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地铁牵引供电系统设计The Design of Subway Power SupplySystem摘要牵引供电系统是城市轨道交通系统中最为重要的基础能源设施，其功能是为轨道交通系统中的电力车辆供电，确保轨道交通列车车辆的正常运行。
通过对供电方案的比较，**地铁供电系统采用集中供电方式，系统包含电业局地区变电所与轨道交通主变电所之间的输电线路、轨道交通供电系统内部牵引降压输配电网络、直流牵引供电网和车站低压配电网；牵引供电系统由主变电所、高压/中压供电网络、牵引供电系统、电力监控系统、接触网系统、杂散电流防护和接地系统、供电车间等组成。
轨道交通供电系统的主要功能如下：接受、分配电能：主变电所的主变压器将110KV高压电变换成20KV中压电、20KV 供电网络将电能分配到每一个车站和车辆段内的牵引变电所和降压变电所。
关键字：集中供电方式牵引变电所DC1500V接触轨20kV中压AbstractTraction power supply system of urban rail transit system is the most important basic energy facilities, its function is providing power for rail transit system, ensure the normal operation of rail transit vehicle. Through the comparison of the power supply scheme, shijiazhuang metro power system uses centralized power supply mode, system contains the transmission lines between area substation and rail traffic main substation, Traction step-down power transmission and distribution network of rail transport power supply system, DC traction supply network and station low voltage distribution network; tractive power supply system is composed of main substation, high-pressure/medium voltage power supply network, tractive power supply system, electric power monitoring and management system, overhead contact system, stray current protection and grounding system, Power supply workshop and so on. The main function of rail transport power supply system is in the below:Accept, distribution of the main substation power: main transformer will convert to a 20KV 110 kv high-voltage power supply network in 20KV piezoelectric, energy allocated to each station and maximize the traction substation and step-down in substation.Key words: entralized power supply system traction substation DC1500V contact rail 20kV medium voltage目录第1章绪论 (4)1.1 供电系统的功能 (4)1.2 供电系统的构成 (5)1.3 供电系统电磁兼容 (6)第2章电源与主变电所 (7)2.1 电源 (7)2.2 主变电所 (9)2.3 中压供电网路 (10)第3章牵引供电系统 (11)3.1 牵引供电运行方式 (11)3.2 牵引供电系统保护 (14)3.3 牵引变电所 (18)3.4 牵引网 (21)第4章杂散电流 (22)4.1 概述 (23)4.2 杂散电流的产生 (23)4.3 杂散电流的防护 (23)第5章牵引供电计算 (24)5.1 概述 (24)5.2 平均运量法 (25)5.3 用平均运量法对罗家庄牵引变电所的计算 (26)第6章直流短路计算 (29)6.1 概述 (29)6.2 电路图法 (30)6.3 对罗家庄站两边的供电区间进行短路计算 (32)第7章结论 (34)参考文献 (35)谢辞.................................................................................... 错误!未定义书签。
电力及电力牵引供电工程施工方案1.1.电力工程施工方案1.1.1.电力工程概况电力工程子系统主要由从国家电网变电站接引的高压10kV电源线路、经铁路变配电所、沿线两路全电缆10kV电力贯通线路、站区高压电力线路、各配电所10kV电源构成10kV 高压供电系统；车站各10/0.4kV变电所、箱式变电站、动力配线、室外照明、电气设备防雷接地、机电设备监控及火灾自动报警系统等构成本线低压供电系统。
本工程内共有高压贯通电缆311公里；新建电力配电所3座；箱式变电站52座；站房综合变电所3座；信号楼专用10/0.4kV变电所3座；锅炉房变电所4座。
