电气化铁道供电系统与设计-课程设计指导手册(自动化学院)

电气1204供配电课程设计指导书与任务书供配电技术课程设计指导书与任务书指导教师：翁志远2021.6月11、课程设计目的工厂供电课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《供配电技术》课程后，进行的一次综合设计。

其目的在于加深对供配电技术的理解，掌握工厂供配电技术初步的工程设计能力和分析解决供配电技术问题的能力；提高学生在供配电技术应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以致用的原则。

学生通过查阅资料、负荷计算及无功补偿、变电所主变压器选择及主结线方案的确定、短路电流的计算和电气设备的选择与校验、防雷接地设计、资料整理等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能；熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。

2、课程设计要求课程设计应充分体现“教师指导下的以学生为中心”的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。

根据课程设计具体课题安排时间，分小组进行。

根据合理的进度安排，一步一步、踏踏实实地开展课程设计活动，按时完成每部分工作。

课程设计集中在教室进行，每天由班长负责考勤，指导教师抽查。

在课程设计过程中，坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。

3、课程设计时间及进度安排课程设计集中在一周（5天）进行。

为保证达到预计的教学任务及目的，以小组为单位分别进行资料的收集、方案论证、负荷计算及无功补偿、变电所主变选择及主结线方案的确定、短路电流的计算和电气设备的选择与校验、防雷接地设计。

具体进度及要求安排如下：时间内容布置课题，准备设计资料及熟悉课题方案论证、分析、讨论确定车间的计算负荷第2天确定车间变电所的变压器台数、容量及主结线方案及短路电流计算第3天高低压电气设备和导线的选择及防雷设计确定车间配电支干线、干线及配电箱的计算负荷选择导线的截面和型号绘制车间配电系统图及平面图 2第1天第4天第5天整理资料、写课程设计报告递交课程设计报告、总结 4、课程设计内容课程设计的主要内容有：负荷计算和无功功率补偿、变电所主变压器台数和容量的选择、变电配所位置的选择、变配电所主结线方案的设计、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、供电系统的过电流保护、二次回路接线的设计与安装、供配电线路的设计计算、防雷保护设计。

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 12 月 30 日一 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 、B 两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示：图1 牵引供电系统示意图表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 ） 320 右臂负荷全日有效值（A ） 290 左臂短时最大负荷（A ） 410 右臂短时最大负荷（A ） 360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%电力系统1、2容量分别为250MVA 和200MVA ，选取基准容量j S 为200MVA ，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0.13和0.15；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合标幺值分别为0.15和0.17。

图1中，1L 、2L 、3L 长度为25km 、40km 、20km ，线路平均正序电抗1X 为0.4Ω/km,平均零序电抗0X 为1.2Ω/km 。

SYSTEM2SYSTEM1L1L2L3B A二 设计方案简述本课程设计较系统的阐明了牵引变电所B 设计的基本方法和步骤。

重点在于对牵引变压器的容量计算、牵引变压器的选择和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。

三 牵引变压器的计算3.1牵引变压器容量的计算3.1.1牵引变压器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： )65.02(21x x t I I U K S +=（kVA ） (1) 将1x I =320A ，2x I =290A , t K =0.9，U =27.5kV 代入(1)可求得：S=20505.375（kVA ）max max (20.65)b t a bx S K U I I =+（kVA ）(2)将max a I =410A ，bx I =290A 代入（2）可以求得：max S b =24960.375（kVA ）为满足铁路运输的不断发展，牵引变压器留有一定余量，预计中期牵引负荷增长40%。

摘要本毕业设计介绍了电气化铁道供变电技术，以交流电气化铁道为重点，加强了对牵引供电系统的认识。

牵引供电系统又以牵引变电所为重点，介绍了供电系统一次设备和二次电气设备，对变电所一次电气设备的构成、类型、工作原理做了一定的介绍；对变电所的二次装置的构成、工作原理进行了比较详细的介绍。

