110kv牵引变电所设计

课程设计报告

课 程 电气化铁道供电系统与设计

题 目 牵引变电所B主接线及变压器容量计算

学 院 电气工程学院

年 级 专 业 电气工程及其自动化

班 级 学 号

学生姓名

指导教师

1 概述

包含有A、B两牵引变电所的供电系统示意图如图1-1所示：

图1-1 牵引供电系统示意图

表1-1 设计基本数据

图1-1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，电力系统容量分别为250MVA和200MVA。选取基准容量为200MVA，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，电力系统的综合标幺值分别为0.15和0.17。

对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。图1-1中，、、长度为25km、40km、20km.线路平均正序电抗为0.4/km,平均零序电抗为1.2/km。

2 设计方案简述

本课程设计较系统的阐明了牵引变电B设计的基本方法和步骤。重点在于对牵引变压器的选择、牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算；牵引变电所电压不平衡度计算；电气主接线的设计；导线的选择。分章节进行阐述，经过多方面的校验，从经济实用的角度出发，力求设计出一套较优的方案。

3 牵引变压器容量计算

牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，担负着将电力系统供给的110KV或220KV三相电源变换成适合电力机车使用的27.5KV的单相电。由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强。本设计综合考虑这些因素，选择了三相YN／d11牵引变压器。

3.1牵引变压器容量的计算

变压器的容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务并节约运营成本。容量过小会使牵引变压器长期过载，将造成其寿命缩短，甚至烧损；容量过大将使牵引变压器长期不能满载运行，从而造成其容量浪费，损耗增加，使运营费用增大。所以通过变压器容量的计算，能更好的选择一个安全经济的设计方案。

3.1.1牵引变压器计算容量

牵引变电所的主变压器采用YN，d11接线形式，主变压器正常负荷计算：

（kVA） (3-1)

将=310A， =280A 代入（3-1）可以求得：

S=19850（kVA）

紧密运行状态下的主变压器计算容量：

（kVA） (3-2)

将=400A， =280A 代入 (3-2)可以求得：

=25431（kVA）

为了满足铁路运输的不断发展，牵引变压器要留有一定余量，预计中期牵引负荷增长为40%。

（kVA） (3-3)

可以求得： =27789（kVA）

于是根据所得容量，查询附录一，可选择型三相双绕组牵引变压器。

3.1.2牵引变压器过负荷能力校验

（kVA） (3-4)

可求得： =16203（kVA）

3.2牵引变压器功率损耗计算

牵引供电系统的电能损失是电气化铁道的一项重要的运营指标，具有很重要的经济意义。不同的牵引变压器接线型式使牵引供电系统的电能损失不同，经过相应的计算，以求得最好的供电方案。

已知=310A， =280A，根据公式（3-5）计算：

(3-5)

所得结果代入公式 (3-6)中。

在牵引变电所中，如果是一台牵引变压器运行，则全年实际负载电能损失为：

（kWh/年） (3-6)

可求得=13.4551（kWh/年）。

全年实际空载电能损失为：

（kWh/年） (3-7)

可求得=33.7260（kWh/年）。

全年牵引变压器的实际总电能损失为：

（kWh/年） (3-8)

可求得： =47.1811（kWh/年）。

通过计算，我们发现可以采取限制供电臂的长度、实行牵引变压器的经济运行、装设并联电容补偿装置等方法来减少牵引供电系统电能损失。

3.3牵引变电所电压不平衡度计算

由于单相工频交流电气化铁道牵引负荷的特点，当三相电力系统向它供电时，它将在电力系统中引起负序电流，而负序电流会造成变压器的附加电能损失，并在变压器铁芯磁路中造成附加发热，所以通过对不平衡度的计算，来确定采取有效的措施，缩小这些影响，这是牵引供电系统设计的重要一环。

在设计中，通常按牵引变电所正常运行和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度。按紧密运行工况进行不平衡度考核。

3.3.1计算电网最小运行方式下的负序电抗

（） (3-9)

已知在最小运行方式下系统二的综合电抗标么值=0.17, =25km， =0.4Ω/km根据公式（3-9）求得： =20Ω。

3.3.2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

（A） (3-10)

已知=400A， =350A，可得： =54.4862A。

3.3.3构造归算到110kV的等值负序网络

如图3-1所示：

图3-1归算到110kV，三相双绕组牵引变压器、供电系统等值负序网络

3.3.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验

相负序电压计算按公式（3-11）进行：

（V） (3-11)

