直流牵引供电系统仿真计算
专业：电气工程及其自动化学号：20080210010526
学生姓名：陆学文指导教师：陈剑云
摘要
在城市轨道交通蓬勃发展的今天，人们对城市轨道交通的安全与稳定提出了更高的要求。直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，供电的安全与可靠是城市轨道交通系统正常运行的保证。城市轨道交通短路故障的分析计算与仿真是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。
首先，本文对牵引变电所、牵引网、直流保护系统这三大部分的组成与结构进行了分析；根据城市轨道交通的特点对牵引变压器和牵引网的参数进行了分析计算，并建立了单边供电和双边供电方式下的等效电路模型，给出了不同供电方式下的稳态电流计算公式和计算实例。
其次，本文对不同短路故障作了仿真分析。本文利用Matlab/Simulink工具对当前城市轨道交通直流供电系统广泛采用的12脉波、24脉波直流供电系统进行建模与仿真，通过仿真分析比较了12/24脉整流机组在空载、负载时候的谐波含量，24脉波整流机组比12脉波整流机组呈现出更好抑制11、13次谐波的性能。在所建立模型的基础上，对采用DC1500V接触线供电的地铁线路进行了不同点发生短路故障的仿真与分析。由于当线路发生短路故障时不是一座变电所供给短电流，而是由全线相连的变电所供给短路电流。为更精确反应短路电流状况，本文建立了考虑四座变电所供电的双边供电模型，并对不同点短路故障进行仿真分析，得出了近端短路与远端短路时的短路电流变化规律。参数计算、建模等的精确程度，都会对仿真得出的短路电流的上升率和幅值产生很大的影响。为更好的掌握短路电流的变化状况，文章仿真了直流侧参数对短路电流的影响，为直流保护整定值的调整提供理论依据。
最后文章结合地铁的实际运行情况，对采用直线牵引电机的地铁机车启动的暂态电流和电机冲击电流加以仿真分析，结合给出的大电流脱扣保护与di/dt+△I保护这两种主保护的整定原则，对大电流脱扣保护与di/dt+△I保护参数予以整定计算，并对部分保护的配合使用作了分析。
关键词：直流供电系统；地铁；24脉波整流；短路故障仿真；直流保护；电流上升率；电流增量
DC traction power supply system simulation
Abstract
In the development of urban rail transit to flourish today, a higher demand for security and stability of the urban rail transport.The DC traction power supply system is an important part of the urban rail transport, the safety and reliability of supply to the normal operation of the guarantee of urban rail transit system.Analysis and Calculation of Short—circuit fault for urban rail transit was used to improve the ability of safe peration of traction power supply system and was the basis for protection and control technology.
First,In this paper, traction substations, Traction Network, DC protection system, the three most composition and structure was analyzed; analyzed and calculated according to the characteristics of urban rail transit traction transformers and traction network parameters, and the establishment of a unilateral forequivalent circuit model in the electricity and bilateral power supply, given the formula and an example of the steady-state current in the power supply.
Secondly, this article were made by the different short-circuit fault simulation.In this paper, the Matlab / Simulink tool widely used in urban rail transit DC power supply system 12 pulse, 24 pulse DC power supply system modeling and simulation,Subway DC traction substation 12/24 pulse rectifier unit simulation model, and analysis the harmonic content of the 12/24 pulse rectifier unit load,and obtained 24 pulse rectifier unit 12 pulserectifier unit 11, 13 times harmonic suppression better.On the basis of the model, DC1500V contact wire-powered subway line under different fault short-circuit fault simulation was analyzed. As not a substation supply line short-circuit fault current, but across the board is connected to the substation supply short-circuit current. More accurately reflect the short-circuit current conditions this paper consider four bilateral electricity substation supply model, and analysis the difference between short-circuit fault simulation variation proximal short circuit and remote short-circuit short-circuit current.degree of precision parameter calculation, modeling, will have a huge impact on rate of rise and amplitude short-circuit current drawn simulation. To better grasp the changes short-circuit current conditions, the article simulation parameters DC-side short-circuit current.
Finally, this paper combined with the actual operation subway, the subway locomotive using straight-line traction motor start the fault reclesing transient current to simulation analysis, combined with given current trip protection and di/dt+△I protect the two majorprotection setting principles for the current trip protection and di /dt + △I protection parameters be setting calculation, with the use and protection were analyzed.
Keywords: DC traction power supply system; subway; 24 Pulsereetifier; Short-circuit fault simulation; DC protection; Current rising rate protection; Current incremental protection
目录
第1章绪论 (1)
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 课题研究现状 (1)
1.3 本文主要研究内容 (2)
第2章直流牵引供电系统 (4)
2.1牵引变电所 (5)
2.1.1 6脉波整流电路 (5)
2.1.2 12脉波整流电路 (5)
2.1.3 24脉波整流电路 (6)
