DN供电方式牵引供电系统项目设计方案

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Y
n
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
24.5
19.5
960
3.2.2 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）
T
t
N m ∑=
上
上
（3-5） T
t N m ∑=
下
下 （3-6）
nT
t N p u ∑=
上
上 （3-7）
nT
t N p u ∑=
下
下 （3-8）
∑∑=上
上
上u t t a （3-9）
∑∑=下
下
下
u t
t a （3-10）
将数据代入以上公式得： 供电臂1：
93.1A
t A 4
.2==∑∑上
上
上t I
A 6.104t A 4
.2==∑∑下下
下t I A 0.139t A 4
.2==∑∑上上
上u I A 0.136t
A 4
.2u ==∑∑下
下
下
I
70.1==∑T t N m 上
上 35.1==
∑T
t N m 下
下
39.0==
∑nT
t N p u 上
上
36.0==
∑nT
t N p u 下
下
49.1==∑∑上上
上u t t a 3.1==∑∑下
下
下
u t
t a
供电臂2：
A 6.75t A 4.2==∑∑上上
上t I A 1.94t
A 4.2==∑∑下
下
下
t I
A
8.131t
A 4
.2==∑∑上
上
上u I
A 2.118t A 4.2u ==∑∑下
下
下
I
69.1==∑T t N m 上
上 53.1==
∑T
t N m 下
下
31
.0==∑nT t N p u 上
上
39.0==
∑nT
t N p u 下
下
74
.1==
∑∑上
上
上u t
t a
26.1==
∑∑下
下
下u t
t a
按以上计算出的基本参数与计算图
∑∑==+-=n i p
i n i p i v a l
l I P l l l I P I 11222下下上上上 (3-11) ∑
∑
==+-=n
i p
i n
i p
i v a l l I P l
l l I P I 1
1
222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：
v
a e e I
K I '
= (3-15)
供电臂1的有效电流I 1e 为
v
a e e I K I 1'
1= 4
.1==∑∑
u
t t
a
08
.135
.17.11
4.11.1111.11'=+-⨯+=+-+
=下上m m a K e 则:
324
30008.11=⨯=e I
同理：
4
.3997.27147.12=⨯=e I
3.2.4 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 e
e t I I I I U K S 212
12224++= (3-16)
()VA I I I I U K S v a v a e e
t k 1.235591630201049764.6380815.279.02421212
2=++⨯⨯=++=
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) nT
t 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
58.01440
1.35
.19133=⨯⨯=
=
∑nT
t N P u 下
非下
按双线有上行或下行车的概率为：
下上下上P
P 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
I
I 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)
03.21440
5.19150t =⨯=∑=
T N m 下非
下 (3-23)
已知a 为1.4则:
下
上m m a K e +-+
=1
1.11'
(3-24) 06
.103
.255.21
4.11.1111.11'=+-⨯+=+-+
=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
SF1-31500/11
31500 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)33
115
I U =
==⨯ d d2c2 2.1(kA)3327.5
I U =
==⨯ j S -------系统容量基准值 j
U -------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 100
0.11000
s S X S =
== 牵引变压器电抗标幺值：
*k d T N %10.5100
0.3310010031.5
U 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*
0.5
5(kA)0.1
I 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()1000
U X X S ∑∑
====Ω 22
d2k b %10.527.5 2.52()10010031.5
N 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 kA
6.34 kA
6.34 kA
11.52 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。

