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1、电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 评语： 2011年 7 月 20 日目录1.题目- 1 -1.1题目设计构思- 1 -1.1.1选题背景- 1 -1.1.2设计整体布局- 2 -1.2 题目分析- 2 -1.2.1 牵引变压器初步选型- 2 -1.2.2 牵引变电所主接线设计- 2 -2 设计过程- 2 -2.1 牵引变压器容量计算- 2 -2.1.1 牵引变压器的计算容量- 2 -2.1.2 牵引变压器的校核容量- 3 -2.1.3 牵引变压器的安装容量- 3 -2.2 牵引变压器过负荷能力校验- 3 -2.3 牵引变压器功率损耗计算- 3 -2
2、.4牵引变压所的电压不平衡计算- 4 -2.5 计算电网最小运行方式下的负序电抗- 4 -2.6 计算牵引变电所在紧密运行情况下注入11.kv电网的的负序电流- 5 -2.7 构造归算到110kV的等值负序网络- 5 -2.8牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验- 5 -2.9结果分析及总结- 5 -3 设备选型- 6 -3.1 继电器的选择- 6 -3.2 电流互感器的选择- 7 -3.3 电压互感器的选择原则- 7 -3.4 断路器的选择原则- 8 -4 小 结- 9 -5 附 录- 10 -参 考 文 献- 12 - 1.题目 供变电工程课程设计指导书的牵引变电所B。包含有A、
3、B两牵引变电所的供电系统如图（1-1）所示：图1-1 牵引供电系统简图表 1-1设计基本数据 项目B牵引变电所左臂负荷全日有效值（A）310右臂负荷全日有效值（A）280左臂短时最大负荷（A）400右臂短时最大负荷（A）350牵引负荷功率因数0.85（感性）牵引变压器接线型式YN,d11牵引变压器110kV接线型式简单(双T)接线左供电臂27.5kV馈线数目2右供电臂27.5kV馈线数目210kV地区负荷馈线数目2回路工作，1回路备用预计中期牵引负荷增长40%1.1题目设计构思1.1.1选题背景 可以说牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电转换成适
4、合电力机车使用的电能。电气主接线反映了牵引变电所设施中的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数以及在电气连接等方面的问题，以及高压侧有几回进线、几台牵引变压器，有几回接触网馈电线。所以，通过电气主接线可以了解牵引变电所等设施的规模大小、设备等相关情况。1.1.2设计整体布局 这次设计较系统的阐明了牵引变电B设计的基本方法和步骤，点在于对牵引变压器的选择、牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算；牵引变电所电压不平衡度计算；电气主接线的设计，导线的选择。最后，从前面的系统计算对牵引供电系统的设备进行较为合理的选择。1.2 题目分析1.2.1 牵引变压器初步选型 根据题目中给出的已知值，确
5、定出备用方式，计算出变压器的计算容量和校核容量。在计算容量与校核容量的基础上，考虑备用方式确定出变压器的型号。由变压器的允许过负荷来判断所选备用方式下安装容量是否合适 计算出牵引变压器功率损耗及全年电能损耗，在短时最大负荷情况下的电压损失和不平衡度，根据这些数据来改善供电，减少能耗。1.2.2 牵引变电所主接线设计 本设计采用双T接线方式做为牵引变电所B的主接线。在双T接线中，两路电源，两台变压器只需两套断路器，与桥型接线相比，双T接线需要高压电器更少，配电装置结构更简单，线路继电保护也相对简单。2 设计过程2.1 牵引变压器容量计算 变压器的容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务并节约运营