2.1.4 直流牵引供电系统谐波分析 (6)
2.2牵引网 (7)
2.3直流供电保护系统 (8)
2.4 本章小结 (8)
第3章直流短路计算 (9)
3.1直流短路介绍 (9)
3.2参数计算 (9)
3.2.1牵引变电所 (9)
3.2.2牵引网阻抗 (10)
3.3短路电流计算 (11)
3.3.1短路稳态电流 (11)
3.3.2短路暂态电流 (18)
3.4 本章小结 (18)
第4章直流短路故障仿真模型 (19)
4.1 12脉波牵引整流供电电路仿真模型 (19)
4.1.1 12脉波整流电路仿真模型 (19)
4.1.2 6脉波整流电路空载分析 (19)
4.1.3 12脉波整流电路空载分析 (20)
4.2 24脉波牵引整流供电电路仿真模型 (22)
4.2.1 24脉波整流电路仿真模型 (22)
4.2.2 24脉波整流电路空载分析 (23)
4.3 12/24脉波整流供电电路带负载仿真比较 (24)
4.4 24脉波牵引供电整流电路短路故障仿真 (26)
4.4.1 不同点短路故障仿真 (27)
4.4.2 多座变电站影响的短路故障仿真模型 (29)
4.5 直流侧参数对短路电流的影响 (32)
4.6 短路故障冲击电流仿真 (34)
4.7 机车启动仿真 (36)
4.7.1 机车启动电路模型 (36)
4.7.2 机车启动仿真模型 (36)
4.8 本章小结 (38)
第5章直流牵引供电系统保护 (39)
5.1 地铁牵引供电系统保护概述 (39)
5.2 大电流脱扣保护 (39)
5.2.1 大电流脱扣保护原理 (39)
5.2.2 大电流脱扣保护整定原则 (40)
5.3 di/dt+△I保护 (40)
5.3.1 di/dt+△I保护原理 (40)
5.3.2 di/dt+△I保护的整定计算 (42)
5.4. 其他保护介绍 (43)
5.4.1 低电压保护 (43)
5.4.2 定时限过流保护。 (43)
5.4.3 直流双边联跳保护。 (43)
5.4.4 热力过负荷保护 (43)
5.4.5 接地保护 (44)
5.5 各保护的配合使用 (44)
5.6 本章小结 (45)
结论与展望 (46)
谢辞 (48)
参考文献 (2)
附录A (3)
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第1章绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着社会的发展，人口大量的涌入城市，导致我国的各大城市普遍存在着交通堵塞、交通秩序混乱、城市用地紧张、环境污染严重等问题，这时地铁、轻轨等方式成为解决大中城市交通拥挤问题的最佳选择，由于城市轨道交通具有运载能力大、噪音废气污染小、运行快速准时、占用土地少等特点，使之对于缓解城市交通拥挤、改善城市大气环境以及推动城市经济和社会发展具有十分重要的意义。当今是否拥有地铁、地铁线路总里程的长短都已经成为一个重要的参照物，来衡量一个城市的经济实力、一个国家的综合国力以及当地人民群众的生活水平质量。因而大力发展地铁等城市轨道交通己成为各国大城市的共识。由此可见，中国的轨道交通建设具有宏大的发展前景，广阔的市场价值，该行业的发展壮大，将推动轨道交通的各种配套技术尤其是高新技术产业的跟踪发展，进而形成城市轨道交通行业的产业化生产体系。
城市轨道交通直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，其可靠、安全供电是城市轨道交通系统正常运行的保证。为保证地铁系统安全性及可靠性，地铁供电系统设备都己实现自动化和智能化，系统保护、监控、控制和自动化装置已由单独的元件发展成为综合自动化系统。目前地铁一般运用大电流脱扣保护、电流变化率及电流增量保护、过电流保护、欠电压保护、热力过负荷保护、双边联跳保护等等。上述各种保护的实现都必须先经过整定计算来进行参数设置，而整定计算是建立在直流系统短路计算的基础上，所以对直流供电系统进行计算分析具有重大意义。直流牵引供电系统的特殊性增加了故障计算与分析的复杂性，传统的供电计算方法，每次计算仅仅涉及两个变电所，认为正常双边供电时，列车仅从相邻的左右两个牵引变电所取流。而实际上城市轨道交通列车在短路故障时由连成一体的所有牵引变电所供给短路电流。因此要精确计算短路电流。首先需要建立精确的直流牵引供电系统模型，模型计算的结果将影响保护装置的选择性、速动性、灵敏性、可靠性。所以建模计算分析对地铁安全、可靠的运行有着重大的意义。本文建立了考虑4座变电所影响的双边供电短路故障模型，并通过实例分析计算得出短路故障时的电流大小，为保护装置的设定提供理论依据，使得保护装置的动作值更加合理。最后把电路建模计算结果与仿真结果相互效验，确保模型的正确性与可行性。文章最后对现在地铁使用的保护原理和相互配合方式进行了阐述。
随着计算机技术的发展，用计算机实时模拟城市轨道牵引列车的运行情况和电气参数的动态过程，对供电系统工程进行辅助设计，多方案比选、运营维护中的故障分析等，提高了设计效率、节省工程投资、减少运营成本，这无疑是供电系统的一种高效的模拟工具和手段，是供电系统理论和实践相结合的发展方向。本文通过对6脉波组、12脉波组、24脉波组整流电路的仿真比较，24脉波整流电路呈现出更好的抑制谐波的性能。接着本文建立采用24脉波整流电路牵引供电的双边供电模型，希望通过仿真得出不同短路故障点时的暂态电流波形特征，直流侧电阻和电感变化对短路电流的影响，机车启动电流曲线。为地铁牵引供电设计、装置选择、运营维护、保护装置整定提供数据参考。
1.2 课题研究现状
国外城市轨道交通由于发展的历程比较长，直流侧短路故障的研究相对来说比较成
陆学文：直流牵引供电系统计算仿真
熟。国内在直流供电系统方面的理论研究步伐也在逐渐加快。
谐波问题是当下城市轨道交通的一大难题之一，城市轨道交通的供电系统波形畸变主要源于车辆供电的整流、逆变装置，其次是直流电源的成套装置及其他电子装置[3]。为了提高直流供电的电能质量，降低直流电源的脉动量，通常采取多脉波整流方法，早期采用六脉波、十二脉波整流，到现在趋向于二十四脉波整流。亦有学者对48脉波整流电路进行了分析[18]。然而二十四脉波整流电路的功率因素已经达到0.997左右，也就是说基本达到饱和，再提高整流脉波数对提高功率因素已经没有多大的效果。但是在实际应用中功率因数与理论计算还有相当大的差距，这是我们应该努力的方向[15]。
由于城市轨道交通供电的复杂性，使供电故障电流计算也是成为一大难题，由于铁轨很容易受到集肤效应的影响，在故障暂态过程中阻抗是随频率改变的。要准确计算直流牵引供电系统直流侧故障电流，必须考虑轨道参数的暂态变化。然而轨道是不规则体，要直接精确计算轨道的暂态阻抗非常的复杂。有很多文章对此进行了研究，如文献[12]提出通过求解电流密度扩散偏微分方程，得到实心圆柱体阻抗表达式，并将其等效成一个无限RL 并联网络文献[13]]利用等周长原则，详细推导出圆柱形导体模型暂态内阻抗的解析表达式。文献[14]采用了将牵引网轨道等效为等周长的圆柱体的方法，得出了轨道暂态电阻及电感。文献[6]]提出6脉波整流，直流侧远端短路时故障电流的计算方法，将交流侧及整流机组等效成直流电压源和电阻电感串联。在考虑杂散电流收集网在内的多导体供电系统模型，利用多折线法精确计算不同点处短路故障稳态短路电流。文献[7]采用基于张量分析的时变拓扑法实现直流牵引系统交直流变换过程的建模与数字仿真计算，详细地分析了直流牵引系统交直流变换基本构成单元三相桥式6脉波整流和并联12脉波桥式整流的运行工况，以及非理想状态下各参数对整流外特性的影响。文献[9]采用Matlab/Simulink 软件对直流供电网系统进行建模与仿真计算，详细地分析了24 脉波整流装置的运行工况以及理想状态下的整流特性，系统地研究了直流供电网短路故障暂稳态过程。文献[5]讨论了12 脉波整流电路的外特性曲线，明确了在稳态运行中其戴维南等值电路的计算方法，进而简要讨论了等效24 脉波整流电路的处理方法，最后给出了一个12 脉波整流机组的计算实例。
直流保护是确保地铁安全、可靠运行的保障。这也是我国城市轨道交通发展的软肋。目前，地铁供电保护设备基本上都是引进国外技术，还需要需要自主研发，如直流开关柜内的直流快速断路器、微机保护监控单元等[4]。
1.3 本文主要研究内容
本文针对城市轨道交通牵引供电系统的组成及特点，结合实际分析了城市轨道交通直流侧短路故障的模型以及直流保护问题。论文的主要内容包括以下几个方面：第一章，介绍了直流牵引供电系统的研究背景及直流短路故障的国内外研究现状，并描述了直流短路故障分析和直流保护的意义，最后介绍了本文主要研究的内容。
第二章，介绍了地铁牵引供电的整体结构，对牵引所中的整流机组原理及发展概括做了分析介绍，分析了整流机组产生谐波原因及其对网侧的影响。其次介绍了牵引网的组成、布局、压损以及供电方式等，最后对直流供电系统的保护做了阐述。
第三章，地铁直流牵引网的短路参数计算。这是变电所设备选择、保护设计和运行分析的重要依据。本文首先对直流各种短路故障进行了介绍，在所查资料基础上，从基本的参数计算开始，举例计算了牵引变电所的基本参数，介绍了牵引网阻抗的几种计算方法，建模分析了单边供电、正常双边供电、考虑相邻变电站影响的正常双边供电等的短路故障稳态电流计算。最后对考虑相邻变电站影响的正常双边供电进行了举例计算。
第四章，直流短路故障仿真。通过对12/24脉波整流机组建模，仿真得出了6/12/24脉
