牵引变压器课程设计

第1章课程设计目的和任务要求

1.1 设计目的

牵引变电所是电气化铁道的心脏，牵引变压器是牵引供电系统的重要设备,其容量的大小关系到能否完成国家交给的运输任务和运营成本。因此,变压器的容量计算是极其必要的,要根据实际运营情况进行仔细运算,从而确定选择安装容量。同时，对牵引变压器的继电保护也是必不可少的，合理的保护可以使变压器安全稳定的运行，根据这两方便综合进而完成牵引变电所的设计。

1.2 任务要求

(1) 确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析其正常运行的四种运行方式。

(2) 确定牵引变压器的容量、台数及接线形式。

(3) 确定牵引负荷侧电气主接线的形式。

(4) 对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择。

(5) 设置合适的过电压保护装置、防雷装置以及提高接触网功率因数的装置。

(6) 用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。

1.3 设计依据

区域电网以双回路110kV输送电能，电力系统容量为3000MV A，选取基准容量为

J

S为1000MV A，在最大允许方式下，电力系统的电抗标幺值分别为0.24；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为0.30。

某牵引变电所A采用直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相平衡接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如下表1-1所示。

表1-1 两供电臂电流归算到27.5kV侧的电流

牵引变电

所供电臂

长度km

端子平均电流A 有效电流A 短路电流A 穿越电流A

A

24.6 β282 363 1023 202

20.4 α240 319 874 154

1.4 设计思路

本设计要求采用斯科特变压器。现将斯科特变压器原理简要介绍如下：

斯科特结线变压器实际上是由两台单相变压器按规定连接而成。一台变压器

的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为M 座变压器；另一

台单相变压器原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端接到M 座

变压器原边绕组的中点O ，称为T 座变压器。这种结线型式把对称三相电压变换成相位差为2π的对称两相电压，用两相中的一相供应一边供电臂，另一相供应

另一边供电臂。

图1-2中M 座变压器原边绕组匝数、电压分别用1ω、M 1U 表示，两端分别

接入电力系统的B 、C 相；副边绕组匝数、电压分别用2ω、M 2U 表示，向左边

供电臂供电。T 座变压器原边绕组匝数、电压分别为231ω、T 1U ，一端接到M

座变压器原边绕组的中点O ，另一端接到电力系统的A 相；副边绕组匝数、电

压分别为2ω、T 2U ，向右边供电臂供电。原、副边电流如图中标示。由图可知，

T 座和M 座副边匝数相同，都是2ω；但原边匝数不相同，T 座原边匝数是M 座的23倍。实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一

个油箱里。

图1-1 斯科特变压器原理电路图

由于该牵引变电所采用直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为

110/27.5KV ，SCOTT 接线。因此，其动力变压器及其自用电变压器可采用逆斯

科特变压器，逆斯科特变压器接线如图1-2所示。

图1-2 逆斯科特接线

第2章主接线设计

2.1 110KV侧主接线

牵引变电所高压侧（电源进线侧）的主接线设计可以分为三类：母线型接线、桥式接线、双T接线。对于大型变电所来说，母线型接线是中心牵引变电所110kV 电源侧电气主接线的核心；通过式牵引变电所110kV电源侧一般采用桥式接线；分接式牵引变电所110kV电源侧采用双T接线。

根据题目要求及分析已知条件可知：待设计变电所为一中等容量的通过式牵引变电所。所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线。

桥式接线又分为内桥和外桥两种接线形式。

图2-1内桥接线图2-2 外侨接线

图2-1内桥接线，连接在靠近变压器侧，其特点是适用于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。图2-2为外桥接线，本设计采用的是外桥接线，连接在靠近线路侧，其特点是适用于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方式便于变压器的投入以及切除。

