西南交大网络学院毕业设计(电气工程)
题目：望布牵引变电所电气主
接线设计
专业：电气工程及其自动化学号：
姓名：
指导教师：
学习中心：
西南交通大学
网络教育学院
年月日
院系西南交通大学网络教育学院专业电气工程及其自动化年级学号姓名
学习中心指导教师
题目
指导教师
评语
是否同意答辩过程分(满分20)
指导教师(签章) 评阅人
评语
评阅人(签章)
成绩
答辩组组长(签章)
年月日
毕业设计任务书
班级班学生姓名
学号
开题日期：20 年月日完成日期：20 年月日
题目望布牵引变电所电气主接线设计
题目类型：工程设计技术专题研究理论研究软硬件产品开发
一、设计任务及要求
（1）本设计主要任务：牵引变电所总体分析、负荷分析计算与主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备的选择计算与校验、母线的校验计算等。（2）基本要求：电气主接线设计应满足的基本要求：牵引供电方式采用带回流线的直接供电方式；电力牵引为一级负荷，牵引变电所应由两路独立电源供电，两路电源互为热备用，电源电压等级采用110kV；牵引变压器检修备用方式为固定备用；牵引变电所分布按照远期需要布置，在保证供电质量的前提下，牵引变电所尽量设在车站所在地或交通方便处；牵引变电所主变压器容量按交付运营后第5年的需要选取，除端头牵引变电所主变压器采用单相牵引变压器外，其余各所主变压器采用三相V/V结线变压器；牵引变电所设置并联电容补偿装置，以保证110kV侧月平均功率因数达到0.9以上。
二、应完成的硬件或软件实验
1、110KV主接线设计，近期2回，远期2回。根据分析及6~220KV高压配电装置的基本接线及适用范围可知，110KV电压级应选用单母线分段接线形式的电气主接线。
2、35KV电压级，近期4回，远期2回，出现回路数较多，可采用单母分段或双母线接线，两者比较见110KV比较；本设计采用单母分段。
3、10KV电压级，近期9回，远期2回，10KV采用全室内配电装置，加装小车式开关，可不设旁母；单母分段与双母比较见110KV；本次设计最终采用单母分段。
三、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）
毕业设计、毕业论文、含毕业设计论文及设计图纸
四、指导教师提供的设计资料
1．谭秀炳《交流电气化铁道牵引供电系统》
2. 谭秀炳刘向阳《交流电气化铁道牵引供电系统》
3．冯金柱《电气化铁路基本知识》
4. 吉鹏霄《接触网》
五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）
1、主变压器安装容量 2×(25+25) MVA。
2、并联补偿电容器容量 2800+2800 KVar。
3、电抗器容量 336+336 KVar。
4、供电臂长度18+18 Km。
六、设计进度安排
第一部分收集毕业设计（论文）资料，撰写开题报告；（1 周）第二部分编制完成毕业设计(论文)及相关图纸；（2 周）第三部分修改、装订。（3 周）评阅或答辩
指导教师：年月日
学院审查意见：
审批人：年月日
诚信承诺
一、本设计是本人独立完成；
二、本设计没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。
承诺人（钢笔填写）：
年月日
目录
摘要 ...................................................................................................................................................... I 第1章牵引变电所总体分析. (1)
1.1牵引变电所总体分析 (1)
1.1.1设计依据 (1)
1.1.2建牵引变电所的必要性 (1)
1.1.3规模 (1)
1.1.4所址特点 (1)
1.1.5对电力系统影响及对策 (2)
1.2牵引变电所的类型： (2)
第2章负荷分析计算与主变选择 (4)
2.1负荷分析计算 (4)
2.1.1负荷分析 (4)
2.1.2 计算 (4)
2.2 主变容量与台数选择 (5)
2.3.1相数 (6)
2.3.2绕组型式和连接方式 (6)
2.3.3主变阻抗的选择 (7)
2.3.4容量比 (7)
2.3.5冷却方式 (7)
2.3.6 调压方式 (7)
2.3.7是否自耦变 (7)
第3章电气主接线设计 (8)
3.1电气主接线设计 (8)
3.1.1总述 (8)
3.1.2依据《35—110KV牵引变电所设计规范》 (8)
3.1.3电气主接线 (8)
3.1.4电气主接线设计中考虑的基本问题 (9)
3.1.5电气主接线设计步骤 (9)
3.2电力线路影响电气化的处理 (11)
3.2.1迁改范围 (11)
3.2.2迁改原则 (11)
3.2.3执行的主要技术标准 (11)
第4章短路电流计算 (13)
4.1短路电流计算的目的 (13)
4.2短路电流计算说明 (13)
4.3短路电流的计算（采用标幺值法） (13)
4.3.1 基准电压和电流的计算和基准容量的选择 (13)
4.3.2 变压器电抗的计算 (14)
4.3.3 线路电抗计算 (14)