即:
max U U g ≤ (5-1)
②按额定电流选择
在选择电器时，为使发热不超过允许温度，就必须保证电器的额定电流不小于电器所在电路中最续工作电流，即
xu g I I ≤max . (5-2)
式中：I xu —电气设备的长期允许电流值
e
e e g U S I I 33
.13.1max .== (5-3)
.max
g I —电路的最大长期工作电流
(2)按短路情况校验电气设备的稳定 ①短路计算点的选择（见图4-1） ②短路计算时间的确定
短路的计算时间就是短路电流通过所选择电气设备的时间，它等于被校验电气设备所在电路的主保护动作时间t b 与该电路断路器断路时t g 之和，即t=t b +t g 而 t g =t gu +t hu (s)
t gu —断路器的固有动作时间 t hu —电弧持续时间
空气断路器t hu =0.01—0.02s 多油或少油断路器t hu =0.02—0.04s (3)短路热稳定校验 热稳定条件为:
d xu Q Q ≥ (5-4)
Q xu —电器断路时允许的发热量，制造厂常以t s 允许通过电流I t 所产生的热量
Rt I t 2来表示，时间t 通常定为5s 或10s ，新断路器为4s
Q d —短路电流所产生的热量
由于t I Q d ⨯=∞2
;故有：
t I t I t ⨯≤⨯∞22
（5-5）
(4)动稳定校验
电气的动稳定度由制造厂规定的极限通过电流峰值表示，它也称为电器的动稳定电流，在运行中，可能通过的最大电流是回路中可能发生的三相短路电流最大冲击值
3
ch i ，因此校验电器的动稳定时需满足：
gf ch i i ≤3
或 gf ch i i ≤ (5-6)
式中：gf i 、gf I —电器极限通过电流峰值和有效值
ch i 、ch I —短路冲击电流及其有效值
[8]
5.2 高压电器设备的选择
5.2.1 高压断路器的选择和校验
(1)110KV 侧断路器选用SW5-110/1000型户外式少油断路器，其技术数据见下表
[9]
表5-1 SW5-110/1000型户外式少油断路器技术数据
型号
额定电压/kV
额定电流
/A
断流容量/MVA
峰值
/kA
有效值 /kA
热稳定电流
/kA
SW5-110/1000 110 1000 3500 55 32 21（5s ）
因为该型号断路器,由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得：
错误!未找到引用源。

kV U e 110= 错误!未找到引用源。

kV U g 110= 满足要求 根据（5-3）知：
()
A I I g e 9.2141000max .=>=
满足要求
错误!未找到引用源。

KA I kA I ch g 55.732=>=
满足要求
S KA t I Q .12555222
d =⨯=⨯=∞
d xu Q S KA t I Q 〉=⨯=⨯=.2205521222t
满足要求
错误!未找到引用源。

(3)
ch gf 7.55kA 32kA I I ==
满足要求
所以，该型号户外高压断路器满足要求
(2)27.5kV 侧选用LN1-27.5kV 型断路器，其技术数据见表5-2：
表5-2 LN3-27.5kV 断路器技术数据
型号
额定电压
/kV
额定电流/A
断流容量 /MVA
峰值 /kA
有效值/kA
热稳定/kA
LN3-27.5
27.5
1250
400 63 25 25（3s ）
工作电压：
e 27.5kV U U ==
工作电流：
e 1250A I =
)(4.8593.6613.13.1max g A I I =⨯==⋅
max e g I I >
短路热稳定校验为：
S KA t I Q .7535222
d =⨯=⨯=∞
S KA t I Q xu .1875325222t =⨯=⨯=
d u Q Q >x
短路动稳定校验为：
()KA I 52.113= KA I 25gf =
()
3g ch f I I >
所以，该型号户高压断路器满足要求。

5.2.2隔离开关的选择和校验
(1)110kV 侧带接地刀闸隔离开关选用GW1-110D 型，技术参数下表
表5-3 GW4-110D 型隔离开关参数表
型号
额定电
压 （kV ）
最高工作电压（kV ）
额定电流 （A ）
动稳定电流（峰值）
4s 热稳定电流（kA ）
GW4-110D
110
1250
80
31.5
由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得： 因为：
e U 110kV = g U 110kV =
满足要求。

()A I I g e 9.2141250max .=>=
满足要求。

错误!未找到引用源。

kA I kA I ch g 55.732=>=
满足要求。

热稳定性校验
S
KA Q S KA t I Q d N xu .100.396945.312222
=>=⨯=⨯=
错误!未找到引用源。

满足要求
所以，该型号高压隔离开关满足要求
(2)27.5kV 侧隔离开关选用GW4-27.5T 型，其技术数据见下表
表5-4 GW4-27.5DT 型隔离开关参数表
型号 额定电压（kV ） 额定电流 （A ） 动稳定电流 （峰值）（kA ）
5s 热稳定电流
（kA ） GW4-27.5DT
35
1000
80
21.5
由公式(5-1)、(5-2)、(5-4)得： 因为该型号隔离开关：
错误!未找到引用源。

kV U e 5.27=
满足要求
A I A I g e 8601000max .=>=错误!未找到引用源。

满足要求
错误!未找到引用源。

kA I kA I ch g 55.75.21=>=
满足要求
S kA Q S kA t I Q d xu N .6.663.25.231155.212222
=>=⨯=⨯=
满足要求
所以该型号高压隔离开关满足要求。

