110KV铁路牵引变电站一次系统设计

110KV/27.5KV铁路牵引变电站一次系统设
计
姓名：专业班级：指导教师：
摘要
在《中长期铁路网规划》中要求到2020年铁路的复线率和电化率要达到50%。

本文对电气化铁路牵引变电站一次系统的设计作了论述。

依据设计要求和相关的国家标准，对单相结线型、v
V/结线型和平衡变压器的比较，最终选择电压不平衡度低的结线平衡变压器作为主变压器。

通过计算上、下行线的供电臂的的有效电流和最大电流来确定变压器的型号和容量。

通过变压器原边和副边的短路电流的计算确定牵引变压器两侧的高压电气设备，最终完成牵引变电站的设计。

最后通过与国家和铁道部的相关标准和规范进行了总结和评价，该牵引变电站一次系统的设计符合设计要求。

关键词：电气化铁路；牵引变压器；平衡变压器；高压电气设备
The 110 KV/27.5 KV railroad leads a transformer substation one subsystem
design
Abstract：《Long-term railway network programming 》in request line rate and electricity of the reply of 2020 railroad to turn a rate and attain 50%.This text led transformer substation's design of one subsystem to make treatise to the electrification railroad.
According to the design request with related of nation standard, mutually knot a line type and knot the comparison of line type and equilibrium transformer to the list, end choice electric voltage unbalance degree the low knot line equilibrium transformer be a main transformer.Pass a calculation up, bottom line line of power supply arm of of valid electric current and the biggest electric current to make sure the model number and capacity of transformer.The calculation which passes the short-circuit electric current of the original side of the transformer and vice- side makes sure the high pressure electricity of two sides equipments, the end completion leads the design of transformer substation.
Finally passed to carry on summary with related standard and norm of nation and railroad department and evaluate, should lead transformer substation's design of one subsystem to meet a design request.
Key word：Electric railway; Tows the transformer; Balanced transformer; High pressure electrical equipment
目录
第1章前言
进入21世纪以来，中国原有的铁路系统暴露出越来越多的缺点，已经不能满足国民经济的高速发展，为适应全面建设小康社会的目标，铁路网要扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平。

到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，复线率和电化率均达到50%，运输能力满足国民经济和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平。

因此政府提出《中长期铁路网规划》。

依此电气化铁路牵引变电站的水平将会有长足的发展，大量应用新的工艺和技术满足国民经济的发展要求。

牵引变电站是以牵引变压器为主，将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出，向电气化列车供电。

牵引变电站采用新型的平衡变压器，合理的接线方式。

利用现有成熟的高压电气化设备实现供变电功能。

可实现变压器副边两相电流不等，而原边三相电流平衡，即无零续电流。

他的特点是变压器容量利用率高几乎为100%，副边有 接线绕组，三次偕波电流可以通过。

同时还缩小了变电站占地面积、降低了造价、减少了总投资、减少了维护工作量。

1.1 牵引变电站概述
1.1.1 牵引电电站的特点
电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制，低频单相交流制和工频单相交流制。

我国电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制，额定电压25kV。

牵引动力为电能，牵引供电设备将国家电力系统输送的电能变换为适合电力机车使用的形式，电力机车则完成牵引任务，因此牵引供电设备和电力机车是电气化铁路的两大主要装备，铁路其他装备和基础设施应与之相适应。

1.1.2 牵引变电站的功能
牵引变电站是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置。

总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。

牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。

牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。

牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。

牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。

通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。

1.2 牵引变电站发展概况
1.2.1单相结线牵引变电站
原理电路图如图（1-1）所示。

牵引变电站装设两台单相结线牵引变压器，可以两台并联运行，也可以一台运行，另一台备用。

牵引变压器的原边只接入三相电力系统中的两相；副边一端与牵引侧母线连接，另一端与轨道及接地网连接。

牵引变电站两供电臂由同一相供电（图中为AB）。

牵引负载对电力系统而言属于纯单相负载。

单相结线牵引变电站的优点：牵引变压器的容量利用率（额定输出容量与额定容量之比值）可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资省等。

