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1、摘要城轨主降压变电所主要给牵引变电所和降压变电所供电，对地铁的正常运营具有很重要的作用。在我国加快地铁工程建设，解决公共交通问题的背景下，探讨地铁主降压变电所主接线的工程设计，具有特别的重要意义。首先，本文探讨了主变电所主接线的选择问题，依据主变电所主接线的行业共识分别提出了高压侧和中压侧的主接线设计方案，通过对比分析，在满足牢靠性、灵敏性和经济性的要求下确定了主接线的设计方案。其次，依据主变电所的容量要求和变压器的发展，完成变压器台数和型号的选择。接若，将电力系统原始网络图用标幺值法转换，画出其等值电路图，并且依据便利电气设备选择和校验的原则选择短路点，进行短路容量的计算。最终，依据短路电流
2、的计算结果和我国电气设备的发展状况，进行电气设备的选择。依据主接线确定的方案和电气设备的选择结果,利用CAD软件前出主接线图，依据国标规定、电气设备的尺寸和主变电所实际状况进行电气设备的布置，画出了平面布置图和断面图。关St词：主接线；变压器；短路容AbstractThemainsubwaySIep-downSubstationmainlysupplypowertoTractionSubstationandStep-downSubstation,ithasacrucialroleforthenormaloperationofthewholesubway.Underthebackgroundof
3、acceleratingtheconstructionofthesubwayengineeringandsolvingtheproblemofpublictransportationinourcountry,itisvitalsignificancetostudydesignofthemainwiringofthemiansubwayStep-downSubstationengineeringFirstly,thispaperstudiestheproblemofselectionofmainwiringofmainsubstation,andcomeupwiththemainwiringde
4、signandconductacomparativeanalysis.Undertherequirementofreliability,flexibilityandeconomytodeterminethedesignschemeofthemainwiring.Secondly,accordingtodesignrequirementsofthemaintransformerscapacity,completedtheselectionofthetransformer.Then,basedontheequivalentnetworksimplication,selectionandcalcul
5、ationofshort-circuitpointshort-circuitcapacity.Finally,accordingtotheshort-circuitcurrentcalculationresultsandthedevelopmentofelectricalequipmentofourcountry,tocompleteelectricalequipmentselectionandlayout.TheprogramestablishedundermainwiringandelectricalequipmentselectionresultsusingtheCADsoftwaret
6、odrawthemainwiringdiagram,accordingtothenationalstandard,electricalequipmentsizeandtheactualsituationofthemainsubstationelectricalequipmentlayout,drawafloorplanandsectionalview.KeyWords:Themainwiring,Transformers,Short-circuitcapacity4短路电流的计算64.1 短路电流计算方法64.2 短路电流的详细计算65电气设备选择及其布置95.1 IIOkV侧电气设备的选择及