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波整流机组空载、负载电压电流波形，并对其进行谐波含量分析。文中建立24脉波整流机组牵引供电的双边供电模型，并在此基础上仿真了不同短路点发生短路故障时的电流变化和变电所供流情况；为更精确的掌握短路电流情况，本章建立了多座变电站影响时接触线对钢轨、接触线对扁铜短路以及直流侧电阻与电感变化对短路故障电流影响的仿真模型。最后建立了短路故障冲击电流仿真和机车启动仿真模型，在此模型基础上仿真了机车近端启动、中端启动各变电所供流情况。
第五章，地铁牵引供电保护。本文阐述了地铁保护发展和现状，对现在地铁常用几种保护原理作了分析，介绍了几种保护的整定值计算方法，最后对地铁保护的互相配合使用作了分析。
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第2章 直流牵引供电系统
城市轨道交通几乎都采用直流供电制式，这是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径也不大，因此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损失小，因为没有电抗压降。另外由于城市内的轨道交通，供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。基于以上原因，世界各国城市轨道交通的供电电压都在550一1500V 之间，但其档级很多，这是由各种不同交通形式，不同发展历史时期造成的。现在国际电工委员会拟定的电压标准为:600V 、750V 和1500V 三种。我国国标规定为750V 和1500V 。目前我国许多城市都在考虑建造快速轨道交通，选择750V 或1500V 供电电压是一个重大问题，它涉及到供电系统的技术经济指标、供电质量、运输的客流密度、供电距离和车辆选型等，必须根据各城市的具体条件和要求，综合论证决定。
地铁牵引供电系统的外部电源为城市电网。城市电网110kV 的高压电源(或10kV 的中压电源)经过主变电所(或电源开闭所)后，将10kV(或35kV 、20kV)的中压电源送给牵引供电系统。牵引供电系统主要负责将交流中压电压降压并整流成750V 或1500V 的直流电压，并为电力机车供电见图2-1。牵引供电系统的主要组成部分有牵引变电所和牵引网[4]。 YH 35KV 电源进线1
35KV 电源进线2
整流变压器机组1整流变压器机组2
1500V +_
上行
下行
走行轨机车
DL
G
G1G2
图2-1 城市轨道交通牵引供电系统图
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2.1牵引变电所
世界各大城市的城市轨道交通早期建设的地铁线路运用的牵引变电所普遍采用了6脉波整流电路或12脉波整流电路。近年来在城市轨道交通线路的建设中以及对原有牵引整流所的改造中，越来越多地采用将两个12脉波整流器并联运行以等效为一个24脉波整流器的整流电路。因为24脉波牵引整流系统相比12脉波牵引整流系统具有更强的削弱网侧谐波电流的功能，因此可以减小谐波含量、降低轨道交通对公用电网的不良影响，同时在电压调节控制上有更强的灵活性并且可以减少直流侧电压的波动，所以24脉波牵引整流系统将成为我国城市轨道交通中电网建设的主流。本文将着重讨论24脉波整流系统的仿真模型。
2.1.1 6脉波整流电路
原理如图2-21所示，变压器原边接三相交流电，副边与整流桥相连，三相交流电压各相差0120。6脉波整流电路输出电压波形每个周期波动6次见图2-22，输出电压空载幅值为：U U do 35.1=，波形中主要包含6n ±1次谐波。
A
B
C
图 2-21 6脉波整流原理图
图 2-22 6脉波整流电路空载输出电压
2.1.2 12脉波整流电路
6脉波整流是12脉波整流的基础。选择两组三相变压器和整流器系统，使两组变压器二次电压之间相位相差030，其直流电压脉冲分量的相位角也相差030，将两组桥式整流器输出并联运行，即可实现将三相交流电源整流输出12脉波直流的目的。其电路原理图如图2-23。
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D,11y
+ 高
压
阀
d U 侧
_
Y ,0n y
图 2-23 12脉波整流原理图
图中的两台变压器在工程上已广泛采用带双低压输出的轴向分裂四线圈整流变压器，即一台双输出变压器作两台变压器用，从而减少工程的占用地面积和费用。12脉波整流电路输出电压波形每个周期波动12次，输出电压空载幅值为：U U do 398.1=，波形中主要包含12n ±1次谐波。
2.1.3 24脉波整流电路
T 1 1D
U1 1d U
高
压
网 T 2 2D
侧 U2 2d U
图2-26 24脉波整流电路原理图
24脉波整流电路原理见图2-26，图中T1,T2为两台十二脉波轴向双分裂式整流变压器，且T1和T2低压输出电压相差015相位角。D1和D2为两台十二相整流器。T1和D1单独工作时，输出12脉波的直流电源；T2和D2单独工作时，也输出12脉波的直流电源。如图2-26所示工作时，由于T1和T2具有015相角差，合成输出24脉波的直流电源。当一台变压器需要检修时可以由另一台单独工作输出12脉波直流电流。的整流变电系统。值得注意的是，由于变压器采用了轴向双分裂式结构，阀侧绕组间具有较大的短路阻抗（ 分裂阻抗），因此一般都不设桥间平衡电抗器[9]。24脉波整流电路输出电压脉动24次，含24n ±1次谐波，空载输出电压幅值为：U Udo 414.1=。
2.1.4 直流牵引供电系统谐波分析
在理想的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。由于电力系统中某些设备和负荷的非线性，即所加的电压与产生的电流不成线性关系而造成波形畸变。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机的基波能量的同
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时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。
牵引供电系统是城轨供电系统的主要谐波源。其中采用的牵引整流机组，属于非线性受电设备，电压畸变的程度取决于整流装置容量和电网容量的相对比值及供电系统对谐波频率的阻抗。当然，非正弦电压施加在线性电路上，电流也是非正弦。这种非正弦的参数、牵引整流机组的整流相数、接线方式的不同，波形畸变程度也不同。整流机组产生的谐波次数与整流机组输出脉波数有关，理想情况下，反映到整流机组高压侧产生的谐波电流次数为(nk 士l)的整数倍，式中n 为整流机组脉波数，k 为正整数，整流机组脉波数越高，整流越平稳，产生低次谐波越少。6脉波整流只产生5、7次以上谐波，12脉波整流只产生11、13、23、25次以上谐波，24脉波整流只产生23、25、47、49次以上谐波。实际上，由于各种非理想因素的存在，12脉波整流也将产生5、7次谐波。
24脉整流电路的引入对网侧谐波影响的因数主要包含两点：首先是网侧绕组移向角α误差，其次是整流机组两台变压器的的负荷不平衡。由上面24脉波整流电路原理可知道
要形成24脉波，需使015=α，然而要使015=α则要网侧绕组的外延匝数与原绕组的匝数
比005.22sin /5.7sin /=?N N ，该比值不为整数，而实际应用中匝数比为整数，这就不可避
免的造成误差；另外，由于网侧绕组分别接成三角形和星形，实际应用中由于绕组匝数是整数，不可能使阀侧匝数比等于3，只能接近。由此引起的误差就会导致负荷的不平衡，从而引入谐波分量。
2.2牵引网
牵引网由接触网、钢轨回路、馈电线和回流线等组成，它是轨道交通供电系统中向电动列车供电的直接环节。接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。我国在地铁轨道系统中，架空式和接触轨式均有采用。一般，牵引网电压等级较高时，为了安全和保证一定的绝缘距离，宜采用架空式接触网。在净空受限的线路和电压等级较低时多采用接触轨式接触网。
牵引变电所是沿铁路线布置的，每一个牵引变电所有一定的供电范围。供电距离过长，会使末端电压过低及电能损耗过大;供电距离过短，又使变电所的数目过多而不经济。牵引变电所的数量与直流牵引电压等级、牵引网最大电压损失允许值等多个因素有关。牵引网最大电压损失允许值一般发生在双边供电分区中部或单边供电分区末端，该值应能保证列车的正常启动。牵引网电压损失包括牵引网平均电压损失、最大电压损失。其中，牵引网最大电压损失值是影响牵引变电所数量的关键因素，平均电压损失值对牵引网能耗影响较大。根据文献[1]其波动范围应满足表1中的规定。 表1 系统电压波动范围
系统标称电压（V) 系统最低电压（V) 系统最高电压（V)
750 500 900
1500 1000 1800
牵引变电所向接触轨供电有两种大的分类:单边供电和双边供电，如图2—31所示。接触网通常在相邻两牵引变电所间的中央断开，将两牵引变电所之间两供电臂的接触网分为两个供电分区。每一供电分区的接触网只从一端的牵引变电所获得电流，称为单边供电。若在中央断开处设置开关设备时，可将两供电分区连通，此处称为分区亭。将分区亭的断
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路器闭合，则相邻牵引变电所间的两个接触网供电分区均可同时从两个变电所获得电流，则称为双边供电。接触轨系统是牵引供电系统的重要组成部分。
变电所变电所
分区亭
图2—31 接触轨供电原理图
2.3直流供电保护系统