其缺点是：不能供应地区和牵引变电站三相负荷用电；对电力系统的负序影响大；对接触网的供电不能实现两边供电。

所以这种结线只适用于电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠的由地方电网得到供应的场合。

另外，单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。

图1-1 单相结线牵引变电站的原理电路图
1.2.2 三相结线牵引变电站
这种牵引变电站中装设两台三相结线牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台备用。

其原理电路和相量关系分别如图（1-2）
优点：是牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电站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。

能很好的适应山区单线电气化铁路牵引负载不均衡的特点。

三相结线变压器再我国采用的时间长，有比较多的经验，制造相对简单，价格也比较便宜。

原边接线中性点可以引出接地，原边绕组可按分级绝缘设计制造，与电力系统匹配方便。

对接触网的供电可实现两边供电。

缺点主要是牵引变压器容量不能得到充分的利用。

另外与单相结线牵引变压器的牵引变电站相比，主接线要复杂一些，用的设备，工程投资也比较多，维护，检修工作量及相应的费用也有所增加。

图1-2 三相11,d Y N 结线牵引变压器原理电路图
1.2.3 采用结线阻抗匹配平衡变压器的牵引变电站
这种牵引变电站中装设两台结线阻抗匹配平衡变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台备用。

结线阻抗匹配平衡牵引变压器是20世纪90年代初我国研制成功的。

这种牵引变压器原边情况与普通三像结线变压器原边情况完全相同，铁芯也是三像芯式的。

其主要特点是通过伏辩绕组三角形接线的结构和阻抗的改变，实现将三像对称电压变换成两像对称电压。

绕组接线图和电压相量图。

图1-3 ,N Y 结线平衡变压器绕组接线
1.3 本次设计的目的及意义
当今社会铁路在国民经济中扮演着越来越重要的角色关系着经济的发展和老百姓的生活，但由于近年来原料价格的上涨、油价飚升和国民经济的高速发展对铁路的要求越来越高，在铁路中使用的内燃机效率低下、成本高、污染严重，同时国家颁布了《中长期铁路网规范》要求在2020年铁路的电化率要达到50%大力开通城际列车、重载货运列车使用的技术达到或接近世界先进水平。

因此兴建电气化铁路是完全适合我国当前的社会发展。

作为电气化铁路的重要建筑。

牵引变电站承担了降压、变相和向电气化列车供电的任务。

所以设计一座布局合理、效率和容量利用律高、安全、工作可靠、造价低廉的牵引变电站作为本次设计的主要目标。

1.4 主要完成的工作
根据《中长期铁路网规划》进行电气化铁路牵引变电站一次系统进行设计。

依据国家和铁路设计的标准和规范进行原始资料收集和数据的采集（区间全运行时分t,用电运行时分
t；区间牵引能耗A；电气化区段上、下行单元
u
（每千米）能耗。

主接线方式：全桥接线，拥有两路110KV电源（两种方案比较）
短路电流的结算：110KV侧，27.5KV侧
电气设备选择：110KV侧，27.5KV侧
变压器台数及容量：两台（16000KV*A）一台工作，一台备用
互感器的选择：110KV侧，27.5KV侧
防雷与接地：合适的接地，合适的避雷器（110KV和27.5KV）
第2章负荷计算及变压器的选择
2.1 基本参数
2.1.1 上、下行线基本参数
双线区段采用上，下行并联供电方式。