本设计主要以电力牵引供变电系统为主，对其结构特点进行系统分析，包括主电路、控制电路、计量回路。

事故预告，报警回路；高低压电器等。

同时对电力牵引供变电系统供电方式的特点进行分析，对典型故障案例进行深入分析，提出解决方案，包括组织流程、安全、技术、处理措施。

本设计书还对接触网和牵引变电所倒闸部分进行了分析，更便于掌握牵引变电所的运行状态。

关键词：交流电气化设备供电系统供电方式结构特点ABSTRACTThe graduation design specification introduces electrified railway for substation technology, with ac electrified railway as the key point, to strengthen the understanding of the traction power supply system. Traction power supply system and focusing on traction substation, this paper introduces a power supply system and the secondary electrical equipment, equipment for substation once electrical equipment structure, type, principle of work done some introduction; The second device for substation structure, working principle are detailed introduced. This design is mainly for electric traction substation system is given priority to, on the structure characteristic of system analysis, including the main circuit and control circuit, measurement circuit. The accident forecast, alarm circuit, high and low voltage electric apparatus, etc. At the same time on the electric traction substation system for the power-supply modes, analyzes the characteristic of typical fault cases analysis, and proposes the solutions, including organizational processes, safety, technology, handling measures. This proponent of catenary and traction substation pour brake parts are analyzed, more facilitate master traction substation operation.Key words: Ac electrified equipment power supply system Power-supply modes Structure characteristics目录1 电力牵引供电系统概述 (1)1.1电力牵引特点 (1)1.2电力系统简介 (1)1.3牵引供变电系统的组成 (2)1.4牵引供电方式 (4)1.5接触网 (8)2 牵引变电所电气主接线 (11)2.1电气主接线概述 (11)2.2牵引变电所110kv侧的电气主接线 (11)3 牵引供电系统主要电气设备 (15)3.1电气设备的概述 (15)3.2牵引变压器 (15)3.2.1变压器的分类 (15)3.2.2油侵式电力变压器结构，构成部件的作用。

课程设计指导书（电气工程及其自动化专业适用）2006版电气信息学院编印目录第1章《电力电子学》课程设计 (1)第2章《电力工程》课程设计 (4)第3章《电气控制与PLC》课程设计 (8)第4章《电机设计》课程设计 (12)第5章《单片机》课程设计 (15)第1章《电力电子学》课程设计1.1电力电子学课程设计的教学目的及要求本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一。

本课程设计的任务是培养学生综合运用《电力电子学》、《模拟电子技术》和《电机学》所学知识分析、解决工程或科研实际问题的能力。

其目的是巩固学生所学知识的同时，提高学生的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。

在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主动性与创造性，在老师的指导下联系实际、掌握正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应符合规定。

根据要求设计出实际可行的电路，并计算电路中所用元器件的参数，确定其规格型号；课程设计说明书要求整洁、完备、内容正确、概念清楚、文字通畅，并绘制出相应的电路图，符合规范。

1.2设计题目●卷纸机不可逆调速系统的可控直流电源设计。

●电力机车可控直流电源设计。

●数控车床可控直流电源设计。

1.3 设计的任务及主要步骤1.3.1 卷纸机不可逆调速系统的可控直流电源设计a) 原始数据：P=7.5kW，U ed=220V，I ed=40.8A，n=1480r/min，R a=0.25Ω，L M=14mH，λ=1.5。

b)设计内容及要求：（参见后面详细要求）。

1.3.2 电力机车可控直流电源的设计a) 原始数据：P=10KW，U ed=220V，I ed=55A，n=1500r/min，R a=0.5Ω，L M=3mH，λ=1.5。

b)内容及要求：（参见后面详细要求）。

1.3.3 数控车床可控直流电源设计a) 原始数据：P=7.5KW，U ed=220V，I ed=41.3A，n=1000r/min，R a=0.65Ω，L M=7mH，λ=1.5。

电气化铁道供电系统与设计课程设计指导手册自动化学院《电气化铁道供电系统与设计》课程设计指导手册兰州交通大学自动化学院电气工程系-6-18电气化铁道供电系统与设计课程设计学院：自动化学院适用专业：电气工程及其自动化课程设计名称：电气化铁道供电系统课程设计课程代码：0508941学分数：1 学时数：16一、课程设计目的本课程设计是学生在学完《电气化铁道供电系统与设计》课程之后、进行的一个综合性的教学实践环节。

经过本课程设计一方面使学生获得综合运用学过的知识进行牵引变电所主接线设计和电气设备选型的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

经过本课程设计，学生能运用电气基础课程中的基本理论和实践知识，正确地解决牵引变电所的电气主接线设计等问题。

经过牵引变电所的电气主接线设计的训练，提高电气设计能力，学会使用相关的手册及图册资料：1、掌握牵引变压器容量计算的基本方法能够根据牵引负荷的大小正确计算牵引变压器的计算容量、校核容量和安装容量。

2、掌握牵引变电所110kV侧主接线设计的基本方法能够根据牵引变电所在牵引供电系统中的重要性，正确在电气主接线的四种接线形式中进行选择，做出110kV侧主接线的设计。

