牵引变电所一次系统.docx

牵引变电所一次系统.docx

《牵引变电所一次系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牵引变电所一次系统.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

牵引变电所一次系统

引言

牵引变电所供电系统是我们供电专业所学的专业课。

此次的毕业设计主要包括牵引变电所供电系统的主电路得设计此次的毕业设计主要包括牵引变电所供电系统的主电路的设计、牵引变压器容量的计算机选择、电容补偿装置的选择、容量计算及校核。

此次设计有以下特点：

一：

对于设计中所遇到的一些名词解析的比较详细，力求在掌握的基础上再根据自己所学的知识进行运用。

二：

调理清楚，对于各个章节划分较为详细，不至于出现概念混乱。

三：

对于设计中所附的图有较深一层的说明，力求做到图与内容的一致，为更简单化理解课程内容做好了铺垫。

四：

遇到所计算的例题时，尽量做到精确、合理、有意义，不致例题脱离主题。

此课程的设计会帮助我们对专业知识有更深一步的理解。

1

电气主接线的概述

牵引变电所的电气主接线指的是由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电力电缆、移相电容器等高压一次电气设备，按工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所内部的电气主电路。

他反应了牵引变电所的基本结构和性能，在运行中表明电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式，是实际运行操作的依据。

1.1对主接线的基本要求

对电气主接线的要求具有：

可靠性、灵活性、安全性、经济性，具体如下：

1　可靠性：

根据用电负荷的等级，保证在各种运行方式下提高供电的连续性，力求可靠供电。

2　灵活性：

主接线应力求简单、明显、没有多余的电气设备；投入或切除某些设备或线路的操作方便。

3　安全性：

保证在进行一切操作的切换时工作人员和设备的安全，以及能在安全条件下进行维护检修工作。

4　经济性：

应使主接线的初投资与运行费运达到经济合理。

1.2主接线中对电气设备的简介

1.2.1、高压断路器QF：

既能切除正常负载，又能排除短路故障。

主要任务：

1.在正常情况下开断和关合负载电流，分、合电路；

2.当电力系统发生故障时，切除故障；

3.配合自动重合闸多次关合或开断电路。

1.2.2、负荷开关QL：

只具有简单的灭弧装置，其灭弧能力有限，仅能熄灭断开负荷电流即过负荷电流产生时的电弧，而不能熄灭短路时产生的电流。

特点：

在断开后有可见的断开点。

1.2.3隔离开关QS：

一把耐高压的刀开关，没有特殊的灭弧装置，一般只用来隔离电压，不能用来切断或接通负荷电流。

特点：

在分闸状态时有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电气是否与电网断开。

用途：

1.隔离高压电压，将需要检修的部分与带电部分可靠地隔离，形成明显的断点，确保操作人员和电气设备的安全。

2.在断口两端电位接近相等的情况下，倒换母线，改变接线方式。

3.接通或断开小电流电路。

1.2.4、高压熔断器FU：

熔断器在短路或过负荷时能利用熔丝的熔断来断开电路，但在正常工作时不能用它来切断和接通电路。

1.2.5电压互感器TV：

在使用中二次侧不允许短路。

按结构形式分：

单相、三相、三芯柱、三相五芯柱。

1.2.6、电流互感器TA：

将电路中流过的大电流变换成小电流，供给测量仪表和继电器的电流线圈，以便用小电流的测量仪表测量大电流，并与一次系统的高电压隔离，保证设备和人身安全。

特点：

工作时二次侧决不允许开路。

1.2.7、电容器C：

可以抵消感性负载产生的无功部分，在牵引变电所中安装电容器可以改善功率因数。

1.2.8、电抗器L：

作用：

1.限制电容器投入时的合闸涌流；

2.降低断路器分闸时电弧重燃的可能性；

3.防止并联补偿装置与电力系统发生高次谐波；

4.限制故障时的短路电流；

5.与电容器组成滤波回路，感抗容抗比取0.12~0.14，主要用来滤三次谐波。

1.2.9、避雷器F：

用来限制过电压的一种主要保护电器。

主要形式：

放电间隙、阀型避雷器、管型避雷器、压敏避雷器。

1.2.10、抗雷圈：

是一个电抗线圈，电感量为1mH。

2电气主接线基本形式的选择比较

2.1单母线接线

1　单母线接线在整个配电装置中只设一组母线，将各个电源的电能汇集后再分配到各引出线。

2　单母线接线的优点：

1.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性；2.每一回路由断路器切断负荷电流和故障电流；3.任意出线可从任何电源回路取得电能，不致因运行方式的不同而造成相影响。