为了配合牵引变电所在出现主变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障主变压器的切除。

2.2 倒闸操作

正常运行时，图2-1中QS7，QF,QS8其他断路器隔离开关均断开，变压器T1通过L1得电，使得变压器向27.5kV侧输送电能。

当需要检修时，假如仍然需要在L1得电，先断开QF1，然后断开QS3和QS5，再闭合QS4，然后合QS6。最后闭合QF，即可满足检修时供电需要。检修结束时，先断开QF2，然后断开QS4和QS6，再断QF,后闭合QS3和QS5，最后闭合QF1，即可恢复正常供电。

当L1线路故障需要由L2线路供电时，先闭合QS2，闭合QF，故障线路QF1跳闸，再断开QS1，最后QF2闭合即可满足L1故障时的供电。如L1线路恢复正常，可以先断开QF2、QF，再断开QS2，闭合QS1，最后闭合QF1即可恢复正常供电。

由此可以看出采用外桥型接线对于线路发生故障时比较有利，可以在停电瞬间通过互感器自动检测跳开故障线路断路器，然后闭合备用线路断路器，保证线路故障时自动转换开关使牵引变压器继续运行，有利于系统供电的可靠性和安全性。

2.3 馈线侧主接线设计

题目要求牵引变电所采直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5KV，SCOTT接线。

直接供电方式的馈电线包括接触网（T）和正馈线（F）两根线，断路器和隔离开关均为双线；另外有中线馈出，不设断路器和隔离开关。当牵引变压器（SCOTT接线变压器）副边线圈无中点抽头时，在变电所内还应另设自耦变压器。一般将自耦变压器设在馈电线外侧，当相邻变电所越区供电时，可作为末端的自耦变压器使用。双线铁路一般为四回馈电线，每两回同相馈电线设一组备用断路器，如图2-3所示。

图2-4 双线区段斯科特变压器直接供电方式馈电线主接线该方式是%

50备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需检修时，可有各自的备用断路器来代替其工作，断路器的转换操作较方便，供电可靠性高。

2.4 绘制电气主接线图

综合电源侧主接线图、变压器主接线图、馈线侧主接线图可得牵引变电所电气主结线图。电气主结线图见附图。

图中高压侧采用外桥接线形式，这种接线形式所用电气设备少，接线相对简单，可靠性高。两台主变压器均为斯科特接线变压器，正常时一台工作，一台备用。当工作电源失压或工作变压器故障时，在主断路器跳闸后，由自动切换装置使备用的斯科特变压器投入工作，从而保证了不间断供电。两回110KV电源进线各挂有一组电容式电压互感器（TV）。

由于主变压器二次侧为对称的的两相27.5KV，故每相（两条线）所使用的断路器、隔离开关均为双极联动的。并联电容补偿装置跨接于每相的两条线上。两台自用电变压器分别接于两台主变压器的二次侧，并采取二相——三相的斯科特反变换获得三相电源。

这种供电方式的牵引馈电线，每路始端均跨接有自耦变压器直接。直接两端分别与牵引网的接触导线（或接触网T）及正馈导线（F）相连，中点与钢轨（R）及保护线（PW）相连，并通过火花间隙（放电器）接地。该主接线中的馈线断路器采用的备用方式。

主接线图见附图1。

第3章 牵引变压器的选择和容量计算

3.1 牵引变压器的选择步骤

牵引变电所容量计算和选择，就是指牵引变压器容量的计算和选择。一般分

为三个步骤进行。

(1) 按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必需的最小容量，称

为计算容量。

(2) 按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变压器的过负荷能

力，求出所需要的容量，称为校核定量。这是为确保牵引变压器安全运行所必需

的容量。

(3) 根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式等)，最后按实

际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量，称为安装容量和设计容量。

3.2 变压器计算容量

斯科特结线变压器两副边绕组是相互独立的，故副边绕组的有效电流为

e Te I I 1=

e Me I I 2= 式中，Te I 和Me I 分别为T 座、M 座绕组有效值；e I 1和e I 2为对应于T 座与M

座的供电臂1、2的有效电流。

则其计算容量为 '

122)3(ηTe Te Me I I I U S ++= （3-2） 式中，由于是用于直接供电系统，则27.5U kV =，21e Te I I =、22e Me I I =。

