西南交通大學-牽引變電所電氣主接線設計.doc

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題目： 牽引變電所電氣主接線設計 院系： 電氣工程系 專業(yè)： 鐵道電氣化 年級： 2010級 姓名： 學號： 指導教師： 呂曉琴 西南交通大學峨眉校區(qū) 2013年10月25日 課 程 設 計 任 務 書 專 業(yè) 鐵道電氣化 姓 名 學 號 開題日期：2013年 9月 5日 完成日期：2013年 10月 25日 題 目 牽引變電所電氣主接線設計 一、設計的目的 通過該設計，使學生初步掌握交流電氣化鐵道牽引變電所電氣主接線的設計步驟和方法；熟悉有關設計規(guī)范和設計手冊的使用；基本掌握變電所主接線的繪制方法；鍛煉學生綜合運用所學知識的能力，為今后進行工程設計奠定良好的基礎。 二、設計的內容及要求 1、按給定供電系統(tǒng)和給定條件，確定牽引變電所電氣主接線； 2、選擇牽引變電所電氣主接線中的主要設備，如：母線、絕緣子、隔離開關、斷路器、熔斷器、互感器等。 選擇時應有先考慮采用國內經(jīng)鑒定的新產(chǎn)品、新技術。 3、提交詳細的課程設計說明書和牽引變電所電氣主接線圖。 三、指導教師評語 4、 成 績 指導教師 (簽章) 年 月 日 設計需要完成的任務 1、牽引變電所主接線設計（用2個初步方案進行比選） （1）根據(jù)電網(wǎng)布局，牽引變電所類型決定110kv側的主接線 （2）根據(jù)27.5kv饋線路及供電對象的重要程度決定27.5kv側的主接線； （3）對所選初步方案進行技術、經(jīng)濟指標比選（如接線可靠性、接線復雜程度等），選出優(yōu)化設計方案； 2、短路電流計算 為進行所選電氣設備的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定校驗，進行相應的短路計算； 3、設備選型及穩(wěn)定性校驗 （1） 根據(jù)以上計算結果，進行110kv、27.5kv、10kv所有斷路器以及隔離開關的選型和相關校驗； （2）室內、外母線選型及校驗 l 室外母線：110kv進線側，進入高壓室的27.5kv側，出來的27.5kv饋線側，10kv饋線側母線為軟母線 l 硬母線進行選型，熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定校驗 軟母線進行選型、熱穩(wěn)定校驗。無需進行動穩(wěn)定校驗。 （3）選擇并校驗各個支持絕緣子和穿墻套管 （4）電壓、電流互感器選型及校驗 4、牽引變電所防雷接地設計（參考高電壓技術教材） 5、開列所選設備清單（編號、名稱、型號、臺數(shù)） 6、繪制一幅圖紙 對所選方案繪出牽引變電所主接線圖； 7、編制完整的設計論文。 另附： 1、關于短路計算 考慮簡化計算，電網(wǎng)電源容量按無限大考慮。 計算中，取系統(tǒng)最大運行方式的綜合電抗。 沖擊系數(shù)按表1-1選取 表1-1 電壓等級 110kV 27.5kV 10kV Kch 1.80 1.70 1.55 要求：1、有完整的計算電路圖； 2、有詳細的計算過程； 3、有完整的計算結果匯總表。 2、論文要求要求： （1）根據(jù)設計內容的不同，劃分出獨立的章節(jié) （2）在每章的開始，應對所要完成的任務、基本的設計原則及計算方法作一簡要的論述 （3）在每章的結尾，應對所完成的工作做一簡要的總結，以便后面章節(jié)查閱 （4）對于關鍵參數(shù)的計算，要求有完整的計算電路圖、詳細的計算過程、完整的計算結果匯總表 (5)完成牽引變電所主接線圖 (6)撰寫格式需符合相關格式的規(guī)定。（可以參考畢業(yè)設計格式要求） 牽引變電所課程設計原始資料 原始資料（選其中一所進行設計） 1、電力系統(tǒng)及牽引變電所分布圖 圖例： ：電力系統(tǒng)，火電為主 ：地方220/110kV區(qū)域變電所 ：地方110/35/10kV變電站 ：鐵道牽引變電所 —— ：三相高壓架空輸電線 圖中： L1：220kV 雙回路 150kM LGJ-300 L2：110kV 雙回路 10kM LGJ-120 L3：110kV 20kM L4：110kV 40kM L5：110kV 60kM L6：110kV 雙回路 20kM L7：110kV 30kM L8：110kV 50kM L9：110kV 60kM L10：110kV 60kM 未標注導線型號者均為LGJ-185，所有導線單位電抗均為X=0.4Ω/kM 牽引變壓器容量如下（所有Ud%=10.5）： A：23.15萬kVA B：23.15萬kVA C：23.15萬kVA D：21.5萬kVA E：21.5萬kVA F：21.5萬kVA 2、電力系統(tǒng)對各牽引變電所的供電方式及運行條件 [1] 甲站對A所正常供電時，兩回110kV線路中，一回為主供電源，另一回備用。A所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線。27.5kV側需設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。 [2] 甲站對B所供電時，110kV線路還需經(jīng)B所送至丙站。正常運行時B所內有系統(tǒng)功率穿越。當甲站至B的輸電線路故障時，B所由丙站供電，丙站內110kV母線分段運行，輸電線L4、L5分別接入不同的分段母線上。正常運行時，丙站內110kV母線分段斷路器斷開。B所提供甲站至丙站的載波通道。 B所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線，外部有公路直通所內。27.5kV側需設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。 [3] C所由丙站送出的兩回110kV線路供電。但正常運行時，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV線路（L6）平時不向牽引負荷供電。只經(jīng)過C所的110kV母線轉接至某企業(yè)110kV變電站。 C所內采用兩臺變壓器，固定全備用。所內不設鐵路岔線，外部有公路直通所內。牽引側除向兩個方向的牽引網(wǎng)供電外，還要向電力機務段供電（兩回）和地區(qū)10kV 負荷供電（一回）。C所內設有27.5/10kV 1000kVA動力變壓器一臺。10kV高壓間內設有4路饋線，每路饋線設有：電流表、電壓表、有功電度表、無功電度表。設有電流速斷和接地保護，繼電保護動作時間0.1秒。10kV高壓間設在27.5kV高壓室一端，單獨開門。27.5kV側設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。 [4] 牽引變電所D、E、F由乙站供電。正常運行時，110kV線路在E所內斷開，不構成閉合環(huán)網(wǎng)。E所內的牽引變壓器正常運行時，接入由D所送來的電源線L8上，L8故障時可轉接至F所由L9供電。D、F所均可能有系統(tǒng)功率穿越。但正常運行時，F(xiàn)所無系統(tǒng)功率穿越。 D所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線。27.5kV側設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。所用電有地方10kV可靠電源。 [5] E所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線，有公路引入所內。27.5kV側不設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。所用電采用在110kV進線隔離開關內側接入（）/0.23kV單相變壓器，以提高向硅整流裝置供電的可靠性。 [6] F所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線。27.5kV側設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。該地區(qū)無地方10kV電源。 [7] 牽引變電所A、C、E 110kV側要求計費，牽引變電所B、D、F 27.5kV側要求計費，采用低壓側(27.5kV側)計費時，110kV側仍需設電壓監(jiān)視。 [8] 各變電所設計時，一律按海拔h≤1000m，I級污穢地區(qū)，鹽密δ≤0.1毫克/厘米2，最高環(huán)境溫度+40℃考慮。 [9] 各牽引變電所均設置避雷針三座。 [10] 牽引變電所B、D 110kV線路采用縱向平行引入方式；C、E 110kV線路采用橫向相對引入方式；A、F 110kV線路采用T字型引入方式。 [11] 假定各牽引變電所饋線主保護動作時間tb=0.1秒，27.5kV母線采用矩型截面硬鋁母線，母線間距a=40cm，母線跨距l(xiāng)=120cm；10KV母線采用矩型截面硬鋁母線，母線間距a=25cm；母線跨距l(xiāng)=100cm。 [12] 各牽引變電所主控制室均采用一對一集中控制方式，直流電源電壓均為220V。 目錄 第1章 牽引變電所主結線設計 1 1.1概述 1 1.2電氣主接線設計應遵循的主要原則與步驟 1 1.3牽引變電所電氣主接線圖設計說明 2 1.4 高壓側電氣主結線的基本形式 3 1.5電氣主結線方案的分析 6 1.6小結 7 第二章牽引變電所電氣主接線圖設計說明 8 第三章 短路計算 9 3.1短路計算的相關概念、內容和目的 9 3.2短路點的選取 9 3.3短路計算 9 第四章 設備及選型 13 4.1母線的選擇及校驗 13 4.1.1 110KV側母線采用軟母線 13 4.1.2 27.5KV側母線選用矩形鋁母線 14 4.1.3 10KV側母線選用矩形鋁母線（室內選硬母線） 16 1.2 支柱絕緣子及穿墻套管的選取及校驗 17 4.2.1 110kV側支柱絕緣子選取 17 4.2.2 27.5KV側支柱絕緣子選取 18 4.2.3 27.5KV側穿墻套管選取 18 4.3 高壓斷路器選取及校驗 19 4.3.1 110KV側斷路器選取 19 4.3.2 27.5kV側斷路器選取 19 4.3.3 10kV側斷路器選取 20 4.4 隔離開關的選取及校驗 21 4.4.1 110kV側隔離開關選取 21 4.4.2 27.5KV側戶外隔離開關選取 22 4.4.3 27.5KV側戶內隔離開關選取 22 4.4.4 10KV側戶內隔離開關選取 23 4.5 電壓互感器選取 23 4.5.1 110KV側電壓互感器選取 23 4.5.2 27.5KV側電壓互感器選取 24 4.5.3 10KV側電壓互感器選取 24 4.6 電流互感器選擇 24 4.6.1 110KV側電流互感器選擇 24 4.6.2 110KV側中性點接地電流互感器 26 4.6.3 27.5KV側電流互感器選擇 26 4.6.4 10KV側電流互感器選擇 27 4.7避雷器的選取 29 4.8避雷針的選取 30 電氣設備一覽表 30 參考書目 32 結論 35 參考文獻 36 第1章 牽引變電所主結線設計 1.1概述 牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結線，是指由主變壓器、高壓電器和設備等各種電器元件和連接導線所組成的接受和分配電能的電路。用規(guī)定的設備文字符號和圖形代表上述電氣設備、導線，并根據(jù)他們的作用和運行操作順序，按一定要求連接的單線或三線結線圖，稱為電氣主結線圖。