終端牽引變電所的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力牽引供電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　2013 年7月 12日</p><p>　評語：</p><p>　考 勤（10）守 紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過程（40）設(shè)計(jì)報告（30）小組答辯（10）總成績（100）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

2、　　1 設(shè)計(jì)原始題目1</p><p>　　1.1 具體題目1</p><p>　　1.2 要完成的內(nèi)容1</p><p>　　2 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析1</p><p>　　2.1 計(jì)算的意義1</p><p>　　2.2 詳細(xì)計(jì)算2</p><p>　　3 根據(jù)計(jì)算結(jié)果并作出總結(jié)

3、6</p><p>　　3.1 短路電流的計(jì)算結(jié)果分析6</p><p>　　3.2 牽引變電所各元件價格的統(tǒng)計(jì)分析6</p><p>　　4 牽引變壓器主接線圖(見附錄)9</p><p><b>　　5 小結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</

4、b></p><p><b>　　附錄12</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)原始題目</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一種終端牽引變電所主接線（變電所容量為20MVA），至少給出兩種方案，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。</p><p><b>　　1.1 具體題目</b>

5、</p><p>　　終端牽引變電所主接線方式采用雙T結(jié)線和外橋結(jié)線并做簡單的經(jīng)濟(jì)比較。</p><p>　　1.2 要完成的內(nèi)容</p><p>　　(1) 設(shè)計(jì)出主接線采用雙T型，外橋結(jié)線的終端牽引變電所。</p><p>　　(2) 根據(jù)查閱的資料，20MVA的牽引變電所所供電的單線區(qū)間通過能力及其相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行安裝檢驗(yàn)計(jì)算，對牽引變壓

6、器配備方式作出合理選擇。</p><p>　　(3) 根據(jù)短路計(jì)算，得出短路點(diǎn)沖擊電流，著重點(diǎn)對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行設(shè)備選型。</p><p>　　(4) 根據(jù)設(shè)備的價格進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析</p><p><b>　　2.1 計(jì)算的意義</b></p><p&

7、gt;　　(1) 變壓器的容量校驗(yàn)計(jì)算時為了驗(yàn)證已知的牽引變電所容量，最大通過車次是饋線側(cè)的有效電流和平均電流。也為進(jìn)一步的的各種損耗計(jì)算做準(zhǔn)備（在本設(shè)計(jì)中不著重計(jì)算）。只是對變壓器的配備方式作出合理選擇。</p><p>　　(2) 在該牽引變電所中，也是按照一般運(yùn)行規(guī)律。最常見的短路方式為單相接地短路，短路后果最不嚴(yán)重的是兩相接地短路，其中三相接地短路的短路電流最大。因此在進(jìn)行斷路器電流通斷能力選擇時參考三相

8、接地短路電流。</p><p>　　圖2-1 牽引變電所短路線路示意圖</p><p>　　該牽引變電所線路中可能出現(xiàn)的短路點(diǎn)可以歸結(jié)為三種：牽引變電所高壓側(cè)發(fā)生三相接地短路，位置記作；牽引變電所低壓側(cè)發(fā)生三相接地短路，位置記作；牽引變電所動力用電側(cè)發(fā)生三相接地短路短路，位置記作；</p><p>　　鐵路變電所作為一級牽引負(fù)荷，在設(shè)計(jì)中有兩個獨(dú)立電源供電，發(fā)電場距

9、離牽引變電所距離分別為60kM和20kM，線路單位阻抗為0.4。其中短路電壓百分制%=10.5；在該計(jì)算中也考慮電壓降。</p><p><b>　　2.2 詳細(xì)計(jì)算</b></p><p>　　(1) 牽引變電所的容量進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算</p><p>　　假設(shè)該終端牽引變電所供電區(qū)段參數(shù)如下：近期年運(yùn)量=1000萬噸，牽引定數(shù)G=2150噸，取0

10、.705，波動系數(shù)=1.2，儲備系數(shù)=1.2，非平行列車運(yùn)行圖區(qū)間通過能力=24對/日。</p><p><b>　　牽引計(jì)算結(jié)果：</b></p><p><b>　　供電臂1：n=3,</b></p><p><b>　　供電臂2：n=3,</b></p><p>　　對于

11、三相V,v結(jié)線牽引變壓器：</p><p>　　第一步：計(jì)算列車對數(shù)</p><p>　　(2-1) </p><p><b>　　第二部：計(jì)算，，，</b></p><p>　　(A) (2-2)

