《资源专区》《110KV牵引变电所电气一次部分初步设计》

毕业设计任务书一、设计题目110KV牵引变电所电气一次部分初步设计二、设计原始资料1、所址情况：丘陵地区，海拔236M。距轨道中心550M，距站点860M。土壤电阻率=0.8104CM，年雷电日50个，年最高气温41，年最低气温-8。2、馈线方式：地区变电所距牵引变电所5KM，双回路110KV进线输电。牵引变电所馈电方式：DN供电方式；接触网额定电压：25KV；馈线额定电压：27.5KV；牵引供电方式：上、下行并联供电。3、电力系统短路计算数据：系统阻抗：（S30=100MVA）X*=0.25；牵引网参数: 单位阻抗 r=0.232，X=0.515。4、原始数据：a侧供电分区 b侧供电分区区间数： n=3 n=4列车消能:上行1800KVAh 上行161KVAh 下行171KVAh 下行1000KVAh给电运行时间:上行25.8分钟 上行2.3分钟 下行5.5分钟 下行17.8分钟全日列车对数N=78；供电区间同时运行的列车对数4列，上行1列，下行3列。三、设计内容1、对按规定供、馈电容量与要求确定电气主结线；2、短路电流计算；3、牵引变压器容量、型式及台数的选择；4、母线（导体）和主要一次电气设备选择。四、设计要求1、按设计内容，完成全部计算过程，并将计算结果列表；2、整理完成系统的设计说明书；3、绘制标有主要二次设备的电气主结线图1张。 五、设计成果1、设计说明书一份；设计计算书一份；2、电气主接线图。前 言 随着现代工业的发展，电力工业在现代化的建设中扮演着越来越重要的角色。电能是绝大多数工矿企业现代化设备的动力能源，电能可以十分经济又方便地进行输送和分配；电能可以很方便与其他形式的能量相互转换；电能在使用中易于被操作和控制，使得其自动化、输送和在各个领域中的普及应用易于得到实现。电能以其极大的优越性，广泛应用于各个领域。其中电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的应用。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输方式。电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。我国电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。电力牵引的电气化铁路具有一系列优点：能多拉快跑，提高运输能力；能综合利用资源，降低燃料消耗；能降低运输成本，提高劳动生产率；能改善劳动条件不污染环境；有利于铁路沿线实现电气化，促进工农业发展。电力牵引也有其缺点：电力牵引一次投资费用较同类运输工具要高，但电力牵引综合优势是明显的，自20世纪50年代以来，铁路牵引动力电气化已成为世界范围内铁路技术革命的方向、铁路现代化的标志。自我国第一条电气化铁路宝成线于1961年8月建成以来，我国电气化铁路发展较快，其中改革开放政策的实施，使我国铁路电气化迅速发展，19811985、19861990、19911995三个五年计划期间，分别建成电气化铁路2474KM、2800KM和2762KM，19962000年共建成电气化铁路约5000KM，电气化铁路得到了高速的发展。至“十五”期末（2005年）全国铁路运营里程达75000KM，电气化铁路里程超过20000KM，比“九五”末增长35.6。根据国家“十一五”规划纲要和中长期铁路网规划，明确提出了未来铁路发展的主要目标和重点任务。“十一五”期间，中国铁路发展的主要目标是：建设新线17000KM，其中客运专线7000KM，建设既有线复线8000KM,既有线电气化改造15000KM，全国铁路运营里程超过90000KM，2010年电气化可达35000KM，电气化率达45以上。到2020年，全国铁路营业里程达到100000KM以上，电气化率达到50，我国电气化铁路发展前景辉煌。本设计主要围绕电气化铁路电力牵引变电所里一次部分的设计。共分为两大部分，总共十四章。第一部分为设计说明部分，详细地阐述了电力牵引变电所各种主接线的比较及各种电气设备的选择要求。第一章叙述了电气主接线应根据回路数、设备的特点及在牵引电力系统中地位等条件来选择，还应满足供电的可靠性、经济性，应简单、操作方便，运行灵活、检修和维护方便，考虑长远规划，留有将来的扩建余地等，主要参考刘介才主编的工厂供电设计指导。第二章介绍了牵引变压器容量、台数及形式的选择，牵引变压器的容量因按近期负荷进行设计，既要合理又要经济；考虑牵引变电所是一级负荷，故台数应为两台，一台正常运行，一台备用的准备随时投入运行。第三章阐述了短路电流计算的目的。第四章讲解了各种电气设备的选择要求，主要是根据电力工程设计手册来设计的。如断路器的选择应满足装设地点的额定电压和额定电流，同时还应能开断最大短路电流，满足动稳定和热稳定等要求。第五章简单介绍了成套配电装置的选择。第六章阐述了电力牵引系统的电压损失和电压降的计算方法，设计依据主要来源于电气化铁道供电系统。第二大部分为设计计算，主要确定主接线方式和计算各种电气数据。最后为各种电气设备选择型号提供依据。其第七章通过分析比较，最终确定牵引变电所进线110KV侧主接线采用分支主接线。因为分支主接线较其他类型接线运行灵活、结构简单、转换方便、供电可靠。牵引变压器27.5KV侧应根据牵引变压器采用三相V/V接线，27.5KV侧馈线则采用断路器50备用的接线，其设计主要参考电力牵引供变电技术。第八章根据牵引变电所容量计算选出型号为DF9-16000/110牵引变压器。