由条件知1363202565

e I A =+=，2319154473e I A =+=，282.5Te I A =，236.5Me I A =，则由式（3-2）可得计算容量为

282.5 1.19236.5

Te Me I n I ===

（3-1）

'22211 1.190.911111 1.19 1.1933

n n n η++===+++?+22'221(3)27.5(236.5282.53282.5)0.9120235.6Me Te Te S U I I I kVA

η=++=?+÷+?=

3.3 变压器校核容量 '

2max 2max 2max max )3(ηI I I U S T T M b ++= （3-3） 式中U 为牵引侧电压，为27.5kV ；max T I 、max M I 分别为M 座、T 座二次绕组

最大电流，A I T 504max =，A I M 344max =，max I α、max I β分别为与α、β对应的供

电臂最大电流。

则由式（3-3）可得变压器的最大容量为

47.1344

504max max '===

M T I I n 89.047.147.131147

.113

1112'2'''2=+?++=+++=n n n η '2222max max max max 2(3)27.5(344504/3504)0.8948684M T T b U kVA S I I I η=++=?++?=

校核容量J S 为

kVA K S S b J 24342248684max === （3-4）

3.4 备用方式选择

已知KVA S b 48684max =，故选用的固定备用或移动备用方式下的安装容量是

合适的。在采用移动备用方式的情况下，考虑到当两台并联运行的牵引变压器一

台发生故障停电后，由另一台单独运行，允许超载%30，并持续4小时，为使其

单独运行而不影响铁路正常运输，且考虑到负荷的增长率为%40~%10，由

MVA MVA S b 6.304.1218825.323.125max =?>=?=

所以容量选用kVA 250002?变压器作为移动备用。

如果选用移动备用，当牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约

需数小时。此外，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输，即使这种

影响在单线区段或运量小的双线区段可以很快恢复正常，但考虑到本牵引变电所

设在沿线有公路条件的大运量的双线区段，为确保供电的可靠性应当采用固定备

用方式。

采用固定备用方式，为使其单独运行而不影响铁路正常运输，且考虑到负荷

的增长率为%40~%10，由

MVA MVA S b 4.454.132********max =?>=?=

所以安装容量选用kVA 400002?变压器，一台运行一台固定备用。

采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可以确保铁路正常运输，又

可不修建铁路专用线岔，可使牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方

量少，电气主接线较简单。

综上所述，采用kVA 400002?容量的斯科特变压器，采用固定备用方式，变

压器型号为53025T SCOTT -。

表3-1 53025T SCOTT -变压器的技术参数

额定容量(KVA) 额定电压(KV) 额定电流(A) 损耗(KV) 阻抗

电压

(%) 空载电流(%)

高压

低压 高压 低压 空载 短路 40000 110 27.5 60 310 21 54 5.25 2.5

第4章 短路计算

4.1 短路计算的目的

（1）在选择电气设备时，为保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、

可靠地工作，同时又力求节约资金，这需要全面的短路计算。

（2）在设计屋外高压配电装置时，需按短路计算条件检验软导线的相间和

对地的安全距离。

（3）在选择几点保护方式和进行整定计算时，需要短路计算提供依据。

4.2 短路点的选取

因短路计算的主要计算式短路电流，所以对一次侧设备的选取一般选取

110kV 高压侧母线短路点作为短路计算点；对二次侧设备和牵引馈线侧断路器的

选择一般选取27.5kV 低压母线侧短路点作为短路计算点。

4.3 短路计算

由于采用的是完全备用方式，主变压器单台运行，牵引变压器高压侧三相接

地短路短路电流与1d 点的三相接地短路电流相等，最终在计算可能通过各种电气

设备和母线最大电流时，计算短路21d d ，点的三相接地短路电流即可。所以可以

将主接线图转化为电路短路示意图4-1

图4-1 短路示意图

短路电路图如图4-2，其中1d 点为110kV 高压母线短路点，2d 点为27.5kV 牵

引母线短路点。

图4-2 短路计算等效电路

（1）1d 点短路计算

回路的等值电抗为：

321.023.0091.0*1=+=∑X

回路的等值电流为

12.3321.011*1k *===

∑X I

短路电流有效值： )