它不僅標明了各主要設備的規(guī)格、數(shù)量，而且反映各設備的連接方式和各電氣回路的相互關系，從而構成變電所電氣部分主系統(tǒng)。電氣主結線反映了牽引變電所的基本結構和功能。在運行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關系以及變電所一次設備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設計中，主結線的確定對變電所電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質量、運行靈活性和經(jīng)濟性起著決定性作用。此外，電氣主結線及其組成的電氣設備，是牽引變電所的主體部分。 1.2電氣主接線設計應遵循的主要原則與步驟 在電氣主結線的設計中，應遵循的主要原則與步驟： A.應以批準的設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針政策和有關的技術政策、技術規(guī)范和規(guī)程為準則，結合工程具體特點和實際調查掌握的各種基礎資料，進行綜合分析和方案研究。 B.主結線設計與整個牽引供電系統(tǒng)供電方案、電力系統(tǒng)對電力牽引供電方案密切相關，包括牽引網(wǎng)供電方式、變電所布點、主變壓器接線方式和容量、牽引網(wǎng)電壓水平及補償措施、無功、諧波的綜合補償措施以及直流牽引系統(tǒng)電壓等級選擇等重大綜合技術問題，應通過供電系統(tǒng)計算進行全面的綜合技術經(jīng)濟比較，確定牽引變電所的主要技術參數(shù)和各種技術要求。 C.根據(jù)供電系統(tǒng)計算結果提供的上述各種技術參數(shù)和有關資料，結合牽引變電所高壓進線及其與系統(tǒng)聯(lián)系、進線繼電保護方式、自動裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)，以及電氣化鐵路當前運量和發(fā)展規(guī)劃遠景等因素，并全面考慮對主結線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設計合理的電氣主結線。 D.新技術的應用對牽引變電所主結線結構和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。 1.3牽引變電所電氣主接線圖設計說明 根據(jù)原始資料易知，已站對E所正常供電時，兩回110kV線路中，一回為主供電源，另一回備用。E所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線。27.5kV側不需設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。 牽引變電所A110kV側要求計費，故低壓（二次）側需設電壓互感器，高壓側同樣需設電壓互感器，按正常運行方式選擇變壓器容量。 該主結線圖高壓側采用外橋結線，兩回進線中，采用一回主供，一回備用。變壓器采用兩臺三相主變壓器，其繞組聯(lián)結形式為YNd-11變壓器，二次繞組有一相接地并與鋼軌連接。由于該變電所的供電方式是單線雙邊供電，饋線有兩條，考慮到經(jīng)濟性，牽引負荷母線不采用帶旁路母線的單母線分段接線方式，但為了保證饋線供電的可靠性，采用100%備用斷路器饋線接線方式，每回饋線接兩臺斷路器，一臺運行，另一臺備用。每個分段母線都設有單相電壓互感器和避雷器，以便某分段母線檢修或故障停電時，它們不致中斷工作。 該牽引變電所的運行方式如下： 1． 一次側 兩路110KV進線，一路工作，一路備用，變壓器相同，1B工作，2B全備用。當110KV進線1發(fā)生故障時，只需合上外跨橋上的隔離開關。1B發(fā)生故障時，若采用110KV進線1工作，也合外跨橋上的隔離開關。設備的檢修相同。 2． 二次側 當變壓器發(fā)生故障或檢修時，合上分段母線上相應的隔離開關，27.5KV的饋線能繼續(xù)工作。斷路器及其他設備發(fā)生故障或檢修相同。但饋線上的斷路器采用100%的備用，所以該斷路器發(fā)生故障或檢修時，只需合上另外一個。 1.4 高壓側電氣主結線的基本形式 （1）單母線接線 圖2-1單母線結線圖 如圖2-1所示，單母線接線的的特點是整個的配電裝置只有一組母線，每個電源線和引出線都經(jīng)過開關電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開關和斷路器，在運行操作時，必須嚴格遵守以下操作順序：對饋線送電時必須先和1QS和2QS在投入1QF；如欲停止對其供電必須先斷開1QF然后斷開1QS和2QS。 單母線結線的特點是：（1）結線簡單、設備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟性好并能滿足一定的可靠性。（2）每回路斷路器切斷負荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停電，其他回路不受影響。（3） 檢修母線和與母線相連的隔離開關時，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待修復后才能恢復供電。 這種結線方式的缺點是母線故障時、檢修設備和母線時要造成停電；適用范圍：適用于對可靠性要求不高的10~35kV地區(qū)負荷。 (2)單母線分段結線 圖2-2為用斷路器分段的單母線分段結線圖。分段斷路器MD正常時閉合，是兩 圖2-2單母線分段結線圖 段母線并列運行，電源回路和同一負荷的饋電回路應交錯連接在不同的分段母線上。 這種結線方式的特點是：(1)分段母線檢修時將造成該段母線上回路停電。