供电臂1 — n=2.8 N=94对/天
N=133对/天
非
供电臂2 — n=3.18 N=77对/天
N=126对/天
非
供电臂1和2内，各列车距馈电点和其他资料如图（2.1）和表（2.1）Array下下
图2-1 供电原理图
表2-1 计算原始资料
2.2 负荷计算
计算供电臂1，2的基本参数
供电臂 1：
)(4.922.25970
4.24.2A t
A I t =⨯
=⨯
=∑∑上
上
上
)(2.1021
.20856
4.24.2A t A I t =⨯=⨯=∑∑上上
下)(4.1397.16970
4.24.2A t A
I u =⨯=⨯
=∑∑上上
上)(2.1352
.15856
4.24.2A t
A
I u =⨯
=⨯
=∑∑下
下
下
65.11440
2
.2594=⨯==∑T t N m 上
上
31.11440
5
.2094=⨯==∑T t N m 下
下
389.01440
8.27
.1694=⨯⨯==∑nT t N p u 上
上
354.01440
8.22
.1594=⨯⨯=
=
∑nT
t N p u 下
下
51.17.162
.25==
=
∑∑上
上
上u t t a 32.12
.151
.20==
=∑∑下
下
下
u t
t a 供电臂2：
)(4.745.27852
4.24.2A t A I t =⨯
=⨯
=∑∑上
上
上
)(1.954
.24967
4.24.2A t A I t =⨯=⨯
=∑∑上上
下)(4.1298.15852
4.24.2A t A I u =⨯
=⨯=∑∑上
上
上
)(4.1186
.19967
4.24.2A t
A I u =⨯
=⨯=∑∑下
下
下
47.11440
5
.2777=⨯=
=
∑T
t N m 上
上
30.11440
4
.2477=⨯==∑T t N m 下
下
266.01440
18.38
.1577=⨯⨯=
=
∑nT
t N p u 上
上
330.01440
18.36
.1977=⨯⨯=
=
∑nT
t N p u 下
下
74.18.155
.27==
=∑∑上
上
上
u t t a 25.16
.194
.24==
=∑∑下
下
下
u t
t a 对于双线区段：
并联供电方式的上，下行馈线电流。

上，下行馈线平均电流为 ：
∑
∑
==+-=n
i ip n
i ip
av L
l I p L
l L I p I 1
1222下下上上上
(1-1)
∑
∑
==+-=n
i ip n
i ip
av L
l I p L
l L I p I 1
1222上上下下下 (1-2)
计算双线区段上下行馈线总电流。

上下行馈线总平均电流为
∑-⨯==+=310667.1i av av av A N npI I I I 上下（A ） 上下行馈线总有效电流为
下下下上＝av av e e e I I I I I 222++ (A) (1-3) 可采用简化公式，即
av e e
I K I '='（A ） 式中
下
下m m a K e
+-+='1
1.11 (1-4)
上下行馈线总有效电流也可简化为
av e e I K I = (1-5)
式中n,p 都为双线上下行总的追踪间隔数和列车用电平均概率。

按以上计算出的基本参数与计算图，则可用式（2.39）计算供电臂1，2的平均电流。

计算公式如下：
1.2861085697094667.110667.1331＝）（＝--⨯+⨯⨯⨯=∑A N I av (A)
5.2331085296777667.110667.13321＝）（＝--⨯+⨯⨯⨯=∑A N I av (A) 供电臂1，2有效电流的计算
供电臂1，2的有效电流，通常用（2.40）计算。

现已简化的式（2.41）或式（2.42）计算，即
av e
e I K I '= (1-6) 或av e e I K I =
供电臂1的有效电流e I 1为
av e
e I K I '=1 而09.13
.147.11
42.11.1111.11=+-⨯+=+-+='下下m m a K e
式中，42.12
.157.161
.202.25=++=
=∑∑u
t t a
则
8.3111.28609.11=⨯=e I （A ）
供电臂2的有效电流e I 2为
av e
e I K I '=2 而106.13
.147.11
47.11.1111.11=+-⨯+=+-+='下下m m a K e
式中，47.16
.198.154
.245.27=++=
=∑∑u
t
t a
则
3.2585.233106.12=⨯=e I （A ）
2.3 变压器选择
2.3.1 选择变压器的基本原则
主变压器是供电系统和牵引变电所的重要电气设备，它的类型和结构是由整个供电系统和供电方式技术经济设计方案的全面比较确定的。