5.2.3 高压熔断器的选择和校验
熔断器是用以切断过载电流和短路电流，选择熔断器时首先应根据装置地点和使用条件确定种类和型式；对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需要按额定电压和断流容量两项来进行选择。

表5-5 RN2-35 型高压熔断器技术数据
型号 额定电压/kV 最大断流容量/MVA
RW1-35Z
35
400
因为：
e g U 35kV U 27.5kV =>=
满足电压要求
最大断流容量MVA S MVA S dt ek 4.36363.75.273400=⨯⨯=>= 错误!未找到引用源。

满足开断能力 所以该型号高压熔断器满足要求。

5.2.4 电流互感器的选择和校验
(1)选择原则
①按一次回路额定电压选择
电流互感器的一次额定电压U IN 必须大于电流互感器安装处的电网额定电压W U ，即W IN U U >
②按一次回路额定电流选择
电流互感器的一次额定电流应满足 max .W IN I I ≥式中：IN I 、max .W I —分别为电流互感器的一次侧额定电流和安装处一次回路最大工作电流；
③电流互感器的准确级和额定容量的选择
其准确度和额定容量应根据负载要求来确定。

为保证足够的准确度，其准确度不得低于二次负载的准确级或二次负载所要求的准确级。

如装于重要回路中的电度表或计费用的电度表一般采用0.5-1级，相应电流互感器至少是0.5级；供运行监视、供电电能的电度表一般采用1-1.5级的；相应互感器应为1级；供继电保护或供只需估计电参数的仪表用的电流互感器一般采用3级即可。

(2)110kV 侧电流互感器得选择与校验
①110kV 侧选用LCW —110型瓷绝缘户外式电流互感器，电流比为300/5，其具体技术数据见表5-9：
表5-9 LCW —110型电流互感器技术数据
型号 额定容量 额定电压 额定电流比 准确级次 1秒热稳定倍数 动稳定倍数 LCW —110
30vA
110kV
300/5A
0.5、1
75
150
②每相互感器二次负荷列于下表中，据此进行二次负载的计算与校验。

表5-10 电流互感器二次负载统计表
仪表名称
A 相（V.A ）
B 相（V.A ）
C 相（V.A
电流表（ITI-A 型）
—
3 —
有功功率表（IDI-W ）
2.35
— 2.35
有功瓦时计（DSI ）
0.5
— 0.5
总 计
2.85 3 2.85
由最大一相（B 相）负载为依据进行计算，取2230.e W W V A ==
则可得导线电阻为:
2
3030.10.985
d R -=-=Ω 铜导线20.018./mm m ρ=Ω，L l =,则其截面：
20.018500.9180.98d L
S mm R ρ⨯=
==
(5-9) 因此，选择截面为21.5mm 的铜导线，可满足要求。

③校验热稳定性
()t K I t e ⨯⨯2 (5-10)
()()s kA Q s kA t K I d t e 22222525.561751.0=>=⨯⨯=⨯⨯
满足热稳定性要求。

故选择的LCWB6—110型电流互感器能满足要求。

(3)27.5kV 侧电流互感器得选择与校验
①27.5kV 侧选用LCWD1-35电流互感器，电流比为100/5，其具体技术参数：
表5-11 LCW-35型电流互感器技术数据
型号
额定容量 /VA 额定电压 /kV 额定电流比/A 准确级次 1秒热稳 定倍数 动稳定倍数 LCWD-35 30 27.5 800/5 1/10P1 100 141
②每相互感器二次负荷列于下表中，据此进行二次负载的计算与校验。

表5-12 电流互感器二次负载统计
仪表名称
A 相（V.A ）
B 相（V.A ）
C 相（V.A
电流表（ITI-A 型）
— 3 —
有功功率表（IDI-W ）
2.35
— 2.35 有功瓦时计（DSI ） 0.5
— 0.5 总 计 2.85 3 2.85
由最大一相（B 相）负载为依据进行计算，取2230.e W W V A ==
则可得导线电阻为：
23030.10.985
d R -=-=Ω 铜导线20.018./mm m ρ=Ω，L l =,则其截面
20.018500.9180.98d L S mm R ρ⨯=
==
因此，选择截面为21.5mm 的铜导线，可满足要求。