(2)進線上斷路器檢修時造成該進線停電。 適用范圍：廣泛應用于10~35kV地區(qū)負荷、城市電牽引各種變電所和110kV電源進線回路較少的110kV結線系統(tǒng)。 (3)采用橋形結線 當只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來，即構成橋型結線。橋型結線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內橋形和外橋形兩種，如圖2-3所示。前者的連接母線靠近變壓器側，而后者則連接在靠近線路側。 內橋形結線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運行都比較方便。橋形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運行，1QS和2QS是斷開的。當線路1SL發(fā)上故障時，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內橋結線當任一線路故障或檢修時不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應用。當內橋結線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時隔離開關將跨條斷開，安裝兩組隔離開關的目的是便于它們輪流停電檢修。 圖中外橋形結線的特點與內橋剛好相反，當變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只要斷開它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時，將是與該線路連接的變壓器短時中斷運行，須經(jīng)轉換操作后才能恢復工作。因而外僑形結線適用于電源線路較短、負荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。 (a) 內橋形 (b) 外橋形 圖2-3 內橋和外橋結線圖 橋型結線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結構上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結線。即在初期按橋形結線，將來有可能增加電源線路數(shù)時再擴展為其他結線形式。 1.5電氣主結線方案的分析 （1）110kV側結線的選擇 方案一：采用單母線結線 優(yōu)點：結線簡單清晰，使用設備少，經(jīng)濟比較好，而且在遠期調整時線路變換更比較方便。由于結線簡單，操作人員發(fā)生誤操作的可能性就要小。 缺點：不夠靈活可靠，接到母線上任一元件故障時，均使整個配電裝置停電。 方案二：采用內橋結線 優(yōu)點：形結線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結構上便于發(fā)展為單母線或具有旁路母線的單母線結線。此結線方案適用于有系統(tǒng)功率穿越，線路檢修停電機會較多，主變壓器不需經(jīng)常切換的牽引變電所。 缺點：經(jīng)濟性較單母線要差。 比較結論：作為牽引變電所，必須保證供電的可靠性和靈敏性，根據(jù)任務書的依據(jù)，采用內橋結線比較合理 （2）25kV側結線的選擇 牽引負荷側一般采用單母線結線。 1.6小結 電氣主結線是牽引變電所的主體部分，本章主要介紹了牽引變電所單母線結線、單母線分段結線、橋形結線、等幾種結線形式及特點，并根據(jù)設計任務書要求確定高壓側采用內橋形結線，牽引負荷側采用單母線結線。 第二章牽引變電所電氣主接線圖設計說明 l 中心變電所：有4路以上進線并有系統(tǒng)功率穿越 l 中間通過式變電所：有兩路進線并有系統(tǒng)功率穿越 l 中間式變電所：有兩路進線，無系統(tǒng)功率穿越 不同類型的牽引變電所釆取不同型式的電氣主接線。 根據(jù)原始資料易知，C所由丙站送出的兩回110kV線路供電。但正常運行時，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV線路（L6）平時不向牽引負荷供電。只經(jīng)過C所的110kV母線轉接至某企業(yè)110kV變電站。 C所內采用兩臺變壓器，固定全備用。所內不設鐵路岔線，外部有公路直通所內。牽引側除向兩個方向的牽引網(wǎng)供電外，還要向電力機務段供電（兩回）和地區(qū)10kV 負荷供電（一回）。C所內設有27.5/10kV 1000kVA動力變壓器一臺。10kV高壓間內設有4路饋線，每路饋線設有：電流表、電壓表、有功電度表、無功電度表。設有電流速斷和接地保護，繼電保護動作時間0.1秒。10kV高壓間設在27.5kV高壓室一端，單獨開門。27.5kV側設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。 該主結線圖高壓側采用雙母線結線，兩回進線，一回出線，一路進線為主供，另一回為備用。變壓器采用兩臺YNd-11變壓器，二次繞組有一相接地并與鋼軌連接。由于該變電所的供電方式是左邊為復線雙邊供電，右邊為單線供電，饋線有三條，考慮到經(jīng)濟性，牽引負荷母線采用單母線直供方式，為了保證饋線供電的可靠性，采用100%備用斷路器饋線接線方式，每回饋線接兩臺斷路器，一臺運行，另一臺備用。每相母線都設有單相電壓互感器和避雷器 該牽引變電所的運行方式如下： 3． 一次側 兩路110KV進線，一路出線。一路進線工作，一路備用，變壓器相同，1B工作，2B全備用。當110KV進線1發(fā)生故障時，斷路器自動切換至另一路母線由進線2提供電源。進線二發(fā)生故障，則切換為進線1為110KV出線提供電源。 