第二章 牵引变电所容量计算与选择.docx
《第二章 牵引变电所容量计算与选择.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章 牵引变电所容量计算与选择.docx（42页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
第二章牵引变电所容量计算与选择
第二章牵引变电所容量计算与选择2.1牵引变电所容量计算和选择
就是指牵引变压器容量的计算和选择。
一般可以分为三个步骤进行。
⑴按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，称为计算容量。
⑵按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变电所的过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。
这是为确保牵引变压器安全运行所必须的容量。
⑶根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式），最后按实际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量，称为安装容量或设计容量。
牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，从安全运行与经济方面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载；反之，容量过大将使牵引变压器长期不能满运行，造成容量浪费。
因此，牵引变压器容量的确定是很关键的一步，也是短路计算、负荷计算、电气设备选择的重要依据。
现根据铁路运行实际情况作如下假设：
某复线客、货铁路采用TT供电方式，上行供电臂A长22km，下行供电臂B长20km。
其负荷情况如下：
①近期调查年货运量γ=2000万吨/年
②牵引吨数Q=5100t
③牵引计算结果：
（ΣA中已包括机车自用电）
供电臂A上行：
n=3，ΣA=1724kVAh，Σtg=28.3minΣt=34.5min
Σtg=29.2minΣ，A=1988kVAhΣ，n=3下行：
t=36.1min
N=27对非供电臂B上行：
n=3，ΣA=2155kVAh，Σtg=26.9minΣt=29.2min
下行：
n=3，ΣA=1822kVAh，Σtg=26.3minΣt=28.3min
N=30对非④cosφ=0.8，在牵引母线上补偿，补偿后cosφ=0.9
2.2供电区间内的需要输送能力
44?
10?
K?
K?
10?
?
2000?
1.151.221N===21（列/日）=11（对/?
7050.365?
5100?
?
365Q净日）
其中——波动系数，取1.2；K1K——储备系数，复线取1.15；24?
吨/10年）——年运货量（?
——货物列车载重系数（有各种车辆的百分比决定）；净——列车牵引重量（吨）Q；2.3供电臂AB的基本参数：
2.3.1上下行供电臂列车平均电流：
供电臂A:
?
A1724上?
42.=119.9=（=IA）?
2.4上行：
上aA?
t34.5上?
A1988上?
4.2=132.2（=AI=）?
4.2下行：
下aA?
t36.1上B:
供电臂．
?
B2155上?
42.=177.1（AI=）=?
42.上行：
上aB
?
t29.2上?
B1822下?
2.4）AI==154.5=（?
.42下行：
下aB
?
t328.下2.3.2上下行供电臂列车带电平均电流：
?
A1724上=146.2（=A=供电臂A:
I）?
.42?
2.4上行：
上aA
?
28.3tg上?
A1988上=163.4（A=I=）?
42.?
2.4下行：
下aA?
29.2tg上?
B2155上=I=）=192.3（A供电臂B:
2.4?
?
4.2上行：
上aB?
9.26tg上?
B1822下?
2.4=166.3（=IA）=?
42.下行：
下aB?
t26.3g下2.3.3供电臂中同时存在的平均列车数：
?
tN11?
34.5上=0.264==供电臂A：
m上T1440?
tN1?
36.11下=m==0.276下T1440?
tN11?
29.2上=0.223=供电臂B：
m=上T1440?
tN3?
1128.下===0.216m下T14402.3.4供电臂内列车带电平均概率：
?
tN11?
28.3上g=0.072
=p=A供电臂：
上nT3?
1440?
tN11?
29.2g下=0.074
=
p=下nT1440?
3．
?
tN9?
26.11上g=0.068
p==供电臂B：
上
nT14403?
?
tN326.11?
g下=0.067=
=p下
nT14403?
:
2.3.5列车电流间断系数?
t534.上=1.22=
供电臂A：
a=上
?
328.t上g?
t136.下=1.24a==下
?
t2.29下g?
t2.29上=a==1.09供电臂B：
上?
926.t上g?
t3.28下=1.08==a下
?
t3.26下gII的平均电流II2.4供电臂ABaB下aA下aBaA上上-3-3（A1724×10）=31.6I=1.667N∑A×10×=1.66711×上aA上-3-3A×10）=36.5∑=1.667NA×10（=1.667×11×1988I下下aA-3-3）=39.5（A10×=1.667×112155×10AI=1.667N∑×上aB上-3-3）=33.4（×11×1822×10×I=1.667N∑A10A=1.667上aB上（A）I=I+I=68.1aAaA下aA上）（AI=I+I=72.9aBaBaB上下IAB的有效电流I、供电臂2.5xBxA：
供电臂A2P?
?
0720.1.1?
?
上A?
1?
1=2.4
=K=上xA072.?
