铁路变电所的电气系统设计设计.docx

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铁路变电所的电气系统设计设计

毕业设计（论文）

中文题目：

铁路变电所的电气系统设计

学院：

远程与继续教育学院

专业：

电气工程及自动化

姓名：

学号：

1

指导教师：

毕业设计（论文）承诺书

本人声明：

本人所提交的毕业论文《铁路变电所的电气系统设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。

论文中所引用的他人无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中明确标注；有关教师、同学及其他人员对本论文的写作、修订提出过且为本人在论文中采纳的意见、建议均已在本人致谢辞中加以说明并深致谢意。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本毕业论文《铁路变电所的电气系统设计》是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。

论文作者：

_____________（签字）___年___9__月__25_日

指导教师已阅：

_____________（签字）___年___9__月__25_日

北京交通大学

毕业设计（论文）成绩评议

年级

层次

专业

电气工程及自动化

姓名

题目

铁路变电所的电气系统设计

指

导

教

师

评

阅

意

见

综观全文，该生写作态度认真，设计结构合理，层次清晰，语句通顺，理论与实践结合较好，达到本科毕业论文应有的学术水平。

成绩评定：

中指导教师：

2012年9月25日

评

阅

教

师

意

见

评阅教师：

年月日

答

辩

小

组

意

见

答辩小组负责人：

年月日

毕业设计（论文）任务书

本任务书下达给：

级电气工程及自动化专业学生

设计（论文）题目：

铁路变电所的电气系统设计

一、设计（论述）内容

论文关键是设计是变电所的配电系统和保护系统，带旁路母线的接线方式，保护系统作了供电系统配电线路的保护。

二、基本要求

1.对已搜集的该领域已有文献进行系统阅读和研究；

2.注重铁路供电的实际情况进行分析；

3.注重学术规范；

4.提出相应的有效方案；

5.设计思路清晰，资料丰富，结构严谨。

三、重点研究的问题

1.选题目的及意义

2.铁路变电所的电气系统的一般概念

3.铁路变电所的电气系统主接线及负荷计算

4.铁路变电所设备的选择与校验

5.铁路变电所设备的保护设计

四、主要技术指标：

1．论文题目一般不超过25个字，要简练准确，可分二行书写；

2．开题报告由学生认真书写，经指导教师签字后的开题报告有效；

3．摘要中文摘要字数应在400字左右，包括论文题目、论文搞要、关键词（3至5个），英文摘要与中文摘要内容要相对应；

4．目录按三级标题编写，要求层次清晰，且要与正文标题一致，主要包括摘要、正文主要层次标题、参考文献、附录等；

5．正文论文正文包括绪论（或前言、慨述等）、论文主体、结论。

工科论文要求符合科技论文格式，正文文字应在15000字以上；

6．参考文献必须是学生本人真正阅读过的，以近期发表的杂志类文献为主，图书类文献不能过多，且要与论文工作直接相关。

7．附录含外文复印件及外文译文、有关图纸、计算机源程序，如果安排有毕业实习，需提供毕业实习报告等。

五、其他要说明的问题

论文要用统一的毕业论文用纸，用中文打印（A4）或手写。

手写每页20行，每行20－22字，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印正文用宋或楷体小四号字，版面上空2.5cm，下空2cm，左右空2cm（靠装订线一侧增加0.5cm空白用于装订）。

对字体和字号的要求如下：

题目用一号（分两行书写时用小一号）黑体字；第一层次

（一）题序和标题用小二号黑体字，题序和标题之间空两字，不加标点，下同；第二层次（

（一））题序和标题用小三号黑体字；第三层次

（1）题序和标题用四号黑体字；第四层次（

（1））题序和标题用小四号黑体字；第五层次以下标题和题序与第四层次同。

下达任务日期：

要求完成日期：

答辩日期：

指导教师

开题报告

题目：

铁路变电所的电气系统设计

报告人：

年月日

一、文献综述

电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要能源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。

电能是由发电厂供给的为了经济起见，发电厂多建在动力资源丰富的地方，需要输送，因为发电厂远离大中城市和工厂企业、电能被输送到城市和工厂企业后，还需要进一步分配到用户和生产企业的车间。