第三章 短路計算 3.1短路計算的相關概念、內容和目的 1． 短路,是指供電系統(tǒng)正常運行情況外的，導電相與相或相與地之間負荷支路被旁路的直接短路或經(jīng)過一個很小的故障點阻抗短接。 2． 短路計算的主要內容是確定短路電流的大小，即最大短路電流的大小。 3． 短路計算的目的，是通過短路過程的研究及計算短路電流的量值，從而達到供電系統(tǒng)合理設計和安全可靠運行的重要因素。 3.2短路點的選取 因短路計算的主要內容是確定最大短路電流的大小，所以對一次側設備的選取一般選取高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側設備和牽引饋線斷路器的選取一般選取低壓母線短路點作為短路計算點。 3.3短路計算 電路簡化圖如圖所示 額定電壓與平均電壓之間的關系如表所示： 短路計算用電網(wǎng)平均電壓 額定電壓Ue(Kv) 220 110 35 25 10 6 平均電壓Up(Kv) 230 115 37 27.5 10.5 6.3 Ⅰ、上圖系統(tǒng)電力變壓器的總容量為： 系統(tǒng)供電電源容量： 因此，在降壓變壓器低壓側發(fā)生短路時，供電電源視為無限大容量供電狀態(tài)。 Ⅱ、在上述前提條件下，周期分量電流有效值的標幺值,其中為線路總阻抗的標幺值，與線路的長度成正比，與線路的長度成反比，因此選取線路L5、L6，與L3、L4無區(qū)別。 Ⅲ、取, ① 發(fā)電機：(可忽略) ② 220/110KV變壓器： ③ 220/110KV變壓器： ④ 110KV輸電線： ⑤ 110/27.5KV變壓器： ⑥ 110/27.5KV變壓器： ⑦ 27.5/10KV變壓器： ⑧ 由于其次邊230V處接有一熔斷器，因此其次邊短路時會自動熔斷，且其次邊并未與變壓器構成環(huán)網(wǎng)，于是計算時可以不予考慮。 Ⅳ、計算 (一) d1處發(fā)生三相短路時， ① ② 周期分量電流有效值的標幺值： ③ 周期分量電流有名值： ④ 取，則有： 沖擊電流 (二) d2、d3、d4處發(fā)生三相短路時，由于d2、d3、d4都是直接在110KV側短路，且屬于并聯(lián)運行，于是此三處短路電流值相同 (此處計算d2) 。 ① ② 周期分量電流有效值的標幺值： ③ 周期分量電流有名值： 取，則有： 沖擊電流 (三) d5處發(fā)生三相短路時， ① ② 周期分量電流有效值的標幺值： ③ 周期分量電流有名值： ④ 取，則有： 沖擊電流 (四) 對牽引變電所主變壓器： 側額定電流： 側額定電流： 側額定電流： 短路計算值一覽表見表 數(shù)據(jù) 額定電流 各短路點的短路電流值 (A) (KA) (KA) (KA) 10Kv 55.0 0.537 1.435 0.865 27.5Kv 165.33 4.380 11.706 7.052 110Kv 661.33 1.605 4.29 2.584 第四章 設備及選型 4.1母線的選擇及校驗 4.1.1 110KV側母線采用軟母線 1． 按最大長期工作電流選擇母線截面 根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應使最大長期工作電流小于，即；最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮， 則 由《電力牽引供變電技術》附錄二附表3查出鋁母線（LMR型）253的允許載流量為251A（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流，故初選253=75mm2截面的鋁母線（單條平放）。 2． 校驗母線的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對應的值，再由求出，再次利用曲線找出對應的，曲線如圖所示。 短路電流計算時間 式中根據(jù)《電力系統(tǒng)分析》書表6-3取得。 短路電流熱效應： 由，在《電力牽引供變電技術》圖6.6中查得鋁曲線 在《電力牽引供變電技術》中查表6.6可得，對應鋁母線曲線的縱坐標為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 4.1.2 27.5KV側母線選用矩形鋁母線 按最大長期工作電流選擇母線截面。根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應使最大長期工作電流小于，即；最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮，則 由《電力牽引供變電技術》附錄二附表3查出鋁母線608的允許載流量為973A（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流，故初選608=480mm2截面的鋁母線（單條平放）。 1． 校驗母線的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對應的值，再由求出，再次利用曲線找出對應的。 母線在最大負荷時的溫度； 短路電流熱效應： 由，在《電力牽引供變電技術》圖6.6中查得鋁曲線 在《電力牽引供變電技術》中查表6.6可得，對應于鋁母線曲線的縱坐標為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 2． 校驗母線的機械穩(wěn)定性 設母線采用水平排列平放，則沖擊電流 已知：a=40cm，l=120cm，h=60mm，b=8mm則 三相短路時，相間電動力為： 母線平放及水平排列時，其抗彎模量為： 母線的計算應力： 由《電力牽引供變電技術》表6.4知，鋁母線的允許應力為，，滿足機械穩(wěn)定性。故最后確定選擇截面為608=480mm2的鋁母線。 