4.3.4 等值电路见下图4-1 (14)
4.3.5 d1(3)点110KV母线短路电流计算 (15)
4.3.6 d2(3)点35KV母线短路电流计算 (16)
4.3.7 d3(3)点10KV母线短路电流计算 (16)
4.3.8短路电流的计算结果见表4.1 (17)
第5章电气设备的选择、计算与校验 (18)
5.1电气设备选择的一般条件 (18)
5.1.1按正常工作条件选择电气设备 (18)
5.1.2按短路情况校验 (19)
5.2 高压断路器的选择和校验 (20)
5.2.1高压断路器的选择条件 (20)
5.2.2高压断路器的校验条件 (21)
5.2.3校验结果 (21)
5.3隔离开关的选择和校验 (21)
5.3.1隔离开关的主要用途 (21)
5.3.2隔离开关的选择和校验 (22)
5.4互感器的选择和校验 (22)
5.4.1互感器的作用 (23)
5.4.3电压互感器的选择 (24)
5.5电气设备选择计算、说明、一览表和校验 (25)
5.5.1电气设备选择计算 (25)
5.5.2电气设备选择说明 (25)
5.5.3电气设备选择一览表 (26)
5.5.4断路器开关的校验 (28)
5.5.5隔离开关的校验 (31)
5.5.6电流互感器的校验 (33)
第6章母线的校验计算 (35)
6.1母线材料和截面形状的选择说明 (35)
6.1.1母线及引接线选择 (35)
6.2母线校验 (36)
6.2.1按长期允许电流选择 (36)
6.2.2动稳定校验 (36)
6.2.3热稳定校验 (37)
谢辞 (38)
参考文献 (39)
附录 (39)
摘要
本文是基于望布牵引变电所电气主接线设计，在整个设计中进行了牵引变电所总体分析，负荷分析计算与主变选择，电气主接线设计，短路电流计算，对变电所主变压器、高压电器和设备等各种电器元件选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择，对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性进行预想和计算，并完成了牵引变电所电气主接线的详细设计图。经电力测试，此电气部分设计在实践运用中取得了良好的效果。
关键词: 牵引变电所电气主接线负荷分析短路电流
第1章牵引变电所总体分析
1.1牵引变电所总体分析
1.1.1设计依据
根据毕业设计牵引变电所任务书的规定及《铁路电力牵引供电设计规范》和《35～110KV变电所设计规范》
（1）本规范适用于电压为35～110KV，单台变压器容量为5000KVA及以上新建变电所的设计。其中电力牵引为一级负荷，牵引变电所应由两路独立电源供电，两路电源互为热备用，电源电压等级采用110kV。当其中任一路发生故障时，另一路应仍能正常供电。
（2）变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远（2030年）、近期（2015-2020年）结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
（3）牵引变电所的设计，必须坚持节约用地、安全可靠的原则。
（4）牵引变电所设计除应执行本规程外，尚应符合现行国家有关标准和规范的规定。
1.1.2建牵引变电所的必要性
铁路作为交通运输的大动脉，为适应社会经济的迅速发展，技术、装备水平大幅度提高。连续六次铁路干线提速成为铁路技术革新进步的最直接体现。电力牵引的电气化铁道得到了迅猛的发展，运营里程和运行速度同步提高。随着西部大开发的深入，南疆电气化（吐库二线电气化）时代的带来，牵引变电所的新建已成必然。本所就是位于南疆即将建成的吐库电气化线路上。
1.1.3规模
其电压等级为110/35/10KV，工程分两期进行。线路回路数为：110KV近期2回，远景发展2回；35KV近期4回，远景发展2回；10KV近期9回，远景发展2回。1.1.4所址特点
牵引变电所是向电气化铁路供电的电源点，必须沿铁路线设置。新建各牵引变电所应便于架空线路的引入和引出；尽量不占或少占农田；具有适宜的地质条件及地基承载力，并避开不良地质地带；牵引变电所所址场坪标高在百年一遇的洪水位以上, 为了交通运输和日常运行检修的方便，牵引变电所均采用公路引入，有条件
的变电所与接触网工区相邻建设，靠近地势平坦的车站附近。
牵引变电所的设置特点是根据供电计算来确定的，一般只能在相邻车站做个别的调整。若要做较大调整，可能影响到整个牵引变电所的布点方案。因此，牵引变电所的场地选择要比电力系统中一般变电所的场地选择困难的多。
牵引变电所的场地占用面积，本文采用的是带回流线的直接供电方式，直接供电方式约为3500㎡。根据要求，对所址进行考察，在有关部门的大力配合下，发现NJ望布满足建所要求。
1.1.5对电力系统影响及对策
负序电流、高次谐波对电力系统影响的程度，涉及电力系统的电网分布情况，待下一阶段在外部供电方案确定过程中，配合电力部门进行负序电流、高次谐波影响计算。
为了减少谐波对电力系统的影响，本文设计的望布牵引变电所设置兼具滤除部分3次谐波的并联电容补偿装置，在起滤波作用的同时又改善了功率因数。装置的参数选择以滤去3此谐波为主，一般感抗容抗比取0.12～0.14，来滤去部分3次谐波。需用功率及年用电量如下表:
需用功率及年用电量
为有效的减少负序电流、谐波对电力系统的影响，可采用导线采用防腐型线材；接触线采用温度张力性能好的铜合金导线等来提高供电可靠性措施，本文设计的望布牵引变电所就是采用此种措施来减小对电系统的的影响。
1.2牵引变电所的类型：
本文设计的望布牵引变电所即是采用三相V ，v 结线牵引变电所，一台运行，另一台固定备用。三相V ，v 接线牵引变压器是近年来新研制的产品，它是将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内组成的。其原理电路如图1—1所示。
图a ，三相V ，v 变压器二次侧绕组以正“V ”
T R 图b ，三相V ，v 变压器二次侧绕组以正“V ”T
R
第2章负荷分析计算与主变选择
2.1负荷分析计算
2.1.1负荷分析
我国电气化铁路（接触网）采用单相工频交流制，额定电压未25KV 。牵引变电所的除以将110KV （或220KV ）三相交流高压电变换为27.5（或55）KV 的电压等级向牵引网供电，包括一、二、三级负荷外，还以10KV 电压供给站区、居民点的生活商业用电，因此该所在电力系统中对于保证区域性供电质量、供电安全有重要作用。
2.1.2 计算
2.1.2.1 主变容量选择条件
Sjs nSe ≥（KVA 或MVA ）；S j s
——综合最大计算负荷 2.1.2.2 校核条件
Sjs Se n 7.0)1(≥-
2.1.2.3 10KV 负荷分析 近期
)(9760.14)
51(*)8.02.18.00.178.00.175.00.173.00.173.00.175.00.178.05.278.05.2(9.0)
1)(max
(00001MVA ii Cos Pi Kt Sjs n
i =+++++++++=+=∑=α?
远期
)(7378.23)
51(*)2*78.00
.18.028.05.178.05.175.00.12*73.05.175.05.12*78.05.2(90.0)
1)(max
(00001MVA ii Cos Pi Kt Sjs n
i =++++++++=+=∑=α?
2.1.2.4 35KV 负荷分析 近期
)
(3499.7)51(*)2*9.00
.22*9.05.1(9.0)
1)(max
(00001MVA ii Cos Pi Kt Sjs n
i =++=+=∑
=α?
远期
)
(6500.13)51(*)9
.00.29.05.12*9.00.29.05.29.03(9.01)(max
(0
0001MVA ii
Cos Pi Kt Sjs n
i =+++++=+=∑
=α?
2.1.2.5 110KV 负荷分析
近期 ∑=+==)(0933.20)3499.79760.14(9.0'MVA Sjsi Kt Sjs 总 远期 ∑=+==)(6490.33)6500.137378.23(85.0'MVA Sjsi Kt Sjs 总
2.1.2.6 校验
考虑到建牵引变电所的近期目标与远景规划，选取主变容量时应满足近期及远景目标，综合以上数据，按照《牵引供电系统及主要技术装备》设计计算资料，经过负荷计算，可选取型号SFSZ9—25000/110 ，2台
校核 ① )(1000
*6490.3325000*2KVA > 合适 ② )(6490
.33*7.02525*)12(MVA >=- 满足 2.2 主变容量与台数选择
2.2.1 选择依据
根据《牵引供电系统及主要技术装备》和《电力系统设计规程》
(1) 降压变电所变压器的容量、台数、相数、绕组数及阻抗等主要规范的选择应根据电力负荷发展及潮流变化，结合系统短路电流。系统稳定、系统断电保护，对通讯线路的危险影响，调相调压设备制造及运输等具体条件进行。
(2) 同级电压的单台降压变容量的级别不宜太多，应从全网出发、推行系列化标准化。
根据《35~110KV 牵引变电所设计规程》3.1节主变规定 [3.1.1~5]
(1) 牵引变压器的容量、台数取决于各供电臂的负荷电流。各供电臂的负荷电流
主要取决与电力机车类型、牵引定数、牵引方式、线路坡道、行车量和线路通过能力等，即主要由牵引计算结果、行车量及线路通过能力等条件综合考虑确定。主变的台数和容量，应根据投入运行的电力牵引列车供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
(2) 在有一、二级负荷的牵引变电所中易安装两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。
(3) 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于全部负荷的60%，并应保证用户的一、二级负荷。
(4) 具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的25%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。
(5) 电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如经计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电压质量的要求时，应采用有载调压变压器。