6、成本。容量过小会使牵引变压器长期过载，将造成其寿命缩短，甚至烧损；容量过大将使牵引变压器长期不能满载运行，从而造成其容量浪费，损耗增加，使运营费用增大。所以通过变压器的容量计算，可以选择比较经济实用的设备。2.1.1 牵引变压器的计算容量 牵引变电所的主变压器采用YN，d11接线形式，主变压器正常负荷计算见下：（kVA） (2-1) 将=320A，=290A 代入上式中可以求得：S=20505.375（kVA）紧密运行状态下的主变压器计算容量：（kVA） (2-2) 将=410A，=290A 代入 (2-2)可以求得： =25622(kVA)为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量
7、，预计中期牵引负荷增长为40%。（kVA） (2-3)可以求得：=28707.525（kVA）于是根据所得容量，查询附录一，可选择型三相双绕组牵引变压器。 2.1.2 牵引变压器的校核容量 （2-4） 其中为温度系数，取0.9，U为牵引侧电压，为27.5KV， =590A, =203A,代入可得： = 32.5MVA.这里三相YN,d11变压器的过负荷倍数为1.5，所以可得该变压器的校核容量为： =16640.25MVA （2-5） 2.1.3 牵引变压器的安装容量 牵引变压器的安装容量是在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按变压器的产品规格确定的变压器台数与容量。确定安装容量除
8、了计算容量和校核容量外，主要考虑的因素是备用方式。这里牵引变压器采用固定备用。这样，根据上面计算出的计算容量和校核容量，选择两者中的较大者，并按采用的备用方式，牵引变压器安装容量为231.5MVA。 2.2 牵引变压器过负荷能力校验 （kVA） （2-6） 可求得：=16203（kVA）2.3 牵引变压器功率损耗计算 牵引供电系统的电能损失是电气化铁道的一项重要的运营指标，具有很重要的经济意义。不同的牵引变压器接线型式使牵引供电系统的电能损失不同，经过相应的计算，以求得最好的供电方案。已知=310A，=280A，根据公式（2-7）计算： (2-7)所得结果代入公式中。 在牵引变电所中，如果是一
9、台牵引变压器运行，则全年实际负载电能损失为： （kWh/年） （2-8） 可求得=13.4551（kWh/年）。 全年实际空载电能损失为：（kWh/年） (2-9) 可求得=33.7260（kWh/年）。 全年牵引变压器的实际总电能损失为：（kWh/年） (2-10) 可求得：=47.1811（kWh/年）。 通过计算，我们发现可以采取限制供电臂的长度、实行牵引变压器的经济运行、装设并联电容补偿装置等方法来减少牵引供电系统电能损失。2.4牵引变压所的电压不平衡计算 根据单相工频交流电气化铁道牵引负荷的特点，当三相电力系统向它供电时，它将在电力系统中引起负序电流，而负序电流会造成变压器的附加电能
10、损失，并在变压器铁芯磁路中造成附加发热，所以有必要通过对不平衡度的计算，来确定采取有效的措施，缩小这些影响，这是牵引供电系统设计的重要一环。2.5 计算电网最小运行方式下的负序电抗 （） (2-11) 已知在最小运行方式下系统二的综合电抗标么值=0.17, =25km，=0.4W/km这样，根据公式（2-9）求得：=20W。2.6 计算牵引变电所在紧密运行情况下注入11.kv电网的的负序电流 （A） （2-12） 已知=400A，=350A，可得：=54.4862A。2.7 构造归算到110kV的等值负序网络图2-1 （归算到110kV三相双绕组牵引变压器、供电系统等值负序网络）2.8牵引变电