第九章是叙述了各种牵引网阻抗的计算过程。第十章详细地计算了复线牵引网中的各种电压损失。第十一章叙述了牵引网短路计算过程，因为三相短路最为严重，是依据电气化铁道供电系统来进行计算的。第十二章则是根据前面计算出来的各种电气参数来选择各种电气设备的型号及规格，主要参考工厂常用电气设备手册。第十三章为电气主接线图、计算的电气参数列表和选用电气设备的电气参数列表。最后为参考文献和后记。由于时间所限，设计书难免存在不足之处，敬请各位老师批评指正并提出宝贵意见。 2009年11月26日83目 录第一章 电气主结线选择71.1 概述71.2 牵引变电所主接线方式的选择8第二章 牵引变电所主变压器的选择122.1 概述122.2 变压器台数的选择122.3 变压器容量的选择132.4 主变压器的选择13第三章 短路电流的计算153.1 概述153.2 短路计算的目的及假设15第四章 电气设备的选择174.1 概述174.2 断路器的选择194.3 隔离开关的选择204.4 高压熔断器的选择214.5 互感器的选择214.6 母线的选择244.7 支持绝缘子及穿墙套管的选择26第五章 成套配电装置的选择295.1 概述295.2 成套配电装置的选择29第六章 电力牵引系统的电压损失和电压降306.1 概述306.2 接触网导线的电压损失316.3 牵引变电所的电压损失32第七章 主接线的比较选择337.1 概述337.2 牵引变电所110KV侧电气主接线的比较选择337.3 牵引变电所27.5KV侧电气主接线的比较选择37第八章 牵引变电所容量计算408.1 原始数据408.2 正常运行时的容量计算408.3 紧密运行时的容量计算418.4 牵引变压器容量和台数选择44第九章 牵引网阻抗的计算459.1 原始数据459.2 阻抗计算45第十章 复线牵引网中的电压损失计算5410.1 计算说明5410.2 a侧电压损失计算5410.3 b侧电压损失计算5510.4 牵引变电所的电压损失57第十一章 短路计算6011.1 原始数据6011.2 复线牵引网阻抗计算6011.3 牵引变电所主接线的短路计算62第十二章 电气设备选择计算6512.1 断路器的选择计算6512.2 隔离开关的选择计算6712.3 高压熔断器的选择计算6812.4 110KV侧和27.5KV侧母线的选择计算6912.5 27.5KV架空导线的选择计算7112.6 110KV侧和27.5KV侧电压、电流互感器的选择计算7212.7 支持绝缘子及穿墙套管的选择计算75第十三章 附录7713.1 计算结果附表7713.2 电气主接线图7813.3 元器件清单79参考资料82毕业设计心得83第一章 电气主结线选择 1.1 概述主接线是牵引变电所电气设计的重要部分。牵引变电所主接线由高压电器设备通过连接组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力牵引系统的重要环节。主接线的确定对牵引变电所本身的运行可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，深入的进行调查、研究和选择对比，拟定适合的最佳的主接线方案。牵引变电所主接线应根据回路数、设备的特点及在牵引电力系统中地位等条件确定，同时应满足以下要求:1、保证对牵引负荷供电的可靠性，并力求经济牵引负荷是国家电力系统的一级负荷，按设计技术规程规定，牵引变电所应有独立的双回路电源供电，在牵引变电所内，应将独立的电源的电能汇集到母线上，以保持每一个回路的独立性，除此之外，通过主接线电气设备和线路能灵活的退出和接入。主接线的经济性主要取决于母线的套数、断路器、隔离开关的台数和配电装置的结构形式和数量。2、主接线应力求简单、清晰、操作方便实际运行证明，接触网的故障较电力输电线路要高许多，导致检修频繁，牵引变电所的停、送操作倒闸作业较多，这就要求主接线设计的简单明了，操作程序简便，避免误操作。3、主接线应运行安全、灵活、检修、维护方便主接线应力求结构简单，以使主接线中的任一元器件检修、试验时应能很容易的退出、接入、运行，并且不影响其它元器件的正常工作，同时，还应符合牵引变电所安全工作规程规定的安全距离，以保证检修、试验时工作人员的安全。4、主接线应具有将来发展的可能性设计主接线时应考虑远景规划中运量增大的可能性，使牵引变电所主接线稍作或不作改造，即能适应将来的需要。总之，电气主接线应在电路切换、设备检修和事故过程等情况下提供安全保障，并保证向牵引负荷提供经济、可靠的供电。1.2 牵引变电所主接线方式的选择牵引变电所按其在电网中的位置、重要程序和电力系统向牵引变电所供电的方式不同分为：中心牵引变电所、通过式牵引变电所和分接式牵引变电所，不同的类型牵引变电所应采用不同的形式的电气主接线。本设计对象属于分接式牵引变电所：变电所母线上没有电力负荷通过。一、110KV侧电气主接1、桥式主接线方式所谓桥式接线，即将两回路电源引入线间用带断路器的横向母线将它们连接起来，便成桥接线。适用双变压器的牵引变电所。桥式接线分：内桥式、外桥式、内桥带外跨条式。(1).内桥式连接桥连接在电源引入线高压断路器内侧靠变压器方称内桥式。内桥式主接线对于切换故障或检修电源输电线路，只需断开所在线路的断路器和隔离开关，然后接通桥路断路器使两台牵引变压器由另一条电源输入线路供电。但是，如果停用变压器，则需进行麻烦的操作。所以，内桥式接线方式适于电源线路较长，故障检修机会较多而变压器不需要经常切换的牵引变电所。(2).