由发电厂、输电、配电线路、变电所和用电设备组成的整体，称为电力系统，如果把发电厂的动力部分也包含在内，又称为动力系统，至今为止，电能尚不能大量储存，所以电力系统生产和供应中的三大过程（发电、输变电、用电）是一次完成的，这是电力工业的显著特点。

二、选题的目的和意义

变电所是电力系统的重要组成部分，它是变换和调整电压、变换和分配电能的场所，往往担负着向用电设备直接供电的任务。

变电所一般由变电所、配电装置，（包括高低压开关，电压和电流互感器、避雷器、母线等设备及相应的各种构筑物），控制与信号设备、继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，导线及电缆等组成。

有些变电所还装有调整电压和无功功率的电力电容器组、静止补偿装置或调相机等设备。

上述设备中、除控制与信号部分、继电保护装置、测量仪表、控制电源和通讯设备等低电压电气设备外，其余部分称为一次设备，由一次设备组成的网络系统又称为一次系统。

铁路变电所是铁路供电的核心，是铁路运输设备的重要组成部分。

三、研究方案

某火车站由于扩建增加新的大型用电设备，用电负荷增大，原有的铁路变电所已不能满足需要。

因此需要另新建铁路变电所对其供电，建成后就可以满足用电需要，并考虑适当裕度及扩建要求。

四、进度安排

7月4～7月25日

分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，作好前期准备工作。

7月26日～9月10日

划分设计（论文）内容，进行内容分析，撰写论文。

9月11日～9月25日

划分设计（论文）内容，进行内容分析，撰写毕业论文并征求导师意见，修改毕业论文，进行毕业论文的评议。

五、指导教师意见：

题目符合当前铁路的发展要求，研究方案可行，进度安排合理，可以进行下一步工作。

指导教师：

中期报告

题目：

铁路变电所的电气系统设计

报告人：

10电气工程及自动化陈凤国

一、总体设计

变电所一般由变电所、配电装置，（包括高低压开关，电压和电流互感器、避雷器、母线等设备及相应的各种构筑物），控制与信号设备、继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，导线及电缆等组成。

本设计是高压侧66千伏，低压侧10千伏的铁路变电所的低压侧部份的配电系统和保护系统。

用户负荷为4000千瓦。

二、框架（框图）

本毕业设计的主要框架是：

对电力系统及变电所的工作原理、作用、分类进行介绍，针对铁路供电的需求设计电气主接线，通过计算负荷及短路电流，选择高压一次设备，并对电力系统保护进行设计。

三、进展情况

计划7月10日前将个子系统的管理对策进行总结、汇总，结合系统功能特点、数据流程研究实施效果，开题报告中安排的时间进度可按期完成。

结题验收

一、完成日期

2012年9月25日完成论文

二、完成质量

该生写作态度比较认真，能够按毕业论文的要求完成毕业设计阶段的全部工作，达到毕业论文的要求。

三、存在问题

本论文层次清晰，框架结构安排紧凑合理，理论知识方面需进一步加强。

四、结论

本设计在介绍相关理论内容的基础上，切合铁路供电实际，结构完整，思路清晰。

本论文达到本科毕业论文的要求，同意答辩。

2012年9月25日

中文摘要

电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要能源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。

变电所是电力系统的重要组成部分，它是变换和调整电压、交换和分配电能的场所，往往负担着向用户直接供电的任务。

本设计是变电所的配电系统和保护系统，带旁路母线的接线方式，保护系统作了供电系统配电线路的保护。

铁路变电所是铁路运输设备的重要组成部分，是铁路供电的核心。

通过这次设计，使我进一步领会变电所整体设计的要求，掌握变配电设备的经济技术参数，同时使我对电力系统有了一个全面了解，能够进行比较全面的分析问题，对我今后工作具有积极意义。

关键词变电所配电系统保护系统

英文摘要

Electricenergyisimportantsourceenergytothepeople’slifeandconstructionofcountry.

Theindustryofelectricpowerhasgreatpositioninthecountryeconomic.

Housesubstationisanimportantpartofelectricpowersystem.Itcanadjustsvoltage,allocateselectricpower,Itcantakethedutyofsupplyingdirectlytocustom.Thisdeviceistoallocatingelectricsystemandprotectionsystem.