3　单母线接线的缺点：

1.母线故障及检修母线和与母线连接的隔离开关时要造成停电；2.检修任意回路及其断路器时，会使该回路停电，但其他回路不受影响。

4　为克服单母线接线的缺陷，通常采取的措施有：

1.用断路器或隔离开关将母线分段；2.增加旁路母线及相应设备，使检修任意进出回路的断路器时不致停电。

单母线接线图

2.2单母线分段接线

1　单母线分段接线利用分段开关QF（或QS）,将单母线分为两段，把电源及

出线平均分配于两端母线的接线方式。

2　正常运行时，分段断路器闭合，两母线并列运行，当一段母线发生故障时，分段断路器QF自动断开，使故障段解列，从而保证了另一段母线仍能正常运行，缩小了故障停电范围。

3　母线分段数目越多，母线故障停电范围越小，但所需断路器、隔离开关等设备也随之增多，使运行变的较为复杂，因此分段数不易过多。

单母线分段接线图

2.3单母线带旁路母线接线

1　如果有不允许停电的回路，则必须有别的设施来代替欲检修的断路器，而加设旁路母线，增加旁路断路器是最常采取的措施。

2　在正常运行时，旁路断路器及两侧隔离开关都在断开位置，旁路母线不带电，各回路旁路开关也都在断开位置。

3　欲检修某回路断路器时，如L1线路断路器QF1,则应首先合上旁路断路器QF2两侧的隔离开关，然后合旁路断路器QF2，使旁路母线带电。

4　检查其没有异常现象，若正常则合L1线路旁路隔离开关QS3，然后断开QF1，拉开其两侧隔离开关，则QF1可推出检修，此时，由旁路断路器QF2代替线路断路器QF1工作，L1线路可以不中断供电。

5　具有旁路母线的接线优点：

不但解决了断路器的公共备用和检修备用，在调试、更换断路器及内装式电流互感器，整定继电保护时都可不必停电。

2.4单母线分段带旁路母线接线

每段工作母线与旁路母线之间用旁路断路器连接，每一回路用旁路隔离开关与旁路母线相连。

正常运行时，分段断路器QFd闭合。

两段母线并列运行。

旁路断路器及其两侧隔离开关都在断开位置，旁路母线不带电，各回路旁路隔离开关也都在断开位置，当任意回路断路器需检修时，可用旁路断路器代替其工作。

单母线分段带旁路母线接线图

2.5双母线接线

1　双母线接线具有两组母线，一组为工作母线，另一组为备用母线，在两组母线之间，通过母线联络断路器进行连接。

每回线路都通过一台断路器、两组隔离开关分别连接到两组母线上。

2　双母线接线的优点：

1.检修任意母线时，不会中断供电；2.检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路，其他回路倒换至另一组母线继续运行；3.工作母线在运行中发生故障时，可将全部回路换接至备用母线，迅速恢复供电；4.任一回路断路器检修时，可用母联断路器代替其工作。

5.方便实验。

操作步骤：

1　断开L2线路断路器QF1，使线路停电，并断开其两侧隔离开关QS1、QS3，拆除QF1上接线；

2　在拆除QF1的缺口处连接一临时跨条；

3　闭合QS2、QS3;

4　闭合隔离开关QS5、QS6；

5　闭合母联断路器QF.

