牵引变电所电气主接线设计 - 毕业论文

题 目： 牵引变电所电气主接线设计

专 业： 电气工程及其自动化（电气化铁道技术）

西 南 交 通 大 学

网 络 教 育 学 院

院系 电气工程 专 业 电气工程及其自动化(电气化铁道技术)

指导教师

评 语

是否同意答辩 过程分(满分20)

指导教师 (签章)

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩

答辩组组长 (签章)

年 月 日

毕 业 论 文 任 务 书

班 级 1109 学生姓名 解涛涛 学 号 11923301

开题日期： 2013 年9 月 9 日 完成日期：2013 年10 月 10 日

题 目 牵引变电所电气主接线设计

1、 本论文的目的、意义 通过该设计,可以初步掌握电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法.基本掌握变电所主接线图的绘制方法,锻炼自己综合运用所学知识的能力,熟悉有关设计规范和设计手册的使用,为现在从事的牵引变电所奠定良好的理论和实践基础.确保铁路供电系统安全.

2、 学生应完成的任务

3、 论文各部分内容及时间分配：（共 周）

第一部分 ( 周)

第二部分 ( 周)

第三部分 ( 周)

第 部分 ( 周)

第 部分 ( 周)

评阅或答辩 ( 周)

4、 参考文献

1. 江文 供配电技术。机械工业出版社。

2. 林秀海.电气化铁道供变电工程.中国铁道出版社

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. 杨保出 高电压技术。重庆大学出版社。

5. 冯仁杰 电气化铁道供电系统。中国铁道出版社。

6. 贺威俊 电力牵引供变电技术。西南交通大学出版社。2004

7. 何其光 牵引变电所。北京：中国铁道出版社。

8. 铁道部电气化局电气化设计院。牵引供电系统。中国铁道出版社。

9. 简克良.电力系统分析.成都:西南交通大学出版社.1993

备 注

指导教师： 年 月 日

审 批 人： 年 月 日

诚信承诺

一、 本论文是本人独立完成；

二、 本论文没有任何抄袭行为；

三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。

　　　　　　　　　　　　　承诺人（钢笔填写）：解涛涛

2013 年　9　月　20　日

摘 要 …………………………………………………………………11

第一章 牵引变电所电气主接线设计原则及要求、类型与功能……15

1.1 概述……………………………………………………………15

1.2 牵引变电所…………………………………………………15 1.2.1电力牵引的电流制………………………………………15 1.2.2 牵引变电所的供电方式…………………………………… 17

