通过式牵引变电所电气设计_毕业论文.doc

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1、毕业设计 通过式牵引变电所电气设计 The Electrical Design of the Through Type Traction Substation 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 毕业设计题目通过式牵引变电所电气设计 指导教师姓名樊 伟 指导教师职称讲 师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 得分 答辩小组 组长 得分 成绩 院长(主任) 签字： 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目通过式牵引变电所的电气设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导 任务单位 电气工程系 导师 姓名 导师 职称 一、设计的内容 A.确定

2、该牵引变电所的高压侧电气主接线的形式，并分析其正常运行时的运行方式。 B.确定牵引变压器的容量、台数及接线形式。 C.确定牵引负荷侧电气主接线形式。 D.对牵引变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。 E.设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装置。 F.用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。 二、设计依据： 1.牵引变电所概述： (1)区域电网以双回路110KV输送电能，电力系统容量为3000MVA,选取基准容量为100M j S VA,在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值为0.23，在最小运行方式下，电力系统的电抗标 幺值为0.25。 某牵引变电所B直接供电方式向

3、双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5KV，三相接线 ，两供电臂电流归算到27.5KV侧电流如下表 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 18.3217195818148B 13.3144218637144 2.环境资料 本牵引变电所地区平均海拔为400米，地层以砂质黏土为主，地下水位为5.5米。该牵引变 电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。 本变电所地区最高温度为38，年平均温度为21，年最热月平均最高气温为33，年雷 暴雨日数为26天，土壤冻结深度为1.2m。 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕

4、业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目 通过式牵引变电所的电气设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一、研究背景： 交通运输是是国民经济的基础产业，铁路运输在我国五大交通运输体系（铁路、公里、航空 、水运和管道）占据主要地位。电力牵引是现代铁路最先进的牵引动力，具有其他方式无法比拟 的优势:它牵引力大，对环境影响小，没有蒸汽机车和内燃机车所产生的废气和油的污染，能源利 用率高，整备时间短，机车效率高，控制性能好，平稳，舒适。既适用于高速旅客运输，也适合 重载运输。 牵引变电所是电气化铁路的心脏，其主要作用是将110kV三相交流电转换成27.5（55）kV单项 交流电，并供电给电力牵引网

5、和电力机车。所以，牵引变电所是接受与分配电能并改变电能电压 的枢纽。所以保证牵引变电所的安全高效运行对电气化铁路来说是至关重要的，要确保牵引变电 所的安全高效运行就需要合理的对牵引变电所进行电气化设计。牵引变电所根据在电网中的位置 、重要程度和电力系统向牵引变电所供电方式的不同可分为中心变电所、通过式牵引变电所和分 接式牵引变电所。本课程设计研究的就是分接式牵引变电所，它有两路进线并有系统功率穿越。 二、国内外研究现状： 1879年5月，德国西门子和哈尔斯公司建造了世界上第一条电气化铁路。100多年以来，随着 电机电器制造工业、电子工业和电力工业的发展，电气化铁路运输以巨大的经济消息收到了世界

6、 各国的重视，得到飞速发展。在电气化铁路的早期发展阶段，曾广泛采用直流电力牵引，即电力 系统将三相交流电送到牵引变电所一次侧，经牵引变电所降压变成直流电，再通过牵引网给电力 机车使用。目前绝大多数国家都停止使用直流牵引变电技术。我国电气化铁路起步较晚，但是起 点较高。我国电气化铁路采用50kHz单相交流制，这是国际公认的优越的电流制。 牵引变电所随着电气化铁路的发展而发展，目前国际上电气化铁路普遍采用BT供电方式。在 一些客运专线上采用AT供电方式，这些先进的供电方式对牵引变电所的性能提出了更高的要求。 对变电所的安全运行和变电所的容量提出了更高的要求。现在客运专线电气化铁路牵引变电所采 用单

7、相变压器、室外补偿电容装置及室内柜式27.5kV电气设备。 三、研究方案： 1、按照铁道部电气化铁路牵引变电所设计规范，参照设计任务书进行参数计算。 2、提出牵引变电所的几种接线方案，确定最优的接线方案。 3、参照任务书选择变电所的备用方式。 4、根据计算确定各种开关隔离器件的型号。 5、确定防雷接地设施的。 6、用画图软件CAD绘制牵引变电所的一次设备的接线图。 四、预期结果： 完成任务书要求包括用CAD绘制出电气主接线图，对主接线上的高压侧和低压侧器件根 据计算要求按照国家标准进行选型。 指导教师签字时 间 年 月 日 摘 要 自20世纪80年代以来，我国的电气化铁道有了很大的发展。牵引变