地铁直流供电保护系统对确保地铁交通安全可靠运行具有举足轻重的作用。它一方面确保向地铁机车提供安全可靠的供电，减少甚至消除不必要的停电时间，从而提高经济效益;另一方面在直流牵引供电系统发生故障的情况下，有选择性地迅速切除故障，以保证机车、设备和乘客的人身安全，同时还要避免机车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸[2]。
在地铁交通发展的初期，直流供电保护系统在性能、可靠性方面还很不完善，一般仅依靠电流速断保护和过流保护切除短路故障，效果往往很不理想，保护装置都是由电磁式继电器构成。这类保护装置中使用了大量的中间继电器、时间继电器、重合闸继电器等元器件，由于使用的元器件数量和品种很多，使得系统接线复杂，潜在故障点多，降低了整个系统的安全可靠性。随着电子技术、计算机技术的发展，微处理器的应用实现了电流上升率和电流增量保护，极大地提高了直流牵引供电系统保护装置的可靠性和准确率。目前最先进的保护方法是，采用基于可编程控制器的数字式保护装置取代传统的继电器保护装置，大大提高了可靠性、保护性能以及直流牵引供电的自动化程度。随着科学技术的发展，未来的趋势是向计算机化、网络化、保护、控制、测量、数据通信一体化及人工智能化发展[19]
目前地铁一般运用主保护为大电流脱扣保护、电流变化率及电流增量保护，后备保护有过电流保护、欠电压保护、热力过负荷保护、双边联跳保护等。
2.4 本章小结
本章介绍了地铁牵引供电的整体结构，首先对牵引所中的整流机组原理及发展概括做了分析介绍，并对整流机组产生的谐波做了分析。其次介绍了牵引网的组成、布局、压损以及供电方式等，最后对直流供电系统的保护做了阐述。
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第3章直流短路计算
3.1直流短路介绍
通过对城市轨道交通牵引供电系统短路过程分析计算，正确选择和校验电器设备，完善直流供电系统保护装置的设置和整定值计算的原则方法，为供电设计和运营维护提供理论依据，提高系统运行可靠性。
牵引供电系统可能会发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最危险的故障就是各种形式的短路故障。因此我们所说的地铁供电系统发生故障主要是轨道短路故障，随着机车位置的移动，受电弓与接触导线一直处于滑动接触状态，长时间处于高速摩擦、振动等恶劣工作环境中。机车运行时如果两者接触不良，就要造成过热或产生电弧，使接触导线受损伤。另外由于受电弓对接触导线有迅速移动的向上压力，使接触导线经常处于振动状态，因此引起机械方面故障的几率增大。这些损伤及故障都可能导致牵引网短路，所以牵引网发生故障的可能性很高。根据直流短路方式的不同分为金属性短路和非金属性短路[11]。
金属性短路故障是指与钢轨间发生金属接触，或由于整体绝缘支座(用于接触轨与大地的绝缘，支座底部设置了接地扁铜，与整个供电系统地网相连接)被击穿后发生的接触轨与接地扁铜直接短路。例如对供电系统进行停电检修作亚时，维修人员恰巧将金属工具放置在接触轨与钢轨之间而忘记取走，送电时将发生接触轨对钢轨的直接短路故障。
非金属性短路主要是指线路上发生非金属性情况下的一种短路，如雨、雪等淹没或覆盖接触轨的情况，此时以雨雪作为导体。另外，供电系统运行初期，接触轨由整体绝缘支座固定在道床上，与接地扁铜之间绝缘良好。但随着运行时间的推移，绝缘支座发生绝缘老化或支撑件上出现污秽物，产生的泄漏电流通过绝缘支座流向接地扁铜然后经变电所地网流回变电所负极，这种由绝缘泄漏引起的短路故障也为非金属性短路故障的一种。在接触轨供电系统中，电弧短路故障也是可能发生的一种非金属性短路故障。电弧短路是指带电体对导体放电产生的短路，如接触轨对地放电。
3.2参数计算
3.2.1牵引变电所
在进行直流牵引供电系统的仿真时，牵引变电所一般按戴维南或诺顿等效电路建模，在戴维南等效电路中，牵引变电所用等效内电阻Req与理想电压源VS相串联来表示（见图）。理想电压源由交流电源空载电压、系统阻抗、和整流机组的有关参数和运行状态等因素所决定。通过计算分析出整流电路的外特性，然后再分析运行状态来计算出短路阻抗。目前地铁的发展趋向于采用24脉波整流方式，24脉波整流机组可以等效为两个相同容量的12脉波整流机组并联。
直流牵引供电系统仿真计算 摘要 在城市轨道交通蓬勃发展的今天，人们对城市轨道交通的安全与稳定提出了更高的要求。直流牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，供电的安全与可靠是城市轨道交通系统正常运行的保证。城市轨道交通短路故障的分析计算与仿真是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。 首先，本文对牵引变电所、牵引网、直流保护系统这三大部分的组成与结构进行了分析；根据城市轨道交通的特点对牵引变压器和牵引网的参数进行了分析计算，并建立了单边供电和双边供电方式下的等效电路模型，给出了不同供电方式下的稳态电流计算公式和计算实例。 其次，本文对不同短路故障作了仿真分析。本文利用Matlab/Simulink工具对当前城市轨道交通直流供电系统广泛采用的12脉波、24脉波直流供电系统进行建模与仿真，通过仿真分析比较了12/24脉整流机组在空载、负载时候的谐波含量，24脉波整流机组比12脉波整流机组呈现出更好抑制11、13次谐波的性能。在所建立模型的基础上，对采用DC1500V接触线供电的地铁线路进行了不同点发生短路故障的仿真与分析。由于当线路发生短路故障时不是一座变电所供给短电流，而是由全线相连的变电所供给短路电流。为更精确反应短路电流状况，本文建立了考虑四座变电所供电的双边供电模型，并对不同点短路故障进行仿真分析，得出了近端短路与远端短路时的短路电流变化规律。参数计算、建模等的精确程度，都会对仿真得出的短路电流的上升率和幅值产生很大的影响。为更好的掌握短路电流的变化状况，文章仿真了直流侧参数对短路电流的影响，为直流保护整定值的调整提供理论依据。 最后文章结合地铁的实际运行情况，对采用直线牵引电机的地铁机车启动的暂态电流和电机冲击电流加以仿真分析，结合给出的大电流脱扣保护与di/dt+△I保护这两种主保护的整定原则，对大电流脱扣保护与di/dt+△I保护参数予以整定计算，并对部分保护的配合使用作了分析。 关键词：直流供电系统；地铁；24脉波整流；短路故障仿真；直流保护；电流上升率；电流增量
《牵引供电系统》知识点 1、轨道交通的供电制式：直流制、单相工频交流制、单相低频交流制。不同供 电制的牵引供电系统结构，应用范围。 2、电气化铁路负荷等级和对进线电源的要求：一级负荷，牵引变电所有两路独 立进线电源 3、我国电气化铁路的供电制式？单相工频交流制牵引供电系统组成。 单相工频交流供电制式；单相工频交流制牵引供电系统组成：牵引变电所和牵引网组成。牵引网：由馈线、接触网、轨地回流线等组成。 4、牵引网为什么会出现分相？电分相绝缘装置设置在什么地方？有什么作 用？ 因为牵引变压器将电力系统的三相电变为两相电，所以会出现分相；将分相绝缘器主要设置在牵引变电所出口处和分区所处；目的：把两相不同的供电区分开，并使机车光滑过渡。 5、牵引供电系统供电方式：直接供电方式，BT供电方式，带回流线的直接供电 方式，AT供电方式。基本电路原理图，优缺点。 直接供电方式：牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。 结构简单，投资最少，维护费用低。在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高； 对弱电系统的电磁干扰较大。 BT供电方式：在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。电磁兼容性能好，对周围环境影响小，钢轨电位低。 带回流线的直接供电方式：相对直接供电方式，钢轨电位和对通信线路的干扰有所改善。钢轨电位降低；牵引网阻抗降低，供电距离增长；对弱电系统的电磁干扰减小相对BT方式，结构简单，投资少，维护费用低；牵引网阻抗减小，供电距离增长 AT供电方式：能显著降低电气化铁路对通信线路的干扰，由于长回路电压提
高1倍，因此在同样的牵引功率下网上电流减小，电压损失、功率损失下降，牵引变电所间距变大。 6、牵引供电系统与牵引负荷的特点，分别给电力系统带来哪些电能质量问题？ 牵引供电系统的负荷特性，主要取决于电力机车的电气特性、铁路线路条件和运输组织方案等因素。 牵引变电所负荷具有如下特点：负荷波动频繁、负荷大小不均衡、负载率低、牵引变电所供电能力适应最大负荷需要。给电力系统带来了负序和谐波等电能质量问题。7、如何改善各个电能质量问题？有哪些措施？ 8、系统短路容量跟哪些因素有关？系统短路容量对各项电能质量指标有哪些 影响？ 9、牵引供电系统电压水平的规定：机车/动车组、接触网、变压器额定电压，最高电压和最低电压 10、电压损失和电压降的概念及计算方法。 11、馈线电流的计算方法：负荷过程法（计算机仿真法）、统计法（同型列车法）、概率分布法 12、纯单相变压器、Vv接线变压器、YNd11接线变压器、Scott接线变压器（1）接线原理 （2）根据换相要求确定次边牵引端口的电压相别，从而将原边接入合适的相别（3）原次边电流变换关系 （4）归算到牵引侧的等值电路 （5）在负荷相同的情况下，变压器容量有什么不同？ （6）原边负序电流的计算 （7）在负荷相同，接入系统电源相同的情况下，不同接线牵引变压器负序影响有什么不同？ 13、三相-两相平衡变压器的特点？ 14、牵引网阻抗计算的目的？ 确定牵引网压损，校验运行时网压水平；计算短路阻抗、短路电流，确定继电保
供配电系统的毕业设计编写学生：林树凯指导老师：刘峰 海尔学院 电气自动化技术专业2009级2班