双母线接线图

2.6桥形接线

当牵引变电所只有两回电源进线和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将他们连接起来的接线叫桥形接线。

桥形接线按中间横向桥型母线的位置不同而分为内桥接线和外桥接线，内桥接线的桥母线连接在靠变压器侧，而外侨接线连接在靠线路侧。

内桥接线的特点：

适合与线路长，线路故障率高，变压器不频繁操作的场合。

内桥接线图外侨接线图

2.7简单分支接线

简单分支接线是两回电源线路从输电线路WL1、WL2采用分支连接。

简单分支接线的特点：

需用高压电器更少，配电装置结构更简单，线路继电保护简单。

操作：

牵引变电所任一电源进线线路故障，则由输电线路（WL1或WL2）

两侧继电保护动作，是输电线路两端断路器（QF3与QF5和QF4与QF6）跳闸而断开。

但双回输电线路WL1、WL2上分支连接的变电所的数目应有限制，若分支线数过多，对可靠性的影响相对增大，同时对输电线路（WL1、WL2）继电保护的整定造成困难。

按电源参数不同，双T式主接线通常采用的运行方式：

1　若两路电源允许在25KV侧并联，可采用一路电源供电，另一路电源备用的方式，正常供电时，某电源隔离开关断开，其他开关均闭合，两台主变压器并列运行。

2　若两路电源允许在25KV侧并联，还可采用两路电源同时供电的方式，正常供电时，跨条隔离开关断开，其他均闭合，两台主变压器分列运行。

3　若两路电源不允许在25KV侧并联，通常采用一路电源供电，另一路电源备用。

正常供电时，某电源隔离开关（QS2）断开，其他开关均闭合，两台主变压器并列运行。

简单分支（双T式）接线图

3牵引变电所主接线的选择

3.1牵引变电所110KV（220KV）电源侧的电气主接线

1　牵引变电所按其在电网中的位置、重要程度和电源引入方式的不同分为：

中心变电所、通过式变电所、分接式变电所。

2　牵引变电所的主接线由电源侧、主变压器、牵引侧三部分组成。

3　1.为使每一台变压器能从任一回路电源获得电能，这就需要架设汇流母线，以便将各电源的电能汇集起来，各用电回路再从母线上获得电能，以提高供电的可靠性和经济性，对大型变电所来说，母线型式的主接线是中心牵引变电所110KV（220KV）电源侧电气主接线的核心。

2.通过式牵引变电所电源侧采用桥式接线；3.分接式牵引变电所电源侧采用双T接线。

3.2牵引变压器主接线

三相YNd11接线变压器用于直接供电方式或吸流变压器供电方式。

变压器高压侧绕组以星形方式与电力系统的三相相联接，低压侧绕组接成三角形，其中c端子的一角经电流互感器接至接地网和钢轨，另两角a.b端子分别径电流互感器，断路器和隔离开关引接至牵引母线。

3.3牵引侧主接线

1　27.5KV（或55KV）侧馈线的接线方式：

1.馈线断路器100%备用的接线

2.馈线断路器50%备用的接线

3.单线区段馈线断路器50%备用的接线

4.复线区段馈线断路器50%备用的接线

5.带旁路母线和旁路断路器的接线

27.5kV侧馈线100%备用接线图55kV侧馈线100%备用接线图

2　复线铁路斯科特接线变压器AT供电方式馈电线接线：

1.AT供电方式馈电线有接触网（T）和正馈线（F）两根线，断路器和隔离开关均为双极；另有中线馈出，不设断路器和隔离开关。

2.当牵引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，一般将自耦变压器设在馈电线外侧，当相邻变电所越区供电时，可作为末端的变压器使用。