11、所110kV母线电压不平衡度计算及校验 相负序电压计算按公式（3-11）进行：（V） （2-13） 将已求得的和分别代入公式（3-11），求得系统二运行时的相负序电压 =1105V。 110kV母线电压不平衡度计算及校验按下式进行： %.5% （2-14） 本次课程设计按2.5%考核，将=1105V， 代入公式（3-12）得：1.9%2.5% 所以，满足校验。2.9结果分析及总结 本课程设计较系统的阐明了牵引变电B设计的基本方法和步骤。重点在于对牵引变压器的选择、牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算；牵引变电所电压不平衡度计算；电气主接线的设计。分章节进行阐述，经过多方面的校验，从经济实用
12、的角度出发，力求设计出一套较优的方案。3 设备选型3.1 继电器的选择 从使用环境来说，主要考虑温度（最大与最小）、湿度（一般指40摄氏度下的最大相对湿度）、低气压（使用高度1000米以下可不考虑）、振动和冲击。此外，尚有封装方式、安装方法、外形尺寸及绝缘性等要求。由于材料和结构不同，继电器承受的环境力学条件各异，超过产品标准规定的环境力学条件下使用，有可能损坏继电器，可按整机的环境力学条件或高一级的条件选用。对电磁干扰或射频干扰比较敏感的装置周围，最好不要选用交流电激励的继电器。选用直流继电器要选用带线圈瞬态抑制电路的产品。那些用固态器件或电路提供激励及对尖峰信号比较敏感地地方，也要选择有瞬
13、态抑制电路的产品。 从输入信号不同来说，输入信号是电、温度、时间、光信号确定选用电磁、温度、时间、光电继电器，这是没有问题的。这里特别说明电压、电流继电器的选用。若整机供给继电器线圈是恒定的电流应选用电流继电器，是恒定电压值则选用电压继电器。 对输入参量的选定来说，与用户密切相关的输入量是线圈工作电压（或电流），而吸合电压（或电流）则是继电器制造厂控制继电器灵敏度并对其进行判断、考核的参数。对用户来讲，它只是一个工作下极限参数值。控制安全系数是工作电压（电流）/吸合电压（电流），如果在吸合值下使用继电器，是不可靠的、不安全的，环境温度升高或处于振动、冲击条件下，将使继电器工作不可靠。整机设计时
14、，不能以空载电压作为继电器工作电压依据，而应将线圈接入作为负载来计算实际电压，特别是电源内阻大时更是如此。当用三极管作为开关元件控制线圈通断时，三极管必须处于开关状态，对6VDC以下工作电压的继电器来讲，还应扣除三极管饱和压降。当然，并非工作值加得愈高愈好，超过额定工作值太高会增加衔铁的冲击磨损，增加触点回跳次数，缩短电气寿命，一般，工作值为吸合值的1.5倍，工作值的误差一般为10%。 对继电器触点的种类和容量来说则是根据负载情况来定的，国内外长期实践证明，约70%的故障发生在触点上，这足见正确选择和使用继电器触点非常重要。 触点组合形式和触点组数应根据被控回路实际情况确定。动合触点组和转换触
15、点组中的动合触点对，由于接通时触点回跳次数少和触点烧蚀后补偿量大，其负载能力和接触可靠性较动断触点组和转换触点组中的动断触点对要高，整机线路可通过对触点位置适当调整，尽量多用动合触点。根据负载容量大小和负载性质（阻性、感性、容性、灯载及马达负载）确定参数十分重要。认为触点切换负荷小一定比切换负荷大可靠是不正确的，一般说，继电器切换负荷在额定电压下，电流大于100mA、小于额定电流的75%最好。电流小于100mA会使触点积碳增加，可靠性下降，故100mA称作试验电流，是国内外专业标准对继电器生产厂工艺条件和水平的考核内容。由于一般继电器不具备低电平切换能力，用于切换50mV、50A以下负荷的继电
16、器订货，用户需注明，必要时应请继电器生产厂协助选型。另外需要说明的是，继电器的触点额定负载与寿命是指在额定电压、电流下，负载为阻性的动作次数，当超出额定电压时，可参照触点负载曲线选用。当负载性质改变时，其触点负载能力将发生变动。 3.2 电流互感器的选择电流互感器的选择一般有如下原则需要遵循：(a)应满足一次回路的额定电压、最大负荷电流及短路时的动、热稳定电流的要求；(b)应满足二次回路测量、自动装置的准确度要求和保护装置10误差的要求；(c)应满足保护装置对暂态特性要求（如500Kv保护）；用于变压器差动时，各侧电流互感器的铁芯宜采用相同的铁芯型式。各互感器的特性宜相同。以防止区外故障时，各