按照对电气主接线的构成产生影响的情况，不同主变压器的类型和台数一般考虑不同。

主变压器总容量的选择按设计规程的计算条件，通过供电系统的电计算进行。

2.3.2 变压器选择
1.选用两台三相YN d11结线变压器
当选则N Y 11d 型牵引变电器作为主变压器时，他的计算容量为： 有以上计算，可知e e I I 21>，故得 变压器计算容量S 为：
18998
5.2331.28623.2588.31145.279.0242
2212221=⨯⨯++⨯⨯=++=av av e e t I I I I U K S （KVA ）
校核容量为
对于非N 得重负荷供电臂列车用电平均概率为
55.01440
8.27
.16133=⨯⨯=
=∑nT t N p u 上
非上
50.01440
8.22
.15133=⨯⨯=
=
∑nT
t N p u 下
非下
按双线有上行车或有下行车得概率为
775.050.055.050.055.0=⨯-+=⨯-+=下上下上p p p p p
由p 查附录C 图C-5，可得重负荷臂最大电流m ax I 为
4.4534.1373.33.3max =⨯==I I
其中，()
(
)
4.1372
.157.16856
9704.24
.2＝＝下上下上++⨯
=∑∑++u t A I
对应于非N 得轻负荷供电臂得有效电流
41.214405
.27126=⨯==∑T t N m 上
非上
14.21440
4
.24126=⨯=
=
∑T
t N m 下
非下
已知47.1=a 故
07.114
.241.21
47.11.1111.11=+-⨯+=+-+='下下m m a K e
()1.38210852967126667.110667.1331＝）（＝下上非--+⨯+⨯⨯⨯=∑A N I av 故得
8.4081.38207.12＝＝⨯'=av e
e I K I 最大容量m ax S 为
()()290208.40865.04.45325.279.065.02max max =⨯+⨯⨯⨯=+=e t I I U K S （KVA ）
校核容量校S 为
193475
.129020max ==K S S ＝
校（KVA ） K 为牵引变压器的过负荷倍数，取K=1.5。

变压器得的安装容量
将计算容量和校核容量进行比较，并结合采用固定备用方式和系列产品，选用三相N Y 11d 结线变压器的安装容量为200002⨯KVA 。

2.当采用平衡变压器时 平衡变压器有三种类型分别为
()()
()()()
(
)
()
()()
()()()
()2
22
2222
22222132111121
3321133312133611121
3322ηλλληλλλλλααα⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++++++++++=⎪⎪⎭
⎪
⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪
⎨
⎧+⎥⎦⎤⎢⎣
⎡+-++++⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++++++•++=n n n n UI n I U U n n n I U S e e e
（KVA ） (1-7) 当13+=λ，9195.02=η带入（2.65），可得 ∇,N Y 结线阻抗匹配平衡变压器的计算容量为
(
)
(
)
()⎥⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
++++
+++++=n n n n UI S e 132311231587.022222
α (1-8)
将e
e I I n αβ=
带入得
()(
)
()6481
.156995373.118.3115.271587.0132311231587.022222=⨯⨯⨯=⎥
⎦⎤⎢⎣
⎡
++++
+++++=n n n n UI S e α
当1=λ，9045.02=η带入（2.65），可得非阻抗匹配 V Y N ,结线平衡变压器的计算容量为
()[]
n n n n
UI S e +++++++=132********.0222
α (1-9)
将e
e I I n αβ=
带入得
()[]
2185.152537342.118942.129913241141561.0222
=⨯=+++++++=n n n n
UI S e
α
平衡变压器得校核容量 设max αI 和m ax βI
分别为按牵引变压器校核容量得计算条件确定的两供电臂最大电流， 其中4.453max ==masx I I α（A ）。