内桥式带跨接条主接线方式它在内桥式主接线的基础上，为了提高内桥式主接线的供电可靠性和运行的灵活性，在进线断路器的外侧再设置一条带隔离开关的横向母线（称为外跨条）。在内桥式主接线上设置外跨条方便检修进线上的各种设备和倒换牵引变压器的操作。不影响系统功率的穿越，不中断牵引负荷的供电，提高了主接线运行的灵活性，供电的可靠性。(3).外桥式主接线方式外桥式主接线相对内桥式而言，连接桥设置于线路断路器的外侧（电源侧）。外桥式主接线的特点是：对于切除和接入牵引变压器的操作过程简便，只需操作变压器所在线路上的断路器便可，如要检修电源线路或切换电源线路，则操作过程麻烦。所以，外桥式接线适于电源线路较短，故障和检修机会较少，但变电所负荷变动较大，需经常切换变压器的牵引变电所。2、线路分支接线主接线方式（双T接线）分接式牵引变电所采用线路分支接线。两路110KV电源线，经断路器分别接入两台牵引变压器，两路110KV线路间在牵引变电所内用带隔离开关的横向母线连接起来，即构成线路分支线。(1).线路分支主接线运行方式，根据电力系统向牵引电所提供电源的情况，线路分支主接线方式的牵引变电所大多数采用一路110KV电源线路主供电，另一路110KV电源线路备用，两台变压器中一台投入运行，另一台备用。图1表示线路分支主接线图。 图1 线路分支主接线图(2).线路分支主接线方式的转换，其转换分两种情况：.主变压器或110KV线路故障的转换当主变压器T1发生故障时，则反映该故障的继电保护装置动作，使1QF自动分闸，切除主变压器T1，同时启动备用电源，自投装置动作，使4QS（电动隔离开关）、2QF自动闭合，使主变压器T2投入运行，线路分支将自动转入：3QF1QS3QS4QS6QS2QFT2构成的供电线路。.电源线路发生故障，继电保护装置使3QF自动分闸，1WL被切除后，1QF也将自动分闸，主变T1自动退出运行。此后，备用电源自动装置使4QF自动合闸。但此时2QS、2QF不能闭合，将造成全所停电，需与电力部门联系后，断开1QS闭合2QF，由备用电源线路供电。(3).主变压器和110KV电源线路正常时的运行方式转换电气设备正常时运行方式的转换，通常是指人工“当地”或“远动”操作进行转换。变压器正常的转换如下：T2变压器工作，当用T1替代T2工作，只需闭合1QF断开2QF断开4QS即可。而110KV电源线路的正常倒换需根据两路110KV电源的参数而定，必须与电力系统协商后进行。(4).两路110KV电源的连接方式.两路110KV电源允许在主变压器牵引侧并联若1WL向T1供电，若需转换成由2WL向T2借电，在确认2WL线路正常情况，操作；闭2QS合2QF断1QF断1QS 两路110KV电源牵引侧并联这种转换过程不中断牵引负荷的供电。.两路110KV电源不允许在主变压器牵引侧并联若供电由1WLT2转换成2WLT2供电，只允许在牵引变压器无牵引负荷时进行。其操作：断2QF断4QS断1QS合2QS2QF恢复供电 暂时中断向牵引负荷供电由以上可说明，线路分支主接线有如下特点：A.运行方式灵活，线路故障退线路，主变故障退主变；B.无繁琐复杂的倒闸作业；C.主接线结构简单，无功率的穿越，110KV线路不需复杂的继电保护，节省投资。 综合比较后，本设计认为线路分支主接线较内、外桥式接线运行灵活、结构简单、转换方便、供电可靠，据此拟采用线路为110KV侧主接线方案，电路原理图如上图所示。二、27.5KV侧电气主接线27.5KV侧是指主变压器二次侧（也称牵引侧）电路的接线，它承担向接触网供电和分配电能的任务，又是电力系统的负荷点。一方面要向接触网提供高质量的电源，另一方面要对电力系统的影响小。27.5KV侧主接线方式与变压器的接线方式、出线的多少、向接触网的供电方式、主变压器的备用方式、馈线回路数的多少等因素有关。前已表明；经技术性、经济性比较后，已选择两台主变压器并联接成V/V接线，又本设计的牵引变电所主变压器仅承担向接触网复线两边供电及所内部分自用电，本侧母线出线两路，每侧上、下行接触网导线采用同相供电，并在供电分区末端并联，另外，为提高牵引供电的灵活性和可靠性，并综合比较27.5KV侧主接线拟选择单母线隔离开关分断主接线方式，其电路如图2所示:图2 27.5KV（牵引）侧主接线图三、牵引变电所馈线方式由于27.5KV馈线是由牵引变电所向接触网输电的电路，接触网发生故障均可能导致馈线上断路器的跳闸，为了提高供电的可靠性，牵引变电所27.5KV侧馈线方式采用馈线断路器50备用的接线。该接线方式如下图3所示。 图3 牵引变电所馈线接线每两条馈线设一台备用断路器2QF通过隔离开关的转换，备用断路器可替代任一馈线断路器工作，同时为了便于牵引母线的检修，牵引母线用1QS、2QS分断。 第二章 牵引变电所主变压器的选择 2.1 概述牵引变电所主变压器是牵引变电所重要的电气设备，担负将110KV降为27.5KV电力牵引电压和向牵引接触网提供电能的任务。牵引变压器和电力变压器的工作原理相同，但其工作条件相对恶劣，主要有：1、负荷变化无规律性，牵引变压器负荷变化取决于牵引负荷，牵引负荷变化情况与电气铁道线路断面状况、坡度的大小长短，牵引吨位的大小、列车行车密度等因素密切相关。2、负荷变化剧烈，负荷不均匀，由于坡度的大小不同和机车的牵引密度不同、牵引吨位不同、以及驾驶员的操作方法不同，直接导致牵引变压器负荷变化的程度，最大负荷可达到数百安，最小负荷仅有几十安，使变压器负荷不均匀。3、负序电流较大， 由于牵引采用单相工频交流制，这一方式主要通过牵引变压器将电力系统的三相交流电转换为单相交流电提供给接触网，实际中，尽管采取许多技术措施，力求使变压器的负荷平衡，但仍不能消除负序电流，其值也远大于电力变压器，从而导致牵引变压器的发热严重，容量发挥不够。