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1、电力牵引供电系统课程设计电力牵引供电系统课程设计指导教师评语报告（30）总成绩修改（40）平时（30）专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 年 月 日1 题目某牵引变电所戊采用AT供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，SCOTT接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如表1.1所示。本次设计主要做了变电所AT供电方式下，从电源进线到向供电臂供电的所有接线设计和此种接线方式下变电所的容量计算。表1.1 原始数据牵引变电所供电臂长度km端子平均电流A有效电流A短路电流A穿越电流A乙201602406501
2、50202403008201602 题目分析与任务根据题意，该牵引变电所的主要任务是向区段安全可靠的供电，题目要求采用110/55kV、SCOTT接线变压器，AT供电方式向复线区段供电，所以，该变电所的主要设计内容有：(1)110kV侧的接线设计；(2)牵引变压器主接线和牵引变电所馈线侧主接线设计；(3)电气主接线的设计；(4)牵引变电所的安装容量确定；(5)器件的选型。3设计过程3.1 牵引变电所110kV侧的接线设计牵引变电所的电源进线侧主接线设计有三种类型：母线形接线（中心牵引变电所常用）、桥型接线（通过式牵引变电所常用）、双T接线（分接式牵引变电所常用）。根据题目要求及分析已知条件可知
3、：待设计变电所为一中等容量的通过式牵引变电所。所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。桥式接线又分为内桥（连接在靠近变压器侧，适用于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合）和外桥（连接在靠近线路侧，适用于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合）两种接线形式。为了配合牵引变电所在出现主变压器故障时备用变压器的自动投入，本设计选择采用外桥接线，如图3.1所示，以便于备用变压器的投入以及故障主变压器的切除。 图3.1 外桥接线 图3.2 斯科特变压器原理电路图3.2 牵引变压器主接线设计根据题目要求，设计成斯科特接线的形式，该变压器的原理图如图3.2所示。在AT供电
4、方式下的主接线如图3.3所示。图3.3 AT供电方式下斯科特变压器接线3.3 牵引变电所馈线侧主接线设计3.3.1 55kV侧馈线的接线方式供电方式的馈电线包括接触网(A)和正馈线(F)两根线，断路器和隔离开关均为双线,另有中线馈出。当牵引变压器(接线变压器)副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。再根据要求采用备用的接线方式,这种接线方便于工作,当工作断路器需检修时,可有各自的备用断路器来代替其工作,断路器的转换操作较方便，供电可靠性高。如图3.4所示。图3.4 复线区段斯科特变压器AT供电方式馈电线主接线3.3.2 动力变压器及其自用电变压器接线由于该牵引变电所采用AT供电方式
5、向复线区段供电，牵引变压器类型为,SCOTT接线，因此，其动力变压器及其自用电变压器可采用逆斯科特变压器。3.4 电气主接线图 有分析可知，高压侧采用外桥接线形式，这种接线形式所用电气设备少，接线相对简单，可靠性高。两台主变压器均为斯科特接线变压器，正常时一台工作，一台备用。当工作电源失压或工作变压器故障时，在主断路器跳闸后，由自动切换装置使备用的斯科特变压器投入工作，从而保证了不间断供电。两回电源进线各挂有一组电容式电压互感器。由于主变压器二次侧为对称的的两相，故每相（两条线）所使用的断路器、隔离开关均为双极联动的。并联电容补偿装置跨接于每相的两条线上。两台自用电变压器分别接于两台主变压器的
6、二次侧，并采取二相三相的斯科特反变换获得三相电源。这种供电方式的牵引馈电线，每路始端均跨接有自耦变压器。两端分别与牵引网的接触导线及正馈导线相连，中点与钢轨及保护线相连，并通过火花间隙（放电器）接地。该主接线中的馈线断路器采用的备用方式。主接线图见附录。3.5 牵引变压器容量计算3.5.1 牵引变压器的计算容量斯科特结线变压器两副边绕组是相互独立的，故副边绕组的有效电流为(3.1)式中，座绕组有效值；座绕组有效值；、座与座的供电臂、的有效电流。计算容量为 (3.2) 式中，U由于是用于供电系统，取55kV；、。代入数据到式(3.2)，可得。3.5.2 牵引变压器的校核容量 (3.3)式中，牵引
7、侧电压，取；、座、座对应的供电臂最大电流，因为是供电，则，、分别为与、对应的供电臂最大电流。代入数据到式(3.3)，可得校核容量为3.5.3牵引变压器的设备选型及校验移动备用方式下安装容量选用；固定备用方式下安装容量选用；由变压器允许过负荷可知：在移动备用方式下；在固定备用方式下；已知，故选用的固定备用或移动备用方式下的安装容量是合适的。在采用移动备用方式的情况下，考虑到当两台并联运行的牵引变压器一台发生故障停电后，由另一台单独运行，允许超载，并持续小时，为使其单独运行而不影响铁路正常运输，安装容量选用变压器。因为。如果选用移动备用，当牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约需数小时。此