10kV外电源电缆线路47公里，其中架空线路30条公里。
区间设备由电力贯通线路供电。
主要工程数量见表2.3.6-1。
表2.3.6-1主要工程数量表1.1.2.电力工程施工组织安排⑴架子队伍安排本工程共安排2个电力工程架子队负责全线电力工程施工。
电力施工架子一队设置120人，负责（DK0+000～DK71+782）范围内所有电力工程施工。
电力施工架子二队设置120人，负责(DK71+782～DK135+050）范围内所有电力工程施工。
⑵主要施工设备配备电力施工机械、试验仪器按满足工程的质量、安全、工期的要求，在数量上充足并留有余地，性能上能满足质量要求并设备组合合理的原则。
根据施工进度计划、主要施工方案、工程量的划分来配备施工机械。
1.1.3.电力工程施工方案结合站前节点工期和现场情况，与站前单位密切联系，编制施工进度计划。
电力施工分以下几个阶段：第一阶段：施工准备及接口检查。
在施工前期，管理人员、部分技术人员和协调人员进场，进行驻地建设，组织各子系统专业技术人员进行设计联络、配合站前工程预留接口及确认验收。
在施工现场具备进场条件之后，相关专业技术人员和作业人员马上进场，组织材料设备、施工机具仪表进场，并进行图纸审核和人员培训等技术准备，同时进行现场复测。
第二阶段：区间电力电缆及电源架空线路施工电力电缆施工方面：因贯通电缆主要工程量在桥上、路基上敷设，预先组织技术人员进行现场测量，根据接地位置预留和电缆预留槽位置进行电缆配盘设计。
电力牵引供电系统课程设计目录1 设计原始题目 (1)1.1具体题目 (1)1.2要完成的内容 (1)2 设计课题的计算与分析 (1)2.1计算的意义 (1)2.2牵引变压器容量计算 (2)2.3牵引变压器类型选择 (3)3. 牵引变电所设计 (4)3.1引变电所110kV侧主接线设计 (4)3.2牵引压器主接线设计 (4)3.3牵引变电所馈线侧主接线设计 (5)4 小结 (8)参考文献 (8)附表牵引变电所电气主结线图 (9)1 设计原始题目1.1 具体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。
表1具体设计参数牵引变电所供电臂长度km端子平均电流A 有效电流A 短路电流A 穿越电流A戊24.3 β212 298 1079 1929.6 α92 165 605 150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形式与其所对应的接线方式下变电所的容量设计计算。
1.2 要完成的内容该牵引变电所的主要设计内容如下：(1) 所110kV侧的接线设计。
(2) 牵引变电所馈线侧主接线设计。
(3) 确定电气主结线。
(4) 牵引变压器安装容量计算及选择。
(5) 短路电流计算。
(6) 母线（导体）和主要一次电气设备选择。
2 设计课题的计算与分析2.1 计算的意义按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必需的最小容量，即计算容量，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的过负荷能力，此容量为校核容量，这也是确保牵引变压器安全运行所必需的容量，这时就可以按得到的两个容量以及备用方式等条件，来确定实际规格系列的牵引变压器的台数和容量，此为安装容量，牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，从安全运行和经济方面来看，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；反之容量过大将使牵引变压器长期不能满载运行，从而造成容量浪费，损耗增加，使运营费用增大，因此，在牵引变压器容量计算时，正确地确定计算条件，以便合理地选定牵引变压器的额定容量，这样就可以做到既节约成本，又可以兼顾牵引变电所长远发展的需求。
接触网对机车的供电方式（1）直接供电方式牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大, 主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。
基本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。
牽引变电所 K（2）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式简称 DN 供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又 称为负馈线）。
增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵 引变电所，其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近， 因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果； 另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%以上。
牵引变电所 Z\l（3） BT 供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压 器供电方式，简称BT （Booster Transforme ）供电方式。
它是在牵引网中，每相 距1.5-4km ,设置一台变比为1： 1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网， 二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串吸流变压器-轨道方方式）。
吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。