3、掌握牵引变压器型号选择的基本方法能够根据变压器的容量和牵引网向电力机车的供电方式正确选择牵引变压器的型号。

4、掌握牵引变电所馈线侧主接线设计的基本方法能够根据牵引变电所向接触网的供电方式，正确进行馈线数目、备用方式和接线形式的和设计。

5、掌握牵引变电所主接线中电气设备选型的基本方法能够正确对主接线中电气设备某两种，如：断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，避雷器，自用电变压器，地方负荷用变压器等进行正确选型。

二、课程设计的要求学生要按照课程设计指导书的要求，根据题目所给原始参数进行设计。

本课程设计的基本步骤是：1、分析问题及解决方案框架确定2、牵引变压器容量计算正确进行牵引变压器的计算容量、校核容量和安装容量的计算。

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班级：电气084班学号：20080930姓名：指导教师：王果评语：2011年07 月17日1 题目某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的四个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为15000kVA （三相变压器），并以10kV 电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为1200kVA ，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25kV 回路（1路备）：两方向年货运量与供电距离分别为503211⨯=L Q Mt ·km ，254022⨯=L Q Mt ·km ，q ∆=100kWh/10kt ·km 。

10kV 共4回路（2路备）。

供电电源由系统区域变电所以双回路110kV 输送线供电。

本变电所位于电气化铁路的终端，送电线距离25km ，主变压器为三相V ，v 接线。

2 题目分析及解决方案框架确定2.1 分析负荷及原始资料由上述资料可知，本牵引变电所担负着重要的牵引负荷供电任务（一级负荷）、馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。

10kV 地区负荷主要为编组站自动化驼峰、信号自动闭塞、照明及其它自动装置等一部分为一级负荷、其他包括机务段在内均为二级负荷，应有足够可靠性的要求。

本变电所为终端(分接式)变电所，一次侧无通过功率。

2.2 牵引变压器台数和容量的选择三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的。

本变电所考虑为固定备用方式，按故障检修时的需要，应设两台牵引用主变压器，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。

根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与台数的选择，有以下方案：方案：2×15000kV A 三相V ，v 接线牵引变压器+2×6300 kV A 地区变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，（110千伏变压器最小容量为6300 kV A ）。

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班级：电气***学号： **********姓名： **** **指导教师： ******2011 年 07 月 18 日目录1、题目 (1)2 题目分析及解决方案框架确定 (1)3 设计过程 (2)3.1 牵引变电所110kV侧主接线设计 (2)3.2 牵引变压器主接线设计 (3)3.3 牵引变电所馈线侧主接线设计 (4)3.3.1 55kV侧馈线的接线方式 (4)3.3.2动力变压器及其自用电变压器接线 (5)3.4 绘制电气主结线图 (6)3.5 牵引变压器容量计算 (6)3.6 牵引变压器类型选择 (8)3.7导线选择 (8)3.7.1 室外110kV进线侧母线的选择 (9)3.7.2 室外27.5kV进线侧母线的选择 (10)3.7.3 室外10kV馈线侧母线的选择 (10)3.8 开关设备的选择 (10)3.8.1 高压断路器的选择 (10)3.8.2 高压熔断器的选择 (12)3.8.3 隔离开关的选择 (13)3.9 仪用互感器的选择 (13)3.9.1电流互感器的选择 (13)3.9.2电压互感器的选择及作用 (14)4 小结 (14)参考文献 (15)附表1 钢芯铝绞线的物理参数及载流量 (16)附图1 牵引变电所电气主结线图 (17)AT供电方式下斯科特接线牵引变电所设计1、题目某牵引变电所戊采用AT供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，SCOTT接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如表1所示。

本次设计主要做了变电所AT供电方式下，从电源进线到向供电臂供电的所有接线设计和此种接线方式下变电所的容量计算。

2 题目分析及解决方案框架确定分析题目提供的资料可知，该牵引变电所要担负向区段安全可靠的供电任务，题目要求采用110/55kV、SCOTT接线牵引变压器，AT供电方式向复线区段供电的方式，此供电方式可减轻对邻近通信线路的干扰影响，大大降低牵引网中的电压损失，扩大牵引变电所间隔，减少牵引变电所的数目。

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：1. 题目某牵引变电所丙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V-v接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如表1所示。

表1 已知参数供电臂供电臂长度km端子平均电流A有效电流A 短路电流A 穿越电流A左臂21.9 β238 318 917 206右臂24.7 α184 266 1052 2172. 题目分析及解决方案框架确定在设计过程中，先按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，然后按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变压器过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。

