牵引电机课程设计

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两个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为22000 kV A (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2200 kV A ，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 kM 50Mt 30L Q 11⋅⨯=，kM 30Mt 40L Q 22⋅⨯=，kM Mt 10kWh 120Δq ⋅=。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首端，送电线距离30km ，主变压器为SCOTT 接线。

2 题目分析及解决方案框架确定

2.1 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。

由已知牵引负荷量，可知25kV 侧的额定电流e I 为

=e I U 3S/=523(A)25)3(22000=⨯

SCOTT 变压器计算容量公式为：

当Mx Tx I I >时： (kV A)2UI S Tx =

当Tx Mx I I >时： 2Tx 2

Mx I 3I U S +=(kVA)

校核容量公式为：

当Mmax Tmax I I >时： (kV A)2UI S Tmax bmax =

当Tx Mx I I >时： 2Tmax 2

Mmax bmax I 3I U S +=(kVA)

(kV A)k S S bmax 校核=(k=1.5)

方案A ：当Mx Tx I I >时，假设M I =0、T I =Tx I

(kV A)2UI S Tmax bmax =29150(kVA)523252=⨯⨯=

当Tx Mx I I >时，假设T I =0，M I =Mx I

2Tmax 2Mmax bmax I 3I U S +==A)23875.9(kV

25523305233252=⨯⨯=+⨯⨯ 校核容量为取两者较大的，所以：29150(kV A)S bmax =

(kV A)k S S bmax 校核==19767(kV A)1.529150=

安装容量为： S=29150(kVA )

10KV 侧的额定电流'e I 为：

同理： '

e I =U 3S/=148.5(A)10.5)3(2700=⨯

校核容量为： S=3118.5(kVA )

安装容量为： S=6300(kVA ) 既是最小容量

方案B ：由已知牵引负荷量，可知55kVA 侧的额定电流e I 为：

=e I 223.4(A)55)3(22000=⨯ 既是各侧的最大电流。

当Mx Tx I I >时，假设M I =0、T I =Tx I

(kV A)2UI S Tmax bmax =()KV A 29174223.4552=⨯⨯=

当Tx Mx I I >时，假设T I =0，M I =Mx I

2Tmax 2

Mmax bmax I 3I U S +==19710(kVA)55223.430223.43552=⨯⨯=+⨯⨯

校核容量取两者较大的，所以：174(kV A)29S bmax =

(kV A)k S S bmax 校核==19783(kV A)1.529174=

安装容量为：应该为22000(kVA)S =；但考虑到变压器长期过负荷减小使用寿命，所以这里安装容量取29150(kVA)S =

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，可能有以下两种方案：

方案一：2×29150kV A 牵引变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用直接供电方式。

方案二：2×29150kV A 牵引变压器2×6300kV A 地区变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用AT 供电方式。(110千伏变压器最小容量为6300kV A)

2.2 方案主接线的拟定

按110 kV 进线和终端变电所的地位，考虑变压器数量，以及各种电压等级馈线数目、可靠供电的需要程度选择结线方式。

方案一：两台牵引变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用复线直接牵引供电方式如图1。

方案二：两台牵引变压器和两台地区变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，(110kV 变压器最小容量为6300kVA )，采用复线AT 牵引供电方式如图2 。

3 设计过程

3.1 电源侧主接线

高压侧采用线路——变压器组的单元接线形式，正常是一台工作，一台备用。两回110kV 电源进线各挂有一组电容式电压互感器1TV 、2TV 。二次侧为对称的两相55kV ，故每相使用断路器、隔离开关均为双击联用的。两台自用变压器分别接于两台变压器的二次侧，采用二相——三相的SCOTT 反变换获得三相电源。

3.2 牵引侧主接线

27.5 kV 侧馈线的接线方式按馈线断路器备用方式不同可分为三种接线方式，馈线断路器100%备用的接线，馈线断路器50%备用方式，带旁路母线和旁路断路器的接线。这里两种方案均采用第二种接线方式，其连接方式：直接供电方式如图3；AT 供电方式如图4。

4 设计方案分析和确定

4.1 年运量和供电距离的分析

由题意知：25kV 回路(1路备)：两方向年货运量与供电距离分别为11L Q =

30⋅50Mt ·km ，22L Q = 40⋅30Mt·km ，q ∆ = 120kWh/10kt ·km 。10kV 共4回路(2路备)。

故两方向上的年电量消耗为：1W =q ∆11L Q T=1576800MW

2W =q ∆22L Q T=1MW 261440

所以，每公里上的年消耗电量为：1ΔW =52560MW ，1ΔW =31536MW

因为直接供电方式和AT 供电方式均适应于两供电壁不平衡的情况，所以两种方案均符合要求。

4.2 变压器与配电装置的一次投资和和折旧维修

因为两种方案均采用的是容量相等的主变压器，方案二有多用了两台地方电力变压器，所以在一次投资方面方案一投资多一点。

4.3 供电方式的优缺点

直接供电方式结构最简单、维护管理最少、造价最低等优点，但是防干扰性较差，如果能和BT 供电方式相结合，则效果可大为改善。

AT 供电方式无需进步牵引网的绝缘程度即可将供电电压进步一倍。在相同的牵引负荷条件下，接触悬挂和正馈线中的电流大致可减少一半。AT 供电方法牵引网单位阻抗约为BT 供电方法牵引网单位阻抗的1/4左右。从而提高了牵引网的供电能力，大大减小了