1.3 电气主接线基本要求…………………………………………17

1.4 电气主接线类型………………………………………………17

1.5 电气主接线的功能……………………………………………19

1.6 电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤…………………19

第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明…………………………20

2.1 牵引变电所电气主接线图设计说明………………………………20

2.2 牵引变电所主接线图……………………………………… 21

第三章 短路计算………………………………………………………23

3.1 短路计算的相关概念、内容和目的…………………………23

3.2 短路点的选取…………………………………………………23

3.3 短路计算………………………………………………………23

第四章 设备及选项……………………………………………………29

4.1 母线的选择及校验……………………………………………29

4.1.1 110KV侧母线采用软母线……………………………29

4.1.2 27.5KV侧母线采用矩形铝母线……………………30

4.2 4.2 支柱绝缘子及套管的选取………………………………32

4.2.1 110KV侧支柱绝缘子选取………………………………32

4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取……………………………32

4.2.3 27KV侧穿墙套管选取…………………………………33

4.3 高压断路器选取及校验……………………………………33

4.3.1 110KV侧断路器选取……………………………………34

4.3.2 27.5KV侧断路器选取……………………………………34

4.4 高压熔断器的选取及校验…………………………………35

4.4.1 27.5KV侧高压熔断器选用………………………………35

4.5 隔离开关的选取及校验…………………………………………36

45.1 110KV侧隔离开关的选取…………………………………36

4.5.2 27.5KV侧隔离开关的选取…………………………………37

4.6 电压互感器的选取…………………………………………38

4.6.1 110Kv侧电压互感器选取…………………………………38

4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取…………………………………38

4.7 电流互感器的选择…………………………………………38

4.7.1 110Kv侧电流互感器选取…………………………………39

4.7.2 27.5KV侧电流互感器选取…………………………………39

4.8 牵引变电所变压器的选择………………………………… 40

4.8..1 牵引变压器的分类……………………………………40

4.8.2牵引变压器选择的分析……………………………………42

4.9 避雷器的选取……………………………………………45

4.10 避雷针的选取………………………………………………46

4.10.1 避雷针位置的确定……………………………………46

4.10.2避雷针的保护范围计算…………………………………46

第5章 无功补偿装置的选择…………………………………… 49

5.1概述………………………………………………………… 49

5.2补偿装置的确定……………………………………………… 49

5.3补偿装置容量的选择………………………………………………50

第6章 牵引变电所保护配置………………………………………51

6.1牵引变压器………………………………………………………51

6.2馈线……………………………………………………………51

电气设备一览表………………………………………………………53

致谢……………………………………………………………………54

参考文献………………………………………………………………55

摘要

牵引变电所变压器采用Yn,d11接线，通过对计算容量校核容量安装容量等的计算，选择变压器的类型。为了保证电力牵引列车的正常运行，牵引供电系统的设计，必须进行电压损失计算。而电能损失的计算为采取措施减少牵引供电系统电能损失提供了条件。

先通过计算容量，校核容量、确定安装容量、选择变压器类型。在计算全能电能损失和电压损失，最后计算短路电流、选择短路器类型。

所计算的电压损失校核供电臂末端区间电力机车受电弓上的短时最低电压，并满足要求。

关键词：变压器 牵引供电 电能 电压 电流

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220/110kV区域变电所

：地方110/35/10kV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 150kM LGJ-300

L2：110kV 双回路 10kM LGJ-120

L3：110kV 20kM

L4：110kV 40kM

L5：110kV 60kM

L6：110kV 双回路 20kM

L7：110kV 30kM

L8：110kV 50kM

L9：110kV 60kM

L10：110kV 60kM

未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为X=0.4Ω/kM

牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：

A：2×3.15万kVA B：2×3.15万kVA

C：2×3.15万kVA D：2×1.5万kVA

E：2×1.5万kVA F：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27.5/10kV 1000kVA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、E 110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F 27.5kV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、D 110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E 110kV线路采用横向相对引入方式；A、F 110kV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。

第一章 牵引变电所电气主接线设计原则及要求

1.1 概述

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气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接线图，称为电气主接线。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反应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。电气主接线反应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的连接方式，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，主接线的确定对变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置和计算，自动装置和控制方式选择有重大影响，此外，电气主接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，电气主接线及组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。

1.2 牵引变电所

1.2.1 电力牵引的电流制

电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制、低频单相交流制和工频单相交流制。

(1) 直流制

即牵引网供电电流为直流的电力牵引电流制。电力系统将三相交流电送到牵引变电所一次侧，经过牵引变电所降压并整流变成直流电，再通过牵引网供给电力机车使用。直流制发展最早，目前有些国家的电气化铁路仍在应用。我国仅工矿、城市电车和地下铁道采用。牵引网电压有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后两种分别用于城市电车、地下铁道。直流制存在的主要问题是，直流牵引电动机额定电压受到换向条件的限制不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求沿牵引网输送大量电流来供应电力机车。由于牵引电流增大，接触网导线截面要随着增大（一般得使用两根铜接触线和铜承力索），牵引网电压损失也相应增大，所以牵引变电所之间的距离要缩短，一般只有15~30 km。牵引变电所的数量多，并且为完成整流任务而变得较复杂。由于这些缘故，许多国家已逐渐停止发展直流制。