4、牵引网短路事故大大高于电力输电线，导致变压器的容量一般要比运行情况下的容量大4060鉴于以上情况，牵引变压器的选择应考虑：(1).技术性；因不同牵引变压器的类型、单相负荷对电力系统的不平衡影响不同、不平衡影响程度与负荷情况系统的短路容量的大小、其它限制或补偿措施的能力等因素有关。因此必须从牵引变压器的类型选择，降低不平衡的影响程度。(2).经济性；牵引变压器的类型不同、变电所主接线不同、补偿装置不同，因而变电所的造价就有较大的差异。(3).发展性；铁路运输随国民经济而发展，因此牵引变电所必须满足较大预期容量。2.2 变压器台数的选择由原始资料可知，本设计的牵引变电所属于分接式牵引变电所，两路110KV进线，电源线路引入方面采用“TT”接引入。通过主变压器将110KV降为27.5KV适合电力牵引的终端降压变压所，它是110KV受功率为主，把所受功率通过主变压器传输至27.5KV的母线上，经馈电线传送至接触网上。牵引负荷属于一级负荷，除变电所采用两路电源进线外，主变压器的台数必须选择两台。这样当一台变压器发生故障或列车行车密度短期内增大，均可保障向接触网可靠供电。正常情况下一台运行，另一台备用。2.3 变压器容量的选择根据原始资料本设计牵引变电所按近期牵引负荷进行设计，预留短期因运量增大的容量空间，因此容量的设计主要依据近期给定的数据进行，并根据本牵引变电所负荷的性质及特点确定主变压器的容量，为了保证供电的可靠性和检修设备情况下不中断供电的要求，因此容量选择时依正常运行为计算容量，以紧密运行时的容量为校核容量，并按照事故超载30允许两小时的条件选用容量。根据容量计算结果，选择变压器容量如下：三相变压器: 215000KVA单相变压器: 215000KVA2.4 主变压器的选择牵引变电所主变压器按引入的电源不同，分单相变压器和三相变压器。牵引变压器类型选择需综合考虑不平衡影响、容量的利用率、平均负荷率，投资费用等，来比较其技术经济指标，选择合适的主变压器。单相变压器接线最简单，它从电力系统引入单相电源，通过采用单相接线的主变压器将二次电压降为牵引网电压。这种方式的牵引变电所的两供电臂以同一相电压供电，产生的负序电流较大，引起电力网不平衡运行。三相变压器的接线有多种方式。一类是由三相对称绕组或三台单相变压器构成，属于这一类的有YN,d11及V/V接线等方式，另一类是各种不对称绕组接线实现次边单相与原边三相平衡负荷的转换。各种不同接线方式下的负序电流大小不同。由运行证明，各类平衡接线变压器产生的负序电流小，YN,d11及V/V接线次之，单相接线最大。容量利用率方面，单相变压器利用最充分，V/V接线和平衡接线变压器次之，但平均负荷较小，YN,d11接法的三相变压器最低，仅有79，平均负荷率最低，只有62。 在母线的电压降方面，YN,d11接线引起的母线电压降最大。实际运行证明，在以上各种接线方式的变压器中，单相变压器有明显的优势，采用单相变压器便于实现同步供电，接触网的分相问题易于解决，对高速运行有利，单相变压器容量利用率最高、能耗低，变电所及变压器结构简单，因而可靠性高，工程投资费用低。而对于负荷问题，可通过相序轮换（非同相供电）、对称补偿技术、单一三相平衡技术（同相供电时），降低对电力系统的影响。 综合上述分析：本设计主变压器的类型选择单相变压器DF9-16000/110型变压器，其技术数据列表如下：型式额定容量Sd额定电压联接组别空载损耗P0负载损耗PK空载电流Io阻抗电流Ud高压分接范围Ue1Ue2DF9-16000/11016000KVA110KV27.5KVI.Io13.9KW77.8KW0.9510.522.5第三章 短路电流的计算 3.1 概述电力牵引系统中的电气设备，在其运行中都必须考虑可能发生的各种故障和不正常运行的状态，最常见同时也是最严重的故障是发生在各种形式的短路，因为它们会遭到破坏，从而影响牵引供电系统和其他电气设备的正常运行。在电力牵引系统发生的短路形式：主要有接触网导线对地短路、牵引网中的相间短路。实际中，对地短路占大多数。由于接触网供电相邻分区普遍同相供电，接触器导线对地短路，实际上是相间短路。虽然在所有的短路形式中，三相短路最严重，但鉴于实际情况，本设计短路计算以两相短路形式来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。3.2 短路计算的目的及假设一、短路计算是牵引变电所电气设计的一个重要环节。其目的是：1、在选择电气主接线时，为了比较各种方案和确定某一接线方式是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必需的短路电流计算。2、在选择电气设备时，为了保证电气设备的正常运行和故障情况下的安全、 可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行短路电流计算。3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路电流检验软导线相间和相对地的安全距离。4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。二、短路电流计算的一般规定。1、验证导体和电气动稳定性、热稳定性以及电器开断电流所用的短路电流。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能发生的短路。