8、外，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输，即使这种影响在单线区段或运量小的双线区段可以很快恢复正常，但考虑到本牵引变电所设在沿线有公路条件的大运量的双线区段，为确保供电的可靠性应当采用固定备用方式。3.6 牵引变压器类型选择根据原始资料的分析、计算以及备用方式比较后得出结论：应采用固定备用，选择安装容量为的牵引变压器3.7 开关设备的选择3.7.1高压断路器的选择对于开断电路中负荷电流和短路电流的高压断路器，首先应按使用地点和负荷种类及特点选择断路器的类型和型号、即户内或户外式，以及灭弧介质的种类，并能满足下列条件：(1)断路器的额定电压，应不低于电网的工作电压 (2)断路器的额定电流
9、应不小于电路中的最大长期负荷电流(3)根据断路器的断路能力，即按照制造厂给定的额定切断电流或额定断路容量选择断路器切断短路电流（或短路功率）的能力。为此，应使额定切断电流不小于断路器灭弧触头刚分离瞬间电路内短路电流的有效值，或在一定工作电压下应使断路容量不小于短路功率。3.7.2高压熔断器的选择高压熔断器用以切断过负荷电流和短路电流，选择是首先应考虑装置的种类与型式、是屋内或屋外使用，对于污秽地区的屋外式熔断器还应保证绝缘泄露比距的要求，以加强绝缘，此外，高压熔断器应满足：(1)按工作电压 (2)按工作电流 其中，熔断器额定电流；熔件额定电流；网络中最大长期工作电流。因熔断器的熔断时间很短，故
10、采用熔断器保护的导体和电器可不校验短路电流的机械稳定性和热稳定性。此外，高压熔断器熔件的选择还必须与网络中各分段、分支电路的熔断器熔件或与馈电线继电保护之间，从时间特性上保证互相间动作的选择性和时限配合关系。3.7.3隔离开关的选择选择隔离开关，首先应考虑装置的种类和型式，是屋内或屋外使用。隔离开关的其它选择条件与断路器类似，但对隔离开关不进行切断能力的（切断电流或断路容量）的校验。3.7.4电流互感器的选择(1)电流互感器的选择一般有如下原则需要遵循：应满足一次回路的额定电压、最大负荷电流及短路时的动、热稳定电流的要求；应满足二次回路测量、自动装置的准确度要求和保护装置误差的要求；应满足保护
11、装置对暂态特性要求(如500kV保护)；用于变压器差动时，各侧电流互感器的铁芯宜采用相同的铁芯型式。各互感器的特性宜相同。以防止区外故障时，各互感器特性不一致产生差流，造成误动。 (2)电流互感器类型选择 高压侧为300500kV的变压器保护用的电流互感器，推荐使用型。 高压侧为220kV的变压器保护互感器其暂态饱和问题及其影响较轻，可按稳态短路条件计算互感器的稳态特性，进而选择互感器，暂态系数一般不小于。110kV系统保护用互感器一般按稳态条件考虑，采用P类互感器。 高压母线差动保护用电流互感器，由于母线故障时故障电流很大，而且外部故障时流过互感器的电流差别也很大。即使各互感器特性一致，其暂
12、态饱和的情况也可能差别很大。因此母线差动保护用的电流互感器最好要具有抗暂态饱和的能力。实际工程应用中，一般按稳态条件选择互感器，而抗饱和的问题更多的由保护装置进行处理。3.7.5电压互感器的选择及作用(1)给重合闸提供必要的信号，一条线路两侧重合闸的方式要么是检无压，要么是检同期，线路可以为重合闸提供电压信号。 (2)现在部分线路使用的是电容式电压互感器，可以为载波通信提供信号通道。 (3)目前对一些特殊的供电用户线路提供计量电压。(4)将系统高电压转变为标准的低电压(),从而为仪表、保护提供必要的电压。(5)与测量仪表相配合，测量线路的相电压与线电压；与继电保护装置相配合，对系统及设备进行过
13、电压、单相接地保护。(6)隔离一次设备与二次设备，保护人身和设备的安全。4 小结本次课程设计要求采用斯科特变压器在AT供电方式下给复线区段供电臂供电。110kV进线侧采用通过式外桥接线，两变压器到接触网采用母线分段式接线形式并采用50%备用。在确定接线形式后对变压器的容量进行了计算，包括计算容量、校核容量，并最终确定变压器的容量选择。最后对其他主要电气设备做了粗略校验选择。通过近两周的课程设计，不但使我对以前所学过的专业课知识有了一次很好的复习，而且使我更加深刻的认识到了课程设计在我们大学学习中的重要性。通过这次实践，我了解了牵引供电系统的用途及工作原理，熟悉了电气化铁道供电系统牵引变电所的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。参考文献1 铁道部电气化局电气化勘测设计院.电气化铁路设计手册-牵引供电系统.M京:中国铁道出版社,1987.2 贺威俊,简克良.电气化铁道供变电工程.M北京:铁道出版社,1983.3 李彦哲,王果,张蕊萍.电气化铁道供电系统与设计M.兰州:兰州大学出版社,2006.4 余义.AutoCAD 2008电气制图M.北京:电子工业出版社,2008.附录- 9 -