电气化铁道供电系统课程设计.

电气化铁道供电系统与设计课程设计报告

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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 217

2. 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。按照选取的变压器的容量以及110kV侧的和牵引侧的主接线，可以做出设计牵引变电所的电气主接线。

3.设计过程

电气主接线一方面从电源系统接收电能，另一方面又通过馈电线路将电能分配出去。电气主接线的电源回路和用电回路之间采用什么方式连接，以保证工作可靠.灵活是十分重要的问题。牵引变电所（包括开闭所、分区所）的电气主结线是指由隔离开关、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电气设备，按工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所内部的电气主电路。

安全可靠的要求是首要的。运行检修时绝不允许发生人身事故和重大设备事故。停电必然造成损失，尤其是牵引负荷和部分动力负荷（如地铁的动力、主要照明和信号电源等）为一级负荷，中断供电将直接造成运输阻塞，甚至造成人员生命伤亡、设备损坏。

在考虑主结线的可靠性时，应该辩证地看待以下几个问题：①可靠性的客观检验标准是运行实践。主结线的故障率是它的各组成元件在运行中的故障率的总和，过多地增加主结线中的电气设备，会降低主结线的可靠性（增加了故障率）；②可靠性并不是绝对的。同样的主结线对二、三级负荷来说是可靠的，而对一级负荷来说就可能不够可靠，因此分析和估价主结线的可靠性时，不能脱离负荷等级和供电电源的具体条件；③主结线的可靠性是发展的。随着电力系统的发展，技术的进步，主结线的可靠性也是会改变的。

经济性也是设计主结线的重要原则。经济性主要涉及主变压器、地区变压器的设备与安装费用，以及配电装置的设备、安装费用，还有占地面积和土石方工程等。

可靠性与经济性二者之间，既有矛盾的一面，也有统一的一面。如果过分强调可靠性，势必造成设备增多，投资增大，结线系统复杂，其结果可能造成操作复杂，易产生误操作，增大故障率，反而降低了主结线的可靠性；如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，必然又会影响可靠性，造成事故和停电停产，反而不经济。所以在处理这些矛盾时，应当首先满足可靠而后再求经济。因此，确定主结线时应深入调查分析用电负荷的性质和大小、对供电电源的要求、自动化装置的采用、发展的远景等等，找出主要矛盾，才能设计出高质量的主结线。

牵引变电所的电气主结线分为三个部分来分别设计：110kV电源侧的电气主接线、牵引侧的主接线、三相V-v直接供电方式变压器接线。

3.1牵引变电所馈线侧主接线设计

由于27.5kV 馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV 侧馈线的接线方式一般有下列三种：

1）带旁路母线和旁路断路器的接线

如图3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。

旁路母线

a 母线

b 母线

图3 带有旁路母线和旁路断路器的接线

2）馈线断路器50%备用的接线

如图4所示。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。

左臂上行左臂下行右臂上行右臂下行a母线b母线

图4 馈线断路器50%备用

3）馈线断路器100%备用的接线

如图5所示。这种接线当工作断路器需检修时，此种接线用于单线区段，牵引母线不同的场合。即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。

送左臂上行送左臂下行送右臂上行送右臂下行a母线b母线

图5 馈线断路器100%备用

由于牵引变压器类型为三相V-v，而且此牵引变电所向两个相邻区间的复线供电，为提高供电的可靠性，保障断路器转换的操作方便，牵引变电所27.5kV 侧馈线断路器采用100%备用的接线。

3.2牵引变电所110kV侧主接线设计

根据实际运行要求，三相V-v牵引变电所装设两回电源进线和两台变压器，因有系统功率穿越，属通过式变电所。因此选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线[1]。图1为内桥接线，特点是连接在靠近变压器侧，适用于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图2为外桥接线，与内桥形接线相比，外桥接线靠近线路侧，适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切除。为了配合三相V-v牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。

图1 内桥接线图2 外桥接线