4.1.3 10KV側母線選用矩形鋁母線（室內選硬母線） 1． 按最大長期工作電流選擇母線截面 根據(jù)正常工作下持續(xù)發(fā)熱容許溫升的限制，應使最大長期工作電流小于，即；最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮，則 由《電力牽引供變電技術》附錄二附表3查出鋁母線153的允許載流量為156（環(huán)境溫度為時），大于最大工作電流，故初選153=45mm2截面的鋁母線（單條平放）。 2． 校驗母線的短路熱穩(wěn)定性 要求短路最終溫度，應先求出起始溫度，根據(jù)，利用曲線，找出對應的值，再由求出，再次利用曲線找出對應的。 母線在最大負荷時的溫度； 短路電流熱效應： 由，在《電力牽引供變電技術》圖6.6中查得鋁曲線 在《電力牽引供變電技術》中查表6.6可得，對應于鋁母線曲線的縱坐標為，即，表明所選截面的母線能滿足熱穩(wěn)定性。 1.2 支柱絕緣子及穿墻套管的選取及校驗 由于牽引變壓器安裝在室外，而進線是直接接到牽引變壓器上的，所以不用穿墻導管，故對于側只需選擇支柱絕緣子而不需要選擇穿墻導管。而側的設備既有安裝在室外的也有安裝在室內，所以對側既需要選擇支柱絕緣子，也需要選擇穿墻導管。與側情況相同。 4.2.1 110kV側支柱絕緣子選取 1． 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子時，可按變壓器側額定電壓考慮。 查附表11可以初選型號為ZS-110/3的絕緣子，其技術數(shù)據(jù)見表4 支柱絕緣子（型號） 額定電壓（kV） 機械破壞荷重（KN） ZS—110/3 110 3 2.支柱絕緣子機械穩(wěn)定性校驗： 絕緣子受力(取L=120cm,a=40cm) 故能滿足機械穩(wěn)定性要求 4.2.2 27.5KV側支柱絕緣子選取 1． 按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側額定電壓 考慮。 查附表11可以初選型號為ZA-35Y的絕緣子，其技術數(shù)據(jù)見 支柱絕緣子（型號） 額定電壓（kV） 機械破壞荷重（kN） ZA—35Y 35 3.75 2.支柱絕緣子機械穩(wěn)定校驗：由計算知27.5kV三相短路的相間電動力為： 故能滿足機械穩(wěn)定要求 4.2.3 27.5KV側穿墻套管選取 1． 按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮。 可初選CLB-35/1000型穿墻，其技術數(shù)據(jù)見 穿墻套管(型號) 額定電壓（kV） 額定電流（A） 機械破壞荷重（kN） 熱穩(wěn)定電流(KA)不小于 CLB-35/600 35 1000 7.5 10s(銅導體導管) 5s(鋁導體導管) 18.0 20.0 2.穿墻套管熱穩(wěn)定校驗： 故其滿足熱穩(wěn)定性要求. 3.穿墻套管機械穩(wěn)定性校驗： 由前面計算知27.5kV三相短路的相間電動力為 故其滿足機械穩(wěn)定性要求 4.3 高壓斷路器選取及校驗 交流牽引負荷側由于故障跳閘頻繁，操作次數(shù)多，從減少運行維修工作量考慮，本設計側選用少油斷路器，側選用真空斷路器。 4.3.1 110KV側斷路器選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮。 初選額定電流為1000A的型少油斷路器，其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 5s熱穩(wěn)定電流 （kA） 峰值 有效值 110 1000 55kA 32kA 21 2． 短路關合電流的校驗 極限通過電流為，而，所以，故滿足要求。 3． 校驗短路時的熱穩(wěn)定性 由前面選擇硬母線處可得： 而 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以，選用額定電流為1000A的型少油斷路器。 4.3.2 27.5kV側斷路器選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 初選額定電流為1000A的ZN6-27.5型的真空斷路器，其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 4s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 ZN6-27.5 25 1000 25kA 14.5kA 10 2.短路關合電流的校驗 極限通過電流為，而，所以，故滿足要求。 3.校驗短路時的熱穩(wěn)定性 由前面選擇27.5KV母線處可得： ， 而 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以，選用額定電流為1000A的ZN6-27.5型的真空斷路器。 4.3.3 10kV側斷路器選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 初選額定電流為600A的ZN-10型的真空斷路器，其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 4s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 ZN-10 10 600 22kA 12.7kA 8.7 2.短路關合電流的校驗 極限通過電流為，而，所以，故滿足要求。 3.校驗短路時的熱穩(wěn)定性 由前面選擇27.5KV母線處可得： ， 而 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以，選用額定電流為600A的ZN-10型的真空斷路器。 