
一、110KV侧电压互感器的选取
Ue=110KV
查附表12初步选定电压互感器的型号为：
JCC-110,其原边额定电压为110KV，副边额定电压为0.1\KV。
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
二、27.5KV侧电压互感器选取
Ue=27.5KV
查附表12初步选定电压互感器的型号为：
JDJ-35,其原边额定电压为30KV，副边额定电电压为0.1KV
由于电压互感器是并接在主回路中的，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此不需进行稳定性校验。
4.7电流互感器的选取
一、110KV侧的电流互感器的选取
1、最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑
校验：
选择电流互感器型号为：
额定电流比为：
2、短路时热稳定性校验
校验：
短路时动稳定性校验
校验：
二、27.5KV侧电流互感器的选取
1、最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑
校验：
选择电流互感器型号为：
短路时热稳定校验
2、短路动稳定性校验
按照Ku××ILHe>=ich的条件进行校验
4.8避雷器的选取
牵引变电所为预防感应雷电波的入侵，通常采用避雷器保护，以限制入侵雷的辐值和陡度，从而保护电气设备的安全。
FCZ系列磁吹阀式避雷器额定参数如下表
安装点
参数
型号
FCZ—110
FCZ—35
额定电压（KV）
110
35
灭弧电压（KV）
126
41
工频放电电压有效值（KV）
不小于
255
70
不大于
290
85
冲击放电电压不大于（KV）
345
112
冲击电流残压不大于（KV）
5KA时
332
108
10KA时
365
122
电气设备一览表
名称
型号
数量
单位
110KV侧软母线
LMR-25×3
2
根
27.5KV侧硬母线
LMY-60×8
2
根
27.5KV侧软母线
LMR-60×8
2
根
110KV侧支柱绝缘子
ZS-110\3
3
个
27.5KV侧户外支柱绝缘子
ZA-35Y
3
个
27.5KV侧户内支柱绝缘子
ZS-35\4
3
个
27.5KV侧户内穿墙套管
CLB-35\1000
6
个
110KV侧SF6断路器
LW-10
2
组
27.5KV侧真空断路器
ZN6-27.5
10
个
27.5KV侧高压熔断器
RW1-35
4
个
110KV侧隔离开关
GW5-110G\600
7
组
110KV侧中性点接地隔离开关
GW5-110G\600
2
个
27.5KV侧户内隔离开关
GN2-35T\1000
12
个
27.5KV侧户外隔离开关
GW5-35G\1000
8
个
110KV侧电压互感器
JCC-110
2
组
27.5KV侧电压互感器
JDJ-35
4
个
110KV侧电流互感器
LCW-110-0.5\1
2
组
110KV侧中性点接地电流互感器
LCW-110
2
个
27.5KV侧电流互感器
LCW\5
14
组
27.5KV侧C相电流互感器
LCW-35
4
个
110KV侧避雷器
FCZ—110
2
组
110KV侧中性点接地避雷器
FCZ—110
2
个
27.5KV侧避雷器
FCZ—35
6
个
结论
通过做这次牵引供变电课程设计，让我学到了很多关于供变电的知识，不仅巩固了以前学过的牵引供变电的相关知识，在自己设计主接线以及各设备校验选择中，对零散知识有了系统的认识，深刻理解了以前所学的理论知识。
在设计的过程中也遇到了很多的问题，通过积极的向同学请教，虚心求教，让我在做课程设计的过程中收获很多。
另外，在学习的过程中，我也查阅了不少的参考书籍。
在这之间，我学会了如何快速有效的在若干文献中，找到所需要的资料。
在信息检索方面的能力提高不少。
通过这几周认真完成牵引供变电的课程设计，也让我认识到了所学的专业知识在实际变电所中的应用。
对专业知识的认识，不再是像以前所认为的那样，局限于理论认知，只会做题。
通过这次的课程设计，提高了我对牵引供变电相关知识的深入理解。
这也让我意识到了认真学习和掌握专业知识的重要性。
特别是在即将走上工作岗位的大四学生，为了在以后的工作中更为顺畅，出于对自己和工作的负责，我们都应当利用余下的时间，认真学习专业知识，为今后的发展打下牢固的基础。
参考文献
1、贺威俊.电力牵引供变电技术.成都:
西南交通大学出版社.2004
2、简克良.电力系统分析.成都:
西南交通大学出版社.1993
3、李群湛，连级三，高仕斌.高速铁路电气化工程.西南交通大学出版社
4、谭秀炳，刘向阳.交流电气
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