3　动力变压器及自用电变压器接线：

1.动力变压器主要供给非牵引负荷用电。

牵引变电所沿铁路线设置，有些地区电网

薄弱不能供给铁路非牵引负荷供电。

可在牵引变电所内设置动力变压器，将27.5KV电压降至10KV，以三相供给铁路或地方其他负荷。

一般动力变压器的容量为1000—2000KVA，若地区需要容量较大，则应另外单设110KV的动力变压器。

2.直接供电方式：

牵引侧母线电压为三相时，动力变压器一般采用D,d12接线，若牵引侧母线为两相垂直相差时，动力变压器可采用逆斯科特接线，将两相电压变成三相电压供给非牵引负荷。

牵引变电所的自用电主接线与此相似，次边电压为三相380/220V，原边无断路器，采用高压熔断器。

三相时自用电变压器采用D,yn接线。

两相变三相时采用逆斯科特变压器。

4　电容补偿装置主接线：

电容补偿装置时为了改善功率因数及吸收部分高次谐波而设置的。

电容补偿装置由电容器组和串联电抗器组成。

单个电容器的电压一般为10KV或6.3KV，牵引变电所牵引侧母线电压为27.5KV，因此，由4~6个电容器组串联构成。

电容器组串联电抗器，一方面抑制电容器组投入电网时所产生的涌流，同时吸收部分高次谐波；另一方面对防止切断电容器组时断路器发生重燃也有好处。

4主接线方案的确定

4.1中心牵引变电所

中心牵引变电所时110KV侧采用简化的单母线分段带旁路母线的单线三相中心牵引变电所的主接线，该变电所一方面要给近区的牵引负荷和10KV负荷供电，另一方面还要通过110KV高压母线及若干电源线路馈出给临近其他牵引变电所和地方110KV变电所。

由于110KV电源进线数目较多，为合理解决110KV线路断路器的备用问题，减少投资，110KV侧采用简化的单母线分段带旁路母线的接线，分段断路器兼作旁路断路器，以节省一台高压断路器和相应的高压电器。

该变电所设有两台主变压器，一台运行，一台备用。

由于该变电所负责供电的10KV负荷容量大于主变压器额定容量的15%，经技术经济比较，采用变比为110/27.5/10KV三线圈主变压器。

若上述比值小于15%，则在110KV侧单独设置110/10KV的三相动力变压器，以供应10KV铁路信号专线及地区其他负荷。

在110KV的每个分段母线上以及27.5KV牵引负荷母线上，均设有供测量仪表与继电保护用的电压互感器，以及过电压保护用的阀形避雷器，为了停电检修110KV线路和母线的电压互感器时能方便地进行安全接地，这些回路中的隔离开关都带有接地刀闸，借助于隔离开关本身的机械联锁装置，保证在主刀闸从电路中隔断后，方能操作闭合接地刀闸。

27.5KV侧采用馈线断路器100%备用的单母线接线。

母线上连有一台自用电变压器。

牵引负荷侧采用手车式断路器，断路器检修时，将手车从插入式触头中拔出以隔断电路，而代替隔离开关的作用。

因为是单线区段，变电所仅有两路馈线分别向两个供电分区送电。

4.2通过式牵引变电所

通过式牵引变电所110KV侧采用外侨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。

按保证牵引负荷供电的需要则有两回电源线路。

桥形接线110KV侧因有系统穿越功率通过母线，110KV线路没有继电保护装置，故110KV侧装有单项式三相电压互感器。

4.3分接式牵引变电所

分接式牵引变电所是110KV侧采用双T接线、27.5KV侧采用单母线接线的单线三相牵引变电所。

变电所内设两台YN,d11三相双绕组变压器，固定全备用。

110KV侧可不设电压互感器。

因无特别规定或必要，电力系统一般不要求在110KV高压侧计费，以便尽可能节省设置高压仪用互感器。

27.5KV侧每相母线上均设有高压互感器。

以便测量和继电保护的需要。

110KV侧采用双T接线的复线三相牵引变电所。

两台YN,d11三相双绕组牵引变压器，固定全备用。

110kv侧安装电压互感器，是为满足高压侧计费和自动装置的需要。

考虑到该变电所牵引母线引入高压室的方便问题，在高压室外设置了四条辅助母线。

由于想几个方向的复线牵引网供电，馈线回路数较多，为合理解决馈线断路器的备用问题，27.5KV侧采用隔离开关分段带旁路母线的单母线接线。

考虑到27.5KV工作母线与馈线配电间隔的配置相对应，以及27.5KV进线与馈线方便，主母线A1、A2和B1、B2与旁路母线系分相布置，分段主母线在正常情况下并列运行，分段隔离开关合闸。

