电气化铁道供电1

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告
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2010 年 11 月 18 日
自动化与电气工程学院
电气化铁道供电系统与设计
一、 题目
某牵引变电所甲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，三相平衡接线，两供电臂电流归算到 27.5kV 测电流如下表所示。 表 1 牵引变电所甲电流参数表
3.6 电流互感器型号选择
1） 高压侧电流互感器
对于高压侧采用三相式电流互感器，对每一相进行电量的提取与转换。本题选择 LRGB-110kVW2（电容型，全干式包扎绝缘，带保护级绕组Ⅱ级污秽等级 110kV 的
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电流互感器） 。
2）低压侧电流互感器
低压 27.5kV 侧采用两线圈式电流互感器， 选择 LZZBJ-27.5(GYW1)型电流互感器。
牵引变电所 甲 供电臂 长度 km 24.6 20.4 端子 β α 平均电流 A 282 240 有效电流 A 363 319 短路电流 A 1023 874 穿越电流 A 202 154
二、 题目分析及解决方案框架确定
2.1 计算牵引变压器的容量
主变压器采用非阻抗匹配 YN， 器，它是 YN， 结线平衡变压器为牵引变电所的主牵引变压
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三、设计过程
3.1 牵引变电所 220kV 侧主接线设计
依据该牵引变电所负荷等级，要求两路电源进线，因有系统功率穿越，属通过式 变电所，220kV侧采用图2所示的单母线分段接线。若考虑经济运行也可采用图3所示 的外桥接线。 此设计中着重考虑满足供电的可靠性和运行操作中的安全、 灵活及便利， 因此采用单母线分段接线。
式中，������ = ������β X ������α X ；������α X 、������β X 为������、������ 供电臂的有效电流。 ② 确定校核容量─按列车紧密运行的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷 能力所计算的容量。 ������bmax = 3
2 3+1
������������α max
2）低压侧隔离开关
低 压 侧 的 隔 离 开 关 只 需 防 污 式 ， 无 需 接 地 式 ， 以 27.5kV 为 标 准 ， 选 择 GW4-27.5(W)/1250。适用于频率为 50Hz，额定电压为 27.5kV，额定电流为 1250A 的 铁道电气化线路中，作为有电压无负荷时分合电路用，也供铁道自动闭塞信事情装置 时使用。 并可单级使用。 隔离开关配用 CS11、 CS14 型手力操动机构， 并与 CJ2、 CJ5、 CJ6、CJ11 免维护系列电动操动机构组合，特别适合电力系统和电气化铁路领域对远 距离分、合的需要。
2.2 牵引变电所其它设备的选择
牵引变电所的主要设备除牵引变压器外， 主要有断路器， 隔离开关， 电压互感器， 电流互感器以及母线等。 在设计中要根据牵引变电所的电流参数值等来选择所需设备 的型号。
2.3 画出牵引变电所的主接线图
牵引变电所的主接线由电源侧、主变压器、牵引侧三部分主接线组成。而电气主 接线是指由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电力电缆、移相 电容器等高压一次设备， 按照工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所 的电器主接线图。
1）牵引变压器的计算容量
在（1）式中，将������ = 27.5kV，������α X = 319A，������β 代入得：������ = 20752kVA
X
=363A，������ = ������������������ ������α X = 1.14，
2）牵引变压器的校核容量
在（2）式中，将������α max = 874A，������β max = 1023A，������ = ������β max ������α max = 1.17，代入 得：������bmax = 47779kVA ，取变压器的过负荷倍数������ = 1.5，即可得校核容量 ������校 = ������bmax = 31853kVA ������
0.2(0.5)/3P(3P) 二次负载
3.8 母线型号的选择
1）室外 110kV 进线侧母线的选择
室外 110kV 进线侧的母线为软母线,且每段负荷不同,母线截面可采取相同截面， 以按最大长期工作电流方式来选择为宜。 设计中三相双绕组牵引变压器的选择型号为
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结线平衡变压器取λ =1 的特例，不需要专门进行阻抗匹配，绕组