7、校验95.1.1 断路器和隔离开关的选择及校验95.1.2 互感器的选择IO5.2 35kV侧电气设备的选择105.3 IOkV侧电气设备的选择115.4 电气设备的布置11结论12致谢13参考文献14附录A主要元件清单15附录B主接线图16附录C平面布置图和断面图17目录摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 工程背景11.2 设计原则和依据11.3 设计内容12电气主接线的方案确定22.1 电气主接线设计的原则22.2 主接线的设计22.2.1 高压侧主接线22.2.2 中压侧主接线32.2.3 动力照明系统主接线的设计33变压器的选择43.1 主变压器的选择43.2 动力照明
8、系统变压器的选择4中华人民共和国现行主要标准及法规：35JIOkV变电所设计规范GB50059-92：(2)35-1IOkV高压配电装置设计规范GB50060-92；(3)供配电系统设计规范GB50052-951.3设计内容以地铁供电工程设计为基础，完成一次主电路设计，进行相关的容量计算和高压电气设备的选择，并完成主接线图的设计和方案比较工作。主要设计任务：(1)确定主接线方案；(2)确定主降压变电所的设计容量：(3)进行相关负荷计算及短路容量计算：(4)IlOkV、35kV、IOkV侧主变电所的主要设备选择：(5)绘制主接线电路图，平面布置图，断面图。1绪论1.1工程背景本设计为地铁二号线静
9、安寺主变电所主接线的设计。地铁二号线一期工程外部电源方案为集中式供电，设2座IlokV主变电所。中压网络接受独立的35kV牵引供电网络以及独立的IOkV动力照明供电网络。全线设7座牵引变电所。地铁二号线一期工程设置的2座主变电所分别设于中心公园和静安寺。每座主变电所均从区域变电所引入两路牢靠的IIOkV电源，静安寺主变电所的两路电源引自华山区域变电所的两段母线，距离为3km。地铁主降压变电所主要给牵引变电所和降压变电所供电，牵引系统和动力照明系统的负荷统计如表1.1所示。表1.1主变电所符合统计表所名远期最大负荷COSO回路数重要负荷百分1.2-”一设计中山公园2745kW0.92%原则静安寺
10、2790kW0.9296和依据人民公园2730kW0.91196陆家嘴2852kW0.92I96东方路2898kW0.9296中心公园2700kW0.996停车场2844kW0.996动力照明系统8190kW0.91288本次设计完全遵循主变电所主接线设计的原则和设计依据。变电所主接线设计的原则和设计依据概括起来有下述几个方面。(1)设计的原则主接线设计必雷贯彻执行国家有关工程建设的法令和政策，应符合现行的国家标准和设计规范。(2)设计的依据经有关部门正式批准的设计任务书是初步设计的主要依据；经过有关部门审查批准的初步设计文件和修改看法以及建设单位的补充要求是平面布置图、断面图设计的依据。线路
11、-变压涔组接线是最简洁的主接线方式。在正常运行方式下，两条线路各带一台主变压器;当进线线路故障时，通过区域变电所出线断路器的跳闸来消退故障。系统接线简洁，主接线运行的牢靠性和经济性高，有利于实现主变电所的无人化和自动化。B方案接受内桥形接线方式，如图2.2所示。图2,2内桥形接线内桥形接线是变电所最常用的主接线形式。其特点是高压侧的断路船数量较少：线路故障操作简洁：接线清晰。平常桥断路雅分闸，相当于线路-变压器组接线，两条线路各带1台主变压器。当输电线路发生故障时，只要断开故障线路的断路器就能切除故障而不会影响到其它回路正常运行：当变压器发生故障时，须要断开和其相连的两台断路器，这样就对未故障
12、线路的正常运行造成了影响。但是随着主变压器质量的提高，各厂家生产的变压器都变成了免维护式的。由于主变压器的运行牢靠性高并且也不须要经常的切换，因此在主变压器容量不能满足NT要求的状况下，主降压变电所接受内桥形接线形式可以提高系统供电的牢靠性。结论：相比而言，线路-变压器组接线受区域变电所故障的影响比较明显。在地铁主降压变电所的设计中，依据两个电源都来自于同一个区域变电所的状况，主接线一般接受线路-变压器组接线形式。干脆从区域变电所的两个母线引入UOkV进线，当一个母线故障时，可通过修改区域变电所的运行方式接入不同母线，对主变压器的正常运行没有影响。依据地铁主降压变电所的设计原则：当一台主变压器