与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。
但是, 对邻近线路的防护效果要差一些。
而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。
吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。
一、接触网对机车的供电方式（1）直接供电方式牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大，主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。
基本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。
（2）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式简称DN供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又称为负馈线）。
增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果；另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%以上。
（3）BT供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压器供电方式，简称BT（Booster Transformer）供电方式。
它是在牵引网中，每相距1.5-4km，设置一台变比为1：1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网，二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串接在轨道中（即吸流变压器-轨道方式，简称吸-轨方式）。
吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。
与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。
但是，对邻近线路的防护效果要差一些。
而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。
吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。
我国采用的BT方式均为吸-回方式，日本东海道新干线也如此，而英国、法国、瑞典两种方式都有应用，挪威只用BT-钢轨方式。
高铁电力牵引供电工程方案一、工程背景高铁作为一种现代化的交通运输工具，具有运行速度快、行驶平稳等优势，已经成为人们出行的首选方式。
而高铁的电力牵引供电系统作为支撑其运行的重要组成部分，对于高铁的安全、稳定运行至关重要。
因此，高铁电力牵引供电工程方案一直备受关注和重视。
二、工程目标1. 稳定供电：确保高铁全线能够稳定供电，避免供电不稳定或中断的情况发生，保障高铁运行的安全和顺畅。
2. 提高效率：通过科学合理的设计和施工工艺，提高电力牵引供电系统的效率，减少能源损耗，节省运行成本。
3. 安全可靠：确保供电系统的安全稳定运行，避免事故发生，保障高铁运行的安全。
4. 绿色环保：尽量采用清洁能源，减少对环境的污染，做到绿色环保，为社会和环境做出更大的贡献。
三、工程内容1. 设计方案：根据高铁线路的实际情况和运行需求，采用先进的电力牵引供电技术，设计出科学合理的电力供电系统，包括供电设备的选型、布局、参数设计等。
2. 施工工艺：采用先进的施工工艺，确保供电系统的施工质量和效率，包括供电线路的铺设、设备的安装调试等。
3. 安全监控：建立完善的供电系统安全监控机制，监测供电设备的运行状态，做好预防性维护，确保供电系统的安全可靠运行。
4. 环境保护：在供电系统的设计和施工过程中，尽量采用清洁能源，减少对环境的影响，做到绿色环保。
四、工程实施1. 设计阶段：组织专业团队进行现场勘察和分析，根据高铁线路的实际情况和运行需求，制定供电系统设计方案。
2. 施工阶段：根据供电系统设计方案，组织施工队伍进行供电线路的铺设、供电设备的安装调试等工作，确保供电系统的施工质量和进度。
3. 测试阶段：进行供电系统的整体测试和调试工作，确保供电系统的安全可靠运行。
4. 运行阶段：建立供电系统的运行管理机制，定期进行供电设备的检修和维护工作，确保供电系统的长期稳定运行。
五、工程效果1. 稳定供电：通过科学合理的设计和施工，确保高铁全线能够稳定供电，避免供电不稳定或中断的情况发生，保障高铁运行的安全和顺畅。
高速铁路牵引供电系统
牵引供电系统的构成
•主要包括：牵引变电所和接触网两局部。
•牵引变电所：是电气化铁路供电系统的心脏，要求其有高度的可靠性。
把电力系统供给的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。
•接触网：是牵引供电系统的主动脉。
是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的，和铁路轨顶保持一定距离的输电网。
通过电动车组的受电弓和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。
•牵引变电所
牵引供电方式
•电气化铁路有5种供电方式：
•1、直接供电方式〔TR供电方式〕
•2、带回流线的直接供电方式〔 DN供电方式〕
•3、AT供电方式〔Auto-Transformer，自耦变压器〕•4、BT供电方式Booster-Transformer，吸流变压器〕•5、CC供电方式〔 Coaial Cable，同轴电力电缆〕
1、直接供电方式
特点：投资小，牵引网阻抗小，能耗较低；对通信线路感应干扰大。