③校验热稳定性，由（5-10）得：
()()s kA Q s kA t K I d t e 22222.58160011004.0=>=⨯⨯=⨯⨯
满足热稳定性要求
故选择的LCWD1-35电流互感器能满足要求。

5.2.5 电压互感器的选择和校验
(1)选择原则
①电压互感器的种类和型式选择
电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件选择。

如根据安装地点确定采用户式还是户外式；根据电网电压级别、使用条件确定电压互感器相数、绝缘方式等。

一般电压级别低时，如在3-6kV 系统，多用干式电压互感器；当电压在6-35kV 级别时，一般采用油浸式或浇注式电压互感器；110kV 以上的电压级别，采用串级式电压互感器等。

②按一、二次回路电压选择
为确保电压互感器安全可靠长期工作和在规定的准确度级别下运行，要求电压互感器所接电网电压不超过也不低于互感器一次额定电压的10%，而电网电压变动一般
不会超出电网额定电压的10%，因此可按下式确定电压互感器一次额定电压，即： 1N W U U =
式中：1N U 、W U —分别为电压互感器一次侧额定电压和互感器安装处电网的额定电压；
电压互感器二次侧额定电压应符合测量仪表或继电器的额定电压，一般为100V 或3100 。

③根据负载确定互感器接线方式、容量和准确度级
电压互感器的准确度级的选择与电流互感器相同。

为保证电压互感器在所要求的准确级下工作，电压互感器的额定二次容量2e W 应不小于互感器的二次负载容量2W ，即： 22e W W ≥
式中：2e W `
2W —分别为每相互感器的额定二次容量和其所承担的二次负荷总容量（VA ）。

由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要效验短路的稳定性。

当电压在110kV 及以上时，一般不采用钢箱瓷套管结构式的，因为这种结构使互感器笨重，且造价昂贵。

此时，采用单相串级结构，并以瓷箱代替钢箱，可以使体积减小、重量减轻，并降低造价。

(2)对于户外高压电压互感器选用JCC1-110型户外电压互感器.供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为3级。

供110kV 侧运行监视用的电压互感器选择：准确级1～1.5级。

表5-13 JCC1-110型户外电压互感器参数表 型号 一次额定电压（V ） 基本二次额定电压（V ） 辅助一次额定电压（V ）
一级额
定容量
（VA ）
三级额定容量（VA ） 最大容量（VA ） 备注
JCC1-110 3
101103
3100 100/100/3 500 100 2000 中性点直接接地
由于电压互感器装于110kV 侧只是用于电压监视，并不需要起保护作用，因为如果110kV 侧发生故障或事故是，其地方的电力系统会启动继电保护装置跳闸，将其故障或事故切除，因此选用JCC1-110型准确级1级，额定容量500V.A 的电压互感器便可以满足要求。

(3)27.5kV 侧电压互感器
供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为3级。

供计费用的电压互感器的选择：型号同上，但准确级为0.5级。

表 5-14 电压互感器参数表
额定电压比 0.5级额定容量（VA ） 1级额定容量（VA ） 3级额定容量（VA ）
一次的二次及地试验电压（V ）
二次对地试验电压（V ） 最大容量（VA ） 连接组别 27500/100
150 150 500 95 2 1000 I,in 2% 由于电压互感器装于27.5kV 侧不仅要用于电压监视，而且还要起到保护作用，用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故，故其准确级需要3级，因此选用该型准确级3级，额定容量500V.A 的电压互感器可以满足要求。

