年牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所D 电气主接线图设计 院/系(部)电气工程系 班 级学 号姓 名 指导教师 完成时间 2013年12月20日※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※2010级 牵引供电课程设计摘要牵引变电所的电气主接线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。

用规定的设备，文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线接线图，称为电气主接线图。

牵引变电所是对电压和电流进行变换、集中和分配的场所。

变电所的好与坏直接关系到电气化铁道的发展，决定着我国进行的输变电建设和城乡电网的建设与改造。

本次设计是通过对牵引变电所110kV主接线和馈线侧主接线的分析，进一步确定牵引变电所的主接线方案，根据提供的数据对牵引变电所的核心元件牵引变压器容量的选择，对牵引变电所进行短路计算，根据短路计算的结果选择变电所中的其他电器元件。

关键词：牵引变电所牵引变压器容量计算目录第1章课程设计的目的和任务要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 任务要求 (1)1.3设计依据 (1)1.4问题分析及解决方案 (2)第2章牵引变压器的选择 (3)2.1 牵引变压器联结分析 (3)2.1.1 单相联结牵引变电所 (3)2.1.2 单相V,v牵引变电所 (3)2.1.3 三相V,v联结牵引变电所 (3)2.1.4 三相联结牵引变压器 (4)2.2变压器计算容量 (4)2.3变压器校核容量 (4)2.4变压器安装容量及型号选择 (5)2.5变压器电压、电能损失计算 (5)2.5.1 变压器电压损失计算 (5)2.5.2 变压器电能损失计算 (6)第3章主接线图设计 (7)3.1线路分析 (7)3.1.1单母线接线 (7)3.1.2单母线分段接线 (7)3.1.3 采用桥形接线 (8)3.2高压侧主接线设计 (9)3.3低压侧主接线设计 (10)3.3.1馈线断路器100%备用接线 (10)3.3.2馈线断路器50%备用接线 (10)3.3.3带旁路母线和旁路断路器接线 (11)第4章短路计算 (11)4.1 短路点的选取 (11)4.2 短路计算 (11)4.2.1 最大运行方式下短路计算 (12)4.2.2 最小运行方式下短路计算 (13)第5章电气设备的选择 (15)5.1 电气设备选择的一般原则 (15)5.2 母线选择 (15)5.2.1 110KV进线侧母线选择 (16)5.2.2 27.5KV进线侧母线选择 (17)5.3断路器选择 (17)5.3.1 110KV侧断路器选择 (17)5.3.2 27.5KV侧断路器选择 (18)5.4 隔离开关的选择与校验 (18)5.4.1 110KV侧隔离开关选择 (18)5.4.2 27.5KV侧隔离开关选择 (19)5.5 电流互感器的选择与校验 (19)5.5.1 短路热稳定性校验 (20)5.5.2 短路动稳定性校验 (20)第6章继电保护 (21)6.1 继电保护的基本原理与基本要求 (21)6.2 电力变压器的保护 (22)第7章并联无功补偿 (23)7.1 并联电容补偿的作用 (23)7.2 并联电容补偿计算 (24)第8章防雷保护 (25)8.1雷电过电压的危害 (25)8.2防雷措施 (25)第9章设计结论 (26)参考文献 (27)第1章课程设计的目的和任务要求1.1 设计目的本次课程设计初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的基础。

1.2 任务要求(1)确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析其正常运行时的四种运行方式。

(2)确定牵引变压器的容量、台数及接线形式。

(3)确定牵引负荷侧电气主接线的形式。

(4)对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。

(5)设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装置。

(6)用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。

1.3 设计依据区域电网以双回路110kV输送电能，选取基准容量jS为100MVA，在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值分别为0.33；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为0.35。

高压侧有一定的穿越功率。

某牵引变电所丁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，单相V,v接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表所示。

表1-1 设计参数数据表牵引变电所供电臂长度km最大电流A平均电流A有效电流A短路电流A穿越电流AD19.4 320 142 219 809 15223.2 290 167 248 978 198本牵引变电所地区平均海拔为580m，底层以砂质粘土为主，地下水位为5.3m。