13、退出运行时，由另一台主变压器担当主降压变电所供电区域内的全部一、二级负荷；当一路电源故障时，由另一路电源给主变电所供电;当进线线路故障导致一台变压谓停电运行时，须要合闸环网的母联开关以保证地铁的供电网。所以，线路-变压器组接线的进线电缆容量只须要考虑一台主变压器的额定容量，而内桥形接线的进2电气主接线的方案确定2.1电气主接线设计的原则电气主接线是构成电力系统的重要环节,也是主降压变电所设计的首要任务。变电所运行的车靠性、灵敏性和经济性和主接线的方案密切相关内。(1)牢靠性供电牢靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的牢靠性时，应充分考虑长期运行阅历。我国现行设计规程中的各项规定就是对
14、运行实践阅历的总结，设计时应予以遵循。(2)灵敏性电气主接线不但在正常运行状况下能依据调度的要求灵敏的变更运行方式，达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备、切除故障，使停电时间最短，影响范围最小,并在检修设备时能保证检修人员的平安。(3)经济性主接线在保证平安牢靠、操作灵敏便利的基础上还应使投资和年运行费用最小，使占地面积很少，使变电站尽快的发挥经济效益。2.2主接线的设计主变电所的电气主接线可以从高压侧和中压侧两个方面来描述。2.2.1高压侧主接线A方案接受线路-变压器接线方式，如图2.1所示。图2.1线路-变JK器组接线方式2.2.3动力照明系统主接线的设计通过对上述
15、主变电所电气主接线方案的分析，总动力照明系统主接线高压侧也接受线路变压器组接线方案，低压侧接受单母线分段接线方案。主接线图如附录B所示。线容量须要依据两台主变压器的额定容量。从投资角度来看，线路-变压器组接线方式不只节约了设备投资，还节约了电缆的投资，其经济性好。由地铁供电系统运行方式的要求可以推断，正常状况下主变压器可以看作低负载率，所以高压侧主接线接受线路-变压器组接线方式。2.2.2中压侧主接线城轨主降压变电所中压侧接受单母线分段接线作为主要的型式，如图2.3所示。单母线分段接线就是用断路雅将一段母线分为两段。正常状况下，两段母线分列运行，牵引变电所和动力照明系统可以从不同母线取得中压电
16、源:当主变电所一段中压母线失电时，另一段中乐母线可以快速复原对牵引变电所和动力照明系统的供电。当一路高压进线或一台变压器退出后，通过中压母线分段开关快速合闸，由另一-台主变压器担当本主变电所范围内的全部、二级负荷，依据供电负荷变动状况，确定是否切除三级负荷。当一段中压母线故障时，该段母线上的进线开关分闸，同时该段母线上馈线所接的第一级牵引变电所或动力照明系统进线开关也应失压跳闸；依据中压供电网络运行方式，由主变电所的另一段中压母线接着供电。3变压器的选择绕组主要有双绕组和三绕组两种形式。而我国城市轨道交通主变压器一般接受双绕组变压器,所以主降压变电所也接受双绕组变压器。Sb=60% S1 =3
17、0.560% = 18.3( MVA)项目数据单台变压器运行时，要能够保证全线一级和二级负荷额定容量31500kVA3.2动力照明系统变压器的选择的供电。额定电压1108l.25%kV低压385kV依据上述变压器的选择方式，动力照明系统选择两台由表1.1可以计算出，一、二级负荷为28.62MVAo连接组别YN，d变压器，其型号为：SFZ7-12500/35,主要技术参数如表3.2所以变压器的容量至少为28.62MVA。空载损耗59.7kWUL _所不。(3)变压器类型的确定：短路损耗260kWHl抗电压10.5%相数的确定：-表3.1SFZL7315OO11O的主要技术参数目前，变压器的相数有
18、单相和一:相两种形式。依据规程，在不受运输条件的限制的状况下,3.1 主变压器的选择(1)主变压器台数的确定：目前，国内城市轨道交通主变电所均设置两台主变压器，互为备用。正常状况下，两台变压器并列运行，各负担约50%的用电负荷。(2)主变压器容量的确定；主变压器容量的确定不仅要依据主降压变电所建成后510年规划负荷，还要考虑到远期负荷的发展。对于地铁主降压变电所，主变压器容量的确定还应当和地铁的规划和供电网络的资源共享结合起来，为满足将来地铁交通的发展要求我们选择大容量的变压器。主变电所容量的确定：Sa=KI但冬(l+%)(3.1)式中，KI为同时系数，取0.9：%为线损率，取5%。因此，由表