2、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按正常接线方式时短路电流为最大的地点为计算点。3、导体和电器的动稳定、热稳定及电器的开断电流一般按三相短路验算。三、短路计算基本假设1、短路发生在牵引供电分区中点处；2、不计接触网导线阻抗；3、各元器件的磁路不饱和；4、不考虑短路点的电弧阻抗和主变压器的励磁电流；5、短路时是全属性短路。四、基准值1、基准值容量：j=100MVA；2、基准电压：Uj=Ue1=27.5KV。五、短路计算的步骤1、绘短路计算图； 2、选择短路计算点； 3、计算各元件的电抗值,并折算为同一基准下； 4、以有各值计算短路电流冲击值、短路容量； i(3)sh=2.55I(3)d S=Ue1I 5、用表格列出短路电流计算结果,详细计算见设计说明书。第四章 电气设备的选择4.1 概述导体机电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资， 选择合适的电气设备。电气设备的选择必须执行国家有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和留有适当发展的余地，以满足电力牵引系统安全、经济运行的需要。电气设备要能安全可靠的工作，必须按正常工作条件选择,并按短路状况来校验热稳定和动稳定后选择高压电器，并应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常工作。一、一般原则1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑未来发展的需要； 2、应按当地环境条件校核； 3、应力求技术先进和经济合理； 4、选择导体时尽量减少品种； 5、尽量选用专用产品和型号的一致。 二、技术条件 1、按正常工作条件选择导体和电气设备。 (1).电压所选电器和电缆允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接的电网的最高运行电压UNmax， 即UymaxUNmax一般电缆和电器允许的最高工作电压，接1.15Ue计算。 (2).电流导体与电器的额定电流是指额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流INmax 即IyINmax由于变压器在电压降低5时，保持不变，故其相应回路INmax =1.05Ie ( Ie为电器额定电流)(3).按当地环境条件校核当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正： IyQ=IyQy导体或电气设备正常工作时最高充许温度；Q0导体或电气设备允许截流量所采用的环境温度；Q导体或电气设备安装地点的实际温度。我国生产的电气设备的额定环境温度为Q0=40,裸导体的额定环境温度为+25。2、按磁路情况校验电器在选定后应按最大可能的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定，当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护电压互感器回路，可不验算动、热稳定。(1).短路热稳定校验满足热稳定条件为: QdQr和Ir2tdzIr2t式中：Qd短路电流产生的热效应； Qr短路时导体和电器允许的热效应； Irt秒内允许通过的短时热电流。验算热稳定所用的计算时间:tdz=td+toL td断电保护动作时间； toL相应断路器的全开断时间；(2).磁路的动稳定校验 满足动稳条件为：ichidf或IchIdf 式中：ich短路冲击电流瞬时值（峰值）（KA）； Idf、idf电器允许通过的极限电流有效值和电流峰值（KA）； Ich冲击电流有效值（KA）。4.2 断路器的选择牵引变电所中,高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能,正常运行时，用来接通和开断负荷电流，故障时，断路器通过继电保护的配合使用断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类及形式，由于真空断路器、少油断路器可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到了普遍的应用。本设计的牵引变电所，电源进线电压110KV，出线电压27.5KV，而市场上27.5KV的高压电器不属国标产品，实际选用时，选择35KV高压电器，目前市场上35KV110KV等高压电器，主要以少油断路器和SF6断路器为主流，而SF6断路器各项指标优于少油断路器，因此从类型选择SF6高压断路器。高压断路器按如下条件选择； 一、按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流Iekd不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值I(3)ch(td): 即：IekdI(3)ch式中：Iekd高压断路器的额定开断电流（KA）； I(3)ch短路电流有效值（KA）。二、短路合闸电流的选择在断路器合闸之前，若线路存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过，此时易发生触头容焊和遭受电动力的破坏，且断路器在合闸短路电流时，不可避免的接通后又自动跳闸此时，要求能切断短路电流。