Allallocatingsystemusessinglewirestyle.Thisconnectionispresentationofalltheprotectionstyle.

RailwaySubstationfortherailwaytransportationequipmentimportantconstituent,isthecoreofrailwaypowersupply.Throughthisdesign,Ifurtherunderstandsubstationoveralldesignrequirements,mastersubstationequipmentandtechnicalandeconomicalparameters,atthesametimemakesmeonthepowersystemhasacomprehensiveunderstanding,canbemorecomprehensiveanalysisproblem,formyfutureworkisofpositivesignificance.

Keywordssubstationpowersystemprotectionsystem

参考文献…………………………………………………………………………[28]

铁路变电所的电气系统设计

一引论

1.1电力系统的一般概念

电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要能源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。

电能是由发电厂供给的为了经济起见，发电厂多建在动力资源丰富的地方，需要输送，因为发电厂远离大中城市和工厂企业、电能被输送到城市和工厂企业后，还需要进一步分配到用户和生产企业的车间。

由发电厂、输电、配电线路、变电所和用电设备组成的整体，称为电力系统，如果把发电厂的动力部分也包含在内，又称为动力系统，至今为止，电能尚不能大量储存，所以电力系统生产和供应中的三大过程（发电、输变电、用电）是一次完成的，这是电力工业的显著特点。

1.1.1对供电系统的基本要求

1、保证电能的质量标准，衡量电能质量的主要指标是电压，频率和波形、同时应保证足够的可靠性。

2、保证供电的连续、可靠性。

3、降低供电成本

4、保证电力系统安全运行

1.1.2电力负荷的分类

按用户的可靠性要求可分为三级：

（1）一级负荷：

突然停电时将造成人身伤亡，重大设备损坏，重要产品出现大量废品，引起生产混乱，重要交通枢纽、干线受阻、重要城市供水、通讯、广播中断等，因此造成巨大损失或重要政治影响者。

（2）二级负荷：

突然停电时，会引起严重减产、停工、生产设备局部破坏，局部交通受阻，大部分城市居民正常生活被打乱。

（3）三级负荷：

不在前两级范围之内的都属于三级负荷。

此级负荷停电时造成的损失较小。

一级负荷是最重要的电力用户，应由两个独立电源供电，特别重要的电力用户，应有两个独立供电电源点（如两个发电厂，一个发电厂和一个地方电网，两个地方变电所等）。

二级负荷应尽量有两回线路供电，且两回线路引自不同的变压器或母线段，确有困难时，允许由一回专用线路供电。

三级负荷属于一般电力用户，可以用单回路供电。

1.2变电所的作用和工作原理、分类

1.2.1变电所的作用

变电所是电力系统的重要组成部分，它是变换和调整电压、变换和分配电能的场所，往往担负着向用电设备直接供电的任务。

变电所一般由变电所、配电装置，（包括高低压开关，电压和电流互感器、避雷器、母线等设备及相应的各种构筑物），控制与信号设备、继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，导线及电缆等组成。

有些变电所还装有调整电压和无功功率的电力电容器组、静止补偿装置或调相机等设备。

上述设备中、除控制与信号部分、继电保护装置、测量仪表、控制电源和通讯设备等低电压电气设备外，其余部分称为一次设备，由一次设备组成的网络系统又称为一次系统。

1.2.2变电所的分类

按电压的升降分类，通常分为升压变电所和降压变电所两大类。

（1）升压变电所多与发电厂建在一起、所以又称为发电厂升压站，它把发电机电压升高，用高压或超高压输电线路把电能送到远处的负荷区，或与其它的高压变电所联结成统一的电力网络系统。