19、1.1数据代入式3.1可得：Smax=305(MVA)主变压器容量的确定：主降压变电所的随意一台变压器退出运行时，另一台变压器必需要保证全部负荷的60%,即一般型和自耦型的确定：自耦变压器是一种多绕组的变压器，它的特点是其中两个绕组不仅有电磁联系还有电联系。当用自耦变压器来联系两种电压网络时，其中一部分传输功率可以通过电磁联系，另一部分则可以通过电来联系。由于自耦变压器的经济效益比一般变压器显著，并且自耦变压器代替一般变压器己经成为变压器发展的趋势。所以主降压变电所选用白耦变乐器。中性点的接地方式的确定：依据规程：变压器IlOkV5(X)kV侧中性点必需要经小阻抗接地或干脆接地；变压器6kV6
20、3kV侧中性点不接地。所以主变压器的高压侧接受中性点干脆接地方式，低压侧接受中性点不接地方式。主变压器电压调整方式的确定：主变分接头应依据电网电压水平选择，依据电力系统电压质量和无功电力管理规定，1IOkV电源最高电压取110(l+0.07)kV,最低电压取IlO(Ir).03)kV,35kV系统其供电电压正负偏差确定值之和不超过标称电压的10%,IOkV母线电压合理范围为10.0kVI0.7kV网。为保证中压母线电压在合格范围内，本设计接受布载调压变压器，其分接头位置则依据城网的潮流计算来确定。(4)主变压器的选择结果：依据以上计算和分析结果，查有关变压器型号手册所选主变压器的型号为：SFZ
21、L7-31500/110.其主要技术参数如表3.1所示。330kV及以下的变电所均接受一相变压器。因此待建主降压变电所接受三相变压器。绕组形式的确定：数据125kVA高压353X25%kV低压IOSkVYN,dll17.1kW66kW7.5%表3.2SFZ7-12500/35的主要技术参数项目额定容量额定电压连接组别空栽损耗短路损耗阻抗电压(1)计算各元器件基准电抗标幺值，画出等效电路图选取基准容量为1MVA.基准电压为：Uln=U3=115(kV)U(C=UC2=37(kV)Ug=4=10.5(kV)基准电流为：,L=80(kA)yr55(kA)线路电抗标幺值为：变压滞电抗标幺值为:X；=坚
22、X72IOOSNFr10.5IOOix3L5=0.33箫亡=7.5IoO-loxT5=0.64短路电流的计算4.1短路电流计算方法在三相电力系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性地小，但是三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严峻口。为了使电力系统中的电气设备在最严峻的短路状态下也能牢靠工作，因此在短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号K表示。在电力系统原始网络图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使须要进行短路校验的电气元件有最大的短路电流通
23、过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统作为无限大容量电源，短路电路也比较简洁，因此一般只需接受阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，再换算成计算电抗，依据计算曲线查出短路电流标幺值，再换算成出名值。4.2短路电流的详细计算在本次设计中，为便利电气设备的选择和校验，选取的短路点为IlokV侧进线，35kV母线和IOkV母线。电力系统的原始网络图如图4.1所示。s=3II512.5=2489.8(MVA)(3)计算35kV侧的短路电流和短路容量在最大运行方式下X*j=0.02+0.165=0.185/=-=8.43(kA)&XL0.185
24、G,=2.558.43=21.5(kA)lhlt=1.518.43=12.7(kA)5K?=3378.43=540.2(MVA)在最小运行方式下X；=0.04+033=0.37*-=受=4.2KkA)&X0,37心&=2.554.21=10.7(kA)Amg=514.21=6.35(kA)S,=5X37X4.21=269.8(MVA)(4)计算IOkV侧的短路电流和短路容量在最大运行方式下=0.02+0.165+0.6=0.785/-=至-=7.(XkA)1Xk,0.785GK=2.557.0=17.8(kA)(4.1)(4.2)(43)(4.4)(2)计算IlOkV侧的短路电流和短路容量短路
