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铁道供电设计马仲梅
电气化铁道供电系统与设计课程设计报告
班级:
电气072班
学号:
20069740
姓名:
马仲梅
指导教师:
苏宏升
评语:
2011年11月17日
一、题目
某牵引变电所丙采用直接供电方式向复线区段供电,牵引变压器类型为110/27.5kV,三相V-v接线,两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表所示。
表1已知参数
供电臂
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
左臂
21.9
β
238
318
917
206
右臂
24.7
α
184
266
1052
217
二、题目分析及解决方案框架确定
三相V-v接线的牵引变压器装有两台安置于同一油箱的变压器,使用过程中,一台运行,一台固定备用。
三相V-v结线牵引变电所不但保持了单相V-v结线牵引变电所的主要优点,而且克服了单相V-v结线的缺点。
最可取的是,解决了单相V-v结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。
在设计过程中,通过求解变压器的计算容量、校核容量以及安装容量来选取变压器的型号。
然后再变压器型号的基础之上,选取室外110KV侧母线,室外27.5KV侧母线以及室外10KV侧母线的型号。
考虑到V-v接线中装有两台变压器的特点,在确定110KV侧主接线时我们采用桥形接线。
按照向复线区段供电的要求,其牵引侧母线的馈线数目较多,为了保障操作的灵活性和供电的可靠性,我们选用馈线断路器100%备用接线,这种接线也便于故障断路器的检修。
按照选取的变压器的容量以及110KV侧的和牵引侧的主接线,可以做出设计牵引变电所的电气主接线。
三、设计过程
牵引变电所的电气主接线分为三个部分来分别设计:
110KV侧的主接线、牵引侧的主接线、三相V-v直接供电方式变压器接线。
3.1牵引变电所110kV侧主接线设计
三相V-v牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器,因有系统功率穿越,属通过式变电所,所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。
图1为内桥接线,连接在靠近变压器侧,其适合于线路长,线路故障高,而变压器不需要频繁操作的场合,这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。
图2为外桥接线,连接在靠近线路侧,其适合于输电距离较短,线路故障较少,而变压器需要经常操作的场合,这种接线方便于变压器的投入以及切除。
为了配合三相V-v牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入,选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。
图1内桥接线图2外桥接线
3.2牵引变电所馈线侧主接线设计
由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多,为了提高供电的可靠性,按馈线断路器备用方式不同,牵引变电所27.5kV侧馈线的接线方式一般有下列三种:
(1)馈线断路器100%备用的接线
如图3所示。
这种接线当工作断路器需检修时,此种接线用于单线区段,牵引母线不同的场合。
即由备用断路器代替。
断路器的转换操作方便,供电可靠性高,但一次投资较大。
(2)馈线断路器50%备用的接线
如图4所示。
这种接线每两条馈线设一台备用断路器,通过隔离开关的转换,备用断路器可代替其中任一台断路器工作。
当每相母线的馈出线数目较多时,一般很少采用此种法方法。
(3)带旁路母线和旁路断路器的接线
如图5所示。
一般每2至4条馈线设一旁路断路器。
通过旁路母线,旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。
这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合,以减少备用断路器的数量。
图3馈线断路器100%备用
图4馈线断路器50%备用
图5带有旁路母线和旁路断路器的接线
考虑到牵引变压器类型为三相V-v,且此牵引变电所为两个相邻区间的复线供电,为了提高供电的可靠性,保障断路器转换的操作方便,牵引变电所27.5kV侧馈线断路器采用100%备用的接线。
3.3三相V-v直供方式变压器接线
采用直接供电方式时,三相V-v变压器原边绕组接成固定的V接线,低压侧两个绕组接成正V或者反V。
低压侧两次边绕组,各取一端联至27.5KV的a相和b相母线上,它们的公共端接至接地网和钢轨。
其主接线如图6所示。
图6三相V-v变压器直接供电方式主接线
3.4牵引变压器容量计算
(1)三相V-v接线牵引变压器绕组的有效电流
三相V-v结线变压器是由两台单相变压器安装于同一油箱内组成的,每台变压器供给所辖供电臂负荷。
所以其绕组有效电流