（2）降压变电所按性质和规模将划分区域变电所，地方变电所，终端变电所三种。

区域变电所：

（一次变）

主要特点是电压等级高，进出回路多，变压器容量大，在系统中地位比较重要，其高压侧均在110千伏以上，低压侧也在35千伏以上。

它由大电网供电，通过降压后主要向地方变电所供电。

地方变电所：

（二次变）

地方变电所多由区域变电所或发电厂供电，通过降压主要向终端变电所供电，它的高压侧一般为10-110千伏，低压侧多为6-10千伏。

终端变电所

多数是工业企业变电所和农村的乡镇变电所，它的高压侧多为10-35千伏，低压侧为3-10千伏和0.4千伏/220伏系统。

终端变电所主要由地方变电所或发电厂供电，降压后直接向各种用电设备供电。

本设计是高压侧66千伏，低压侧10千伏的铁路变电所的低压侧部分的配电系统和保护系统。

用户负荷为4000千瓦。

1.3设计说明

某火车站由于扩建增加新的大型用电设备，用电负荷增大，原有的铁路变电所已不能满足需要。

因此需要另新建铁路变电所对其供电，建成后就可以满足用电需要，并考虑适当裕度及扩建要求。

1.3.1设计依据

1、工程计划书。

2、上级批准文件。

3、工程协议书。

1.3.2设计范围、建设规模

本设计为铁路变电所的本体设计

1、66KV室外变电设备。

2、10KV室内配电设备。

3、线路继电保护系统、防雷系统。

1.3.3选址、所在地物理及气象情况

选址应遵的原则：

（1）变电所在电力系统中的作用和地位。

（2）铁路变电所应尽可能靠近负荷中心，以使电压损失、电能损耗和有色金属材料的消耗量减少。

（3）进出线方便。

（4）尽量避免设在多尘和有腐蚀气体的场所。

（5）应考虑地形和地质条件。

（6）运输方便、能够将体大量重的变压器等设备运输到位。

（7）避免电讯通信干扰。

（8）留有发展扩建余地。

（9）有利于防洪排水。

（10）有利于职工生活。

按上述原则，参考用户负荷分布情况，经过两次方案论证、决定将所地址选在负荷中心区的火车站以西500米的一角处，处于负荷中心位置，距区域66千伏网络线路2.5公里，运输方便、供电线路均采用电缆线路引入及配出用户负荷，66千伏架空线路引入。

所在地气象条件：

属省Ⅱ级气象区，最高气温40℃、最低气温为-20℃，主导风冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25m/s，海拔120m，最大冻土层0.6米，地震度为6度。

地区气象条件地理资源表：

资料内容

用途

年最高气温

选变压器

最热日平均最高温

选室外母线

年连续三次最热日昼夜平均温

选空气中电缆

最热月平均温度

选室内导线、母线

土壤中0.7-1m处年最热平均温

地下电缆

年雷电小时,雷电日数

防雷装置

土壤冻结深度

地下装置

1.3.4主要涉及内容

（1）确定配电系统图（一、二次结线）

（2）确定电气布置原则

（3）短路电流计算

（4）主导体和电气设备选择

（5）继电保护装置和整定计算

（6）确定防雷和接地保护方案

二电气主接线

电气主接线又称一次接线或主接线，是多种主要电气设备如发电机、变压器、开关，互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求，连接而成的、分配和传送电能的总电路，将电路中各种电气设备用统一规定的图形符号和文字符号绘制而成的电气联结图，称为电气主接线图。

其中分配电能部分即配电系统图。

电气主接线对电气设备的选择、配电装置的布置、运行的可靠性、灵活性、操作与检修的安全以及今后的扩建、对电力工程建设和运行的经济节约等等，都有很大影响、最基本设计所需要的，也是基础的部分。

由于主接线的确定，变电所的形式也就随之确定下来了。

2.1主接线的设计原则

2.1.1主接线设计依据

1、变电所在电力系统中地位和作用：

本铁路变电所为电力系统中的一般变电所。

2、变电所的分期和最终建设规模：

本变电所依据5-10年铁路电力系统发展规划进行设计。

3、负荷大小的重要性：

本变电所为二次负荷变，一般由两个电源独立供电，且当任何一电源失去后，能保证1、2级负荷供电。

2.1.2主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

（一）可靠性：

1、研究主接线可靠性应注意的问题：

①主接线可靠性的衡量标准是运行实践，可靠性的定量分析则只做参考。

②主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中综合的可靠性。

③主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

④要考虑变电所在铁路电力系统中的地位作用。

2、主接线可靠性的具体要求

①断路器检修时，不宜影响对铁路电力系统的供电。

②断路器或母线故障以及母线检修时尽量减少停运的回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。

③尽量避免地方一次变及本变电所全部停运的可能性。

④大机组、超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

（二）灵活性

1、调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路；调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的铁路系统调度要求。