于是求m ax βI
对于非N 得轻负荷供电臂列车用电平均概率为
43.0144018.38
.15126=⨯⨯==∑nT t N p u 上
非上
54.01440
18.36
.19126=⨯⨯=
=
∑nT
t N p u 下
非下
按双线有上行车或有下行车得概率为
735.054.043.054.043.0=⨯-+=⨯-+=下上下上p p p p p
由p 查附录C 图C-5，可得重负荷臂最大电流m ax .βI 为 求得
627.431322.1235.35.3max .=⨯==I I β
其中，()
(
)
322.123.6
.198.15967
8524.24.2＝＝下上下上++⨯
=∑∑++u t A I （A ）
则
95.04
.453627
.431max
max ==
=
αβI I n ，
则比照式（2.65）得V Y N ,结线平衡变压器得最大容量为
()
()()()
()2
22
222max max 132111111
332ηλλλα⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-++++++++++=n n n n UI S 则比照式（2.65）得∇,N Y 结线阻抗匹配平衡变压器得最大容量为
()()
()()
KVA n n n n UI S 8692.23950104.124.4535.271587.0132311231587.0222
22max =⨯⨯⨯=⎥
⎦⎤⎢⎣⎡+++++++++=α
校核容量校S 为
2461.159675
.18692
.23950max ==K S S ＝
校（KVA ） K 为牵引变压器的过负荷倍数，取K=1.5。

则比照式（2.67）得非阻抗匹配V Y N ,平衡变压器得最大容量为
()[
]()KVA n n n n UI S 4049.239503054.124.4535.271561.013241141561.0222max =⨯⨯⨯=+++++++=α
校核容量校S 为
9366.159665
.14049
.23950max ==K S S ＝
校（KVA ） K 为牵引变压器的过负荷倍数，取K=1.5。

变压器得的安装容量
将计算容量和校核容量进行比较，并结合采用固定备用方式和系列产品，选用三相结线变压器的安装容量为160002⨯KVA 。

2.3.3确定牵引变压器的型号和容量
对比平衡变压器和N Y 11d 结线变压器的安装容量在相同情况下平衡变压器的安装容量小于N Y 11d 结线变压器，所以选择平衡变压器。

但是平衡变压器有
三种类型对三种变压器的电压损失进行比较从而选择最合适的主变压器。

结线平衡变压器电压损失
7943.100875.1='=T T X X 9258.92100%2
2=⨯='N
N
k T S U U X
引前相
()
()V
Cos I Sin I X U T 5589.22358.01.2861943.06.02948.4197943.101943.0=⨯⨯-⨯⨯=ψ-ψ=∆ααβββ
滞后相
()
()V
Cos I Sin I X U T 6724.33258.05.2331943.06.04.4537943.101943.0=⨯⨯+⨯=ψ-ψ=∆ββααα
结线阻抗匹配平衡变压器电压损失
5283.100607.1='=T T X X 9285.92100%22=⨯='N
N
k T S U U X
引前相
()
()V Cos I Sin I X U T 8765.21228.01.2862182.06.02948.4195283.102182.0=⨯⨯-⨯=ψ-ψ=∆ααβββ
滞后相
()
()V
Cos I Sin I X U T 25.32938.05.2332182.06.04.4535283.102182.0=⨯⨯+⨯=ψ+ψ=∆ββααα
其中αψ和βψ可以取36.9或34.9
所以选择两台16000KVA 容量的SF-PQY16MVA/110KV 铁道平衡牵引变压器。

第3章电气主接线的选择
3.1 选择的基本选择
电气主接线应满足可靠性、经济性和灵活性三项基本要求：
1、灵活性
主接线的灵活性主要表现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情况如下：
①满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方
便、灵活地切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行状态。