8、电所是电气 化铁路的重要组成部分，它直接影响整个电气化铁路的安全与经济运行，是联系供 电系统和电气化铁路的桥梁，起着变换和分配电能的作用。主接线是变电所的重要 组成部分，是进行变电所的设计、施工和运营管理的重要依据。在本次课程设计中 ，我们用所学知识设计出符合任务要求的牵引变电所结构和接线方式。通过负荷计 算选取了主变压器的型号和容量，同时对选择了负荷侧的接线方式。并运用AutoCAD 软件绘制出了主接线图。再通过短路电流计算选择了变压器两侧断路器、隔离开关 、电压互感器、电流互感器、母线和避雷器等电气设备的型号。同时介绍了在变压 器霍西安路发生故障时运行方式的切换方法。从而，完成了本次课程设

9、计。 关键词： 牵引变电所 变压器 主接线 Abstract Traction substation is an important component of the Electrified railway, it has a direct impact on the Electrified railway, used as intermediate links to connect power plants and users. it plays an important role in the transformation and distribution of Electrified r

10、ailway. Electrical wiring is the main link of the main substation, also, the main electrical wiring directly is related to the development of the entire electrical substation, equipment selection, distribution equipment layout, protection devices and automatic identification, so it is the decisive f

11、actors of electrical investment. This thesis introduces the structure and connection modes of single-phase traction substation. Firstly, it selects the type and capacity of main transformer through the calculation of load, meanwhile, it presents the connection mode of the main transformer in detail,

12、 and maps out main connection with AutoCAD. Calculating short-current is the key of this thesis, and breakers, isolating switch, voltage transformer, current transformer, bus, arrester are selected according to the results of calculation. At the same time, some electrical devices are introduced. At

13、last, the reformation of Course design is completed.By checking various results of the calculation, the design of this thesis is reasonable and feasible. Keywords: Traction Substation Transformer Main connection I 目 录 第1章 概述1 1.1 课题研究的目的意义1 1.2 电气化铁路的国内外现状1 1.3 论文研究的内容 2 第2章 主接线的设计3 2.1 牵引变电所主结线的概述

14、3 2.1.1 电气主接线基本要求3 2.1.2 高压侧电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤4 2.1.3 高压侧主接线的基本方式4 2.1.4 牵引变电所高压侧主接线的选择6 2.2 牵引变电所馈线侧主接线设计 7 2.2.1 牵引变电所馈线侧的几种接线形式7 2.3.2 牵引变电所馈线侧接线的选择8 第3章 牵引变电所变压器的选择8 3.1 牵引变压器的接线形式及选择 8 3.2 牵引变电所的备用方式及选择 8 3.3 牵引变压器容量的计算 8 3.3.1 计算容量8 3.3.2 校核容量8 3.3.3 安装容量和台数8 第4章 牵引变电所的短路计算8 4.1 短路计算的目的 8 4.2

15、短路点的选取 8 4.3 短路计算 8 第5章 高压设备的选择8 5.1 备选择原则 8 5.2 母线的选择 8 5.2.1 110kV侧进线的选择 8 5.2.2 27.5kV侧母线的选择 8 5.3 绝缘子和穿墙套管的选取 8 5.3.1 110kV侧支柱绝缘子的选取 8 5.3.2 27.5kV侧支柱绝缘子选取 8 5.4 27.5KV侧穿墙套管选择8 5.5 高压断路器的选取 8 5.5.1 110kV侧断路器选取 8 II 5.5.2 27.5 kV侧断路器选取 8 5.6 高压熔断器的选取及校验 8 5.7 隔离开关的选取及校验 8 5.7.1 110kV侧隔离开关选取 8 5.7

16、.2 27.5kV侧户外隔离开关选取 8 5.8.3 27.5kV侧户内隔离开关选取 8 5.10 电流互感器的选取 8 5.10.1 110kV侧电流互感器的选取 8 5.10.2 27.5kV侧电流互感器的选取 8 第6章 继电保护8 6.1 继电保护的任务和要求 8 6.1.1 继电保护的任务8 6.1.2 继电保护基本要求8 6.2 电力变压器继电保护的选择 8 第7章 防雷保护和接地装置8 7.1 避雷装置的选取 8 7.2 接地装置的选择 8 第8章 结论与展望8 8.1 结论 8 8.2 展望 8 参考文献8 致谢8 附录8 附录A 外文翻译8 附录B 主接线图8 毕业设计 1