将已求得的和分别代入公式（3-11），求得系统二运行时的相负序电压=1105V。

110kV母线电压不平衡度计算及校验按下式进行：

%.5% (3-12)

本次课程设计按2.5%考核，将=1105V， 代入公式（3-12）得： 1.9%<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来改善负序的作用。

4 导线选择

4.1软母线选择

110kV进线侧，进入高压室的27.5kV进线侧，从高压室出来的27.5kV馈线侧，10kV馈线侧的母线均为软母线。

软母线进行选型，热稳定校验（无需进行动稳定校验）。

计算方法：按导线长期发热允许电流选择导线。

温度修正系数k由下式求得：

（4-1）

式中：—运行的允许温度，对室外有日照时取80℃，室内取70℃；

t —实际环境温度， ℃。

设计时取t=25℃，那么在室外有日照时k=1，在室内时k=1。

工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。

表4-1导线的选择与校验

4.1.1室外110kV进线侧的母线选择

室外110kV进线侧的母线为软母线,母线长为20㎞，且每段负荷不同,母线截面可采取相同截面，以按最大长期工作电流方式来选择为宜。设计中三相双绕组牵引变压器的选择型号为SF1-31500/110。母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。

A

由所给资料查出钢芯铝绞线(LGJ-70)的允许载流量为260A(基准环境温度为25℃时)，符合式子(k=1)

式中：—通过导线的最大持续电流；

—对于额定环境温度,导线长期允许电流；

—温度修正系数。

故初步确定110kV进线侧的母线选用截面积为70mm2的钢芯铝绞线(LGJ-70)。

校验母线的热稳定性：

表4-2 各种起始温度下C值

（4-2）

其中：—满足热稳定要求的导线最小截面积（mm2）；

—热稳定系数(如表4-3)；

—集肤效应系数。我们选取=0.01；

—假想时间；

==1.50+1.56+0.05=3.11s。(为继电保护整定时间,为断路器动作时间。)

表4-4 各级继电保护时间配合

选C=83，经计算, =194.14 mm2。

由于S=70<=194.14，所以所选截面的母线不能满足热稳定要求，必须选择型号为LGJ—240的钢芯铝绞线。

4.1.2室外27.5kV侧的母线选型及校验

母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑，选择容量为1600kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。

经计算：

=（A） （4-3）

由所给资料查出钢芯铝绞线(LGJ-10)的允许载流量为86A(基准环境温度为25℃时)，符合式子(k=1),故初步确定27.5kV侧的母线选用截面积为10 mm2的钢芯铝绞线(LGJ-10)。

校验母线的热稳定性：

选C=99， =1.00+1.06+0.05=2.11s， =74.9 mm2。

由于S=10<=74.9，所以所选截面的母线不能满足热稳定要求，必须选择型号为LGJ—95的钢芯铝绞线。

4.1.3室外10kV馈线侧的母线选型及校验。

母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑，选择容量为1600kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。

经计算：

（A） （4-4）

由所给资料查出钢芯铝绞线(LGJ-25)的允许载流量为138A(基准环境温度为25℃时)，符合式子(k=1)，故初步确定10kV侧的母线选用截面积为25 mm2的钢芯铝绞线(LGJ-25)。

校验母线的热稳定性：

选C=87， =0.20 +0.26+0.05=0.51s， =11.02 mm2。

由于S=25>=11.02，所以所选截面的母线能满足热稳定。

5 主接线选择

本设计采用双T接线方式做为牵引变电所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应增大，但对于本设计，由于只需2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。

总结

作为一名电气工程系，电气工程及其自动化专业大四的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义的，而且是十分有必要的。

此时，两周的《电力牵引供变电》课程设计终于结束了，虽然很忙碌、很疲劳，但是收获颇多。我们几乎每天的专注和辛劳，唤回了我对《电力牵引供变电》课程设计的重新的认识，对牵引变电所的构成以及各部分的原理和功能都有了更具体的认识和理解。在此次课程设计中，也培养了我们同学之间的团体协作能力。在设计的过程中遇到问题，经过老师和我们的共同努力配合，都得到了相应地解决。然而，在设计过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进！

由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

附录一 牵引变压器主要技术数据表

附录二 牵引变电所B主接线图

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.

[2] 贺威俊,简克良.电气化铁道共变电工程[M].北京:铁道出版社,1983.

[3] 刘国亭. 电力工程CAD[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

[4] 汤蕴缪,史乃.电机学[M],北京:机械工业出版社,2005.

[5] 张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005.

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