②满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要
求。

设备停电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内的操作是否方便灵活。

③满足接线过渡的灵活性。

一般变电站都是分期建设的，从初期接线到最
终接线的形成，中间要经过多次扩建。

主接线设计要考虑接线过渡过程中停电范围最少，停电时间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。

④满足处理事故的灵活性。

变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离
故障部分，尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定。

2、可靠性
根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不同，对变电所的主接线可靠性提出不同的要求。

主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的综合。

对主接线可以作定量的计算，但需要各种设备的可靠性指标、各级线路、母线故障率等原始数据。

一般情况下，在主接线设计时尚缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料，而且计算方法各异，也不成熟，故通常不作定量计算，其结果也只能作参考。

通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性。

3、经济性
经济性是在满足接线可靠性、灵活性要求的前提下，尽可能地减少与接线方式有关的投资。

主要内容如下：
1）采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。

在投产初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。

能缓装的设备，不提前采购装设。

2）在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以高代低。

3）在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置征地的费用。

3.2 电气主接线设计依据
1、变电所的分期和最终建设规模
变电所根据十几年电力系统发展规划进行设计。

一般装设两台主变压器；当技术经济比较合理时，330—500KV枢纽变电所也可装设3—4台主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。

2、变电所在电力系统中的地位和作用
电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。

一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330—500KV；地区重要变电所，电压为220—330KV；一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110KV，但也有220KV。

3、负荷大小和重要性
对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

4、系统备用容量大小
装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证一级和二级负荷。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。

例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、变压器停运；故障时允许切除的线路、变压器的数量等。

设计主接线时应充分考虑这个因素。

3.3 各电压等级母线的选择
方案一：
方案二：
图3-2 电气接线图2
经过比较接线方式二比一结构简单切换方便投资少，所以决定采用接线方式二作为本次设计的主线方式。

第4章 最大持续工作电流及短路电流的计算
4.1 最大持续工作电流
4.1.1 110KV 侧回路
110KV 侧的最大持续工作电流为：
1749.109110
732.120800
3160003.133.13.1=⨯=
⨯
=⨯
=⨯=e
e
e e g U KVA
U S I I （A ）
4.1.2 27.5KV 侧回路
27.5KV 侧的最大持续工作电流为：
6996.4365
.27732.120800
3160003.133.13.1=⨯=
⨯
=⨯
=⨯=e
e
e e g U KVA
U S I I （A ）
4.2 短路电流的计算
4.2.1 基本参数
变电站距供电地点的距离为60KM ，单位阻抗为0.4Ω/KM ，已知变压器的电压百分值5.10%=k u ，取基准值100=re S MVA 。

4.2.2 阻抗标幺值折算
当已知输电线路的长度l ，每公里电抗0X ，线路所在区段的平均电压av U 时，即可求出基准标幺电抗
20re
re
lre U S l
X X =* (1-10) 已知变压器的电压百分值%k u ，由其定义可知：
%100%1003%⨯=⨯=NT
T NT NT T
k Z Z
U I Z u (1-11)
在忽略变压器电阻时上式变为
%100%100%1003%⨯=⨯=⨯=*
NT NT
T NT NT T
k X X X U I X u 式中，为变压器的标幺额定电抗。

式是变压器额定标幺值与百分值之间的关系。

由标幺值额定计算公式得变压器的电抗基准标幺值为
NT
re k NT re NT
Tre S S
u S S X X %==*
* (1-12) 4.2.3 110KV 侧短路点短路电流的计算 1、短路计算 110kV 侧
（1） 首先应该取短路点，按照分析可以把所有设备的计算归算到110kV 和 27.5kV 侧，因此只取两个短路点进行计算即可。

（2） 先计算110kV 侧:取, 100=re S MVA 。

计算各线路和变压器的阻 抗标幺值. 从C S 到变电站T 可以经由两条路线. 线路一的等效电路如下图3.1所示：
L
图4.1 等效电路图
L0：18147.0115
100
604.02
200=⨯⨯==*re re l U S l
X X 所以线路一的总阻抗为：
1815.00==**l X X
即正常运行时的总阻抗为0.1815
线路二的等效电路与电路一相同这里不做过多叙述。