30nP上AI=K×I）A（31.6=75.8×=2.4上aA上xA上xA．
2P?
?
0740.1.1?
?
下A?
1?
1=2.37
K==下xA074.3?
0nP下AI）36.5=86.5（A=K×I=2.37×下xAxA下下aA0.074=0.141
0.072×－－P×P=0.072+0.074=PP+P下AAA上上AA下2P?
?
141.1.1?
0?
A?
1?
1=1.808
=K=xA141.?
03nPA68=123（A）
×I=1.808I=K×aAxAxA：
供电臂B2P?
?
068..1?
01?
上B?
1?
1=2.46
K==上xB0680.3?
nP上B=2.46×39.5=97.2A）（I=K×I上xB上xB上aB2P?
?
067.1?
01.?
下B?
1?
1=2.48
K==下xB0673?
0.nP下B33.4=82.8（A）=2.48I=K×I×下xB下下aBxB0.068=0.130
×－0.067－P=P+PP×P=0.067+0.068下BB上B上BB下2P?
?
130.1.1?
0?
B?
1?
1=1.867
==KxB1300.3?
nPB72=134（A）
=1.867××IKIaBxb=xB?
1.04；——有效系数，取?
其中：
P——供电臂出现带电运行列车的平均概率；——供电臂有效电流系数K；x：
2.6变压器的计算容量S22S=KUII?
2I?
I4txBxAxBxA2-1
2272?
6821344?
?
123?
?
=0.9×27.5A）
=7698（KV·0.9——变压器的温度系数，一般取；：
K其中t；27.5KV——牵引变电所母线额定电压即U．
2.7变压器的校核容量：
N非的要求进行核算：
按非平行运行区间通过能力：
非的有效电流I轻负荷臂A对应于NxA?
tgN3.27?
28非=0.177
=P=上A
nT1440?
3?
tgN2.27?
29非===0.183
P下A
nT14403?
0.183=0.330
×=0.177+0.183－0.177－P=P+PP×P下AA上A上A下A2P?
?
330?
0.1.1?
A?
1?
1=1.333
=K=xA330.3?
0nPA-3-3=167
10×（1724+1988）10×=1.667×27I=1.667N∑A×非aA（A）
I=K×I=1.333×167=223（A）
aAxAxA重负荷臂B对应于N非的最大短时电流：
?
tgN30?
26.9非=0.187
=P=上B
nT3?
1440?
tgN30?
26.3非=0.183
P==下B
nT14403?
P=P+P－PP=0.187+0.183－0.187×0.183=0.335下BB上BBB下上查表4-6-1及Imax=f（p）曲线得：
?
A60（2115?
1822）60?
下）?
（上I===177.6（A）
Ut25?
（26.9?
26.3）g）下上（?
I=2.42×177.6=430（A）
max表4-6-1参照中国铁道出版社出版，铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编《牵引供电系统》的69页
三相Y△,d11接变压器最大短时容量：
S=KU（2I+0.65I）
xAbmax
maxt2-2
223）
×430+0.65×（2×27.5×=0.9．
=24873（KVA）
三相Y△,d11接变压器的校核容量为：
S=Sbmax/k=24873/1.5=16582（KVA）
校其中：
k——过负荷倍数，通常三相Y△,d11接变压器取1.5
2.8变压器的安装容量：
固定备用的安装容量应选用2×20000KVA的变压器
有变压器允许过负荷50℅可知：
固定备用的S=20000×1.5=30000>24873（KVA）bmax故所选用的固定备用方案是合适的。
根据设备手册，选SF7-20000/110型
第三章接触网阻抗计算
3.1按导线允许载流量确定导线与接触悬挂的截面
导线允许载流量：
是指在一定环境下，不超过导线最高允许工作温度时所传输的电流，它与环境、温度、风速、导线的最高允许工作温度、导线外径、导线在最高允许工作温度时的交流电组和导线表面状态等因素有关。
按允许载流量选截面：
123（134）（A）<460（A）
又当需要考虑接触导线磨耗时，解除悬挂的允许载流量减小，减小到约为下表值的75℅。
即：
123（134）<460×75℅=345（A）
表3-1
由表3-1可知：
悬挂GL-70+GL-70+GL-70+GLCB-
GJ-70+GJ-70+GJ-70+TCG-10080100类型允许+LGJ-185GLCA-GLCB-100+LJ-185TCG-100TCG-85215215173载流量5756901100460长期540970
1020
600
505
-
-
-
20min
100所以，选双链形悬挂-GLCB-70?
GL
2158085资料，用代替考虑到未查到?
GLCBGLCB?