前言 经济要发展，电力需先行。进入21世纪，随着我国各种规划的进行和“西部大开发”战略的实施。我国的电力建设事业将出现一个大发展的新局面，供配电技术的应用将更加广泛。 作为一名即将毕业的电气自动化专业学生，做一个关于电力系统方面的毕业设计是十分必要的，这不仅使电气自动化专业学生将电力系统方面的理论知识得以实践、应用，而且为电气自动化专业学生今后从事有关电力系统方面的工作打下一个良好的基础。 本次电力系统的毕业设计只是正对通用机器厂供配电系统的电气设计。主要分为以下一个内容：负荷的分析计算，配电方案，变压器的台数、容量及变电所主接线方案，短路计算对电气设备进行校验，电气设备的布置方案，继电保护、二次回路及防雷与接地，若时间允许，甚至可以加上变电所电气照明设计内容。 由于时间仓促，再加上本人水平有限，难免有些错误，请阅读者指出利于改正，谢谢！ 林树凯
目录 项目一：通用机器厂的基本情况。 项目二：负荷计算和无功功率补偿。 项目三：变电所的位置与型式的选择及主变压器的台数与容量、类型的选择。 项目四：金工车间配电系统的确定。 项目五：变电所主结线方案的设计。 项目六：短路电流的计算。 项目七：变电所一次设备及进出线的选择与校验。 项目八：变电所二次回路的选择及继电保护的整定。 项目九：防雷与接地、变电所设计图展示 参考文献
参考文献 1、《现代电力系统分析》王锡凡主编，科学出版社。 2、《电力系统分析基础》任建文主编，华北电力大学出版社。 3、《电力系统继电保护原理》（增订版）贺家李、宋从矩主编，中国电力出版社。 4、《工厂供配电》王玉华、赵志英主编，中国林业大学出版社，北京大学出版社。 5、《使用供配电技术手册》刘介才主编，中国水利水电出版社。 6、《静止无功功率补偿技术》粟时平、刘桂英主编，中国电力出版社。 7、《工厂供电设计指导》刘介才主编，机械工业出版社。 8、《供配电工程》马志溪主编，清华大学出版社。
目录 引言 (1) 1 电力系统有功功率平衡及发电厂装机容量的确定 (2) 2 确定电力网的最佳接线方案 (4) 2.1 方案初选 (4) 2.2 方案比较 (5) 2.3 最终方案的确定 (18) 3 发电厂及变电所电气主接线的确定 (18) 3.1 电气主接线的设计原则 (18) 3.2 发电厂电气主接线的设计原则及选择 (19) 3.3 变电所电气主接线的设计原则 (19) 3.4 主接线方案确定 (20) 4 选择发电厂及变电所的主变和高压断路器 (20) 4.1 发电厂及变电所主变压器的确定 (20) 4.2 短路电流计算 (23) 4.3 高压断路器的选择与校验 (37) 5 各种运行方式下的潮流计算 (42) 5.1 潮流计算的目的和意义 (42) 5.2 丰水期最大负荷的潮流计算 (43) 5.3 丰水期最小负荷的潮流计算 (49) 6 电力系统无功功率平衡及调压计算 (55) 6.1 电力系统无功功率平衡 (55) 6.2 调压计算 (56) 7 浅谈电力网损耗及降损节能措施 (60) 7.1 损耗计算 (61) 7.2 电网电能损耗形成的主要原因 (62) 7.3 降损节能的措施 (64) 参考文献 (68) 谢辞 (69) 附录一计算机潮流计算程序： (71)
引言 本次设计的课题内容为电力网规划设计及降损措施的分析，是电气工程及其自动化专业学生学习完该专业的相关课程后，在毕业前夕所做的一次综合性的设计。 该次毕业设计的目的在于：将所过的主要课程进行一次较系统而全面的总结。将所学过的专业理论知识,第一次较全面地用于实践,用它解决实际的问题,而从提高分析能力,并力争有所创新。初步掌握电力系统(电力网)的设计思路,步骤和方法,同时学会正确运用设计手册,设计规程,规范及有关技术资料,掌握编写设计文件的方法。 其意义是对所学知识的进行总的应用，通过这次设计使自己能更好的掌握专业知识，并锻炼自己独立思考的能力和培养团结协作的精神。此外,在计算机CAD绘图及外文资料的阅读与翻译方面也得到较好的锻炼.。 本设计是电力系统的常规设计，主要设计发电厂和变电所之间如何进行科学、合理、灵活的调度，把安全、经济、优质的电能送到负荷集中地区。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变电所和不同电压等级的输电线路输送被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的各种能量。这些生产、输送、分和消费电能的各种电气设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。本设计是一门涉及科学、技术、经济和方针政策等各方面的综合性的应用技术科学。 设计的基本任务是工程建设中贯彻国家的基本方针和技术经济政策，做出切合实际、安全使用、技术先进、综合经济效益好的设计，有效地为国家建设服务。从电力系统的特点出发，根据电力工业在国民经济的地位和作用，决定了对电力系统运行要达到以下的技术要求：保证安全可靠的供电；保证良好的电能质量；保证电力系统运行的经济性。
届毕业生毕业设计说明书 题目：某机械厂供配电系统设计 院系名称：电气工程学院专业班级： 学生姓名：学号： 指导教师：教师职称：讲师 20年6月6日
目次 1 2 3 4 5 6 7结概述 (1) 1.1 国内外发展现状 (1) 1.2 供配电系统的研究意义 (1) 1.3 研究的内容 (2) 负荷计算及无功补偿 (3) 2.1 电力负荷的类型 (3) 2.2 负荷计算 (3) 2.3 无功功率补偿 (8) 变电所主变压器选择和主接线方案选择 (10) 3.1 变电所主变压器的选择 (10) 3.2 主接线方案设计 (10) 3.3 厂区规划图 (12) 短路电流的计算 (14) 4.1 短路电流计算的基本公式 (14) 4.2 电抗标幺值的计算公式 (14) 4.3 确定基准值、计算电抗标幺值 (15) 高、低压电气设备的选择与校验 (18) 5.1 高压设备的选择与校验 (18) 5.2 低压设备的选择与校验 (20) 5.3 母线的选择 (20) 5.4 导线的选择 (21) 继电保护的整定与计算 (22) 6.1 高压线路的继电保护 (22) 6.2 电力变压器的继电保护 (23) 防雷和接地装置 (24) 7.1 防雷 (24) 7.2 接地装置 (24) 7.3 防雷措施 (25) 论 (26) 致谢 (27) 参考文献 (28) 附录A 电气主接线图 (30)
1 1.1概述 国内外发展现状 现代大中型工厂供配电系统的电气主接线和运行方式都比较复杂，各种电 气设备的数量和种类也比较多，随着经济和现代工业建设的迅速发展，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。 供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成环节。它由总降压变电所、高压配电所、车间变电所、配电线路以及用电设备组成。在小型工厂中，电能先经过高压配电所，然后经过变压器降压，低压配电线路将车间变电所的电能送到各低压用电设备。 在我国，供配电的建设未能得到重视，资金短缺，技术性能落后，另外供配电技术环节形成电力需求与供配电设施不协调的局面。随着人们生产活动的日渐增多，工厂对电能的需求也在日益增加，作为评估电能质量的相关指标，例如电能的可靠性、电能的经济状况、电能的质量等指标也随之有待提高。 1.2供配电系统的研究意义 现如今，电能已经成为人们生活中不可或缺的能源和生活工具，其在工业 生产，生活的各个领域中获得了广泛应用，为人们提供更加舒适便捷的工作环境和生活环境创造了条件。电力是现代事业发展的主要能源和动力，没有电力可以说就没有国有经济的现代化。现代的生活都离不开电力，都是建立在电气的基础上。因此，电力供应如果中断，将会给现代的发展带来严重的影响。譬如那些对可靠性有有很高要求的企业，即使工厂中设备停电的时间极短，也能引起工厂中严重的事故发生，轻则把电气设备烧坏，重则威胁到人身安全，故而，必须认真做好达到系统供电要求，切实保证电力系统的正常运行，更好地发展生产，实现过程的全部自动化。 要切实保障生产和日常社会生活的需求，就必须做好工厂供电系统的工作，在确保可靠供电的前提下，考虑并努力做好节能减排工作，实现高效，优质供电供电部门必须做到以下几点：
电力系统毕业设计题目 【篇一：电力系统及其自动化专业毕业论文参考选题大 全(158个)】 电力系统及其自动化专业毕业论文参考选题大全(158个) 1、110kvxx(箕山)变电站电气设备在线监测方案 2、110kv变电所电气部分设计 3、110kv变电所电气一次部分初步设计 4、110kv变电站电气一次部分设计 5、110kv变电站综合自动化系统设计 6、110kv常规变电站改无人值班站的技术方案研究 7、110kv电力网规划 8、110kv线路保护在xx(郴电国际)公司的应用 9、110kv线路微机保护设计 10、110kv线路微机保护装置设计 11、220kv变电所电气部分技术设计 12、220kv变电所电气部分设计 13、220kv变电所电气一次部分初步设计 14、220kv变电所电气一次部分主接线设计 15、220kv变电站设计 16、220kv地区变电站设计 17、220kv电气主接线设计 18、220kv线路继电保护设计 19、2x300mw火电机组电气一次部分设计 20、300mv汽轮发电机继电保护（一） 21、300mv汽轮发电机继电保护设计（一） 22、300mw机组节能改进研究 23、300mw机组优化设计 24、300mw凝汽式汽轮机组热力设计 25、300mw汽轮发电机继电保护 26、300mw汽轮发电机继电保护设计 27、50mva变压器主保护设计 28、scada系统的设计 29、sdh光纤技术在电力系统通信网络中的应用 30、xx电厂电气一次部分设计