该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。

本变电所地区最高温度为C 38，年平均温度为C ︒21，年最热月平均最高气温为C ︒33，年雷暴雨日数为C ︒29天，土壤冻结深度为1.2m 。

1.4 问题分析及解决方案单相V,v 接线的牵引变压器是将两台单相变压器以V 的方式联于三相电力系统，每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。

两台变压器的次边绕组，各取一端联至牵引变电所的两相母线上。

而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。

这时，两臂电压的相位差为60°，电流不对称度有所减少。

这种接线即通常所说的60°接线。

同时，由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同，在这两个相邻的接触网区段间必须采用分相绝缘结构。

另外，由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流，因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流，牵引变压器的容量得到了充分利用。

在正常运行时，牵引侧保持三相，可供应牵引变电所自用电和地区三相负载。

主接线较简单，设备较少，投资较省。

对电力系统的负序影响比单相接线小。

对接触网的供电可实现双边供电。

它的主要缺点是：当一台牵引变压器故障时另一台必须跨相供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。

这就需要一个倒闸过程，即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。

在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况甚至会影响行车。

即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。

牵引变电所三相自用电必须改由劈相机或单相—三相自用变压器供电。

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。

然后在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220kV 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22kV 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。

第2章牵引变压器的选择2.1 牵引变压器联结分析按牵引变压器的联结方式分为单相联结，单相V,v联结，；三相V,v联结，三相YN,d11联结和三相不等容量相YN,d11联结，斯科特联结等。

2.1.1 单相联结牵引变电所单相牵引变电所的优点：牵引变压器的容量利用率可达100%；主结线简单，设备少，占地面积小，投资省等。

缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电；对电力系统的负序影响最大；对接触网的供电不能实现两边供电。

这种联结只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。

2.1.2 单相V,v牵引变电所单相V,v牵引变压器的优点：牵引变压器容量利用率可达到100%；正常运行时，牵引侧保持三相，所以可供应牵引变电所自用电和地区三相负载；主接线较简单，设备较少，投资较省；对电力系统的负序影响比单相联结小；对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：当一台变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。

2.1.3 三相V,v联结牵引变电所不但保持了单相V,v联结牵引变电所的主要优点，而且完全克服了单相V,v 联结牵引变电所的缺点。

最可取的是解决了单相V,v联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题。

同时，三相V,v联结牵引变压器有两台独立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传递；两台的容量可以相等，也可以不相等；两台的二次侧电压可以相同，也可以不相同，有利于实现分相有载或无载调压。

为牵引变压器的选型提供了一种新的连接形式。

2.1.4 三相联结牵引变压器三相联结牵引变电所又简称三相牵引变电所。

这种牵引变电所中装设两台三相YN,d11联结牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。

三相YN,d11联结牵引变电所的优点是：①牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力；②能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时，另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况；③三相YN,d11联结变压器在我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也较便宜；④一次侧YN 联结中性点可以引出接地，一次绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便。

对接触网的供电可实现两边供电。

缺点主要是牵引变压器容量利用率不高。

当重负荷相线圈电流达到额定值时，牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%。

2.2 变压器计算容量单相V,v 接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，每台变压器供给所管辖供电臂的负荷。

所以其绕组有效电流ve I 即为馈线有效电流，故e 1ve 1I I = e 2ve 2I I =式中，ve I 为联结绕组有效电流。

A I 219ve 1= A I 248ve 2=单相V,v 接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，，其两台变压器计算容量分别为kVA UI UI S 5.60222195.27e 11ve 1=⨯===kVA UI UI S 68202485.27e 22ve 2=⨯===2.3 变压器校核容量单相V,v 结线牵引变压器的最大容量为kVA UI S a a 71502605.27max max =⨯==kVA UI S b b 82503005.27max max =⨯==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KS S max =校，式中，K 为牵引变压器过负荷倍数，取K=1.75。