5.2.6 避雷器的选择
(1)110kV 侧选Y10W5-100/295型避雷器，其各项技术参数如表5-15
表5-15 Y10W5-100/295型避雷器参数表
注：* 为8/20us 雷电冲击残压(峰值)不大于标称放电电流 10kA 时
(2)27.5kV 侧选用Y10W5-42/140型避雷器，其技术参数如表5-16
表5-16 Y10W5-42/140型避雷器参数表
注：* 为8/20us 雷电冲击残压(峰值)不大于标称放电电流 10kA 时
5.2.7 自用变压器的选择
根据牵引变电所二次侧的电压等级，选择S7系列27.5kV 三相双绕组配电变压器作为牵引变电所部自用变压器，其主要参数如表6-13所示：
表6-13 S7系列三相双绕组变压器主要参数
额定容量
/kVA
高压 /kV
高压分 接围 低压 /kV 连接组标号 空载 损耗 /kW 负载 损耗 /W 空载 电流 /% 阻抗 电压 /% 50 27.5 500 0.4 Y,yno 0.92
6.40 1.9 6.5 5.3 母线的选择和校验
5.3.1 母线选择时所依据的条件
型号
系统标称电压 额定电压 持续运行电压 * Y10W5-100/295 110KV 100KV 73KV 295KV 型号
系统标称电压 额定电压 持续运行电压 *
Y10W5-40/142 27.5KV 42KV 30KV 140KV
(1) 按最大长期工作电流选择母线截面
根据正常工作下持续发热容许温升xu τ的限制，应使最大长期工作电流小于xu I ，即
xu gmax I I ≥ (6-14)
式中xu I —相应于母线工作的环境和其放置方式下，母线长期允许电流值；
g max I —母线在电路中的最大长期工作电流。

(2)按经济电流密度选择母线截面
按经济电流密度n j 选择母线截面应满足下列条件: n
j I S g = (6-15) (3)按短路条件校验母线的热稳定性
在满足稳定性的前提下，母线的最小容许截面min S ，即 d 1Q C
S = (6-16) 式中C —与母线材料及其发热温度有关的系数；
(4)按短路条件校验母线的机械稳定性
母线的冲击电流通过母线时，使其承受较大的机械应力，将导致固定在支持绝缘子上的母线弯曲变形甚至折断，因而必须按这时加于母线的弯矩进行应力计算。

对于单条矩形母线，当跨条大于2（等于2）时，母线的最大弯矩为
()108
F l F l M M ⋅⋅== (6-17) 式中 l —支持绝缘子间的跨距，厘米
F —母线所受的机械应力，公斤。

母线的最大计算应力为
M W
σ=
(6-18) 将(6-17)代入(6-18)中，得 (3)29ch 1.7610l i W σα-=⋅
⨯ (6 -19) 式中W —截面系数
母线的最大计算应力应小于材料的允许应力xu σ，即
xu σσ≤ (6-20)
则认为母线的机械稳定性可以满足要求。

5.3.2 110kV 侧母线的选择
(1)按最大长期工作电流选择母线截面
最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，则：
g.max e 1.3 1.3165214.5I I ==⨯=(A)
查出铝母线(25×4型)的允许载流量为292A(环境温度为°25时)，大于最大工作电流，故初选100mm 2截面的铝母线(单条平放)。

(2)校验母线的短路热稳定性
母线在最大负荷时的温度: ()()
οοοο08.2525702925.21425202max 0s =-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=θθθθxu xu g I I 短路电流计算时间:
js b g 0.10.10.2s t t t =+=+=
短路电流热效应：
222d 50.25(kA S)Q I t ∞=⋅=⨯=⋅
由ο08.25s =θ，查得铝曲线410166.0⨯=S A
426
42d 10216.0100
10510166.0⨯=⨯+⨯=+=S Q A A S Z 查表 6.6可得410216.0⨯=Z A ，对应铝母线曲线的纵坐标为ο3.30，即οο2003.30xu =<=θθZ ，表明所选截面的母线能满足热稳定性。

5.3.3 27.5kV 侧母线的选择
(1)按最大长期工作电流选择母线截面
g.max e 1.3 1.3660858I I ==⨯= A
查出铝母线60×10的允许载流量为1097A(环境温度为25︒时)，大于最大工作电流，故初选60×10=600mm 2截面的铝母线（单条平放）。

(2)校验母线的短路热稳定性
母线在最大负荷时的温度
()()ο
οοο5.522570109785825202max 0s =-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=θθθθxu xu g I I
短路电流热效应：
2
22d 7.630.211.64(kA S)Q I t ∞=⋅=⨯=⋅
由ο2.52s =θ，在查得铝曲线41042.0⨯=S A
426
42d 10423.0600
1064.111042.0⨯=⨯+⨯=+=S Q A A S Z 查表可得4z A 0.422910=⨯，对应于铝母线曲线的纵坐标为72︒，即z xu 72200θ=︒<θ=︒，表明所选截面的母线能满足热稳定性。