1731733.2牵引网阻抗计算：
牵引网阻抗是计算牵引网电压损失、电能损失、短路电流等计算中的基本参数。
牵引网主要有接触网和轨道组成，因此，牵引网阻抗是由接触网-大地回路和轨道-大地回路的阻抗组成。
牵引网阻抗与牵引网的结构、选用导线（接触线、承力索、加强导线、回流线、正馈线）的型号规格；钢轨的类型、数量和轨矩；牵引网向电力机车的供电方式（DF、DN、AT、BT和CC）以极大地导电率等因素有关。
牵引网的电阻主要包括接触网的电阻、钢轨的电阻以及大地回路的电阻。
已知数据：
85，查表3-2-1得接触导线：
GLCB?
1732..7?
13BA?
16=7.475（mm）
=计算半径?
R
44?
=0.95
当量系数j?
?
·R=0.95R×=7.475=7.1（mm）
当量半径jj有效电阻：
r=0.23Ω/km表3-2-1
j
截面（mm
2）
断面单位尺寸
计等
（mm）重
直流
效算
续
名
量
电阻
半半
流
规格?
/k（（A径称（径标）
（mkg（mBA钢铝m）
称m）/km）
m）GLCA-16.19.929.08.5钢1000.184
67215148
4707
铝2
5
6
5
215．
20in（A）/
GLCB-16.13.747.4
电
车线铜接触导线
85173TCG-100TCG-85
17354119100//
2712.10.
4890760
0.230.1790.211
75.95.64
7.14.64.4
400600500
/520400
85
/
/
810.8
8111.76
承力索驰度：
f=600mm
钢轨型式为P50，查表得：
钢轨有效电阻：
r=0.18Ω/km
gL606
?
?
22=96.5mm
钢轨计算半径：
R==钢轨的内感抗：
X=0.18Ω/km
g内?
-4（1/Ω·cm）=10×10大地导电率：
两线路中心距离为：
L=5m
表3-2-2
单位
计算
等效
名称
型号
计算界面（
根数×单线半2mm）
径mm（
）
重量（kg
半径（mm
半径（mm
电阻Ω（/cm）
持续载流量（A
）/km））5.34.00.28340
19×21.4618
68.8TJ-70
65硬4.76.2铜TJ-9592.519×2.498390.20415
45绞105TJ-127.05.3线11719×2.800.158485
0
017
铝钢钢铝钢LGJ-96.86.54010.315335
××287芯5
4
0
17.81
94.231.8
2.07铝
绞线
LGJ-120LGJ-1
116.34140.7
21.99
28×2.3028×
7×2.07×
495
7.608.3
7.227.9
0.255
380
50LGJ-1
6182.4
26.61
2.5328×
2.20×7
599
69.5
49.0
0.211
445
85GJ-50
0
34.3648.26
2.88
2.5×191.8
774411.1
14.6
3
0.1633.61（50A）
51590
1.93195.7×
钢绞线
GJ-70GJ-95GJ-10
72.2100.8
2.219×
61556.306.5859
120（50A）1.58140（50A）
0
3
2.60
0
.4
1.45
表3-2-3
名称导线型电阻/m
1.0
0.3870.3740.3590.351
1.250.4010.3880.3730.365
1.50.4120.4000.3400.3850.3760.3650.3540.347
0.4300.4180.3580.4030.3942.00.3830.3720.365
规格LGJ-1
钢轨钢轨截面重量LGJ-2LGJ-3
钢轨周长LGJ-5
计算半径LGJ-7
有效电阻LGJ-9
rgLGJ-12
内阻抗XLGJ-15
等效半径?
（kg/m号
）（kg/m）（cm6
5
L2）
（mm）（05
Rmm）0
Ω（/km5
）（
Ω/km）0
Rg（mm）0
钢轨（km）-
435060/Ω2.041
44.6531.38
57.00.85
558
0.65
88.996.6109.10.46
0.220.180.1350.33
0.27
0.220.180.135
2.69
5.5412.70.21
51.51460.35
65.877.08
606685
9线间几何距离
㈠上、下行线路接触网的等值导线-地回路得自阻抗：
Z和Z2
11各部分距离：
接触导线与承力索间的平均距离：
22d=h－f=1300－×600=900（mm）jc33．
接触导线与钢轨顶中心的距离：
dg22）H?
（=djg23-2-1
143522）?
5800（=2）（mm=5844承力索与钢轨顶中心的距离：
dg22）（?
（H?
d）3-2-2
=dcgjc2143522）?
（（5800?
900）=2（mm）=6738地回路的等值深度：
085.23-2-3
=Dg9?
?
10?
f2.085=14?
1050?
10?
3（mm10）×=9322接触导线-地回路的自阻抗：
ZjDgZ=r+0.05+j0.145㏒jj
R?
j3-2-4
310?
932=0.23+0.05+j0.145㏒
7.1=0.28+j0.742
）Ω∠=0.76772.2（?
．
3承力索-地回路的自阻抗ZcDgZ=rc+0.05+j0.145㏒c
R?
c3-2-5
Dg+jX=rc+0.05+j0.145㏒内c
Rc310932?