31、xx电厂水轮发电机组保护二次设计 32、xx水电厂计算机监控系统的设计与实现 33、xx水电站电气一次初步设计 34、xx县电网高度自动化系统初步设计 35、xx小城市热电厂电气部分设计 36、变电气绕阻直流电阻检测 37、变电站电压智能监测系统 38、变电站设备状态检修研究 39、变电站数据采集系统设计 40、变电站数据采集系统设计—数据采集终端 41、变电站微机监控系统 42、变电站微机检测与控制系统设计 43、变电站微机数据采集传输系统设计—监控系统 44、变电站微机数据采集系统设计—scada 45、变电站无人值班监控技术的研究 46、变电站智能电压监测系统开发 47、变电站自动化的功能设计 48、变电站自动化综合设计 49、变电站综合自动化（微机系统上位机功能组合） 50、变电站综合自动化的研究与设计 51、变电站综合自动化发展综述 52、变压器电气二次（cad）部分设计 53、变压器电气二次部分 54、变压器故障分析和诊断技术 55 、变压器故障检测技术 56、变压器故障检测技术--常规检测技术 57、变压器故障检测技术--典型故障分析 58、变压器故障检测技术--介质损耗在线检测 59、变压器故障检测技术--局部放电在线检测 60、变压器故障检测技术--绝缘结构及故障诊断技术 61、变压器故障检测技术--油气色谱监测 62、变压器故障维修 63、变压器局部放电在线监测技术研究--油质检测 64、变压器绝缘老化检测
北交大17春《牵引供电系统》第二次作业参考答案 （2018 年 10 月 6 日----2018 年 11 月 6 日） 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是那种备用方 式？ 6、计算题： 沪宁线（单线考虑）某变电所（镇江变电所）供电分区内：列车运行密度N=25对/天，假设每列列车牵引能耗A=1750KVA H所有列车累计运行时间56min,供电分区内有6个车站，该变电所采用三相变压器，固定备用，请确定该变电所的安装容量。 7、牵引网阻抗是什么？牵引网阻抗包含哪些回路，请画出单线铁路等值电路图。 8、牵引网阻抗的影响因素是什么？ 9、如何计算牵引网阻抗？ 10、计算牵引网阻抗有何意义？ 11、如何测量牵引网阻抗？ 12、计算：新建合肥至上海（按单线考虑）客专，接触网采用GJ-70+GLCA100/215 已知数据：导线有效电阻R仁0.184欧/公里，当量系数A=0.95 计算半径9.025毫米；等导线有效电阻R仁0.184欧/公里，当量系数A=0.95 承力索GJ-70计算参数： 有效电阻R2=1.93欧/公里，当量系数A=0.95 计算半径5.75毫米；等导线有效电阻R2=0.184 欧/公里，当量系数B=0.1导线高度 H仁6200毫米；结构高度h=1500毫米；驰度f=700毫米 钢轨参数：有效电阻R3=0.18欧/公里；计算半径96.5毫米；当量系数A=0.16 ；等值半径15.4毫米；大地土壤电导率:-=10°/i」cm 试计算牵引网阻抗。 1.常用的有四种接线方式：平衡变压器（阻抗匹配，非阻抗匹配；斯科特（Scoot ）接线方式；三相接线方
供配电系统的设计毕业论 文 目录 摘要 (2) 第一章绪论 (3) 1.1 供配电所设计的意义 (3) 1.2 供配电所设计的要求 (3) 1.3 本文的主要容 (4) 第二章全厂设计资料 (5) 第三章负荷计算和无功补偿 (8) 3.1 负荷计算的目的和意义 (8) 3.2 负荷计算 (8) 第四章主接线的选择 (12) 4.1 接线方案的选择 (12) 4.2 主接线的选择及确定 (12) 第五章短路电流计算 (15) 5.1 短路电流计算 (15) 5.2 短路电流计算结果 (17) 第六章全厂主设备的选择 (19) 6.1 电气设备选择 (19) 6.2 所选设备参数 (20) 第七章防雷与接地 (21) 7.1 防雷设备 (21) 7.2 接地装置 (21)
结论 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24) 第一章绪论 1.1 供配电所设计的意义 工厂供电设计的任务是保障电能从安全、可靠、经济、优质、地送到工厂的各个部门。众所周知，电能是现在工业生产的主要能源和动力。是用其它形式能转化为电能，电能又易于转换为其它形式的能量以供应用。电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业及整个国民经济生活中应用极为广泛。 电能在工业生产中的重要性，并不在于他在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低成本。因此，一个稳定可靠的供配电系统对发展工业生产，实现现代化的工业，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家建设经济性社会具有更重要的战略意义。因此在当今全球资源紧的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 1.2 供配电所设计的要求 工厂供电工作要更好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到一下基本要求： 1、工厂供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。 2、必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。 3、工厂供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备安全。要求供电电能质量合
电力系统及其自动化专业毕业设计（论文）课题（电力方向） 【总体要求】 1.给出方案与论证； 2.画出系统原理图和电路图； 3.主要电路设计与计算； 4.系统测试与指标； 5.稳定性与可靠性； 6.毕业设计（论文）用计算机处理打印后用A4纸装订成册； 7.在规定的时间内答辩通过后由答辩小组给出设计（或论文）的成绩； 8.每位毕业生任选一题，每题不超过10名学生； 9.理工类毕业设计（论文）课题类别包括设计类、软件类两大类，对选题要求的指导性意见如下： ⑴设计类：学生必须独立完成一份10000字以上的设计计算说明书（论文）,折合不少于5张1~2#图纸（电气信息类设计不少于3张1~2#图纸）设绘工作量，设计计算说明书（论文）中涉及参考文献不低于10篇，其中外文文献不少于2篇； ⑵软件类：学生必须独立完成一个系统或较大系统中的一个模块，要有足够的工作量；完成一份10000字以上的软件说明书和论文；如涉及电路方面的内容，应完成调试工作并提供测试结果；如涉及软件开发的内容，要进行程序演示并给出结果。论文（说明书）中涉及参考文献不低于10篇，其中外文文献不少于2篇。 课题一降压变电站电气一次部分设计 ——指导教师：姜永豪徐鹏 【原始资料】 1.设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区 负荷。 2.本变电所的电压等级为220/110/10KV，220KV是本变电所的电源电压，110KV和10KV 是二次电压。 3.待建变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；在中压侧110KV 母线，送出2 回线路；在低压侧10KV母线，送出12回线路；在本所220KV母线有三回 输出线路，送 向负荷。该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 4.110KV和10KV用户负荷统计资料见表2-1和表2-2。最大负荷利用小时 数Tmax=5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。
电力系统继电保护与自动化毕业设计题目 变电站电气主系统毕业设计题目1 一、题目 XZ市郊110kV变电站设计 二、原始资料 (一) 变电站性质及规模 本变电站位于XZ市郊区，向市区工业、生活及近郊区乡镇工业与农业用户供电，为新建变电站。 电压等级：110/10kV 线路回数：110kV近期2回，远景发展1回； 10kV近期12回，远景发展2回。 (二) 电力系统接线简图 电力系统接线简图如图1-1所示。 图1-1 电力系统接线简图 注：①图中系统容量、系统阻抗均为最大运行方式的数据。 ②系统最小运行方式时,S1=1300MVA,XS1=0.65；SⅡ=150MVA,XSⅡ=0.8。 (三) 负荷资料负荷资料如表1-1所示。 (四) 所址地理位置及环境条件 1.所址地理位置图（如图1-2所示）。 2.地形、地质、水文、气象等条件 站址地区海拔高度500m，地势平坦,地震烈度6度。年最高气温＋40℃,年最低气温-20℃，最热月平均最高温度+32℃，最大复冰厚度10mm，最大风速为25m/s，土壤热阻率ρt=100℃·cm/W，土壤温度20℃，地下水位较低,水质良好，无腐蚀性。
电压等级负荷名称 最大负荷MW穿越功率MW负荷组成％自然 力率 Tmax (h) 线长 (km)近期远期近期远期一级二级三级 110kV 市系1线152060市系2线152025备用20 10kV 棉纺厂12 2.50.7555002棉纺厂22 2.50.7555002印染厂1 1.520.785000 2.5印染厂2 1.520.785000 2.5毛纺厂220.755000 1.5针织厂1 1.50.7545001柴油机厂1 1.520.840002柴油机厂2 1.520.840002橡胶厂1 1.50.7245002市区1 1.520.825001市区2 1.520.825001食品厂 1.2 1.50.840000.5备用1 1.50.78 备用2 1.5 .所址地理位置图（如图1-2所示）。 图1-2 所址地理位置图 - 1 - / 7
