牵引供电课程设计报告书题 目牵引变电所G 电气主接线的设计 院/系(部)电气工程系 班 级 学 号姓 名 指导教师※※※※※※※※※ ※※※※※※ ※※※※※※※※※2010级 牵引供电课程设计完成时间摘要牵引供电系统是电气化铁路的核心部分。
本次设计的课题是牵引变电所G电气主接线的设计，其设计的意义在于为电气化铁路设计合理实用的牵引供电技术，主要任务是牵引变电所主接线设计、选择牵引变压器、断路器、隔离开关和电压、电流互感器等，进而确定电气主接线。
在认真分析题目的基础上，按照一定的顺序进行设计。
首先，分析比较几种牵引变压器的接线形式，根据要求选出了一种最佳的接线形式，即YN，d11接线形式。
然后，根据给定的数据并考虑一定的裕量来计算牵引变压器的安装容量。
最后，计算高压和低压母线的短路电流，通过短路电流来选择相应的一次设备并进行校验，最终基本完成了牵引变电所电气主接线，实现了牵引供电系统的基本要求。
关键字：牵引变压器一次设备目录第1章设计目的和任务要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 任务要求 (1)1.3 设计的依据 (1)1.4 任务分析 (3)第2章主接线方案的设计 (3)2.1 牵引变电所110kV侧主接线 (4)2.1.1 主接线的确定 (6)2.1.2 牵引变电所的倒闸操作 (6)2.2 牵引27.5kV侧电气主接线 (7)2.2.1 电气主接线特点 (7)2.2.2 27.5kV侧馈线接线方式 (7)2.2.3 27.5kV侧母线接线方式 (9)第3章牵引变压器选择 (9)3.1 牵引变压器的备用方式 (9)3.2 牵引变压器的接线型式 (9)3.3 牵引变压器容量计算 (9)第4章短路计算 (11)4.1 短路计算的目的 (11)4.2 短路点选取 (11)4.3 短路电流计算 (12)第5章电气设备选择 (15)5.1 断路器的选择 (15)5.1.1 高压侧断路器选择 (16)5.1.2 低压侧断路器选择 (16)5.1.3 高压侧户断路器选择 (17)5.1.4 低压侧户断路器选择 (18)5.2 隔离开关的选择 (18)5.3 电流互感器的选择与校验 (20)5.4 导线的选择 (21)5.5 27.5kV侧母线的选择和校验 (22)第6章继电保护 (23)6.1 导线继电保护配置 (24)6.2 主变压器继电保护装置配置 (24)第7章并联无功补偿 (24)7.1 并联电容补偿的作用 (25)7.2 并联电容补偿计算 (25)第8章防雷 (27)8.1 雷电过电压的基本形式 (27)8.2 防雷措施 (27)8.3 防雷设施 (27)第9章结论 (27)第1章设计目的和任务要求1.1 设计目的本次的课题是牵引变电所G电气主接线的设计，目的是为了将所学习的知识更好地应用于实践之中。
牵引变电所是牵引供电系统的重要组成部分，决定着电力机车能否正常顺利运行，因此本次设计意义重大。
牵引变电所的设计主要包括变压器的设计和保护监测装置。
变压器的设计主要是变压器的接线形式、容量和台数的确定。
变压器的容量确定要合理，如果选择容量偏大则会造成损耗增加。
选择容量较小会使变压器处于过负荷状态，影响变压器的寿命。
保护监测装置主要是在系统发生短路时对线路起到保护作用，同时对线路中的电压和电流进行监控等。
此课题的设计完全符合电气化铁路供电系统的设计要求，为牵引供电系统提供供电方案，解决实际问题。
更重的是此课题的设计使自己更加了解铁路供电系统，为以后的工作打下了基础。
1.2 任务要求牵引变电所G电气主接线的任务要求如下：(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 设计的依据包含有F、G两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示。
图2-1中，牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。
电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量S j为100MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.20和0.22；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.31和0.34。
对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。
图1中，L1、L2、L3长度分别为30km、50km、20km。
线路平均正序电抗X1为0.4Ω/km，平均零序电抗X0为1.2Ω/km。
图1-3 牵引供电系统示意图基本设计数据如表1-4所示:表1-4 牵引变电所基本设计数据项目牵引变电所G左臂负荷全日有效值（A）500右臂负荷全日有效值（A）730左臂短时最大负荷（A）[注] 700右臂短时最大负荷（A）980牵引负荷功率因数0.85(感性)10kV地区负荷容量（kVA）2×100010kV地区负荷功率因数0.87(感性)牵引变压器接线型式自选牵引变压器110kV接线型式自选左供电臂27.5kV馈线数目 2右供电臂27.5kV馈线数目 210kV地区负荷馈线数2回路工作，1回路备用预计中期牵引负荷增长30％[注]：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。
1.4 任务分析根据任务要求来选择变压器的接线方式，确定备用方式，一般选择固定备用的方式，即一台运行，一台备用。
通过给定的数据计算牵引变压器的计算容量、校核容量以及安装容量，进而确定变压器的容量。
分析牵引变电所的短路点，计算出短路电流，通过短路电流来选择高低压侧设备以及继电保护装置。