法国、英国、前苏联广泛使用。
2、带回流线的直接供电方式
特点：利用接触网与回流线间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能由回流线留回牵引变电所，由此局部抵消接触网对邻近通信线路的干扰。
3、AT〔自耦变压器〕供电方式
特点：回流线为正馈线T，供电电压为，间隔约10m加自耦变压器。
优点：供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电能力大，供电距离长，网上电压损失和电能损失小；抑制通信干扰效果好。
缺点：投资大，电流分布复杂，保护算法难度大。
目前高速铁路牵引供电方式的首选。
自耦变压器供电电流。
自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计目录1 概述- 1 -1.1设计原始资料-1-2 牵引变压器容量计算- 2 -2.1主变压器接线形式和备用方式-2-2.2牵引变压器的计算容量-2-2.3单台主变压器初步选型-2-2.4牵引变压器过负荷能力校验-2-3 牵引变压器运行技术指标计算- 2 -3.1牵引变压器的功率损耗及全年电能损耗计算-2-3.2牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算-3-4 牵引变电所电压不平衡度计算- 3 -4.1计算电网最小运行方式下的负序电抗)(X-3-4.2计算牵引变电所在严密运行时注入110kV电网的负序电流-3- 4.3构造归算到110kV的等值负序网络-4-4.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验-4-5主接线选择- 5 -6短路电流计算- 5 -6.1变电所短路计算示意图及计算数据-5-6.2线路电抗计算-6-6.3110kV侧短路电流计算-6-6.427.5kV侧短路电流计算-6-7开关设备选型及稳定性校验- 7 -7.1断路器的选型及校验错误!未定义书签。
7.2隔离开关的选型及校验错误!未定义书签。
8电压、电流互感器选型及校验- 7 -8.1110kV侧电压互感器选型及校验-7-8.2110kV侧电流互感器选型及校验-8-9总结与体会- 8 -附录- 10 -参考文献错误!未定义书签。
1 概述1.1 设计原始资料电力系统2电力系统1图1.1 牵引供电系统示意图图1.1 牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。
电力系统1、2均为火电厂,其中电力系统 1、2 容量分别为250MV A 和200MV A 。
选取基准容量j S 为200MV A 。
在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标么值分别为0.13和0.15；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标么值分别为0.15和0.17。
对每个牵引变电所而言，110kV 线路为一主一备。
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Yn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 单母线分段示意图第3章 牵引负荷的计算3.1 概述牵引负荷计算是确定牵引变压器安装容量的前提，主要进行以下三个步骤： (1)根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。
石家庄铁道大学毕业设计DN供电方式牵引供电系统设计Design of Traction Power SupplySystem ofDN Mode2013届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导老师完成日期2013年5 月27日毕业设计成绩单毕业设计任务书毕业设计开题报告一、选题依据在经济快速发展的今天，对交通运输的要求越来越高，而铁路运输占有了相当大的比重，所以铁路的快速发展是满足时代的需求，他即要满足了国民生产、生活的正常运转，同时有得保证自身的安全可靠。
由于电力机车功率大，拉得多跑的快，世界各国的高速铁路几乎都采用电力机车牵引。
电力机车与蒸汽机车和内燃机车不同，它本身不能带能源，必须由外部供应电能。
为了给电力机车供应电能，需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统，他的供电能力和可靠性必须满足列车的运行要求。
二、本课题国内外研究现状及发展趋势自1964年10月1日日本承建开通世界上第一条高速铁路以来，经过几十年的实践和发展，各国高速铁路的牵引供电系统都有了很大改进，达到了很高的水平，而且都各具特色，最具有代表性的是日本、法国和德国高速铁路的牵引供电系统。
供电方式上日本、法国采用AT供电方式，德国、意大利和西班牙采用RT供电方式。
电源电压等级上日本采用154kV、220kV和275kV 三种电压等级；法国采用225kV；德国采用110kV；意大利采用110kV；接触网电压日本的标准电压为25kV，最高电压为30kV，最低电压为22.5kV；法国分别为25kV、27.5kV和18kV，德国分别为15kV、17kV和12kV。
我国早期电气化铁路均采用直接供电方式，为避免和减少对外部环境的电磁干扰，研发了BT、AT和DN供电方式，就防护效果来看，AT方式优于BT和DN方式，就接触网的结构性能来讲，DN方式最为简单可靠。
随着通信技术的快速发展，光缆的普遍应用，通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强，考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要，所以通常认为，一般情况下DN供电方式为首选，在电力系统比较薄弱的地区，经过经济技术比较，可采用AT供电方式，BT供电方式则尽量少采用或不采用。