25、电流冲击电流%=2.55%短路电流最大有效值&=L5咬短路容量SK=收收依据以上公式，代入数据可得：X=X1=0.04f)=-=吧=125(kA),X；0.04ilh,=25512.5=31.8(kA)=1.5112.5=l8.9(kA)S,=3O.57.O=127.3(MVA)在最小运行方式下X*,=0.04+0.33+0.6=0.97f)=-=旦=5.7(kA),X；0.97QK,=2.555.7=14.5(kA)/,h.lj=1.515.7=8.6(kA)Stii=3X10.55.7=103.0(MVA)rI.05Sn1.O53IO7O,Am,t=LA=J=171.2A病N3HO技术条件
26、为：力2人=IIOkVn2z=17L2A/加Nk=12.5kAiNd(ni=IOkV技术参数额定电压nU=496.5A额定电流额定关合电流ZNbrk=7.0kA外形尺寸cl=17.8kA防护等级依据以上条件，选择满足要求的开关柜型号为KYN28A-12,其技术参数如表5.7所示。定制满足要求的PT柜型号为SrVACoN8PT/10,其技术参数如表5.8所示。技术参数额定电压额定电流额定开断电流表5.7KYN28A-12技术参数表额定关合电流额定动稳定电流4s热桎定电流外形尺寸防护等级技术参数额定电压额定电流额定关合电流外形尺寸防护等级结论本文的主要从地铁主降压变电所主接线设计的四个主要问题入手
27、，详细分析了主接线的组成和功能，结合实际工程案例给出了完整的设计方案。总的来说，本文在地铁主降压变电所主接线的工程设计探讨中完成了如下工作：(1)主降压变电所主接线的探讨和分析。从高压侧和中压侧两个方面给出了地铁主接线设计方案，进行详细的对比分析，确定主接线方案并完成主接线图的绘制。(2)主降压变电所变压器的选择。依据地铁主变电所的特点以及地铁主变电所设计的行业共识，结合我国变压器的发展确定了主变压器和动力照明系统变压器的台数和型号。(3)主降压变电所短路容量的计算。依据主变电所主接线的形式以及城市电网所能供应的外部电源，完成原始网络图的化简，选择合适的短路点进行短路容量的计算。(4)主降压变
28、电所主要电气设备的选择及其布置。依据我国电气设备的发展结合短路电流的许算结果进行了电气设备的选择。依据国标的规定对其进行布置，完成平面布置图和断面图的绘制。致谢本论文是在导师王思华老师的悉心指导下独立完成的，王老师不厌其烦的指导我每一个疑问,给了我很深的心灵感染。在此诚意感谢干.老师两个月来对我的关切和指导。不管是论文题目的选择，参考文献的采集，结构的布置还是格式的修改他都给了我中肯的建议和悉心的指导，在此向他表示诚意的谢意。同时，我还要感谢本组的其他同学，他们以细致、热忱的学习看法，赐予了我很大的帮助，为我们做好毕业设计创建了良好的氛围。最终，我诚意感谢在做毕业设计的过程中赐予我帮助的每一位
29、老师和同学。参考文献(1于松伟,杨兴山.城市轨道交通系统设计原理M).成都:西南交通新校出版社.2008:12.490.刘介才.工厂供电M.北京:机械工业出版社1997:4&%.(3J于永源,杨绮雯.电力系统分析M.北京:中国电力出版社、2007:129-211.14J傅知兰.电力系统设备选择和计算M.北京:中国电力出版社,2004:100-112.5陈跃.电气工程专业毕业设计指南M.北京:中国水利水电出版社,2008:145-190.(61刘介才.供电工程师技术手册M.北京:机械工业出版社,2000:648-682.(7王晓玲,马文建.电气设备及运行M.北京:中国电力出版社,2007:214
30、-240.(8中国能源部,GB50059-9235/IOkV变电所设计规范S.北京:中国电力出版社,1993:1-15.19中国能源部.GB50060-9235-1IOkV液压配电装置设计规范S.北京:中国电力出版社1993:1-9.10陈琳,城市轨道交通牵引供电系统主接线设计JJ.信息技术.2012(5):157-159.II金辉,地铁主变电站IlokV侧电气主接线的选择J.电气技术,2011:90-91.附录A主要元件清单表A主要元件表名称型号单位数量隔离开关GW511OII/63O台4断路器LW-1101/2500台2电压互感器JCC-IIO台2电流互感器LCWD-11()-(50-1OO)-3OO-6OO)5台6主变压器SFZL7-31500/110台235kV开关柜KYN37A-40.5套1135kVPT柜SIVACON8PT/35套2IOkV开关柜KYN28A-12套11IOkVPT柜SIVACON8PT/10套2变压黯SFZ7-12500/35台2附录B主接线图附录C平面布置图和断面图
