牵引变电所设计的课程设计

电力牵引供电系统课程设计
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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 (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)
2.2.1 牵引变压器容量计算 (2)
2.2.2 牵引变压器过负荷能力校验 (3)
2.2.3 牵引变压器功率损耗计算 (3)
2.2.4 牵引变压器在短时最大负荷下的电压损失 (3)
2.2.5 牵引变电所电压不平衡度 (3)
2.2.6 牵引变电所主接线设计 (4)
3 小结 (5)
参考文献 (6)
附录 (7)
1 设计原始题目
1.1 具体题目
《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。

设计基本数据如表1所示。

SYSTEM2SYSTEM1
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）
10kV地区负荷容量（kVA）2*1200
10kV地区负荷功率因数0.83（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 2
10kV地区负荷馈线数2回路工作，一回路备用
预计中期牵引负荷增长40%
如图1所示，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的综合电抗标幺值分别为0.15和0.17。

对每个牵引变电所而言，110kV 线路为一主一备。

图1中，1L 、2L 、3L 长度分别为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 。

1.2 要完成的内容
通过对题目的分析，本课程设计通过参照《供变电工程》手册里面的要求对牵引变电所B 的牵引变压器进行容量计算，运行技术指标的计算及对于母线电压不平衡度的计算、校验和对电气主接线的设计等。

2 设计课题的计算与分析
2.1 计算的意义
本课程设计的主要内容是针对牵引变电所B 的设计，重点在于对牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算以及通过计算最小运行方式下的负序电抗和注入110kV 电网的负序电流来计算母线电压的不平衡度和对于电气主接线的设计等。

2.2 详细计算
2.2.1 牵引变压器容量计算
牵引变电所的主变压器采用YN,d11接线型式，主变压器正常负荷计算：
)65.02(x2x1t I I U K S +=
将=x1I 320A ，x2I =290A, t K =0.9，U =27.5kV 代入得：S=20505.375（kV A ） 三相YN,d11接线变压器的最大容量计算：
)65.02(bx amax t max b I I U K S +=
将=am ax I 410A ，bx I =290A 代入得：bmax S =24960.375（kV A ）
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%。

所以，考虑安全裕量后的容量计算：
S S %140y ==28707.525（kV A ）
2.2.2 牵引变压器过负荷能力校验
K
S S bmax
=
校=16640.25（kVA ）（K=1.5） 2.2.3 牵引变压器功率损耗计算
设p1I =161A ，p2I =151A ，根据下面的公式计算：
p2
p12x22x12
abx p2
p12x12x22
bcx p2
p12x22x12
cax 91)31()31(92)31()32(92)31()32(I I I I I I I I I I I I I I I -+=++=++=
年）（）（/kWh 1046.383876.042
e
2
abx 2bcx 2cax d d =++∆=∆I I I I P A
其中，每台牵引变压器的额定短路损耗148d =∆P kW ，8.3813e ==
U
S
I A
全年实际空载电能损失为：00876.0P A ∆=∆=33.726年）（/kWh 104 其中，每台牵引变压器的额定空载损耗5.380=∆P kW
全年牵引变压器的实际总电能损失为：0d T A A A ∆+∆=∆=72.186()年/kWh 104 2.2.4 牵引变压器在短时最大负荷下的电压损失
归算到27.5kV 侧，三相结线牵引变压器的电抗值：e 2
e d T 100%3S U U X ==1.19Ω
引前相和滞后相最大电压损失：
()()⎪⎩⎪⎨⎧+=∆-=∆T qp hmax Thmax T hp qmax Tqmax 33.04.013.04.0X I I U X I I U
代入数值可得：Tqmax U ∆=1091.44V ，Thmax U ∆=1490.30V 电压损失：Thmax Tqmax U U U ∆+∆=∆=2581.7428V 2.2.5 牵引变电所电压不平衡度
(1)计算电网最小运行方式下的负序电抗：
l **s 2l *
*s j 2e l s )(s
100
110X L X X L X S U X X X
+=+=+=-
已知*s X =0.17, L =25km ，l X =0.4Ω/km ，代入求得=-)(s X 20Ω (2)计算牵引变电所在紧密运行工况下注入110kV 电网的负序电流：
max max 2
max 2max )(max 3
41右左右左I I I I I -+=
-=55.922A
(3)构造归算到110kV 的等值网络负序网络
三相双绕组牵引变压器，供电系统等值负序网络如图2所示。

)(max
-
图2 归算到110kV ，三相双绕组牵引变压器、供电系统等值负序网络
(4)牵引变电所110kV 母线电压不平衡度计算及校验 相负序电压计算：
)
(max )(s )(---=I X U =1118.4V
110kV 母线电压不平衡度计算及校验按下式进行：
()1003
/110000u ⨯=
-U α%2≤.5%
本次课程设计按2.5%考核，将)(-U =1118.4V 代入公式得u α=1.76%<2.5%。

所以，满足校验。

从牵引供电系统方面来说，采取换接相序、采用平衡牵引变压器和并联补偿装置等方法可以改善负序影响。

2.2.6 牵引变电所主接线设计
本设计采用双T 接线方式作为牵引变电所B 的主接线。

在双T 接线中，两路电源，两台变压器只需两套断路器，所以与桥型接线相比，双T 接线需要高压电器更少，配电装置结构更简单，线路继电保护也简单。

虽说由于分支数过多，对可靠性的影响会相对增加。

但对于本设计，由于只需两路馈线，所以选双T 接线有更高的经济实用性，并能达到可靠性要求。

本设计采用100%完全备用，当一套设备发生故障，经过正确的倒闸操作顺序，另一设备启用，以提高供电的可靠性。

牵引变电所主接线设计见附录。

3 小结
本次课程设计是有关牵引变电所B的设计和牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算以及母线电压的不平衡度计算和对于电气主接线的设计等。

首先，三相YN,d11接线牵引变电所是一种特殊的变电所。

这种牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。

在两台牵引变压器并联运行的情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。

但是却存在牵引变压器容量不能得到充分利用的问题，最高也只能达到84%。

另外，与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些，用的设备、工程投资也较多，维护和检修工作量及相应的费用也有所增加。

其次，本设计采用双T接线方式。

双T接线方式有更高的经济实用性，需要的断路器最少，结构简单并且在本设计中只需两路馈线，能够达到可靠性要求。

当一套设备发生故障，另一设备可启用，提高了供电的可靠性。

最后，本设计使用visio绘图软件绘出牵引变电所的电气主接线图，变压器采用YN,d11接线，牵引变压器110kV侧主接线采用双T接线。

参考文献
[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,2006:25-33.
[2] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2010:35-48.
[3] 于永源,杨绮雯.电力系统分析[M].北京:中国电力出版社,2009:129-135.
[4] 贺威俊,高仕斌,张淑琴等.电力牵引供变电技术[M].成都:西南交通大学出版社,2007:82-86.
附录
附图1 采用双T接线的电气主接线图。