k (57.13115100

12.33k *1A U S I I B B

=??=?=

短路电流的最大值有效值：

）（kA 37.257.151.1sh =?=I

短路容量：

)(31210012.3k *1MVA S I S B =?=?=

（2）2d 点短路计算

回路的等值电抗为：

651.023.0091.033.0*2=++=∑X

回路的等值电流为

54.11*k *==

∑X I

短路电流有效值： )

k (23.335.27100

54.13k *2A U S I I B B =??=?

=

短路电流的最大值有效值：

）（kA 07.523.357.1sh =?=I

短路容量：

)(15410054.1k *1MVA S I S B =?=?=

表4-1 短路计算值

)kA (I ）（kA sh I 110kV 侧

27.5kV 侧 1.57 3.23

2.37 5.07 第5章 电气设备选择

5.1 电气设备选择的一般原则

(1) 应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展；

(2) 应满足安装地点和当地环境条件校核；

(3) 应力求技术先进和经济合理；

(4) 同类设备应尽量减少品种；

(5) 选用的新产品种均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格，特殊情况

下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

5.2 室外110kV 进线侧母线的选择

(1)最大负荷持续工作电流

A 93.214110

3315003.1U 3S 3.1I N N 30=??=?= (2)按经济电流密度选择进线截面。

)mm (81.2389

.093.214j I A 2ec 30ec === 取2ec mm /A 9.0j =

故应选择LGJ-240钢芯铝绞线，在最高允许温度为C 40时长期允许载流量

为494A 。

(3)校验发热条件

查附录表得LGJ-240的允许载流量（环境温度为C 40）。 A 93.214I kA 494I 30al =?=

因此满足发热条件。

(4)校验进线机械强度

查附录表得110kV 架空线钢芯铝绞线的最小截面2

2min mm 240A mm 35M =?=因此所选LGJ=240型钢芯铝绞线也满足机械强度要求。

5.3 27.5kV 侧母线的选择

低压母线水平平放，档距为900mm ，档数大于2，相邻两相母线的轴线距离

为50mm ，查附录表17得到，27.5kV 母线选LMY-50×5即母线尺寸为

mm 5mm 50?。

(1)校验动稳定度

按c al σ≥σ校验，式中al σ为母线材料的最大允许应力(Pa)，硬铝母线(LMY)

型，MPa 70al =σ。c σ为母线通过)3(sh i 时，所受到的最大计算应力。线距

mm 160a =，档距为m 9.0l =。

)3(F 为发生三相短路时两导体之间产生的电动力：

N A N a l i F sh 37.851016

.09.0)1036.9(3/103723272)3()3(=???=?=-- MPa 69.3W

M ==δ

10/l F M )3(=

b /h b W 2

= 3.69MPa δ70MPa δal =≥=

b 为母线截面的水平宽度，h 为母线截面的垂直高度。

(2)校验热稳定度

按式min A A ≥，A 为母线截面积，单位为2mm ；min A 为满足热稳定度条件的最小截面积，单位为2mm ，

2ima )3(min mm 18.42C t I

A ==∞ 22min mm 250A mm 18.42A =≤=

因此，所选的母线符合其要求。

5.4 110kV 侧断路器与隔离开关

高压侧计算电流为：

A U S I N N 34.165110

331500330=?== 根据上述选择原则可以选出高压断路器与高压隔离开关如下表5-1所示。

表5-1 高压侧断路器与隔离开关的选择与校验

选择校验项目

电压 电流 断流 能力 动稳定度 热稳定度 结论 装置

地

点

条

件 项目

max U U N )3(sh i ima t I ?∞2)3( - 数据 110kV/115kV 165.34A 2.09kA 5.33kA -

额定参数 e N U ? max i t I t ?2 -

30I )3(k I 5.17409.22=?o c I e N U ?