为了保证断路器在合闸短路时的安全，断路器的额定合闸电流ieg不应小于短路电流最大冲击电流，即： iegich 或 idwich式中：ieg断路器的额定关合（合闸）电流； idw额定动稳定电流； ich短路冲击电流。三、开合时间的选择110KV电源进线上，为了电力系统的稳定，要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045S，合闸时间大于0.04S0.06S。其选择详细过程见设计计算。4.3 隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证线路及设备检修时形成明显的断口，与带电部分隔离。由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作的顺序。一、隔离开关的配置按以下原则：1、断路器两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；2、中性点接地的普通变压器均应通过隔离开关接地；3、接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设12组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4、接在变压器引出线中性点上的避雷器可不装隔离开关；5、当馈电线的用户侧没有电源时，断路器通往用户侧可以不安装隔离开关，但如果费用不多，为了防雷击产生的过电压，也可以装设。二、隔离开关的选择按以下条件进行：1、按工作电压、电流选择 即： UymaxUNmax IyIN2、按动稳定、热稳定校验 即：idfi(3)ch 和Ir2tI(3)d2tdz4.4 高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电器设备免受过载和短路电流的损害。室内型高压熔断器在变电所中常用来保护电力电容配电线路和配电变压器，也常用于保护电压互感器。高压熔断器的选择条件如下：一、按额定电压选择对一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网额定电压。对于充填石英砂有限流作用的熔断器，只能用等于其额定电压的电网中。二、按额定电流选择1、熔管的额定电流选择。为了保证熔断器壳不被损坏，高压熔断器的熔管额定电流Ierg应大于熔体的额定电流Iert， 即：IergIert2、熔体额定电流的选择。为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路可按下式选择， 即：Iert=KINmax用于保护电力电容的高压熔断器熔体： 即：Iert=KIec式中：K可靠系数，一台电力电容：K=1.52.0； 一组电力电容：K=1.31.8；Iec电力电容回路的额定电流。 3、熔断器开断电流校验。即：IekdI(3)ch对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量来选择。4.5 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统的联络元件。用以分别向测量仪表，继电器的电压和电流线圈供电。一、互感器的配置原则是： 1、在变压器出线、母线分段及所有断路器的回路中均装设电流互感器； 2、在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器。例如发电机和变压器的中性点；3、对直接接地系统：一般三相配制，对三相直接接地系统依其要求按二相或三相配制； 4、6220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器； 5、当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。二、电流互感器的选择：针对本设计，由于系统的继电保护另行安排，仅从监视，测量的角度，从准确等级选择。1、应满足一次回路的额定电压，额定电流，最大负荷电流及短路时的动、热稳定要求；2、牵引变压器出线、牵引变电所馈线等回路中的电度表用电流互感器及用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确度等级应为0.5级；3、用于监视表计的电流互感器，其准确度等级应为3级和10级； 4、回路中有几个不同型式的表计、电流互感器准确度等级按最高要求的表计选择；5、电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸瓷瓶式绝缘结构的独立电流互感器。 6、选择与校验： (1).额定电压与额定电流,即： UeL UeN 和 IeLIeN (2).动稳定与热稳定校验, 即： idLi(3)ch 和 IrL2tI(3)dtdz(3).额定二次负荷,即：SdLS2 SdL =i22Z2 Z2=Kjx2Zcj+Kjx1ZLx+Zc式中：Z2电流互感器的二次负载（）；Zcj测量表计线圈的内阻（）；Zc接触电阻（）（一般取0.050.1）；ZLx连接导线的电阻（）；Kjx1、Kjx2接线系数； 单相：Kjx1=2 Kjx2=1 三相星形：Kjx1=1 Kjx2=1 二相星行：Zcjo=Zcj Kjx1=Kjx2= Zcjo=0 Kjx1= Kjx2=1 二相差接：Kjx1= Kjx2=三、电压互感器的选择1、接一次回路电压选择要求电压互感器一次电压U1应在1.1 Ue10.9 Ue1范围内变动， 即：1.1Ue1U10.9Ue12、电压互感器二次侧额定电压应满足保护装置和测量使用校准仪表的要求，可按下表选择：接线型式电网电压（KV）型式二次绕组电压（V）开口三角行辅助绕组电压一台PT不完全星行接线335单相100无此绕组 Yo/Yo/ 110500单相100100360单相100100/3315三相五柱式100100/3（相）3、型式选择(1).635KV屋内配电装置一般选油浸式或浇注式电压互感器；(2).110220KV配电装置一般采用半级式电磁式电压互感器。