12、 </p><p><b>　　(A)</b></p><p>　　(2-3) </p><p><b>　　(2-4)</b></p><p&g

13、t;　　(A) (2-5) </p><p><b>　　(A)</b></p><p><b>　　第三步：容量計(jì)算</b></p>

14、<p><b>　　(kVA) </b></p><p>　　(2-6) </p><p><b>　　第四步：校核容量</b></p><p>　　計(jì)算對應(yīng)于的重負(fù)荷供電臂1的最大電流：</p><p

15、>　　查附錄圖C-5,曲線</p><p>　　(A) </p><p>　　(A) </p><p>　　計(jì)算對應(yīng)于的輕負(fù)荷供電臂2的有效電流：</p><p>

16、;<b>　　=80 (A)</b></p><p><b>　　=62 (A)</b></p><p><b>　　(A)</b></p><p>　　三相V,v結(jié)線牽引變壓器最大容量：</p><p><b>　　= </b></p>&

17、lt;p>　　=15804 (kVA) </p><p><b>　　校核容量分別為：</b></p><p>　　(kVA) </p><p>　　(2-7)

18、 </p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果應(yīng)采用完全備用，即220MVA</p><p>　　(2) 關(guān)于短路電流的計(jì)算</p><p>　　1） 牽引變電所高壓側(cè)（）發(fā)生三相接地短路：取電力系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為500MVA,;內(nèi)阻抗</p><p><b>　　線路阻抗標(biāo)幺值：</b></p><p>

19、;　　短路點(diǎn)次態(tài)電流標(biāo)幺值：</p><p><b>　　短路點(diǎn)基準(zhǔn)電流：</b></p><p><b>　　(kVA)</b></p><p>　　短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流的有名值：</p><p><b>　　(kVA)</b></p><p>&l

20、t;b>　　短路沖擊電流：</b></p><p><b>　　(kVA)</b></p><p>　　2) 牽引變電所低壓側(cè)（27.5kV）發(fā)生三相接地短路</p><p><b>　　變壓器電抗標(biāo)幺值：</b></p><p>　　線路上電抗標(biāo)幺值同上，沒有變化；</p&

21、gt;<p><b>　　電壓標(biāo)幺值：</b></p><p>　　線路和線路的并聯(lián)阻抗標(biāo)幺值：</p><p>　　短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流標(biāo)幺值：</p><p>　　短路點(diǎn)處的基準(zhǔn)電流：</p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　短路

22、點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流有名值：</p><p><b>　　(kA)</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)的沖擊電流：</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　3) 牽引變電所動力用電（）側(cè)發(fā)生三相接地短路短路</p><

23、p><b>　　變壓器的標(biāo)幺值：</b></p><p>　　短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流標(biāo)幺值：</p><p>　　短路點(diǎn)處的基準(zhǔn)電流：</p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　短路點(diǎn)的起始次暫態(tài)電流的有名值：</p><p><b>

24、　　(kA)</b></p><p><b>　　短路點(diǎn)的沖擊電流：</b></p><p><b>　　(kA)</b></p><p>　　3 根據(jù)計(jì)算結(jié)果并作出總結(jié)</p><p>　　3.1 短路電流的計(jì)算結(jié)果分析</p><p>　　表3-1 短路點(diǎn)起始

25、暫態(tài)電流和沖擊電流的統(tǒng)計(jì)</p><p>　　因此可以得到斷路器和隔離開關(guān)的通過能力：</p><p><b>　　;</b></p><p>　　3.2 牽引變電所各元件價格的統(tǒng)計(jì)分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所涉及的元件市場價格參考“西門子西北變壓器銷售網(wǎng)”報價。并了解到，變壓器的價格與型號是沒有必然關(guān)系，容量、

26、耐溫等級，制造工藝和價格相關(guān)性很大。根據(jù)短路點(diǎn)的沖擊電流查閱資料的到斷路器的型號，并作出市場價格估算。</p><p>　　(1) 在本設(shè)計(jì)中，牽引變電所的主接線型式采用雙T型結(jié)線，因此在變壓器高、低壓側(cè)線路上采用的斷路器個數(shù)相同（除了牽引所用電部分）。</p><p>　　(2) 本設(shè)計(jì)中注重于牽引變電所修建時的的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)比較不涉及運(yùn)行時的電能損失，實(shí)則牽引網(wǎng)電能損失占總的電能損失比重