目录1 设计原始题目 (2)1.1 具体题目 (2)1.2 要完成的内容 (2)2 设计课题的计算与分析 (2)2.1 计算的意义 (2)2.2 详细计算 (2)3 小结 (7)4 参考文献 (8)1 设计原始题目1.1 具体题目根据参考教材负序电流计算的例题，对其中的线路（a）、（c）断开方式进行负序电流分配系数的计算。
1.2 要完成的内容通过电路分析中学过的串、并联及转换对负序网络图进行化简，通过计算得出相应方式下的负序电流分配系数2 设计课题的计算与分析2.1 计算的意义计算不同方式下的分配系数是为电业部门和铁路部门提供一个标准。
通过这两大部门的相互配合可以控制负序影响的大小，进而做到如下几点优点：（1）对同步发电机。
为提高了发电机出力，减少附加损耗和附加振动，在制造方面降低难度和成本提供参考值。
（2）对感应电机。
可以在控制负序电流的流入中提供参考值，减少因负序电流带来的制动作用提高出力。
（3）对电力变压器。
为提高变压器容量利用率，降低负序电流带来的电能损失和附加发热提供参考值。
（4）对输电线路。
为降低电能损失，提高输电线路的输电能力提供参考值。
（5）对继电保护。
为降低保护的复杂性提供参考值2.2 详细计算图2.2.1为某一负序网络图实例。
图中A、B为两牵引变电所，视为负序电流源，I、II分别为电力系统的负序电流监视点，为下标阻抗的大小，上面的数字为对应的阻抗编号。
图2.2.1负序网络图在（a ）、（c ）断开的运行方式下，则 对元件3、5、4进行变换∆→Y 变换24X=54353XXXXX ++⨯=1.9625X=54343XXXXX ++⨯=25.626X=54354XX XXX ++⨯=5.6对元件25、26、6、10进行∆→Y 变换27X=262510662625)(XX X XXXX ++++⨯=4.128X=26251062510XX X XXX+++⨯=12.2429X=262510662610)(XX X XXXX ++++⨯=5.54对11、32、23、20、21、22进行串并联变换30X=33.731X=8.4+1.96+4.1=14.5最后化简为如图2.2.2图2.2.2负序网络化简图求A 对1、2的分配系数0、0，则负序网络图简化图2.2.3图2.2.3负序网络化简图对图2.2.3作简化的图2.2.4 对28、29、9、30进行∆→Y 变换33X=302928929928)(XX X XXXX ++++⨯=2.6234X=30292892830XXXXX X+++⨯=7.035X=302829929930)(XX X XXXX ++++⨯=7.2对1、16、17进行串并联变换37X=16.5简化如图2.2.4图2.2.4再对图2.2.4进行化简对34、36、37进行∆→Y 变换38X=3736343637XXXXX ++⨯=6.939X=3736343734XXXXX ++⨯=3.040X=3736343634XX XXX ++⨯=3.1得图2.2.5图2.2.5负序网络化简图利用单位电流法：给14单位电流通过计算可以知道通过A 点的电流大小为2.8A,在计算出d 点的电位为25.4V 将其与2.2.3联系求出c 点电位为13.7V 进而可以求出I 的电流为0.56A 即 监视点I 流入电流为0.56A 监视点II 流入电流为1A 流入A 的电流为2.8A 所以I 的分配系数IAC =8.2561.0=0.2 所以II 的分配系数AC II =8.21=0.35 同理可以求出: B 对I 的分配系数B C I =0.33 B 对II 的分配系数BCII =0.23 小结通过这次电力系统负序电流网络的分析与研究，我进一步了解到负序电流对电力系统各个环节安全稳定运行产生的不良影响，比如对同步发电机﹑感应电动机﹑电力变压器﹑输配电线路以及关系到电力系统中的继电保护设备是否能安全可靠的运行。
DN供电系统牵引变电所设计The Design of Traction Substation by DN Power Supply System届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导教师完成日期 2013年月日摘要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合电力机车使用的电能。
牵引供电系统的供电方式主要包括：直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、CC供电方式等。
DN供电方式以其结构简单，可靠性高，供电性能好，造价低等优越性广泛的应用于我国各枢纽地区的牵引变电所中。
本设计以DN供电系统牵引变电所设计作为设计核心主要做了如下工作：通过牵引负荷计算，确定了变压器的安装容量、台数、连接组别及备用方式；进行了牵引变电所的主接线方案设计，并用CAD软件绘制了一次系统图的图纸；进行了短路计算，根据计算结果选择了牵引供电系统的电气设备；对变压器、牵引网等重要部分配置了继电保护方案及相应的控制回路方案；最后对整个牵引变电所进行了防雷接地设计。