17、互感器特性不一致产生差流，造成误动。 不同电压等级下电流互感器类型选择如下： (a)330500Kv系统保护、高压侧为330500Kv的变压器保护用的电流互感器，由于系统一次时间常熟较大，互感器暂态饱和较严重，由此可能导致保护错误动作的后果。因此互感器应保证实际短路工作循环中不致暂态饱和，即暂态误差不超过规定值。一般选用TP类互感器，尤其是线路保护考虑到重合闸的问题，要考虑双工作循环的问题，因此推荐使用TPY型。 (b)220Kv系统保护、高压侧为220Kv的变压器保护互感器其暂态饱和问题及其影响较轻，可按稳态短路条件计算互感器稳态特性，进而选择互感器。当然，为减轻可能发生的暂态饱和影响，我们
18、有必要留有适当的裕度。220Kv系统保护的暂态系数一般不小于2。(c)110Kv系统保护用互感器一般按稳态条件考虑，采用P类互感器。 (d)高压母线差动保护用电流互感器，由于母线故障时故障电流很大，而且外部故障时流过互感器的电流差别也很大。即使各互感器特性一致，其暂态饱和的情况也可能差别很大。因此母线差动保护用的电流互感器最好要具有抗暂态饱和的能力。实际工程应用中，一般按稳态条件选择互感器，而抗饱和的问题更多的由保护装置进行处理。3.3 电压互感器的选择原则(a)给重合闸提供必要信号，一条线路两侧重合闸的方式要么是检无压，要么是检同期，线路PT可以为重合闸提供电压信号。 (b)现在部分线路PT
19、时用的电容式电压互感器，可以为载波通信提供信号通道。 (c)目前对一些特殊的供电用户线路提供计量电压。(d)将系统高电压转变为标准的低电压（100v）,为仪表、保护提供必要的电压。(e)与测量仪表相配合，测量线路的相电压与线电压；与继电保护装置相配合，对系统及设备进行过电压、单相接地保护。(f)隔离一次设备与二次设备，保护人身和设备的安全。3.4 断路器的选择原则 (a)由线路的计算电流来决定断路器的额定电流。(b)断路器的短路整定电流应躲过线路的正常工作启动电流。(c)按线路的最大短路电流来校验低压断路器的分断能力。(d)按照线路的最小短路电流来校验断路器动作的灵敏性，即线路最小短路电流应不
20、小于断路器短路整定电流的1.3倍。(e)按照线路上的短路冲击电流（即短路全电流最大瞬时值）来校验断路器的额定短路接通能力（最大电流预期峰值），即后者应大于前者。 4 小 结 十多天的课程设计这就要落下帷幕了，这次的课程设计我们一组共四人，在设计中，每个人都做了自己的安排任务，努力完成了预定任务。经过这次课程设计，我们学到很多东西，同时也温习了学过的关键知识。当然，这次的课程设计的知识仅从书本上学是远远不够的，小组一行4人多次在图书馆、电子阅览室等地多方面查询资料，经过大家的不懈努力终于完成了课程设计。经过这次设计，我们不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多课本上所没学到过的知识，培养了我独
21、立思考问题的能力以及处理问题的能力。通过这次课程设计使我懂得了理论联系实际的重要性，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故，为下次的课程设计做好充分的准备，也为将来面对工作时能够更快地进入状态打下良好的基础。5 附 录(a)三相YN,d11接线牵引变压器（b）三相YN,d11接线牵引变压器供电臂电压与电流相量关系（c）三相YN,d11牵引变压器电气主接线 参 考 文 献1李彦哲,胡彦奎,王果等.电气化铁道供电系统与设计M.兰州：兰州大学出版社,2006.2贺威俊,简克良.电气化铁道共变电工程M.北京:铁道出版社,1983.3贺威俊，高仕斌，张淑琴. 电力牵引供变电技术M.四川：西南交通大学出版社，19934刘国亭. 电力工程CADM.北京:中国水利水电出版社,2006.5汤蕴缪,史乃.电机学M.北京:机械工业出版社,2005.6张保会,尹项根.电力系统继电保护M.北京:中国电力出版社,2005.