27、大，這就涉及到其它設(shè)計(jì)問題。</p><p>　　(3) 在本設(shè)計(jì)中，主要做了斷路器、變壓器、避雷器、電流互感器、電壓互感器和SCADA系統(tǒng)的價格比較。建造過程中其余用到的材料在兩種結(jié)線方式比較中視為用料相同，價格相等。</p><p>　　(4) 本文涉及到的價格計(jì)算，均以人民幣（RMB）元作為單位。</p><p>　　(5) 各個部分元件使用數(shù)量及價格比較詳細(xì)

28、如下：</p><p>　　表3-2 變壓器的價格比較</p><p>　　表3-3 氧化鋅避雷器的價格比較</p><p>　　表3-4 SCADA系統(tǒng)的價格比較</p><p>　　表3-5 氧化鋅避雷器的價格比較</p><p>　　表3-6 斷路器的價格比較</p><p>　　雙T結(jié)線

29、方式時斷路器的總價格：</p><p>　　外橋結(jié)線方式時斷路器的總價格：</p><p>　　表3-7 高壓隔離開關(guān)的價格比較</p><p>　　表3-8 電流互感器的價格比較</p><p>　　表3-9 電壓互感器的價格比較</p><p>　　元件價格的比較結(jié)果：</p><p>　　

30、=185000+4800000+186000+15750+448000+27000+175000</p><p><b>　　=7411750</b></p><p>　　= 185000+4801000+186000+24500+47600+54000+1750000</p><p><b>　　= 7876500</b>

31、;</p><p>　　價格差7876500-7411750=464750</p><p>　　故單一的考慮經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)考慮，該終端牽引變電所的主接線應(yīng)該選擇雙T型結(jié)線。</p><p>　　4 牽引變壓器主接線圖(見附錄一、二)</p><p>　　關(guān)于本設(shè)計(jì)中采用的兩種接線方式的簡單分析比較：</p><p>　

32、　(1) 雙T結(jié)線該。采用此種接線方式的一般是分接式牽引變電所。變電所內(nèi)設(shè)置兩臺三相V,v結(jié)線變壓器，固定完全備用。110kV側(cè)可不設(shè)置電壓互感器，電力系統(tǒng)一般不要在高壓側(cè)計(jì)費(fèi)，節(jié)省費(fèi)用。27.5kV側(cè)母線上均有電壓互感器，以供測量和繼電保護(hù)的需要。</p><p>　　這種結(jié)線與橋型結(jié)線相比，需用的高壓電氣更少，配電裝置結(jié)構(gòu)簡單，線路繼電保護(hù)也簡單。</p><p>　　饋線側(cè)采用了饋線

33、斷路器100%備用的的接線方式。</p><p>　　(2) 外橋結(jié)線。采用此種接線的一般是通過式牽引變電所。這里使用了外橋接線方式，適合于輸電距離較短，線路故障較少，而變壓器需要經(jīng)常操作的場合。110kV側(cè)因有系統(tǒng)穿越功率通過母線，110kV側(cè)設(shè)有機(jī)電保護(hù)裝置，故110kV側(cè)裝有單相式三相電壓互感器。這種接線方式方便于變壓器的投入以及切除，而切除一條線路時，需要斷開兩臺變壓器，造成一臺變壓器短時停電。即倒閘操作

34、較前者復(fù)雜。</p><p>　　27.5kV側(cè)采用饋線斷路器100%備用的單母線接線。</p><p><b>　　5 小結(jié)</b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該牽引變電所的修建時使用雙T結(jié)線方式節(jié)省費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效果顯著。</p><p>　　但在以后的使用過程中，兩種結(jié)線方式各有利弊。使用外橋接線的牽引變電所，

35、高壓元件頻繁操作，會造成壽命縮短，更換頻率高，大大地降低其經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　終上所述，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，該牽引變電所主接線應(yīng)該采用雙T型結(jié)線。參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 李彥哲,王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社,2006:167-186.</p><p>　　[2] 賀威俊,高仕斌等.電力牽引變電技術(shù)[M].西安:西

36、南交通大學(xué)出版社,2002:122-245.</p><p>　　[3] 馬國杰,包鵬鑒,雷永斌等.電氣化鐵道施工手冊[M].北京:中國鐵道出版社,2004:98-105.</p><p>　　[4] 于永源,楊綺雯.電力系統(tǒng)分析[M].北京:中國電力出版社,2007:86-97.</p><p><b>　　附錄一</b></p>