4、容量选择电压互感器的额定二次容量Se2不应小于互感器的二次负荷S2，即：Se2S2 S2=Po、Qo仪表的有功功率和无功功率。 4.6 母线的选择母线在电力牵引系统中主要担任传输功率，分配功率的重要任务，电力牵引系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率。在牵引变电所及接触网线路中。所用的导线有裸导线、硬铝母线及电力电缆等。由于电压等级的不同，所用导线的类型也不同。敞露母线一般按导线材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项条件进行选择和校验。 一、裸导体应根据使用情况按下列条件选择和校验1、型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器的出线端部，以及对铝有较严重的腐蚀场所，可选用铜质硬裸导体，回路正常工作电流在400A以下时，一般选用矩形导体。在400800A时，一般选用槽行导体。2、配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导线的截面积和导体的结构形式。3、当负载电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV以下配电装置，电晕对选择导线一般不起决定性作用，故可采用负荷电流选择导线截面。二、母线及电缆截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。1、 按导体长期允许发热电流选择导体所在电路中最大持续工作电流INmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy， 即：INmaxKQIay 或 IayIN 式中: Iay导体允许持续电流值；IN电网持续电流；KQ温度教正系数，当实际环境温度不为规定值时，应按下式校正； KQ=QaL导体正常工作时的最高允许温度；Qo导体允许载流量所采用的环境温度；Qo1导体敷设地点实际环境温度。2、 按经济电流密度选择按经济电流密度选择导线截面可使年运行费用降低，对应不同种类导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年运行费用最低的电流密度经济电流密度（J），导体的经济截面可按下式： S=INmax/J J查表求取。3、 热稳定校验按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定，即：S(d/C) 式中：C热稳定系数，铜: Qmax=320 取175； 铝: Qmax=220 取97； tdz短路等值时间（秒）。4、动稳定校验，动稳定必须满足以下条件，即：QyQmax Qy导体的容许应力（Kg/mm2），铜为1400 ，铝为400700，钢为1000；或硬铝为69106Pa，硬铜为137106Pa，钢为157106Pa。4.7 支持绝缘子及穿墙套管的选择支持绝缘子及穿墙套管是支撑和固定载流导体和穿越墙体并使其与地的绝缘器件，因此绝缘子应具足够的绝缘强度和机械强度，并能耐热、耐潮。一、型式选择根据安装地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋内采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。二、额定电压的选择所选绝缘子的额定电压大于或等于所在电网电压。三、穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸的配合具有倒替的穿墙套管额定电流IN应大于或等于回路中最大持续工作电流INmax，当环境温度与规定环境温度不符时，应进行温度校正， 即：KQININmax母线型穿墙套管，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合即可。四、热稳定校验穿墙套管的热稳定校验：具有导体的套管，应对导体校验热稳定，其套管的热稳定能力It2t应大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应，即：It2tQk母线型穿墙套管不需校验热稳定。五、动稳定校验 按下式校验绝缘和套管的动稳定, 即：Fd0.6Fu式中：Fd在短路时作用于绝缘子的力（Kg），与母线布置及截面形状有关；Fu绝缘子抗弯破坏负荷（Kg）。绝缘子是载流部分的机械支持物，又是载流部分对接地装置以及载流部分彼此间的绝缘物。为了完成这种任务，绝缘子应有适当的机械强度和电强度。这种性能不随外界的温度及空气中的湿度而改变，也就是绝缘子应是耐湿和抗湿的。根据用途，安装地点的不同及电压的高低不同，绝缘子有着不同的结构形式。绝缘子分户内装置和户外装置，户外装置由于环境条件恶劣，所以具大的沿面具有较大的伞群增大放电强度的预备，以便保证在雨天及污秽环境下的安全，户内绝缘子一般无伞群 。