4.4 隔離開關的選取及校驗 由于在所設計的電氣主結線中，側隔離開關在室外，而側既有室內的也有室外的，所以對側只需選擇室外的，而側要選擇室內和室外的。 4.4.1 110kV側隔離開關選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 而要滿足，可初選型號為GW4-110/600的隔離開關。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 5s熱穩(wěn)定電流 （kA） 峰值 有效值 GW4-110/600 110 600 50kA -- 14 2． 校驗短路時的熱穩(wěn)定性 ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以側隔離開關選用型號為戶外GW4-110/600。 4.4.2 27.5KV側戶外隔離開關選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮。 而，所以初選型號為GW2-35/600戶外隔離開關。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 熱穩(wěn)定電流（kA） 5s 峰值 有效值 GW2-35/600 35 600 50kA —— 14 2． 戶外隔離開關的校驗 ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性。 所以側戶外隔離開關選用型號GW2-35/600。 4.4.3 27.5KV側戶內隔離開關選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 而，所以初選型號為GN2-35T/600戶內隔離開關。其技術數(shù)據(jù)見 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 5s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 GN2-35T/600 35 600 64KA 30KA 25 2． 校驗短路時的熱穩(wěn)定性 ， 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以27.5KV側戶內隔離開關選用型號為GN2-35T/600。 4.4.4 10KV側戶內隔離開關選取 1． 最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮 而，所以初選型號為GN6-10T/200戶內隔離開關。其技術數(shù)據(jù) 型號 額定電壓 （kV） 額定電流 （A） 極限通過電流 5s熱穩(wěn)定電流（kA） 峰值 有效值 GN6-10T/200 10 200 25.5KA 14.7KA 10 2． 校驗短路時的熱穩(wěn)定性 , 所以，故滿足熱穩(wěn)定性要求。 所以27.5KV側戶內隔離開關選用型號為GN6-10T/200 4.5 電壓互感器選取 4.5.1 110KV側電壓互感器選取 供繼電保護用的電壓互感器的選擇：準確級為3級。 供110kV側計費的電壓互感器選擇：準確級0.5級。 由于電壓互感器裝于110kV側用于計費，并不需要起保護作用，因為如果110kV側發(fā)生故障或事故時，其地方的電力系統(tǒng)會啟動繼電保護裝置跳閘，將其故障或事故切除，因此選用型準確級0.5級，額定容量500VA的電壓互感器便可以滿足要求。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓（kV） 額定容量（V.A） 最大容量（V.A） 原線圈 副線圈 0.5級 1級 3級 300 500 500 2000 由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。 4.5.2 27.5KV側電壓互感器選取 由于電壓互感器裝于27.5kV側要起到保護作用，用于保護牽引網(wǎng)饋線上所發(fā)生的故障或事故，故其準確級需要3級，因此選用JDJJ-35型準確級3級，額定容量600VA的電壓互感器可以滿足要求。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓（kV） 額定容量（V.A） 最大容量（V.A） 原線圈 副線圈 0.5級 1級 3級 JDJJ-35 150 250 600 1200 由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。 4.5.3 10KV側電壓互感器選取 由于電壓互感器裝于10kV側要起到保護和計費兩種功能，故其準確級需要3級，和0.5級。因此選用JSJB-10型準確級3級，額定容量480VA的電壓互感器可以滿足要求。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓（kV） 額定容量（V.A） 最大容量（V.A） 原線圈 副線圈 0.5級 1級 3級 JDJJ-35 10 0.1 120 200 480 960 由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發(fā)生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩(wěn)定性。 4.6 電流互感器選擇 4.6.1 110KV側電流互感器選擇 1． 最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮 ， ， 而，可初選型號為LCW-110的電流互感器，測量計費用0.5級，保護用1級。