=1.93+0.05+j（0.145㏒+0.45）
5.75=1.98+j1.205
=2.318∠31.3（Ω）
?
4接触线-地回路与承力索-地回路的互阻抗ZjcDgZ=0.05+j0.145㏒jc
Rjc3-2-6
310?
932=0.05+j0.145㏒
900=0.05+j0.437
=0.44∠83.5（Ω）
?
5等值接触网-地回路的自阻抗Z11=Z+Zjc1
11?
Z?
?
ZZZjccjjc3-2-7
（Z?
Z）（Z?
Z）jcjccj+=Zjc
）Z?
（）Z?
（Z?
Zjcjcjc=0.05+j0.437+
）]j0.437.205）?
（0.05?
0742）?
（.05?
j0.437）][（1.98?
j1?
[（0.28j0.
）].4370?
（.05?
j0.j0437）]?
[（1.98?
j1.205）?
.[（028?
j0.742）（0.05?
=0.715+j1.184
）
（Ω=1.383∠58.9?
）
（ΩZ=Z=0.715+.184=1.383∠58.9?
21地回路的等值阻抗轨道-㈡Z3X-0.18/0.1450.145／-R=5.54mm
=96.5=R×10×10g内?
g2R=ddRdddd8?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
333g3333333333-2-8
2228=6435?
.543565?
1435?
?
50005）=660（mmrDggZ=㏒+0.05+j0.14534R?
33-2-9
310932?
180.+0.05+j0.145㏒=6604=0.095+j0.457
）
（Ω=0.467∠78.25?
的互阻抗2-地回路1和㈢上下行线路接触网的等值导线Z12DgZ=0.05+j0.145㏒12d12310932?
=0.05+j0.145㏒5040=0.05+j0.329
）
Ω=0.333∠81.36（?
=）mm式中：
d=（=5040dd5080?
500012jccc2121．
22229005000?
）=5080=d（=mmd?
Lc1j2jc-、2分别与轨道网1㈣上下行线路接触网的等值导线-地回路、地回路3的互阻抗ZZ2313d=dddddddd813ggjggcjcggjgjcgc?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
3233321133213231228=81447210?
5844?
6738?
?
7952=7089（mm）
Dg=0.05+j0.145Z=Z㏒2313
d133-2-10
310?
932=0.05+j0.145㏒
7089=0.05+j0.307
=0.311∠80.75（Ω）
?
㈤双线牵引网等效网络的阻抗
1线路Ⅰ牵引网的自阻抗ZⅠ2Z13=Z－Z1Ⅰ
Z33-2-11
2）?
80.75（0.311?
=0.715+j1.184－
0.467?
78.25?
=0.691+j0.978
?
54.8（=1.197Ω）
?
2线路Ⅱ牵引网的自阻抗ZⅡ因：
Z=Z，Z=Z231321．
2Z23Z故：
=Z-2Ⅱ
Z3=0.691+j0.978
?
）
=Z=1.197Ω54.8（?
Ⅰ线路ⅠⅡ牵引网的互阻抗3ZZⅡⅠZ?
Z2313－Z=Z12ⅠⅡ
Z33-2-12
2）.75?
?
（0.31180－=0.05+j0.329
?
.?
78250.467=0.026+j0.123
?
）
78.06（=0.126Ω?
故复线牵引网等值阻抗为：
U?
IS2/l）/2×S－（Z－Z=Z≈ZⅡⅠⅠⅠ3-2-13
等值单位阻抗：
S/l×（Z－Z）/2Z=Z－ⅡⅠⅠⅠ=0.409+j0.506
?
）
51.06（=0.65Ω?
负荷计算及线型选择第六章6.1高压架空线路的选择S16582：
cI===87.04（6.1.1变压器高压侧电流A）110?
3U3N查《电力工程》P表1-1,如下352表4-1LGJ型钢芯铝绞线规格
额定股数及直径mm计算长期允许单位重量电阻电流直径截面-1-1/Ω（km）/kg（km）钢芯铝股2/A
/mm
/mm166×1.81×1.85.42.0461.7105
1351.38251×2.26×2.26.692.2
1708.40.85×352.81×2.813962203.26×9.60.65501×3.2195
27527511.4
0.4616×3.870×3.8
335
7××0.33
1.8401
13.68
95
282.07
12028×7×2.015.20.27492380
2.30
15028×7×2.216.720.21598445
2.53
根据电流I=87.04A，查表得，可选用LGJ-25
假设线间几何距离为2m，查《工厂供电》P附表19，如下316表4-2LGJ钢芯铝绞线的电阻和感抗
（km）-感/
0.379
0.3860.3970.4080.4170.4320.4442.5
0.3723.00.4560.4430.4280.4200
升级会员 