即为供电臂的有效电流,故
=
=
式中,
分别为供电左β、右臂α的馈线有效电流;
分别为三相V-v结线变压器绕组的有效电流。
根据题意,
=318A,
=266A。
(2)计算三相V-v接线牵引变压器的计算容量
三相V-v接线牵引变压器供两个供电臂时,其计算容量为
=27.5×318(KVA)=8745(KVA)
=27.5×266(KVA)=7315(KVA)
(3)计算三相V-v接线牵引变压器的校核容量
三相V-v接线中两台牵引变压器的最大容量分别为
=27.5×917(KVA)=25217.5(KVA)
=27.5×1052(KVA)=28930(KVA)
在最大容量的基础之上,再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量,就可以得到校核容量,即
式中,K为牵引变压器过负荷倍数,取K=1.5,则可得
=(25217.5+28930)/1.5(KVA)=36098.34(KVA)
(4)确定三相V-v接线牵引变压器的安装容量及型号选择
将三相V-v接线的变压器的计算容量和校核容量进行比较,并结合采用固定备用方式和系列产品,选用三相V-v变压器的安装容量为2×40000KVA。
通过查询附表1可选择SFY-40000/110型号的三相双绕组变压器。
3.5导线选择
110kV进线侧,进入高压室的27.5kV进线侧,从高压室出来的27.5kV馈线侧,10kV馈线侧的母线均为软母线。
软母线进行选型,热稳定校验(无需进行动稳定校验)。
计算方法:
按导线长期发热允许电流选择导线。
温度修正系数K由下式求得:
式中:
表示运行的允许温度,对室外有日照时取80℃,室内取70℃.,t为实际环境温度。
设计时取t=25℃,那么在室外有日照时K=1,在室内K=1。
工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。
表2导线的选择与校验
导线名称
选择
校验
按导线长期发热允许电流选择
按经济电流密度选择
动稳定
热稳定
母线及短导线
√
__
√
√
普通导线
__
√
__
√
(1)室外110KV进线侧母线的选择
室外110kV进线侧的母线为软母线,且每段负荷不同,母线截面可采取相同截面,以按最大长期工作电流方式来选择为宜。
设计中三相双绕组牵引变压器的选择型号为SF1-20000/110。
母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。
经计算:
=1.3×20000/110×
=136.46(A)
由所给资料查出钢芯铝绞线(GJ-95)的允许载流量为140A(基准环境温度为25℃时),符合式子
(K=1)
式中:
表示通过导线的最大持续电流,
表示对于额定环境温度,允许电流,K为温度修正系数。
故初步确定110kV进线侧的母线选用截面积为70mm2的钢芯铝绞线(GJ-95)。
(2)室外27.5KV进线侧母线的选择
母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑,我们选择容量为1600kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。
经计算:
=1.3×1600/27.5×
=43.67(A)
由所给资料查出钢芯铝绞线(LGJ-10)的允许载流量为86A(基准环境温度为25℃时),符合式子
(K=1),故初步确定27.5kV侧的母线选用截面积为10mm2的钢芯铝绞线(LGJ-10)。
(3)室外10KV馈线侧母线的选择
母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑,选择容量为1600kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。
经计算:
=1.3×1600/10.5×
=114.4(A)
由所给资料查出钢芯铝绞线(LGJ-25)的允许载流量为138A(基准环境温度为25℃时),符合式子
(K=1)故初步确定10kV侧的母线选用截面积为25mm2的钢芯铝绞线(LGJ-25)。
3.6断路器的选择
27.5KV侧的最大短路电流为1052A,工作电压为27.5KV,根据GB/T11022《高压开关设备和控制设备公用的技术要求》,选择ZN85-40.5/1250-31.5型号的高压断路器。
所选设备的技术参数为:
额定电压—40.5KV
额定电流—1250A
额定频率—50HZ
额定短路开断电流—31.5A
雷电冲击耐压(峰值)—185KV
额定操作电压—AC/DC110V/220V
开断时间—<80ms
机械寿命—10000次
3.7隔离开关的选择
27.5KV侧的最大短路电流为1052A,工作电压为27.5KV,根据IEC60129《交流隔离开关与接地开关》的技术要求,选择GW4—40.5/1250型号的高压交流隔离开关。
所选设备的参数为:
额定电压—40.5KV
额定电流—1250A
额定频率—50HZ
额定短路开断电流—31.5A
雷电冲击耐压(峰值)—80KV
额定操作电压—AC/DC110V/220V