(2) 低频单相交流制

即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引电流制。这种电流制是继直流制之后出现的，牵引网供电电流频率为16Hz，牵引网电压为15kV或11kV，电力机车上采用交流整流子式牵引电动机。交流容易变压，因此，可以在牵引网中用高电压送电．而在电力机车上降低电压，供应低电压的交流整流子式牵引电动机。低频单相交流制的出现，与力图提高牵引网电压以降低接触网中的有色金属用量有关。应用低频的条件，一方面是由于欧洲电力工业发展的初期原来就存在低于50Hz的频率；另一方面，交流整流子式牵引电动机因存在变压器电势而对整流过程造成困难，不适宜在较高的频率下运行。因此，在欧洲，低频单相交流制于20世纪50年代前得到较大发展，目前在一些欧洲国家仍在应用。另外，在美国等国家，还采用牵引网供电电流频率为25Hz、电压为11～13kV的低频单相交流制。电力工业主要采用50Hz标准频率后，低频制电气化铁道或者须自建专用的低频率的发电厂，或者在牵引变电所变频后送人牵引网；这就变得复杂化，于是，其发展受到了限制。

(3) 工频单相交流制

即牵引网供电电流为工业频率单相交流的电力牵引电流制。它是在20世纪50年代中期法国电气化铁路应用整流式交流电力机车获得成功之后开始推广的。从那时以来，许多国家都相继采用。这种电流制在电力机车上降压后应用整流装置整流来供应直流牵引电动机。由于频率提高，牵引网阻抗加大，牵引网电压也相应提高。目前，较普遍应用的接触网额定电压是25kV。采用工频单相交流制的优点是，消除了低频单相交流制的两个主要缺点（与电力工业标准频率并行的非标准频率和构造复杂的交流整流子式牵引电动机）；牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器，就可以完成降压、分相、供电的功能；接触网的额定电压较高，其中通过的电流相对较小，从而使接触网导线截面减小、结构简化；牵引变电所的间距延长、数量减少；工程投资和金属消耗量降低，电能损失和运营费用减少；电力机车采用直流串励牵引电动机，也远比交流整流子式牵引电动机牵引性能好，运行可靠。采用工频单相交流制的缺点是，对电力系统引起的抚恤电流分量和高次谐波含量增加以及功率因数降低；对沿电气化铁路架设的通信线有干扰。但是，经过技术方面和经济方面的综合分析比较，上述优点是主要的。因此，我国电气化铁路采用工频单相25kV交流制。

1.2.2 牵引变电所的供电方式

(1)牵引变电所一次侧的供电方式

牵引变电所一次侧 （电源侧，通常为110KV或220KV）的供电方式，可分为一边供电边供电和环形供电。

①一边供电

就是牵引变电所的电能由电力系统中一个方向的电厂送来。

②两边供电

就是牵引变电所的电能由电力系统中两向的电厂送来。

③环形供电

是指若干个发电厂、地区变电站通过高压输电线连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一个环路中。

(2)牵引变电所向接触网的供电方式

单线区段

①一边供电；②两边供电。

双线区段

①同相一边并联供电；②同相一边分开供电；③双边扭结供电。

1.3电气主接线基本要求

（1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。

（2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。

（3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。

1.4电气主接线类型

1、线路变电所组接线

线路变压器组接线便是线路和变压器直接相连，是一种最简略的接线要领。线路变压器组接线的好处是断路器少，接线简略，造价省。相应220kV接纳线路变压器组，110kV宜接纳单母分段接线，正常分段断路器打开运行，对限定短路电流结果显着，较得当于110kV开环运行的网架。但其可靠性相对较差，线路妨碍检修停运时，变压器将被迫停运，对变电所的供电负荷影响较大。其较得当用于正常二运一备的城区中间变电所，如上海中间城区就有接纳。

2、桥形接线

桥形接线接纳4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线制止路器数量较少。也是投资较省的一种接线要领。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线。由于变压器的可靠性宏大于线路，因此中应用较多的为内桥接线。若为了在检修断路器时不影响和变压器的正常运行，偶然在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/adcf4961443610661ed9ad51f01dc281e43a566d.html