布置较容易，设计制造方便，其绕组结线示意图如图 1 所示。
图 1 绕组结线示意图
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为了经济合理的选择变压器容量，计算分为以下步骤： ① 确定计算容量─按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的 最小容量。 ������ = 2 3+1 +2 ∙ =3
SF1-40000/110。母线的最大长期工作电流可按变压器过载 1.3 倍考虑。 经计算：
������cmax = 1.3 × 40000/110 × 3 = 273(A)
查得钢芯铝绞线(LGJ-95)的允许载流量为 335A(基准环境温度为 25℃时)，符合 式子������cmax ≤ ������������yx (������ = 1) 式中， ������cmax 表示通过导线的最大持续电流， ������yx 表示对于额定环境温度,允许 电流，������ 为温度修正系数。 故初步确定 110kV 进线侧的母线选用截面积为 95mm2 的钢芯铝绞线(GJ-95)。
3）牵引变压器的安装容量
根据（1） 、 （2）计算出的计算容量和校核容量，选择两者中的较大者，并按照所 采用的备用方式，参考变压器的系列产品（额定容量优先数为 R10 系列，即 10000， 2,100,1600,20000,52000,31500,40000,50000,36000,80000,100000（kVA）等） ，取 牵引变压器安装容量为 2×40MVA。
4）变压器的主接线图
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图 7 变压器的接线图
3.4 断路器的型号选择
1） 高压侧断路器
在主变压器应配有断路器和互感器进行配合保护与倒闸操作，则高压 110kV 侧 选择 LW-110 型户外高压六氟化硫断路器，该型断路器为户外三相交流 50Hz 高压输 变电设备,可以用于切合额定电流、故障电流及转换线路,从而实现对输变电系统的保 护、 控制及操作。 该断路器是以 SF6 气体作为灭弧和绝缘介质,配一台气动操作机构, 由压缩空气进行分闸,弹簧力进行合闸。其主要技术参数如下表 2 所示： 表2 额定电压 额定短路开断电流 额定短时耐受电流 额定峰值耐受电流 LW-110 型户外高压六氟化硫断路器主要技术参数 110kV 40kA 40kA 100kA 额定电流 额定短路关合电流 额定短路持续时间 近区故障开断电流 3150A 100kA 4s 75% 、 90% 额 定 短路开断电流
如图 6 所示。一般每 2 至 4 条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器 可代替任一馈线断路器工作。 这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合， 以减少备用断路器的数量。
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图 6 带旁路母线和旁路断路器的接线
3.3 牵引变压器容量计算
2 3+1
������ ∙
������α X 3 2
4 + ������2 + 1 + ������2 + 1 + 4������2
3
3+1
������ ∙ ������aX 1 + ������ （1）
������������α X
4 + ������2 + 1 + ������2 + 1 + 4������2 + 2 3 1 + ������
4 + ������2 + 1 + ������2 + 1 + 4������2 + 2 3 1 + ������
（2）
式中， ������ = ������β max ������α max 为������ 、 ������ 供电臂最大电流之比； ������α max 、������β max 分别为������、������ 供电臂最大电流。 ③ 确定安装容量─在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按 其系列产品的规格确定牵引变压器台数与容量。
ZN42-27.5 系列真空断路器主要技术参数 最高运行电压 额定电流 额定短路关合电流 额定峰值耐受电流 31.4kV 1250A 63kA 63kA
27.5kV 50Hz 25kA 25kA
3.5 隔离开关型号选择
1）高压侧隔离开关
高压侧的隔离开关分为接地式与防污式隔离开关，以 110kV 为标准，选择 GW4-110(D)/1250 和 GW4-110(W)/1250 两种类型隔离开关，其主要技术指标如下表 4 所示。 表 4 GW22-126(D)(W)/1250 型隔离开关主要技术参数 额定电压 额定电流 额定动稳定电流 雷电冲击耐压 110kV 1250A 20kA 259kV 最高运行电压 额定热稳定时间 1min 工频耐压 爬电距离 126kV 3s 95kV 2750mm
0.2(0.5)/3P(3P) 二次负载
2）低压侧电压互感器