最后，根据牵引变电所负荷平均有功功率来计算并联电容的容量，选定电容的型号。
本次设计的牵引变压器的接线方式为YN，d11。
第2章主接线方案的设计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。
，电气主接线要满足下列基本要求：(1) 首先应保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需求和电能质量。
主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电压质量措施。
(2) 具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。
现代技术的自动装备和监控自动化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。
(3) 应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。
在可能和充分论证的条件下，可采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备，达到最好的经济效益。
(4) 应力求接线简洁明了，并有发展和扩建余地。
电气主接线从电源系统接受电能，并通过出线或馈电线路分配电能，当进、出（馈）线数量较多的时候，常设置汇流母线为中间环节，用以联系电源进线和出线，并使运行转换方便，但也可采用无母线接线形式。
采用不同形式的汇流母线即构成不同的接线方式。
本次设计的馈线数目很少，只有两条。
而且牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器，所以高压侧采用外桥型接线方式作为牵引变电所A的主接线。
桥型接线能满足牵引变电所的可靠性，具有一定得运行灵活性，使用电气少，建造费用低，在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线结线。
具有很高的经济实用性，并能达到可靠性要求。
本设计采用100%完全备用，当一套设备发生故障，经过正确的倒闸操作顺序，另一设备启用，以提高供电可靠性。
2.1 牵引变电所110kV侧主接线(1)不分段的单母线接线单母线接线的的特点是整个的配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。
同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守以下操作顺序：对馈线送电时必须先合1QS和2QS在投入1QF；如欲停止对其供电必须先断开1QF然后断开1QS和2QS。
如图2-1所示。
图2-1 不分段的单母线接线单母线接线的特点是：(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)每回路断路器切断负荷电流和故障电流。
检修任一回路及其断路器时，仅该回路停电，其他回路不受影响。
(3)检修母线和与母线相连的隔离开关时，将造成全部停电。
母线发生故障时，将是全部电源断开，待修复后才能恢复供电。
这种接线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电。
适用围：适用于对可靠性要求不高的10—35kV地区负荷。
(2)单母线分段接线用断路器分段的单母线分段接线图。
分段断路器MD正常时闭合，是两段母线并列运行，电源回路和同一负荷的馈电回路应交错连接在不同的分段母线上。
如图2-2所示。
这种接线方式的特点是：(1)两母线段可以并列运行，也可以分裂运行。
(2)任意一段母线或母线隔离开关检修，只该段停电，其他段可以继续供电，减小了停电围。
(3)对于用分段断路器QFD分段，如果QFD处于闭合运行状态，当某段母线发生故障时，继电保护使QFD及故障段电源回路的断路器自动断开，只该段停电；如果QFD处于断开运行状态，当某段电源回路故障而使其断路器断开时，备用电源自动投入装置使QFD自动闭合，可以保证全部的出线继续供电。
(4)对于用分段隔离开关QSD分段，即QSD闭合工作状态，当某段母线故障时将造成全部停电，拉开分段隔离开关QSD后，非故障段母线即可恢复供电。
这种接线方式的缺点：增加了分段设备的投入和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某段的回路断路器检修，该回路停电；扩建时，需向两端均衡扩建。
适用围：广泛应用于10-35kV地区负荷、城市电牵引各种变电所和110kV 电源进线回路较少的110kV接线系统。
(3)采用桥型接线当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成桥形接线。
桥型接线是一种无汇流母线接线，四个连接元件仅需三个断路器，配电装置接构也较简单。
按中间横向桥接母线位置不同可分为：桥形与外桥形。
能满足牵引变电所的可靠性，具有一定的运行灵活性，使用电器少，建造费用低，接构上便于发展为单母线或带旁路母线的单母线接线。
外桥接线：外桥接线的特点与桥接线相反，当变压器发生故障或运行中需要断开时，只需断开它们前面的断路器1QF或2QF，而不影响电源线路的正常工作。
但线路故障或检修时，将使与该线路连接的变压器短时中断运行，须经转换操作后才能恢复工作。
因而外桥接线适用于电源线路较短、负荷不恒定、变压器要经常切换(例如两台主变中一台要经常断开或投入)的场合，也可用在有穿越功率通过的与环形电连接的变电所中。
2.1.1 主接线的确定110kV侧接线选用单母线分段接线。
理由：两母线可以并列运行也可以分开运行，任一段母线检修时，只该段母线停电，其他段可以继续运行，具有一定的可靠性和灵活性。