按使用场所不同，绝缘子分电站绝缘子、电力绝缘子和线路绝缘子。电站绝缘子可用支持和固定发电厂和变电所中屋内，外配电装置的硬母线，并使各相母线间及各相对地绝缘。电站绝缘子分为支持绝缘子和套管绝缘子两种。套管绝缘子用于母线在屋内穿过墙壁和天花板，以及由屋外向屋外引线。电站绝缘子型号含义如下：1、支持绝缘子：如图4 图42、穿墙套管绝缘子：如图5 图5六、高压绝缘子和穿墙绝缘子按如下要求选择：支持绝缘子按电压和短路动稳定；穿墙套管绝缘子按电压、持续允许电流、短路时动稳定与热稳定。1、按电压选择支持绝缘子与穿墙套管要求：UzdUg2、按持续允许电流选择穿墙套管 要求：IzdIg当周围环境变化+40但不超过+60时，套管的持续允许电流应按下式计算：IXQ=IeQ实际环境温度()；Ie持续允许额定电流（A）；对于母线型穿墙套管不必按允许持续电流选择，只需保证套管的型式与母线尺寸相配合。3、按短路时热稳定校验穿墙套管其方法与校验断路器的方法一样，保证热稳定电流计算值小于套管的保证值。4、 按短路动稳定校验支持绝缘子和穿墙套管要求：0.6PxuPPxu绝缘子抗弯破坏负荷（kg）；P短路时作用于绝缘子的力（kg）。实际可参考电力工程设计手册。第五章 成套配电装置的选择5.1 概述成套配电装置是按以一定的接线方案将有关一次、二次设备组合起来的成套电气设备，用以接变电能与分配电能。成套电器装置中电气设备的组合是根据电力系统供电状况使用场合与控制对象，并结合主要电气设备的特点，确定一次接线方案，然后根据一次接线方案，将各种电气设备组合安装在敞开的或封闭的金属柜中，构成成套配电装置。成套配电装置分高压成套配电装置和低压成套配电装置，统称开关柜。成套配电装置的优点是体积小、安装容易、使用和检修方便，尤其适合于室内或地下使用。35KV及以下电气设备常采用成套配电装置的形式，110KV及以上的电气设备可组合成成套配电装置，目前广泛使用的气体绝缘金属封闭组合电器GIS并属于此类。国家规定对成套配电装置要具有功能，即：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂地线；防止带地线合闸；防止误入带电间隔。“五防”的贯彻落实，实现了操作的程序化，防止了误操作，提高了安全性与可靠性。5.2 成套配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和搬运的安全距离、电气绝缘距离等因素决定，而对于敞露于空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距离，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。本牵引变电所的电压等级为：进线侧110KV，出线侧27.5KV。根据电力工程电气手册规定，110KV采用户外配电装置，27.5KV采用户内配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，户外配电装置分中型、中高型、高型等。本牵引变电所位于市郊车站附近，地质条件较好，所用土地工程量不大，且不占农田，所以该牵引变电所110KV电压等级采用普通中型配电装置和软导线。采用普通中型布置，具有运行维护和检修方便、造价低、抗震性能好、耗钢量少，而且布置清晰、运行可靠、不易误操作。这次布置也是各级电力变电所使用最广泛的布置方式，积累了丰富的经验。第六章 电力牵引系统的电压损失和电压降6.1 概述为了保证列车正常运行，在牵引变电所两边供电分区的任何地点，牵引网电压都不低于规定标准，按照电气化铁道供电系统电压标准的规定，接触网标准电压值25000，瞬时最小值17500V,最低值19000V，最高值27500V ，瞬时最大值29000V。为此，在电气化设计中必须进行电压损失计算。一、电压损失由于牵引负荷而使供电系统电压下降，这种下降值称为电压损失。它主要包括两部分：牵引网中的电压损失和牵引变电所的电压损失。一部分电压损失的计算方法原理相同。所谓电压损失也就是牵引变电所母线上的电压与电力机车受电弓上的电压差。电压损失的大小决定了机车受电弓上的电压水平，它直接影响着机车的运行速度。电压损失可由相量图说明，设牵引变电所馈线电压为U1，电力机车受电弓上的电压为U2，牵引网电流为I，牵引网阻抗为Z=R+JX,牵引网相量图如图6所示：于是电压损失：U=U1-U2=U1cos-U2也就是U1在U2轴上的投影后的大小之差。 二、电压降是指牵引变电所与机车受电弓上的电压降。是两者的相量差，它决定于牵引网的阻抗和各列车电流的大小。接触网阻抗ZL等于:ZL=RLjXL ZL=RL、XL牵引网的电阻和电抗，单位：欧姆/公里。由此可知，导线越长，ZL愈大，所以接触网最大电压降发生在离变电所最远的位置。6.2 接触网导线的电压损失根据牵引网电压标准规定：标准电压值为25000V，但实际上由于接触网导线电阻及电感现象的存在，接触网的电压往往达不到标准值。而电压损失叫接触网导线产生的电压损失，使功率传输效率降低，过度的电压损失，严重影响机车的运行性能。因此，必须将接触网导线的电压损失控制在合适的范围内，接触网电压损失可根据接触网相量图计算，如图7： 由图7可知线段：ab=IRcos， bc=IXsin，所以有：U=I(Rcos+Xsin)于是，牵引网的等效单位阻抗Z1等于:Z1=Rcos+Xsin一般牵引电流的功率因数cos=0.8，考虑为复线时，即：U=（I11Z1+I111Z1）L I11=