这是为确保牵引变压器安全运行所必须的容量。

最后计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式等），然后按实际系列产品的规格选定牵引的台数和容量，称为安装容量或设计容量。

然后再变压器型号的基础之上，选取室外110kV侧母线，室外27.5kV侧母线以及室外10kV侧母线的型号。

三相V,v结线牵引变压器是近年新研制的产品，它是将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内组成的。

三相V-v结线牵引变电所中装设两台V，v 结线牵引变压器，一台运行，一台固定备用。

三相V-v结线牵引变电所不但保持了单相V-v结线牵引变电所的牵引变压器容量得到充分利用，可供应牵引变电所自用电和地区三相负载，主接线较简单，设备较少，投资较省，对电力系统的负须影响比单线小，对接触网的供电可实现双边供电等优点，最可取的是，解决了单相V-v结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。

考虑到V-v接线中装有两台变压器的特点，在确定110kV侧主接线时我们采用桥形接线。

按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。

电气化铁道供电系统与设计教学大纲Electrified Railway Power Supply System and Design课程代号：0517931适用专业：电气工程及其自动化学时数：24执笔者：编写日期：20 年月一、课程的性质和目的电气化铁道供电系统与设计是电气工程及其自动化专业主干专业课程之一。

本课程从实际需要出发，全面系统地介绍了电气化铁道牵引供电系统的结构，牵引变电所的类型，供电方式的种类及特点，牵引供电系统主接线及其特点，供电接触网组成及维护，供电网绝缘电分相与过分相技术，铁道供电系统保护及远动控制，铁道供电系统防雷接地，铁道供电系统的仿真研究及其智能测试，电气化铁道牵引供电设计的内容以及运行分析的知识。

通过本课程的学习，使同学们能够进行牵引供变电系统的工程设计，保证牵引供电系统的可靠运行。

二、课程的基本要求1、熟悉电气化铁道牵引供电系统的结构2、掌握电气主结线及其特点3、掌握供电接触网组成及维护4、掌握供电网绝缘电分相与过分相技术5、掌握铁道供电系统保护及远动控制6、掌握高压设备测试，铁道供电系统防雷接地7、掌握铁道供电系统的仿真研究及其智能测试三、主要内容与学时分配第一章电气化铁道供电系统结构及其运行方式（5 学时）第一节电气化铁道供电系统及供电方式（3学时）第二节牵引变电所电气主接线及其运行（2 学时）第二章铁道供电接触网构成及维护（4 学时）第一节高速电气化铁路接触网构成（1 学时）第二节张力补偿装置（1 学时）第三节中心锚结（1 学时）第四节电分相及自动过分相技术（2 学时）第三章电气化铁道供电系统保护及远动控制（4 学时）第一节交流牵引网保护（1 学时）第二节牵引变压器保护（1 学时）第三节牵引供电远动系统（2 学时）第四章铁道供电系统的仿真研究及其智能测试（4 学时）第一节高速铁路接触网与检测（2 学时）第二节高速铁路牵引变电所与检测（2 学时）第五章铁道供电系统的绝缘水平及防雷接地措施（4 学时）第一节高电压绝缘电气特性（1 学时）第二节高电压绝缘试验（1 学时）第三节雷电的参数及防雷基本措施（1 学时）第四节牵引供电系统的防雷保护（1 学时）第六章铁道供电系统参观及现场实践环节（2 学时）四、本课程与其它课程的联系与分工先修课程：《电力系统分析》、《电气工程基础》、《电机学》等后修课程：五、建议教材与教学参考书[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] 中铁电气化局集团有限公司第一电气试验室.铁路电力牵引供电系统电气设备调试技术[M].北京:中国铁道出版社.2013.[3] 铁道部劳动和卫生司,北京交通大学,西南交通大学.高等职业教育电气化铁道供电专业教学指导方案[M].北京:中国铁道出版社.2008.[4] 贺威俊.轨道交通牵引供变电技术[M].成都:西南交通大学出版社.2011.[5] 本书编委会.电气化铁道供电专业实训指导书[M].北京:中国铁道出版社.[6] 吴广宁.电气化铁道高电压工程[M].北京:中国铁道出版社.2011.[7] 吴广宁,曹晓斌,李瑞芳.轨道交通供电系统的防雷与接地[M].北京:科学出版社.2011.[8] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册-牵引供电系统[M]. 北京:中国铁道出版社,1988.[9] 铁道部电气化工程局第一工程处.电气化铁道施工手册-牵引变电所[M].北京:中国铁道出版社,2000.。