2、检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响铁路电力网的运行和对用户的供电。

3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。

（三）经济性

主接线在满足可靠性、灵活性的前提下，要做到经济合理。

1、投资省

1主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关，电流和电压互感器、避雷器等一次设备。

2要使继电保护和二次回路不过于复杂以节省二次设备和控制设备、电缆。

③要能限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备或轻型电器。

2、节省占地面积，合理使用资源。

3、电能损失减少到最低程度。

2.2高压配电装置的基本接线、适用范围及主接线的选择

2.2.1可选择的接线方式

1、有汇流母线的接线。

单母线、单母线分段、双母线、双母线分段，增设旁路母线或旁路隔离开关等。

2、无汇流母线的接线。

变压器——线路单元接线，桥形接线，角形接线。

66KV-10KV高压配电装置的接线方式，决定于电压母线等级及出线回路数，按电压等级的高低和出线回路的多少，有一个大致的适用范围。

2.2.2对66KV侧接线方式进行论证

考虑重要负荷的可靠供电，66KV侧进线为双回线，并采用两台变压器，所以宜采用桥形接线：

桥形接线是优于单元接线方式的，是单母线分段的变形。

其优点是结构简单，断路器检修时可保证重要负荷供电连续性，并且双回进线也可以互为备用。

1、内桥接线：

如图a，为内桥接线，它适用于线路较长，故障断开或检修机会较多的变电所。

并且两台变压器除检修外，一般都可同时运行，操作机会少。

2、外桥接线：

如图b，桥接线设在单元断路外侧。

适用于线路较短，故障断开机会较少的变电所。

但检修断路器时应停运一台变压器，而使配电输出容量减少，这是其缺点。

综上所述，本设计选用内桥式接线为宜。

2.2.3对二次配电主接线方式进行论证

由于对用户负荷的调查中，有重要的一级负荷用户，已经按用户要求设置双回线送电，其它重要负荷已由另外的变电所送电，以保证其可靠性，因而在本设计中应对此种情况予以考虑。

1、单母线接线：

①优点：

接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套装置。

②缺点：

不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关）故障或检修，需切除整个配电装置、停电。

③适用于一台发电机或一台主变的情况。

2、单母线分段或单母线分段带旁路

①优点：

1）用断路器把母线分段后，对重要负荷用户可以从不同母线段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线或母线相关设备故障时，分段断路器（母联）自动将故障母线切除保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

3）没有旁路母线后，可以使断路器检修时，由旁路断路器代替线路断路器，负荷由旁路母线送出。

②缺点：

1）引出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

为克服这一缺点，并考虑城区线路走廊、空间紧张问题，可采用地下电缆线送出。

2）扩建时需向两个方向均衡发展。

③适用于配电装置出线回路在6回及以上时。

经过论证，本设计采用单母线，断路器分段，带有旁路方式的接线。

因为负荷配出线为14回路，考虑予留每段各3回路共20条配出线路。

这种接线既保留了单母线接线的可靠性低的缺点，并且由于采用旁路母线的结构方式，使断路器检修时，可以做到不间断供电。

其最终确定主接线如图。

2.2.4变电所主接线的说明

本变电所由66KV两部电源供电：

甲线，乙线。

两台主变压器，采用内桥式结线设有桥联开关，便于线路侧开关检修。

10KV设有20条配出线，两段母线由母线联络开关联结，并设有旁路母线，两条电容器回路，10KV配合继电保护。

按照防雷要求，变电所66KV进线处装置两组ZnO避雷器，10KV母线入口（即主变压器二次出口）设有ZnO避雷器，且10KV每个配出线出口也装有ZnO避雷器。

66KV侧线路断路器及桥联断路器回路装设电流互感器。

10KV侧每个配出线断路器，入口断路器回路也均设有电流互感器。

三参数计算

3.1负荷计算

3.1.1负荷计算数据表

配出线

P（KW）

Q（Kvar）

S（KVA）

1#

3240

2078

3849