地铁牵引供电系统运行仿真的研究 发表时间：2017-10-23T14:11:00.087Z 来源：《电力设备》2017年第17期作者：何涛李培强[导读] 摘要：介绍了地铁牵引供电系统的构成，并阐述了24脉波整流器的工作原理，并基于Matlab/Simulink仿真软件，对系统进行电气建模。所建模型包括牵引变压器、接触网、制动斩波、逆变电路等单元，控制方法采用恒压频比的V/F方法，通过列车在不同的运行状态下，列车牵引电机的转速和牵引变电站的取流的变化规律验证模型的准确性和有效性。 （福建工程学院信息科学与工程学院福建福州 350118） 摘要：介绍了地铁牵引供电系统的构成，并阐述了24脉波整流器的工作原理，并基于Matlab/Simulink仿真软件，对系统进行电气建模。所建模型包括牵引变压器、接触网、制动斩波、逆变电路等单元，控制方法采用恒压频比的V/F方法，通过列车在不同的运行状态下，列车牵引电机的转速和牵引变电站的取流的变化规律验证模型的准确性和有效性。关键词：牵引供电系统；24脉波整流；V/F控制 引言 由于地铁牵引供电系统的特殊性，输电线路以及机车运行方式多样，采取大规模的试验研究方法不仅会消耗大量的财力和物力，而且往往会受各方面因素的制约而难以实施。计算机仿真软件不仅可以降低研发的危险性和开支，还可以模拟试验无法进行的列车运行状态，为研究整个系统提供了有力的支持。 地铁牵引供电系统主要包括：牵引变电所、牵引网和电动车组，其中牵引网由馈电线、接触网、走行轨及回流线等构成。牵引变电所是地铁牵引供电系统的核心，将35KV或者10KV三相高压交流电变成1500V或者750V低压直流电。馈电线将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受电弓与接触网的直接接触而获得电能，走行轨构成牵引供电回路的一部分，回流线将轨道回流引向牵引变电所。 1.地铁牵引供电系统建模 1.1牵引变电所建模 牵引变电站的交直流变换过程是地铁牵引供电系统中的关键环节。它一般采用两台牵引变压器和四台整流器构成整流机组将外部电源接入的中压35KV或者10KV交流电转换成1500V或者750V直流电。本文以地铁牵引供电系统中的10KV等级牵引变压器为例，其连接方式是Dy11d0：将一次侧绕组接成三角形分别移相+7.5°和-7.5°，二次侧绕组分别接成星型和三角形。 目前为了提高直流电的供电质量，尽可能的减少谐波对电网的影响，地铁大多数采用等效12脉波或者24脉波整流器。每台整流变压器由两个6脉波桥式整流器以并联方式来构成12脉波桥式整流器。而24脉波整流器则由两个12脉波整流器并联组成。通过在Matlab/Simulink 环境下建立牵引变压器模型和整流器模型，采用两台整流机组并联运行构成二十四脉波整器，通过牵引变压器空载输出电压可计算整流机组输出的空载直流电压为： Ud-整流机组空载输出电压；p-整流器脉波数；U2-牵引变压器空载输出电压。空载电压波形在一个交流周期内脉动24次，每个波动的间隔为15°。整流机组输出的空载直流电压为825V，与计算所得的输出电压基本相符。 1.2接触网建模 在Matlab/Simulink仿真模型中，一般利用Pi Section Line模块来构建作为直流输电线路的接触网。本文通过改变列车受电弓与牵引变电所之间接触网的阻值来模拟列车的运行动态。 1.3地铁机车及传动系统建模 地铁机车负荷主要包括机车牵引负荷（三相交流牵引电机）、机车辅助负荷、车厢负荷三部分构成。由于机车牵引负荷占总负荷的约80%，因此本文的列车模型以牵引电机为主体，它还包括逆变电路单元、滤波单元、以及制动单元模块。 1.4基于稳态模型的恒压频比的控制策略 基于文章篇幅的限制，本文采用交流电机变频调速最基本的控制方式----恒压频比控制。为了在调速中有效利用电机，在整个调速范围内的电机的气隙磁场都应保持适当的强度。磁场过弱或者过于饱和都不能充分利用电机。三相异步电机定子绕组每相感应感应电动势的有效值为 式中Ψg为气隙磁链。由式（3）可知气隙磁链与Eg/ f1成正比，也就是说只要协调好控制电压和频率便达到控制气隙磁场的目的。本文只考虑基频以下的调速，此刻定子阻抗压降较小时可认定电压幅值Us≈Eg，因此Us/f1=常值时便可近似的认为气隙磁链不变。 2.地铁牵引供电系统仿真模型 地铁牵引变电站的站间距离一般为0.8km-3km左右，机车通过该距离所需要的时间在1min-5min。在此区间内，机车首先启动加速行驶，在达到一定速度时采用惰行方式滑行，最后采用制动方式停车进站。地铁机车在稳态运行时采用双边供电回路，因此基于之前介绍的各个模块单元，通过Matlab/Simulink搭建成电路单元并进行封装，最后组成能够模拟列车稳态运行的直流牵引供电系统。 3.仿真结果及分析 3.1 仿真结果 由于实际情况和研究重点的限制，本文在仿真中做了如下假设：
北交大17春《牵引供电系统》 第二次作业（2018年10月6日----2018年11月6日） 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 铁道电气化牵引供电方式有①、AT方式（自耦变供电）；②、BT方式（吸流变）；③、直供方式。不同的供电方式，需要的变压器是不同的。 ①、在一些老的支线上采用Dy11接线，此种变压器制造简单，运行中会产生 严重的负序分量，容量利用率也低，大约在70%多。后来经过云南变压器厂的改进，虽然提高了容量利用率，但负序问题没有解决；②、为了解决负序问题，就出现了平衡变压器，国外有斯科特和李伯来斯等接线方式。国内有阻抗匹配平衡变压器，后者不仅解决了负序问题，还提高了容量利用率（达100%），高压侧可有中性点引出。但设计和制造复杂，由云南变压器厂制造； ③、目前高铁常用的是220kV比27.5kV的单相变压器。其制造简单、运行可 靠。 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 现在用的比较多的就是带回流线的直接供电方式和AT方式。一般接触网电压不应低于20kv即可。牵引网阻抗主要和接触线规格有关，另外AT方式的阻抗分长回路阻抗和段中阻抗两项。 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 设备容量：该变压器所带的所有用电设备额定容量的和。 计算容量：1、单个用电设备，设备容量与用电负荷存在一个设备效率的差异。 2、针对某一组具体用电设备，每台设备运行时也并不一定运行在额定状态， 必须考虑负载系数的问题；所有的用电设备并非同时运行，这就需要考虑设备的同时系数问题。 3、多个组的用电设备，还存在是否同时运行的因素，因此需要考虑多个组的 同期系数。 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 如果电机的容量大于变压器容量，实际上的物理反应就是变压器绕组过热，时间长了就导致线圈烧毁。 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是
课程设计报告 题目某冶金机械修造厂总降压 变电所一次系统设计 课程名称电力系统分析课程分析 一、概述 (2) 课程设计目的要求 (2) 设计原则 (2) 设计具体内容 (2) 二、设计课题基础资料 (3) 生产任务及车间组成 (3) 设计依据 (3) 本厂负荷性质 (4) 三、负荷计算及无功功率补偿 (4) 负荷计算 (4) 无功功率补偿 (5) 四、变压器台数和容量的选择 (6) 变电所主变压器台数和容量的选择 (6) 车间变压器台数和容量的选择 (7) 五、一次系统主接线方案设计 (7) 六、架空线路的设计 (8) 35kV架空线路的选择 (8) 35kV母线的选择 (8)
总降压变电所10kV侧电缆的选择 (8) 总降压变电所10kV侧母线的选择 (9) 七、短路电流计算 (9) 短路计算的目的 (9) 短路电流计算过程 (9) 八、总降压站的电气主接线图及其设备选择与校验 (11) 电气主接线图 (11) 一次设备的选择与校验 (12) 九、心得体会 (13) 参考文献 (14)
一、概述 课程设计目的要求 目的：通过课程设计进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。 要求：（1）自学供配电系统设计规范，复习电力系统的基本概念和分析方法。 （2）要求初步掌握工程设计的程序和方法，特别是工程中用到的电气制图标准，常用符号，计算公式和编程技巧。 （3）通过独立设计一个工程技术课题，掌握供配电系统的设计方法，学会查询资料，了解电力系统中常用的设备及相关参数。 （4）在设计过程中，要多思考，多分析，对设计计算内容和结果进行整理和总结。 （5)完成《课程设计说明书》及相关的图，可以手写，可以计算机打印。 设计原则 （1）必须遵守国家有关电气的标准规范。 （2）必须严格遵守国家的有关法律、法规、标准。 （3）满足电力系统的基本要求（电能质量、可靠性、经济性、负荷等级） （4）必须从整个地区的电能分配、规划出发，确定整体设计方案。 设计具体内容 该冶金机械厂总降压变电所及高压配电一次系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其基本内容有以下几方面： （1）一次系统主结线方案设计 （2）确定全厂负荷 （3）主变压器容量和台数的选择 （4）选择35kV架空（8km长）输电导线截面积（根据额定电流）计算并说明选择的理由。 （5）画出等值电路简图 （6）画出总降压站的电气主结线图