3.8绘制电气主结线图
该牵引变电所主接线方案附录二所示。
因有系统功率穿越,牵引变电所属通过式变电所,110KV侧采用外桥接线的单线三相牵引变电所,主要向牵引负荷和地区负荷供电。
为了满足三相V-v两台变压器的需要则需要有两回电源线路。
桥形接线110KV侧因有系统穿越功率通过母线,110KV线路设有继电保护装置,故110KV侧装有单相式三相电压互感器,27.5KV侧采用馈线断路器100%备用的单母线接线。
四、设计方案分析
本设计针对的是三相V-v接线的牵引变压器,三相V-v结线牵引变电所不但保持了单相V-v结线牵引变电所的主要优点,而且克服了单相V-v结线的缺点。
最可取的是,解决了单相V-v结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。
在设计过程中,通过求解变压器的计算容量、校核容量以及安装容量来选取变压器的型号。
考虑到V-v接线中装有两台变压器的特点,在确定110KV侧主接线时我们采用桥形接线。
按照向复线区段供电的要求,其牵引侧母线的馈线数目较多,为了保障操作的灵活性和供电的可靠性,我们选用馈线断路器100%备用接线,这种接线也便于故障断路器的检修。
按照选取的变压器的容量以及110KV侧的和牵引侧的主接线,最终做出设计牵引变电所的电气主接线。
通过这次课程设计,我拓宽了知识面,锻炼了能力,综合素质得到较大提高。
安排课程设计的基本目的,在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通,进一步提高思想觉悟,并且加深对专业课的理解。
尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力,以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质复合型人才。
作为整个学习体系的有机组成部分。
它的一个重要功能,在于运用学习成果,检验学习成果。
运用学习成果,把课堂上学到的系统化的理论知识,尝试性地应用于实际设计工作,并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想;检验学习成果,看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离,并通过综合分析,找出学习中存在的不足,以便为完善学习计划,改变学习内容与方法提供实践依据。
对我们专业的本科生来说,实际能力的培养至关重要,而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的,必须从课堂走向实践。
这也是一次预演和准备毕业设计工作。
通过课程设计,让我们找出自身状况与实际需要的差距,并在以后的学习期间及时补充相关知识,为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备,从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
课程设计促进了我院人才培养计划的完善和课程设置的调整。
近年来,我院为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程,受到同学的欢迎,其中这次的设计很受同学们的喜欢。
课程设计达到了专业学习的预期目的。
在课程设计之后,我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高,更重要的是通过对软件开发流程的了解,进一步激发了我们对专业知识的兴趣,并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。
附录一牵引变压器主要技术数据表
设备型号
额定容量(kVA)
10000
15000
20000
31500
40000
20000
额定电压(kV)
高压
110
110
110
110
110
110
低压
27.5
27.5
27.5
27.5
27.5
27.5
额定电流(A)
高压
52.5
78.8
105
165
270
105
低压
210
315
420
660
840
420
损耗(kV)
空载
16.5
22.5
27.5
38.5
38
25
短路
59
80
104
148
180
115
阻抗电压(%)
10.5
10.5
10.5
10.5
10.5
10.5
空载电流(%)
2.5
2
2
2
2.1
2
连接组别
YN,d11
YN,d11
YN,d11
YN,d11
YN,d11
YN,d11
附录二牵引变压器主接线图
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.北京:
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.北京:
铁道出版社,1983.
[3]李彦哲,王果,张蕊萍,胡彦奎.电气化铁道供电系统与设计[M].兰州:
兰州大学出版社,2006.
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