关键词：牵引变电所继电保护DN供电AbstractThe traction substation is the heart of the electric railway power supply system, its main task is to convert the three-phase high-voltage electric convey from the power systems to the electricity which is fit for the electric locomotive. The style of the trctive power supply system mainly includes: Direct power supply, Booster-Transformer power supply, Auto-Transformer power supply, Coaxial Cable power supply and so on.The DN power supply way is widespread in the huge substation by its simple structure, the high reliability, the perfect power supply performance, the low cost and so on.The paper take the design of traction substation by DN power supply system as the core and mainly to do the following works: The capacity of the transformer, the number of the transformer, the connection of the transformer and the alternate way of the transformer had been selected by the load current of feeding section; The main connection of the substation had been designed and draw by the CAD software; The electrical equipment had been selected by the result of the short circuit current calculation; The relay protection and the control circuit had been designed; At the end of the paper, the grounding for lightening of the whole substation had been designed.Key words: Ttraction Substation Relay protection DN power supply目录第1章绪论 (91)1.1选题背景 (91)1.2牵引供电系统 (91)1.3本设计的内容 (92)1.4应用前景 (92)第2章变压器选择 (93)2.1变压器选择的原则 (93)2.2牵引变压器的选择 (93)2.3自用电变压器的选择 (94)第3章牵引变电所主接线设计 (95)3.1电气主接线的基本要求 (95)3.2电气主接线的主要形式 (95)3.2.1桥型接线 (95)3.2.2分支接线（双T接线） (97)3.2.3单母线接线 (97)3.2.4单母线分段接线 (98)3.2.5双母线接线 (99)3.2.6带旁路母线的单母线分段接线 (100)3.3110K V侧接线方案 (100)3.427.5K V侧接线方案 (100)3.4.1主变压器牵引侧母线的接线方案 (100)3.4.2牵引侧馈线的接线 (102)3.5牵引变电所主接线方案的选择 (103)3.5.1电气主接线的方案初选 (103)3.5.2电气主接线方案的确定 (105)第4章短路电流计算 (106)4.1概述 (106)4.2元件参数的计算 (106)4.3短路点的确定 (107)4.4最大运行方式下的短路电流计算 (107)4.5最小运行方式下的短路电流计算 (110)第5章主要电气设备的选择 (113)5.1电气设备选择的一般条件 (113)5.2高压断路器的选择 (114)I5.3接地开关的选择 (115)5.4隔离开关的选择 (115)5.4.1隔离开关的用途 (115)5.4.2隔离开关的选择校验 (116)5.5电流互感器的选择与校验 (117)5.5.1电流互感器的选择条件 (117)5.5.2电流互感器的校验 (118)5.6电压互感器的选择 (119)5.7避雷器及抗雷线圈的选择 (119)5.7.1避雷器 (119)5.7.2抗雷线圈 (120)5.8熔断器的选择 (120)5.8.1熔断器的作用及种类 (120)5.8.2熔断器的选择 (120)第6章牵引网阻抗的计算 (122)第7章继电保护 (125)7.1继电保护的任务和要求 (125)7.1.1继电保护的任务 (125)7.1.2继电保护的基本要求 (125)7.2继电保护装置的组成 (125)7.3变压器的保护 (125)7.3.1牵引变压器的保护配置 (126)7.3.2牵引变压器继电保护整定 (127)7.4牵引网的保护及整定 (128)7.4.1牵引网的两段电流保护 (128)7.4.2牵引网的两段距离保护 (128)第8章二次回路 (130)8.1二次回路操作电源的选择 (130)8.1.1二次回路操作电源的选择原则 (130)8.1.2二次回路操作电源的选择 (130)8.2监视、测量电路 (130)8.2.1测量装置的设计 (131)8.2.2电力测量回路 (132)8.2.3绝缘监察回路 (132)8.3断路器的操动机构 (133)8.4隔离开关的操动机构 (134)8.5断路器控制回路与信号装置的选择 (134)8.6牵引变压器保护控制回路 (135)8.7动力变压器保护控制回路 (139)II第9章牵引变电所的防雷接地 (141)9.1牵引变电所防雷保护的意义 (141)9.2直击雷的防护 (141)9.3感应雷的防护 (141)9.4牵引变电所接地设置 (142)9.4.1 牵引变电所中的接地装置及其敷设 (142)9.4.2牵引变电所屋外配电装置中的接地装置及其敷设 (143)9.4.3牵引变电所屋内配电装置中的接地装置及其敷设 (143)9.6牵引变电所防雷接地设计 (143)第10章结论与展望 (145)10.1结论 (145)10.2展望 (145)参考文献 (146)致谢 (147)III第1章绪论1.1 选题背景1879年5月，在柏林世博会上，德国西门子和哈尔斯公司展出了世界上第一条电气化铁路，100多年来，随着电机电器制造工业、电子工业和电力工业的发展，电气化铁路以其巨大的经济效益受到了世界各国的普遍重视。