(3)校验母线的机械稳定性
三线短路时冲击电流 ：
ch 1.77.6318.34(kA)i ==
设母线采用水平排列排放, α=40厘米,l =120厘米,
2b b h α-+?,x 1k =则三相短路时相间电动力为：
()()）（N a l K F x ch 6.1741040
1201034.1873.110i 73.17-627233=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=-
母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
223110.4(4) 1.067(cm )66
W bh ==⨯⨯= 母线的计算应力：
6
6174.6 1.21019.6410(pa)1010 1.067
M F l W W σ⋅⨯⨯====⨯⨯ 查表得铝母线的允许应力为66910pa ⨯，xu σ<σ，满足机械稳定性。

第6章结论与展望
6.1 结论
该设计是一个目前国铁路变电与供电工程中很普遍的课题，在设计中要有清晰的设计思路，实用的设计方案。

在整个设计过程中，必须要严格遵照理论联系实际的理念，特别是对参数的计算与校验，更是要有非常严谨的态度。

该设计基本完成了对牵引变电所的整体设计。

实现了对铁路的双行供电，特别是对回流采用的措施是架回流线，这样能保留直接供电方式的优点又克服了它的不足，有效的避免了对临近通信线路的干扰。

在主变压器的选择中，除了考虑负荷计算中的参数意外，还考虑了实际铁路运营中会出现的大运量需求，设计中选用一个31500kVA的主变压器，这样既满足了运力的要求，又提高了运营效率。

在两台主变压器的备用和馈线之间互为备用的设计中，首先实现了在两个主供电线路间搭建了连接，正常运行时一台供电，一台备用。

在设备选择上，按照方案设计的要求也许选出了合适的设备，并经过校验，符合要求。

还有些可能没考虑到的问题，特别是在具体施工时，有些参数还要根据现实情况进行改进。

6.2 展望
在设计中对牵引变电所主变压器的容量选择是一个很核心的步骤，实际中客运专线的运力变化和以后专线的发展趋势在很大程度上影响着牵引变电所的设计。

在以后设计中充分考虑这些因素也是做好设计的关键。

带回流线的直接供电方式有望在回流质量和在减少对附近通信线路的干扰方面进行改进。

参考文献
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Universities Power Engineering Conference . 2000
附录
附录A 外文资料翻译
Power Supply and Distribution System
ABSTRACT:The basic function of the electric power system is to transport the electric power towards customers. The l0kV electric distribution net is a key point that connects the power supply with the electricity using on the industry, business and daily-life. For the electric power, allcostumers expect to pay the lowest price for the highest reliability, but don't consider that it's self-contradictory in the co-existence of economy and reliable.To improve the reliability of the power supply network, we must
increase the investment cost of the network construction But, if the cost that improve the reliability of the network construction, but the investment on this kind of construction would be worthless if the reducing loss is on the power-off is less than the increasing investment on improving the reliability .Thus we find out a balance point to make the most economic,between the investment and the loss by calculating the investment on power net and the loss brought from power-off.
KEYWORDS:power supply and distribution, power distribution reliability，reactive compensation, load distribution
The revolution of electric power system has brought a new big round construction,which is pushing the greater revolution of electric power technique along with the application of new technique and advanced equipment. Especially, the combination of the information technique and electric power technique, to great ex- tent, has improved reliability on electric quality and electric supply. The technical development decreases the cost on electric construction and drives innovation of electric network. On the basis of national and internatio- nal advanced electric knowledge, the dissertation introduces the research hotspot for present electric power sy- etem as following.
Firstly, This dissertation introduces the building condition of distribution automation(DA), and brings forward two typical construction modes on DA construction, integrative mode and fission mode .It emphasize the DA structure under the condition of the fission mode and presents the system configuration, the main station scheme, the feeder scheme, the optimized communication scheme etc., which is for DA research reference.
Secondly, as for the (DA) trouble measurement, position, isolation and resume, This dissertation analyzes the changes of pressure and current for line problem, gets math equation by educing phase short circuit and problem position under the condition of single-phase and works out equation and several parameter s U& , s I& and e I& table on problem . It brings out optimized isolation and resume plan, realizes auto isolation and network reconstruction, reduces the power off range and time and improves the reliability of electric power supply through problem self- diagnoses and self-analysis. It also introduces software flow and use for problem judgement and sets a model on network reconstruction and computer flow.
Thirdly, electricity system state is estimated to be one of the key techniques in。