把Sc 当成无限大容量的电源.那么取E*=1， 5096.51815
.01
1===
**X I
T 所110kV
0.502
j
I kA
===
7658
.2
5092
.5
502
.0=
⨯
=
⨯
=*I
I
I
j
（KA）
110kV电网冲击系数取8.1
=
K
冲击电流为：0396
.7
7658
.2
414
.1
8.1
2=
⨯
⨯
=
⨯
⨯
=I
K
I
m
ch
（KA）
短路电流最大有效值为：4529
.4
7658
.2
61
.1
61
.1
max
.
=
⨯
=
=I
I
ch
（KA）4.2.4 27.5KV侧短路点短路电流的计算
短路计算27.5kV侧
变压器的阻抗6564
.0
16
100
100
5.
10
100
%
=
⨯
=
⨯
=
*
NT
re
d
T S
S
U
X计算方法同上。

取最大值计算8379
.0
1815
.0
6564
.0=
+
=
+
=*
*
*
∑T
X
X
X
1935
.1
8379
.0
1
1
=
=
=
*
∑
*
X
I
2.099
j
I kA
===
5052
.2
099
.2
1935
.1=
⨯
=
⨯
=*I
I
I
j
27.5kV电网冲击系数取7.1
=
m
K
冲击电流022
.6
5052
.2
414
.1
7.1
2=
⨯
⨯
=
⨯
⨯
=I
K
I
m
ch
短路电流最大有效值为：0333
.4
5052
.2
61
.1
61
.1
max
.
=
⨯
=
⨯
=I
I
ch
4.2.5 最大持续电流及短路电流计算结果汇总
表4-1 最大持续工作电流
表4-2 短路电流
第5章 主要电气设备选择
5.1 电气设备的选择的基本原则
5.1.1 按正常工作条件进行选择
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g U 不超过电气设备的最高工作电压max U ，才能保证在正常运行情况下电器的绝缘不致破坏。

即max g U U
（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大连续工作电流，即.max g xu I I ≤ 式中：xu I —电气设备的长期允许电流值
.max g I —电路的最大长期工作电流
各电路的最大长期工作电流的计算见下表：.max 1.3g e I I == 2、按短路情况校验电气设备的稳定 （3） 短路计算点的选择（见前） （4） 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b t 与该电路内断路器断路时间g t 之和，即
g b t t t =+ 而g gu hu t t t =+ (s)
gu t —断路器的固有动作时间
hu t —电弧持续时间
空气断路器hu t =0.01—0.02s 多油或少油断路器hu t =0.02—0.04s
3、短路热稳定校验 热稳定条件为xu d Q Q ≥
xu Q —电器断路时允许的发热量，制造厂常以s t 内允许通过电流t I 所产生的热量2t I Rt 来表示，时间t 通常定为5s 或10s ，新断路器为4s
d Q —短路电流所产生的热量
由于2d Q I t ∞
=⨯; 故有：22t I t I t ∞⨯≤⨯ 4、动稳定校验
电器的动稳定度由制造厂规定的极限通过电流峰值gf i 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3ch i ，因此校验电器的动稳定时需满足：3
ch gf i i ≤或ch gf I I ≤
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
5、由第四章中最大持续工作电流和短路电流的列表（）知
110KV 侧的最大持续工作电流为1749.109max .=g I （A ），0396.7=ch I （A ）。