5.5 27.5kV 侧断路器与隔离开关

低压侧短路电流：

A U S I N N 35.6615

.27331500330=?== 根据上述选择原则可以选出断路器与隔离开关如下表5-2所

表5-2 低压侧断路器与隔离开关的选择与校验

5.6 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 侧使用的电压互感器选择为准确级0.5级。

由于电压互感器装于110kV 侧使用，并不需要起保护作用，因为如果110kV 侧发生故障或事故时，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6JCC -110型准确级0.5级，其技术数据如表5-3所示。 高压隔离开关

GW4-110/630

-CJ5

110kV/126kV 630A - 20kA 100004502=? 合格 高压少油断路

器SW 3-110G 110kV/126kV 1200A 15.8kA 41kA 合格

选择校验项目

电压 电流 断流 能力 动稳定度电流 热稳定度 结论 装置地点

条件

项目 )3(sh i ima t I ?∞2)3( - 数据 27.5kV 661.35A 3.68KA 6.77kA - 额定参数

- 低压隔离开关

GW4-27.5DT-CS-11

27.5kV 1250A - 80kA 合格 低压真空断路器

VBR2-60525BA

55kV 1250A 25kA 63kA 合格

699846152..=?max U U N 30I )3(k I 17.54468.32=?396945312=?.25004252=?e N U ?e N U ?oc I max i t I t ?2

表5-3 6JCC -110参数表

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校验短路的稳定性。

5.7 电流互感器

5.7.1 电流互感器的选择条件

(1)额定一次电压和额定电流

电流互感器的额定一次电压N 1U 必须与电流互感器安装处的额定电压NW U 相一致，它与额定电流应满足：N 1U ≥NW U ，N 1I ≥max ,w I

式中N 1I ,max ,w I 为电流互感器原边额定电流和装置的最大长期工作电流。 在环境温度条件下，连续通过电流互感器的原边电流应尽量接近额定电流1e I ，过大将使误差增大。互感器的二次额定电流一般为5A ，与仪表、继电器的标准电流相符。

(2)准确度级与铁芯数

电流互感器不同铁芯时，二次绕组的准确度级不同，供电度表需用0.5级，一般仪表用1.0级，估计电参数的仪表只需3级准确度，若只有一种用途，则可只选一个铁芯的互感器。

电流互感器的准确度级与一定容量相对应，若负载增大超过某一准确度级所对应的额定容量，则准确度级下降。

5.7.2 110kV 侧的电流互感器

在高压侧电流互感器安装处的额定电压NW U =110kV, 装置的最大长期工作电A A I I N 94.21434.1653.13.1max ,w =?==

本牵引变电所采用直接供电方式向双线区段供电，所以电流互感器可选用两个铁芯，准确度级为0.5/1。

型号

额定电压（kV ） 额定容量（V .A ） 最大容量（V .A ） 原线圈 副线圈 0.5级 1级 3级 JCC 6-110 300 500 500 2000 110/3

0.1/3

综上所述，电流互感器选用LCWD 2-110-2×300

5.7.2 27.5kV 侧的电流互感器

在低压侧电流互感器安装处的额定电压NW U =27.5kV , 装置的最大长期工作

电流 A A I I N 76.85935.6613.13.1max ,w =?==

本牵引变电所为中间牵引变所主要向牵引负荷和地区负荷供电，所以电流互感器可选用两个铁芯，准确度级为0.5/1。

综上所述，电流互感器选用LZBJ-27.5-1000/5A 0.5/10P2

第6章 继电保护

继电保护是电力系统的重要组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的必不可少的技术措施之一。继电保护装置是指能反应电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：

(1) 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

(2) 反应电器元件的不正常运行状态，并动作与断路器跳闸、发出信号或减负荷。

由此可见继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。

继电保护利用电力系统正常运行状态和不正常运行或故障时各物理量的差别来判断故障和异常，并通过断路器跳闸将故障切除或发出信号。

继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。

6.1 导线机电保护配置

采用平行双回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护。电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。