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓 額定電流比 準確級次 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) LCW—110 110kV 600/5A 0.5 1 75 150 2． 二次負載的計算與校驗 電流互感器二次負載統(tǒng)計表見表 儀表名稱 二次負荷（V.A） A相 B相 C相 電流表（IT1-A型） 有功功率表（ID1-W） 有功電度表（DS1） 無功電度表（DX1） 電流繼電器(DL-12) 總 計 — 3.0 — 1.5 — 1.5 0.5 — 0.5 0.5 — 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（B相）負載為依據(jù)進行計算。 取 式中為此型號流互1級的二次負荷。 則可得導線電阻為 因銅導線，, 則其截面 因此，選擇截面為的銅導線，可滿足要求。 3． 校驗熱穩(wěn)定性 ——式中為流互一次額定電流。 因此滿足熱穩(wěn)定性要求 4． 校驗機械穩(wěn)定性 按的條件校驗機械穩(wěn)定性 校驗作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機械應力： 設相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離 則作用于瓷套帽上的機械應力為 ： 說明互感器對機械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的LCW—110型電流互感器能滿足要求。 4.6.2 110KV側中性點接地電流互感器 同110KV流互要求相同，選型號LCW—110型電流互感器，也分為測量、保護，等級同上。 4.6.3 27.5KV側電流互感器選擇 1． 最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮： ， 而，可以初選型號為的電流互感器，繼電保護采用3級。其技術數(shù)據(jù)見表4-14： 表4-14 型號 額定電壓（kV） 額定電流比（A） 準確級次 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) 27.5 1000/5 1/10P2 63 88 2． 二次負載的計算與校驗。 電流互感器二次負載統(tǒng)計表見表4-15： 表4-15 儀表名稱 二次負荷（V.A） A相 B相 C相 電流表（IT1-A型） 有功功率表（ID1-W） 有功電度表（DS1） 無功電度表 (DX1) 電流繼電器(DL-12) 總 計 — 3 — 1.5 — 1.5 0.5 — 0.5 0.5 — 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（B相）負載為依據(jù)進行計算，取 則可得導線電阻為： 銅導線，,則其截面因此，選擇截面為的銅導線，可滿足要求。 3． 校驗熱穩(wěn)定性 滿足熱穩(wěn)定性要求 4． 校驗機械穩(wěn)定性 按的條件校驗機械穩(wěn)定性 校驗作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機械應力： 設相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離，則作用于瓷套帽上的機械應力為 ： 說明互感器對機械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的電流互感器能滿足要求。 4.6.4 10KV側電流互感器選擇 1． 最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮： ， 而，可以初選型號為的電流互感器，繼電保護采用3級。其技術數(shù)據(jù)見表 型號 額定電壓（kV） 額定電流比（A） 準確級次 1秒熱穩(wěn)定倍數(shù) 動穩(wěn)定倍數(shù) 10 200/5 0.5/3 75 165 2． 二次負載的計算與校驗。 電流互感器二次負載統(tǒng)計表見表 儀表名稱 二次負荷（V.A） A相 B相 C相 電流表（IT1-A型） 有功功率表（ID1-W） 有功電度表（DS1） 無功電度表 (DX1) 電流繼電器(DL-12) 總 計 — 3 — 1.5 — 1.5 0.5 — 0.5 0.5 — 0.5 0.25 0.25 0.25 2.75 3.25 2.75 由最大一相（B相）負載為依據(jù)進行計算，取 則可得導線電阻為： 銅導線，,則其截面因此，選擇截面為的銅導線，可滿足要求。 3． 校驗熱穩(wěn)定性 滿足熱穩(wěn)定性要求 4． 校驗機械穩(wěn)定性 按的條件校驗機械穩(wěn)定性 校驗作用于互感器絕緣瓷瓶帽上的機械應力： 設相間距離，互感器瓷套帽到最近支柱絕緣子間距離，則作用于瓷套帽上的機械應力為 ： 說明互感器對機械力的作用是穩(wěn)定的，故選擇的型電流互感器能滿足要求。 4.7避雷器的選取 1． 50%擊穿電壓是指在該電壓下進行多次試驗，氣隙擊穿概率為50%。 110kV為1410/1200kA；27.5kV為700/350kA；10kV為300/150kA 2． 選擇交流磁吹閥式避雷器FCZ-110型避雷器作為主變壓器中性點的避雷保護，該避雷器的參數(shù)如下表 (查《高電壓技術附表2.2》)： 型號 額定電壓有效值/KV 滅弧電壓有效值/KV 工頻放電電壓有效值 沖擊放電電壓不大于 不小于 不大于 FCZ-110 110 126 255 KV 290 KV 345 KV 選