主母线上两个分段隔离开关的作用是便于隔离开关本身轮流检修时隔断电压。

每个分段主母线都设有单相电压互感器和避雷器，以便某分段工作母线停电时，不影响其它分段母线的工作。

该牵引变电所设两台自用电变压器，一台接于A、B两相母线上。

另一台由单独的10kv地方电源供电，作为自用电备用电源。

没回馈线的出口处，均装有抗雷线圈KL并与阀形避雷器配合使用。

以防止接触网上落雷时，雷电波袭击牵引变电所内的设备。

5牵引变压器容量的计算和选择

牵引变压器容量的选择和计算分三个步骤：

1.按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，即计算容量；2.按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变压器的过负荷能力，求出所需要的容量，即校核容量；3.根据校核容量和计算容量，再考虑其他因素，最后按实际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量。

牵引变压器的计算容量取决于各供电臂的负荷电流。

各供电臂的负荷电流主要取决于电力机车类型、牵引定数、牵引方式、线路坡道、行车量和线路通过能力等，条件决定。

在诸多因素中，当线路断面确定后，最关键的是年运量。

由年运量可以计算出需要的线路通过能力，它反映了列车负荷密度。

其次是列车用电量，由它可以算出列车电流，进而算出各供电臂电流。

5.1计算列车数N的计算条件

牵引变压器的计算容量应和铁路运输量的大小及其增长速度相适应。

列车密度一般应按运量计算需要的线路通过能力，并留有一定的储备能力。

考虑储备能力是因为有时会发生由于线路维修、港口卸货及自然灾害等引起的列车密集运行情况。

其储备系数一般单线采用20%，双线采用15%。

如果近期按调查运量计算，还需考虑货运量的波动性，波动系数一般采用20%。

远期按国家要求的输送能力计算时，仅考虑储备能力。

若国家规定的需要输送能力已经接近线路输送能力时，可按线路输送能力计算；若低于线路输送能力的一半时，可按2倍需要输送能力计算。

这两种情况下，都不再考虑波动系数和储备系数。

因此，在计算牵引变压器时，计算列车数N可按不同条件分别计算：

当采用近期运量计算时：

当需要输送能力接近线路输送能力时：

当需要输送能力低于线路输送能力的一半时：

列车用电量的计算条件

在铁路运输中，除了满载的直通货物列车外，还有零担列车、摘挂列车、不满载列车和旅客列车。

当上、下行两个方向货运量不一致时，会出现一部分空载列车。

因此牵引变压器容量必须满足各类电力牵引列车用电的需要。

一般对于不同类型的车，都按满载货物列车考虑。

当电力牵引的旅客列车数比例较大时，或上（下）行方向空载车数比例很大时，也可分别按实际的客、货、空列车的用电量计算。

牵引变压器校核容量的计算条件

牵引变压器校核容量的计算条件，是按其最大容量的需求来确定的。

应计算最大列车数

。

具体规定如下：

1.重负荷臂按对应于非平行运行图区间通过能力

的95%列车数概率积分最大值来计算供电臂最大短时电流，轻负荷臂取对应

的供电臂有效电流。

2.应用非平行图区间通过能力

来校核。

5.2馈线电流的计算方法

馈线电流主要有以下几种特征值：

馈线瞬时电流

：

供电臂中各区间运行列车瞬时电流的向量和。

当各列车电流的功率因数相同时，即

馈线平均电流

：

供电臂在计算时间T内的平均电流值，即

馈线均方电流

：

馈线瞬时电流的平方

的平均值，即

馈线均方根电流

即

馈线平均电流和有效电流

单线区段单边供电：

馈线平均电流：

即

馈线有效电流：

双线区段

1　并联供电方式的上、下行馈线平均电流：

上、下行电流均方电流：

2　分开供电方式的上、下行馈线平均电流：

上、下行电流馈线有效电流：

3　双线区段上、下行馈线总平均电流：

上、下行馈线总有效电流：

则：

由于牵引负荷在三相变压器三角侧各项绕组中的负荷电流分配不均，在此情况下，按三相负荷均为最大一相负荷来确定三相变压器容量，将使变压器油的温升低于额定值，即变压器油的温升尚有裕量。