6.2 主变电压器继电保护装置配置

变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：

主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。

后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。

异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。

第7章 并联无功补偿

在牵引变电所牵引侧设计和安装并联电容补偿装置，既是减少负荷谐波影响的一项措施，又是提高牵引负荷功率因数的一种对策。

7.1 并联无功补偿的作用

（1）提高功率因数

（2）吸收谐波电流，具有滤波作用

（3）改善电力系统的电压质量

（4）减少电力系统的电能损失。并联电容补偿装置提供的容性电流，不仅提高了牵引负荷的功率因数，而且使流经电力系统和牵引变压器的电流值小于未补偿时的电流值。根据电能损失与电流值的二次方成正比的关系，显然并联电容补偿后可以减少电力系统的电能损失。

7.2 补偿无功容量

M 座的并联无功补偿如下：

(1)牵引变电所负荷平均有功功率L P ：

8884.7kW 0.8227.5154)(240cos U I P WN av L =??+=?=

(2)需补无功容量d Q ，

无防倒要求时：

var k 97.282419.01178.017.88841cos 11cos 1P Q 222212L d =???

? ??---?=???? ??-?--?= (3)安装无功容量A Q ：

()d 2

max W CN A Q U U a 1Q ??

? ??-=? a 15.11U U max W CN -≥?

代入kV 29U max W =?，12.0a =可求得： kV 34U CN =，var k 1.3417Q A =

(4)实际安装无功容量RA Q ，选取电容器型号为BWF10.5-16-1

串联电容器单元数n 按下式确定：

45

.1034U U n CO CN ≈==

并联电容器单元数m 按下式确定： 5416

41.3417nQ Q m O A ≈?== m 应受下列允许值限制，

最小允许值：

355

.1195.32414U U n 1n m '1C min ≈--=--= 1C U 为电容器组工作电压，'U 为故障电容器端电压，按下式确定：

kV 95.3212

.0129a 1U U max W 1C =-=-=?，kV 55.115.101.1U 1.1U CO '=?== 最大允许值：

626200P max 1019.582

.1785.44000210U C W 2m ?=??=?= O U 为电容器单元故障瞬间电压降，O C 为电容器单元额定电容，

按下式计算： kV 82.175.1022.1U 22.1U 0C 0=??==，

uF 85.45

.105014.3216f U 2Q C 20C 00=???=π= 实际安装无功容量：var k 3456

16544mnQ Q 0RA =??== 表7-1 M 、T 座的并联无功补偿计算

()kW P L var)(k Q d var)(k Q A n m ? var)(k Q RA M 座

888.4 2824.97 3417.1 216 3456 T 座 10924.2 3470.27 4179 264 4224

7.3 并联电容补偿装置主接线

图7-1表示了并联电容补偿装置的主接线，用于直接供电方式、带回流线的直接供电方式和BT供电方式等牵引变电所；

主接线的主要设备有：

①并联电容器组C。用于无功补偿，与串联电抗器匹配，滤掉一部分谐波电流。

②串联电抗器L。用于限制断路器合闸是的涌流和分闸时的重燃电流；与电容器组匹配，滤掉一部分谐波电流；防止并联电容补偿装置与供电系统发生高次谐波并联谐振；发生短路故障（例如牵引侧母线短路）时，避免电容器组通过短路点直接放电，保护电容器不受损坏；还可以抑制牵引母线瞬时电压降低为零

③断路器QF。为了投切和保护并联电容补偿装置。

④隔离开关QS。为了在维护检查并联电容补偿装置时有明显电点。

⑤电压互感器TV1，TV2（或放电线圈）。为了实现电容器组的继电保护，并联电容器组退出运行时放电。

⑥电流互感器TA1，TA2。为了实现并联电容补偿装置的电流测量和继电保护。

⑦避雷器F。作为过电压保护。

⑧熔断器FU。作为单台电容器的保护。

图7-1 无功补偿的主接线

第8章防雷保护

雷是一种大气中的放电现象，常常损坏有线电视设备。雷击主要有两种：直击雷和感应雷。直击雷是带电云层和大地之间放电造成的，可使用避雷针、避雷线和避雷网防避。感应雷是由静电感应和雷电流产生的电磁感应两种原因引起的。感应雷约占雷击率的90%，危害范围甚广。