27.5KV 侧的最大持续工作电流为6996.436max .=g I （A ），022.6=ch I （A ）。

依据电压和电流作为选择电气设备的初级标准。

5.2 母线的选择
5.2.1 110KV 侧母线的选择 一、110KV 侧母线采用硬母线
(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的限制，应使最大长期工作电流小于
xu I ，即.max xu g I I ≥；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，则
1749.10933
.13.1max .===e
e e g U S I I （A ）
由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线（LMY 型）15×3的允许载流量为156A （环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选15×3=45mm 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.max 2
00(
)()g s xu xu
I I θθθθ=+- =()
04.4725701561749.109252
=-⎪⎭
⎫ ⎝⎛+
短路电流计算时间0.10.10.2js b g t t t s =+=+=
S KA t I I I Q d t t Z Z d
d ⋅=⨯+⨯+=⨯+⨯+=
2222
22
25299.12.012
7658.27658.2107658.212
10
S KA T I Q fi Z fi ⋅=⨯=⨯=222
4896.0064.07658.2
一般高压系统中064.0~05.0≈fi T ，本次计算中取0.064。

短路电流热效应：S KA Q Q Q fi Z d ⋅=+=+=20995.24896.05299.1
由 04.47=s θ，在《电力牵引供变电技术》图6.6中查得铝曲线41048.0⨯=s A
()()4624
2105836.0100995.245
11048.01⨯=⨯+⨯=++
=fi Z s Z Q Q S A A 在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得4105836.0⨯=Z A ，对应铝母线曲线的纵坐标为 5.72，即 2005.72=<=xu Z θθ，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
冲击电流0396.77658.2414.18.12=⨯⨯=⨯⨯=I K I m ch （KA ） 三相短路时相间电动力为：
()N a l i K F sh
f 7493.251040
120100396.7732.110376272
3=⨯⨯⨯⨯=⨯=--母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
227311
W bh 0.0040.0410.6710m 66
-==⨯⨯=⨯
母线的计算应力：pa W l F W M 66108959.21067
.102
.17493.2510⨯=⨯⨯=⨯==
σ 由《电力牵引供变电技术》表 6.4铝母线的允许应力为66910Pa ⨯，
xu σ<σ，满足机械稳定性。

5.2.2 27.5KV 侧母线的选择
二、27.5KV 侧母线选用矩形铝母线（室内选硬母线、室外选软母线） (1) 按最大长期工作电流选择母线截面
.max 1.3409.4g e I I A ==== 由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线40×4的允许载流量为456A （环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选40×4=160mm 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.max 2
00(
)()g s xu xu
I I θθθθ=+- =()
2764.6625704566996.436252
=-⎪⎭
⎫ ⎝⎛+
短路电流计算时间0.10.10.2js b g t t t s =+=+=
S KA t I I I Q d t t Z Z d
d ⋅=⨯+⨯+=⨯+⨯+=
22
222
22
22552.12.012
5052.25052.2105052.212
10
S KA T I Q fi Z fi ⋅=⨯=⨯=222
4017.0064.05052.2
一般高压系统中064.0~05.0≈fi T ，本次计算中取0.064。

短路电流热效应：S KA Q Q Q fi Z d ⋅=+=+=26569.14017.02552.1
由 2764.66=s θ，在《电力牵引供变电技术》图 6.6中查得铝曲线
4105334.0⨯=s A
()()4
6242105398.0106569.1160
1105334.01⨯=⨯+⨯=++
=fi Z s Z Q Q S A A 在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得4105398.0⨯=Z A ，对应铝母线曲线的纵坐标为 75，即 20075=<=xu Z θθ，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
冲击电流022.65052.2414.17.12=⨯⨯=⨯⨯=I K I m ch （KA ） 三相短路时相间电动力为：
()N a l i K F sh
f 843.181040
12010022.6732.110376272
3=⨯⨯⨯⨯=⨯=--母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
227311
W bh 0.0040.0410.6710m 66-==⨯⨯=⨯
母线的计算应力：pa W l F W M 66101191.21067
.102
.1843.1810⨯=⨯⨯=⨯==
σ 由《电力牵引供变电技术》表 6.4铝母线的允许应力为66910Pa ⨯，
xu σ<σ，满足机械稳定性。