为考虑这一过负荷能力，引入一个温度系数

。

5.3最大电流的计算方法

瞬时最大工作电流

：

用于整定继电保护装置。

通常按一列列车在供电臂远端起动，而在其余区间都同时有车用电运行计算。

单线取段：

为列车起动电流峰值，在双机区段可取1.5

~1.75

作为双机起动电流；

为供电臂内可能出现的最大列车数，通常取

=n。

双线区段：

上、下行馈线瞬时最大工作电流按分开供电时，重负荷方向的馈线瞬时最大工作电流计算，计算方法同单线区段。

最大有效电流

:

用于计算牵引变压器的最大容量。

按非平行运行图区间通过能力的列车数计算。

短时最大工作电流

：

用于检验牵引变压器的过负荷能力。

5.4牵引变压器的校核容量

一：

牵引变压器进行容量校核的目的一方面为了满足列车紧密运行的需要；另一方面为了保证牵引变压器在充分利用过负荷能力的情况下能安全运行。

二：

牵引变压器校核容量的确定：

三相YN,d11接线牵引变压器

5.5牵引变压器的安装容量

1.牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器投入，以确保电气化铁路的正常运输。

我国电气铁路牵引变压器备用方式有：

移动备用和固定备用两种。

移动备用：

采用移动变压器作为备用的方式。

采用移动备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，正常时两台并联运行.所内设有铁路专用岔线，备用变压器安放在移动变压器上，停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。

采用移动备用方式的优点：

牵引变压器容量较省，可用于沿线无公路区段和单线区段。

缺点：

需要修建铁路专用岔线。

移动变压器车辆进厂检修时，需要把备用变压器从车上拆卸吊下来；车辆修好出厂后，又要把备用变压器吊上车安装好。

固定备用：

采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式。

采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所设两台牵引变压器，一台运行，一台备用，每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路运输的要求。

采用固定备用方式的优点：

其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。

缺点：

增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输，固定备用方式适用于沿线有公路条件的打运量区段。

2.安装容量的确定：

当牵引变压器的计算容量和校核容量确定以后，选择两者中较大者，并按采用的备用方式、牵引变压器的系列产品以及有否地区动力负荷等诸因素，即可确定牵引变压器的安装容量。

.

某双线区段采用上、下行并联供电方式，变压器为三相YN,d11接线

供电臂1：

n=3.2,N=90对/天，

=120对/天；

供电臂2：

n=4.5,N=80对/天，

=110对/天。

供电臂1和2内，各列车距馈电点距离和其余资料。

计算原始资料

供电臂

1

2

列车全部运行时间

上行

25.2

27.5

下行

20.1

24.4

列车用电运行时间

上行

16.7

15.8

下行

15.2

19.6

列车在

内的能耗（kVAh）

上行

970

852

下行

856

967

求：

变压器采用移动备用和固定备用时的安装容量。

解：

1：

供电臂1、2平均电流的计算

首先计算供电臂1、2的基参数

供电臂1：

供电臂2：

按以上计算的基本参数与计算图，计算供电臂1、2的平均电流。

则供电臂1、2的

为：

2：

供电臂1、2有效电流的计算

供电臂1的有效电流

为：

而

其中

则

供电臂2的有效电流

而

其中

则

3：

求变压器的计算容量

由以上计算，可知

则

4：

对应于

的重负荷供电臂列车用电平均概率为

按双线有上行车或有下行车的概率为

由p查附录图C-5，可得重负荷臂最大电流

为

对应于

的轻负荷供电臂的有效电流为

已知a=1.47

则

最大容量为

校核容量为

5：

求变压器的安装容量

移动备用方式下安装容量选择2*10000KVA变压器；

固定备用方式下安装容量选择2*20000KVA变压器；

由变