北交大《牵引供电系统》离线作业2 1.电气化铁道牵引变压器的接线方式有哪些？各有何特点？ 答：常用的有四种接线方式：平衡变压器（阻抗匹配，非阻抗匹配；斯科特（Scoot）接线方式；三相接线方式；单相接线方式； 特点：平衡变压器与斯科特变压器的利用率较高，对系统的不对称影响最低；单相的容量可以很大，但对系统影响较大，三相变压器利用率接近0.79-0.82，制造工艺成熟，质量稳定，有中性点，但对系统的影响较大。 2.当前高速铁路普遍采用的变压器接线方式是哪一种？为什么？ 答：当前高速铁路较多采用单相接线VV方式，大容量单相变压器制造容易，采用220KV 的电源网络，对系统影响可降至最低。 3.变压器的计算容量，校核容量，最大容量，安装容量有何不同？ 答：计算容量：根据列车正常运行密度（年货运量），线路区间状况（区间数），列车运行特征（能耗）等计算条件确定的最小容量； 最大容量：根据列车紧密运行密度（年货运量），线路区间状况（区间数），列车运行特征（能耗）等计算条件下，馈线短时最大工作电流时的容量； 校核容量：利用变压器的过负能力，最大容量与过负荷系数的比值，成为校核容量； 安装容量：根据运行备用方式和校核容量，综合计算容量，最大容量，在产品序列中选取确定的变压器最终容量。 4.变压器的过负荷能力对变压器容量有和影响？ 答：变压器的过负荷能力越强，（即在运行条件下过负荷的倍数大和时间长），变压器校核容量越小。但工程实践中，变压器负荷率一般在0.75是变压器的工作状态最好，功率因数最高，安全性能最稳定，因此实际的变压器都取较大容量，留有足够备用，虽然增加了工程静态投资，建设成本升高，但可最大限度延长变压器使用寿命，已策安全。 5.变压器的备用方式对变压器容量的选择有何影响？当前高速铁路采用的是
DN供电方式牵引供电系统项目设计方案 第2章主接线图设计方案 2.1 供电方案的说明 目前铁路的运力不断加大，电气化铁路的负荷也在不断增加。牵引变电所的设计要求简单实用，所以根据实际的运行要求选择直供加回流的供电方案。我国铁路供电的电压等级主要是110kV高压供电，所以本设计拟采用110kV三相供电。 ,d11。 进线端是两路进线，每路进线选用一台普通三相变压器，其接线方式为Y n 这两台主变压器之间互为备用。主变压器进线是三相110kV ，出线是每相27.5kV(单相供电,其中一相回流)在方案中选择容量合适的主变压器是很重要的，容量过小，容易过负荷；容量过大造成浪费，试运营成本增加。 主变压器的进线是三相进线，两台变压器互为备用。 馈线端是接27.5kV侧直接给接触网供电。低压侧采用单母线分段，四条馈线接辅助母线互为100%备用。在方案确定后紧接着要做的工作就是设计并确定主接线图。主接线图的设计会把这些设计思想反映在接线和设备的选用上。然后根据主接线图进行有关计算，最后选定高压设备[3]。 图2-1 带回流线的直接供电方式示意图
2.2 主接线图方案的设计 在进行主接线图设计之前，我参考了有关牵引变电所设计方案，争取把比较完整，比较先进的主接线设计方案运用在该设计中。对该设计中的主接线图的说明主要如下：该变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选出的一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。该变电所的电气主接线包括110kV高压侧、27.5kV低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。电气主结线的基本结线形式有单母线接线，双母线接线，桥形结线和简单分支接接线。在该主接线图中，低压侧用了单母线分段（图2-2）。 图2-2 单母线分段示意图
届毕业生 毕业设计说明书题目：某机械厂供配电系统设计 院系名称：电气工程学院专业班级： 学生姓名：学号： 指导教师：教师职称：讲师 20年 6月 6日
目次 1 概述 0 1.1 国内外发展现状 0 1.2 供配电系统的研究意义 0 1.3 研究的内容 (1) 2 负荷计算及无功补偿 (1) 2.1 电力负荷的类型 (1) 2.2 负荷计算 (1) 2.3 无功功率补偿 (4) 3 变电所主变压器选择和主接线方案选择 (5) 3.1 变电所主变压器的选择 (5) 3.2 主接线方案设计 (6) 3.3 厂区规划图 (7) 4 短路电流的计算 (7) 4.1 短路电流计算的基本公式 (7) 4.2 电抗标幺值的计算公式 (7) 4.3 确定基准值、计算电抗标幺值 (8) 5 高、低压电气设备的选择与校验 (9) 5.1 高压设备的选择与校验 (10) 5.2 低压设备的选择与校验 (11) 5.3 母线的选择 (12) 5.4 导线的选择 (12) 6 继电保护的整定与计算 (13) 6.1 高压线路的继电保护 (13) 6.2 电力变压器的继电保护 (14) 7 防雷和接地装置 (14) 7.1 防雷 (14) 7.2 接地装置 (14) 7.3 防雷措施 (16) 结论 (16) 致谢 (17) 参考文献 (17) 附录A 电气主接线图 (19)
1 概述 1.1 国内外发展现状 现代大中型工厂供配电系统的电气主接线和运行方式都比较复杂，各种电气设备的数量和种类也比较多，随着经济和现代工业建设的迅速发展，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。 供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成环节。它由总降压变电所、高压配电所、车间变电所、配电线路以及用电设备组成。在小型工厂中，电能先经过高压配电所，然后经过变压器降压，低压配电线路将车间变电所的电能送到各低压用电设备。 在我国，供配电的建设未能得到重视，资金短缺，技术性能落后，另外供配电技术环节形成电力需求与供配电设施不协调的局面。随着人们生产活动的日渐增多，工厂对电能的需求也在日益增加，作为评估电能质量的相关指标，例如电能的可靠性、电能的经济状况、电能的质量等指标也随之有待提高。 1.2 供配电系统的研究意义 现如今，电能已经成为人们生活中不可或缺的能源和生活工具，其在工业生产，生活的各个领域中获得了广泛应用，为人们提供更加舒适便捷的工作环境和生活环境创造了条件。电力是现代事业发展的主要能源和动力，没有电力可以说就没有国有经济的现代化。现代的生活都离不开电力，都是建立在电气的基础上。因此，电力供应如果中断，将会给现代的发展带来严重的影响。譬如那些对可靠性有有很高要求的企业，即使工厂中设备停电的时间极短，也能引起工厂中严重的事故发生，轻则把电气设备烧坏，重则威胁到人身安全，故而，必须认真做好达到系统供电要求，切实保证电力系统的正常运行，更好地发展生产，实现过程的全部自动化。 要切实保障生产和日常社会生活的需求，就必须做好工厂供电系统的工作，在确保可靠供电的前提下，考虑并努力做好节能减排工作，实现高效，优质供电供电部门必须做到以下几点：
电力系统毕业论文 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
摘要 电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一，它的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用。 我国电力系统发展很快，电网及变电站运行的自动化水平也有了大幅度提高，一些变电站实现了无人值班运行但是变电运行的管理水平还基本停留在传统的模式上。如何使变电生产管理与变电运行紧密结合，使变电管理自动化水平与变电运行自动化发展相适应，已经成为电网发展的重要内容。本文阐述了电力系统的组成、规模、发展历程以及它对各个生产领域所产生的重大意义及其各个状态的分析；同时对君正热电发电厂的电气部分、动力部分、电气设备的基本原理与构造进行了详细介绍。从中我们可以看出，在目前世界大发展的前提下，我电力行业面向国际，面向未来的发展要求越发明确。我电力行业迫切需要就“改善发电系统结构，提高输电效率，保证用电质量，加速发展水，风，核电的建设等方面”展开发展。中国能源结构以煤为主体，清洁能源的比重偏低。大力发展新能源，不仅可以优化能源供应结构，促进能源资源节约，提高能源转化效率，而且能够带动产业结构的优化，有利于国民经济的可持续发展。 关键词：电力系统，安全运行，状态分析，动力部分，电气部分，电气设备。 目录
第一章绪论 本文对电力系统的发展历程及各组成部分的功能进行了详述，主要以君正热电的电力系统为例展开描述。 电力系统发展历程 电力系统的出现推动了社会各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力是当今世界最为广泛、地位最为重要的能源。初期，由小容量发电机单独供电的供电系统称为住户式供电系统。白炽灯发明后，出现了中心电站式供电系统。到19世纪90年代，三项交流系统研制成功。20世纪以后，电力系统规模迅速增长。 电力系统状态分析 1.2.1 稳态分析 主要研究电力系统稳定运行的性能，主要包括有功和无功功率的平衡，网络节点电压和支路功率的分布等。潮流计算可以安全可靠的运行方式，给出电力网的功率损耗，也可以用于电力网事故预想等。 1.2.2 其它状态分析 电力系统故障分析、暂态分析，电磁暂态过程分析及机电暂态过程的分析等。这些状态分析促进了电力系统的安全可靠、经济合理的运行。