8.1 雷电的危害

雷电是自然界存在的物理现象，打雷是指带正负电荷的雷云之间或是带电荷的雷云对大地快速放电而产生的声和光。雷云之间正负电荷放电现象，就是我们平时看到天空闪光和随之而来的巨大隆隆声。天空打雷对现代微电子的电气设备有伤害，但对自然界生物和净化空气十分有好处。但是天空中带电荷的雷云对大地放电。这种强烈直击雷，不仅产生刺眼闪光和巨大雷声，而且打雷所产生的强大雷电流(几十KA～几百KA)、炽热高温(6000~10000℃)。猛烈冲击波，对打雷附近的人畜生命安全造成严重威胁，使建筑房屋损坏，森林着火，石油、电力、气象、通信、航空航天建筑设施造成严重破坏。沿着雷电流流动方向，使周围数公里空间造成强大剧变电磁场，静电场和强烈电磁辐射等物理效应。把感应出来雷电压、雷电流通过供电线路、信号线路和各种金属管线传到各家各户造成人员伤亡，特别对微电子设备(计算机、电视、通信设备、电气设备等)造成严重破坏，导致重大经济损失，打雷是年年重复发生的自然现象，根据有关方面统计资料报告，全球每年因雷电灾害造成的损失高达数十亿美元。我国每年因雷击造成伤亡人员达一万多人，造成的各种经济损失也达数亿人民币。

8.2 防雷措施

(1) 直击雷保护:110KV配电装置装设避雷针或装设独立避雷针；主变压器装设独立避雷针；屋外组合导线装设独立避雷针。

(2)雷电侵入波保护:避雷器结合进线段保护。装设阀式避雷器是变电站对雷电过电压波进行防护的主要措施,它的保护作用主要是限制过电压波的幅值.但是为了使阀式避雷器不至与负荷过重(流过的冲击电流过大)和有效的发挥其保护功能,还需要有”进线段保护”与之配合,这是现代变电站防雷接线的基本思路。阀式避雷器的保护作用基于三个前提:①它的伏秒特性与被保护绝缘的伏秒特性有良好的配合在一切电压波形下,前者均处于后者之下②它的③伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度③被保护绝缘必须处于该避雷器的

保护距离之内。

8.3 防雷设备安装

首先，在110kV电源进线的终端杆上装设FS4—110型阀式避雷器。引下线采用25mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

其次，在110kV高压配电室内装设有GG—1A(F)—54型开关柜，其中配有FS4—110型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

最后，在27.5kV侧架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿架空线侵入的雷电波。

第9章结论

这次课程设计要求采用斯科特变压器在直接供电方式下给双线区段供电臂供电。以下是本次设计我所做的工作。首先提出设计方案三相平衡联接牵引变电所，通过技术比较确定最终方案。然后，设备的选型和校验包括牵引变压器的选择和校验主要是容量计算和技术指标的检测，绝缘设备的选型和校验主要是关于电气设备、开关设备的选型和校验，以及对室内外母线，断路器的选型和校验。其次是对牵引变电所的防雷设计。本次设计的重点放在了选型、校验和短路计算。最后通过老师和同学的指导完成本次设计满足任务中提及的要求，从而使牵引供电知识得到系统性的深化。经过这几天的牵引供电课程设计，不但使我对之前学过的专业课知识有了一次很好的复习，而且使我深刻体会到书上的知识和实践运用的差距，认识到了课程设计在大学学习中的重要性。通过近两周的课程设计，不但使我对以前所学过的专业课知识有了一次很好的复习，而且使我更加深刻的认识到了课程设计在我们大学学习中的重要性。通过这次实践，我了解了牵引供电系统的用途及工作原理，熟悉了电气化铁道供电系统牵引变电所的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。此次课程设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。