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Yn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 单母线分段示意图第3章 牵引负荷的计算3.1 概述牵引负荷计算是确定牵引变压器安装容量的前提，主要进行以下三个步骤： (1)根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。
(2)根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力，计算校核容量，这是为确保变压器安全运行所必须的容量。
(3)在计算容量和校核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按其系列产品确定牵引变压器的台数和容量。
其中，除了考虑计算容量和校核容量外，主要考虑的因素就是备用方式的选择。
牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器的投入。
以确保电气化铁路的正常运输。
综合实际电气化铁路线路、运量、供电方式等因素的考虑，该设计采用的是两台变压器互为备用的方式。
3.2 负荷的计算3.2.1 牵引变电所容量的计算原始资料：表3-1 负荷计算原始资料供电臂1 — n=2.9，N=100对/天， 非N =150对/天 供电臂2 — n=3.1，N=90对/天， 非N =133对/天运行方向列车全部运行时间∑t /min列车用点运行时间u∑t/min列车在∑t （u∑t）的能耗/kW 供电臂1上行 24.5 16.4 950 供电臂1下行 19.5 15 850 供电臂2上行 27 15.5 851 供电臂2下行24.519.59603.2.2 供电臂1，2平均电流的计算首先计算供电臂1，2的基本参数。
∑∑=上上上t A 4.2t I （3-1） ∑∑=下下下t A 4.2t I （3-2） ∑∑=上上上u I t A 4.2 （3-3） ∑∑=下下下u t A 4.2I （3-4）TtN m ∑=上上（3-5） Tt N m ∑=下下 （3-6）nTt N p u ∑=上上 （3-7）nTt N p u ∑=下下 （3-8）∑∑=上上上u t t a （3-9）∑∑=下下下u tt a （3-10）将数据代入以上公式得： 供电臂1：93.1At A 4.2==∑∑上上上t IA 6.104t A 4.2==∑∑下下下t I A 0.139t A 4.2==∑∑上上上u I A 0.136tA 4.2u ==∑∑下下下I70.1==∑T t N m 上上 35.1==∑Tt N m 下下39.0==∑nTt N p u 上上36.0==∑nTt N p u 下下49.1==∑∑上上上u t t a 3.1==∑∑下下下u tt a供电臂2：A 6.75t A 4.2==∑∑上上上t I A 1.94tA 4.2==∑∑下下下t IA8.131tA 4.2==∑∑上上上u IA 2.118t A 4.2u ==∑∑下下下I69.1==∑T t N m 上上 53.1==∑Tt N m 下下31.0==∑nT t N p u 上上39.0==∑nTt N p u 下下74.1==∑∑上上上u tt a26.1==∑∑下下下u tt a按以上计算出的基本参数与计算图∑∑==+-=n i pi n i p i v a ll I P l l l I P I 11222下下上上上 (3-11) ∑∑==+-=ni pi ni pi v a l l I P ll l I P I 11222上上下下下 (3-12)计算双区段上、下行馈线总电流npI I I I av av av =+=下上(上、下行馈线总平均电流) (3-13)下上下上v a v a e e e I I I I I 222++=（上、下行馈线总有效电流） (3-14)()()A I v a 30010850950100667.131=⨯+⨯⨯=- ()()A I v a 7.2711096085190667.132=⨯+⨯⨯=-3.2.3 供电臂1、2有效电流的计算供电臂1、2的有效电流计算通常用简化公式(3-15)来计算。
下上上上v a v a e e e I I I I I 222++=有简化公式：va e e IK I '= (3-15)供电臂1的有效电流I 1e 为va e e I K I 1'1= 4.1==∑∑ut ta08.135.17.114.11.1111.11'=+-⨯+=+-+=下上m m a K e 则:32430008.11=⨯=e I同理：4.3997.27147.12=⨯=e I3.2.4 计算容量通过以上计算，可知：I 1e <I 2e ，则供电臂2为重负荷，则：v a v a ee t I I I I U K S 21212224++= (3-16)()VA I I I I U K S v a v a e et k 1.235591630201049764.6380815.279.024212122=++⨯⨯=++=3.2.5 校核容量对应于N 非重负荷供电臂列车用电的平均概率nT t N P u ∑=上非上(3-17) nTt N P u ∑=下非下(3-18)由式(3-17)、(3-18)得：46.014401.35.15133=⨯⨯==∑nT t N P u 上非上58.014401.35.19133=⨯⨯==∑nTt N P u 下非下按双线有上行或下行车的概率为：下上下上PP P P P -+= (3-19)77.058.046.004.1=⨯-=-+=下上下上P P P P P对P 附录可得重负荷臂的最大电流I max 为II 4.3max = (3-20)()()∑∑++=下上下上u t A I 4.2 (3-21)由式(3-21)得：()()1.1244.2==∑∑++下上下上u t A I则:94.4211.1244.34.3max =⨯==I I对应于N 非的轻负荷供电臂的有效电流55.214405.24150t =⨯=∑=T N m 上非上 (3-22)03.214405.19150t =⨯=∑=T N m 下非下 (3-23)已知a 为1.4则:下上m m a K e +-+=11.11'(3-24) 06.103.255.214.11.1111.11'=+-⨯+=+-+=下上m m a K e 由公式(3-13)得：()1.45010850950150667.13=⨯+⨯⨯=-v a I由公式(3-15)得：()A I K I v a e e 1.4771.45006.11'1=⨯==最大容量S max 为：()e t nax I I u k S 65.02max += (3-25)则：()()()kVA I I u k S e t nax 1.283391.3109.8345.279.065.02max =+⨯=+=()kVA K S S 7.188925.11.28339max ===核 (3-26) 3.3 变压器的安装容量计算容量是为供应牵引负荷所必需的，而校核容量是保证变压器能正常运行所必需的。
在选择变压器容量时，选择值必须要大于这两项技术参数。
考虑到今年来客运专线的运力不断加大，必要时两台变压器可以并联运行。
因此，在既能满足牵引负荷又能保证变压器正常运行的情况下，选择容量大一些的主变压器。
综合考虑，确定变压器的容量为31500kVA.如下表所示：表3-2 确定变压器容量的技术参数计算容量校核容量变压器容量23559.1 kVA 18892.7kVA 31500 kVA 这两台容量为31500kVA的三相变压器，接线方式为Yn,d11，型号是SF1-31500/110,其技术参数如下表：表3-3 变压器技术参数型号额定容量（kVA）高压额定电压（kV）低压额定电压（kV）高压额定电流（A）低压额定电流（A）空载损耗（kV）短路损耗（kV）阻抗电压空载电流连接组别SF1-31500/1131500 110 27.5 165 660 38.5 148 10.5 2 Y n,d11第4章 短路电流计算4.1 一次侧短路计算(1)确定基准值：取S d =100MV·A， Soc =1000MV ·A ，U d =U c ，Uc 1=115kV ，Uc 2=27.5kV 则：d d1c10.5(kA)33115I U ===⨯ d d2c2 2.1(kA)3327.5I U ===⨯ j S -------系统容量基准值 jU -------系统电压基准值 'j U -----主变低压侧电压基准值(2)计算短路电路中各元件的电抗标幺值： 电力系统电抗标幺值：*d oc 1000.11000s S X S === 牵引变压器电抗标幺值：*k d T N %10.51000.3310010031.5U S X S ⨯===⨯(3)一次侧短路计算 等效电路图,见图4-1：图4-1 短路等效电路图总的电抗标幺值：**S 0.1X X ∑==三相短路电流周期分量有效值：d1*0.55(kA)0.1I I X ∑=== 取冲击系数sh K =1.8，则： 短路冲击电流为：sh sh 2.55512.75(kA)i k I ==⨯=短路冲击电流有效值为：)(55.7551.151.1sh kV I I =⨯==4.2 二次侧短路计算归算到27.5kV 侧的系统阻抗和变压器阻抗:22d212oc 27.50.756()1000U X X S ∑∑====Ω 22d2k b %10.527.5 2.52()10010031.5N U U X S ≈⋅=⨯=Ω(1)一臂母线接地短路电流：1''1212b 1b 22227.5=4.197(kA)2(0.756 2.52)I X X X X X X X ∑∑∑∑∑===++++=⨯+三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值：sh 12.55 2.55 4.19710.702(kA)i I ==⨯=sh 11.51 1.51 4.197 6.34(kA)I I ==⨯=（2）异相牵引母线短路电流：21212b 1b 27.5=2(0.756 2.52) 4.197(kA)I ∑∑∑∑∑===⨯+=三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值：sh 22.55 2.55 4.19710.702(kA)i I ==⨯=sh 21.51 1.51 4.197 6.34(kA)I I ==⨯=（3）异相牵引母线短路接地：3'11b 25=7.63(kA)0.756 2.52E E I X X X ∑∑===++三相冲击电流及第一周期短路全电流有效值：sh 32.55 2.557.6319.46(kA)i I ==⨯=sh 31.51 1.517.6311.52(kA)I I ==⨯=将短路计算结果列于表4-1：表4-1 短路计算结果一次侧短路一相母线对轨异相母线短路三相短路 短路电流 5 kA 4. kA 4. kA 7.63 kA 短路冲击电流 12.75kA 10.702 kA 10.702 kA 19.46 kA 短路冲击电流有效值7.55 kA6.34 kA6.34 kA11.52 kA第5章 高压电气设备的选择5.1 选择原则(1)按正常工作条件选择电气设备 ①额定电压选择在选择电气设备时，必须使电气装置地点电路的最大工作电压U g 不超过电气设备的最高工作电压U max ，才能保证在正常运行情况下电器的绝缘不致破坏。