17、第1章 概述 1.1 课题研究的目的意义 交通运输是是国民经济的基础产业，铁路运输在我国五大交通运输体系（铁路 、公里、航空、水运和管道）占据主要地位。电力牵引是现代铁路最先进的牵引动 力，具有其他方式无法比拟的优势:它牵引力大，对环境影响小，没有蒸汽机车和内 燃机车所产生的废气和油的污染，能源利用率高，整备时间短，机车效率高，控制 性能好，平稳，舒适。既适用于高速旅客运输，也适合重载运输。 电力牵引的专用变电所。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵 引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路 线上空架设的接触网，为电力机车供电，因此牵引变电所是电气化铁

18、路的“心脏” 牵引变电所能否安全运行，直接关系的电气化铁路的运行情况。因此，对牵引变电 所的研究对电气化铁路的发展以及运行都有着很重要的意义，对国民经济也有直接 或间接的影响1。 1.2 电气化铁路的国内外现状 牵引变电所是电气化铁路的重要组成部分，目前电气化铁路广泛采用单向工频 供电法式。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

19、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 毕业设计 2 电气化铁

20、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。 牵引变电所随着电气化铁路的发展而发展，目前国际上电气化铁路普遍采用BT 供电方式。在一些客运专线上采用AT供电方式，这些先进的供电方式对牵引变电所 的性能提出了更高的要求。对变电所的安全运行和变电所的容量提出了更高的要求 。现在客运专线电气化铁路牵引变电所采用单相变压器、室外补偿电容装置及室内 柜式27.5kV电气设备。变电所内设置了接触网自动检测装置，即短路检测装置和反 向电压检测装置。保证设备及作业人员的安全。采用馈线断路器操作失灵保护，断 路器箱体和变压

21、器碰壳保护、接触网热保护技术，提高了运营可靠性。采用远动系 统，牵引变电所无人值班。牵引变电所保护系统全部采用数字化保护，动作准确、 可靠。保护设备部件集成化，体积小，占用空间少，故障串低，维修量少2。 1.3 论文研究的内容 本次设计是根据设计任务书的要求并按照电气化铁路设计手册对牵引变电所进 行设计，主要内容包括牵引变电所高压侧主接线和负荷侧的主接线的设计，确定变 压器的台数和型号，提出两种供电方式并对两种方案进行经济性能比较选择最优的 供电方案。按照主接线图等效电路进行短路计算以便对对本牵引变电所的一次电气 设备进行选择（如：断路器、隔离开关、母线、互感器等）。对牵引变电所的防雷 和接地

22、进行计算，CAD画出电气主接线图。 毕业设计 3 第2章 主接线的设计 2.1 牵引变电所主结线的概述 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

23、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3 。 2.1.1 电气主接线基本要求 (1)首先应保证可靠性，并力求经济性。 牵引变电所是国家电力系统的级负荷，中断供电将直接造成运输阻塞，甚至 造成人员生命伤亡、设备损坏，进而导致的社会生产无法正常运行。因此，主结线 的接线方式必须保证供电的安全可靠性。 (2)具有必要的

24、运行灵活性。 由于接触网事故较多，检修频繁，牵引变电所的停、送电操作、倒闸作业较多 ，主接线的灵活，可减少操作程序，避免误操作。 (3)应具有较好的经济型。 经济型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 量、高压断路器配电单元存在数量、配电结构类型和占地面积等因素。 (4)应力求结线简洁明了，并有发展和扩建余地4。 主接线整体结构和各回路应力求简洁清晰、便于操作运行。同时随着经济建设 的高速发展，铁路运量的增长迅速，牵引变电所增容、增加馈线的建设经常存在。 毕业设计 4 2.1.2 高压侧电气主接线设计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

25、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5。 (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，结合牵引变电 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

26、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。 2.1.3 高压侧主接线的基本方式 (1)单母线接线如图2-1所示 图2-1 单母线结线图 单母线接线的特点是： 这种接线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠。每 回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时，该回路停电， 1SL2SL 1QS 2QS 1QF2QF 3QF 毕业设计 5 其他回路不受影响。检修母线和与母线相连的隔离开关时，将造成全部停电。母线 发生故障时，将是全部电源断开，待修复后才能恢复供电。 这种接线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电；适用范围 ：适用于对可靠性要求不高的1035kV地区负荷。 (2)单母线分段接线 这种接线方式的特点如图2-2所示 图2-2 单母线分段结线图 这种接线解决了断路器的公共备用和检修备用，在调试、更换断路器和整定继 电保护装置时都可以不必停电，提高了供电可靠性。它广泛应用于牵引负荷和35kV 以上线路中，特别是负荷较重要，线路断路器较多，检修断路器不允许停电的场合 。其主要的缺点是设备较多，接线较复杂，配电装置的占地，面