该牵引变电所位于南疆吐库二线上，有较多的一、二类负荷，根据上述规定，应选用2台变压器。
2.2.2 主变容量
考虑到建站的近期目标与远景规划，选取主变容量时应满足近期及远景目标，综合以上数据，按照《牵引供电系统及主要技术装备》设计计算资料，经过负荷计算，可选取单台主变容量为25MVA。
2.2.3台数
对规划只装两台变压器的牵引变电所，其变压器基础易按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷变动发展时变换变压器容量。本次望布牵引变电所设计选择2台主变，单台容量为25MVA。
2.3变压器型号选择
2.3.1相数
当不受运输条件限制时，在330KV及以下的前一变电所均用三相变压器。
2.3.2绕组型式和连接方式
110KV采用Y接线；35KV采用Y接线，中性点多采用消弧线圈接地；10KV采用
△接，抵消三次谐波。
2.3.3主变阻抗的选择
各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑。
由于本所是电力牵引变电所，以向机车供电为主，若采用升压结构35KV则短路电流过大，因此采用降压结构。
2.3.4容量比
容量组合共三种100/100/100、100/100/50、100/50/50，由于该牵引变电所主要负荷在35KV和10KV侧，且一侧停电后，另一侧继续带负荷，所以选100/100/100组合。
2.3.5冷却方式
《设计手册》小容量变压器一般采用自然风冷。本次设计的牵引变电所所主变采用油循环强迫风冷。
2.3.6 调压方式
《设计手册》对于110KV及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式，故选用有载调压。
2.3.7是否自耦变
由于自耦变高中低压侧有电和磁的联系，高中低的压侧中性点直接接地，本所35KV采用小电流接地；另外自耦变保护也较复杂，所以采用普通变压器。
综上所述，所选变压器型号及参数如表2.1
表2.1 变压器型号及参数
第3章电气主接线设计
3.1电气主接线设计
3.1.1总述
电气主接线设计应满足的基本要求：可靠性、灵活性、经济性、可扩建可能性及国家政策方针。
3.1.2依据《35—110KV牵引变电所设计规范》
（1）牵引变电所的主接线，应根据牵引变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。
（2）当能满足运行要求时，牵引变电所高压侧宜少采用或不用断路器接的线。
（3）35~110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或单母线分段接线。35~63KV线路为8回及以上时，宜采用双母线接线。110KV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。
（4）在采用单母线、单母线分段或双母线的35~110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。当110KV线路为6回及以上，35~63KV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。主变压器35~110KV回路中的断路器，有条件时亦
断路器的主接线不宜设旁路设施。
可接入旁路母线。采用SF
6
（5）当牵引变电所装有两台主变压器时，6~10KV侧宜采用单母线分段。线路为12回及以上时，宜采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当6~35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。
（6）当需限制牵引变电所6~10KV线路的短路电流时，可采用下列措施之一：
一、变压器分裂运行；
二、采用高阻抗变压器；
三、在变压器回路中装设电抗器。
3.1.3电气主接线
（1）110kV主接线采用线路“分支”接线，双回110kV电源引入，两回电源进
线间设置带两组隔离开关分段的跨条，110kV进线隔离开关的线路侧配置手动接地刀闸。
（2）在110kV进线隔离开关内侧设置三相电压互感器，用于牵引变电所的保护、计量。
（3）27.5kV侧采用单母线隔离开关分段接线。
（4）改变运行方式的隔离开关及与断路器实现联动的隔离开关采用电动操作,为检修而设置的隔离开关采用手动操作。27.5kV馈线隔离开关采用电动操作,并配置手动接地刀闸。
（5）在110kV跨条两侧，牵引变压器27.5kV侧、27.5kV各段母线、电容补偿装置均设置避雷器，作为过电压保护。为防止雷电波的入侵，在27.5kV馈线首端装设避雷器。
（6）根据供电要求，牵引变电所设置并联电容无功补偿装置。
3.1.4电气主接线设计中考虑的基本问题
3.1.
4.1 牵引变电所在系统中的地位和作用
该牵引变电所为NJ望布牵引变电所，它向NJ SS7型电力机车、车站居民
点商业、生活及农业用户供电，属于新建牵引变电所。
3.1.
4.2 分期和最终建设规模
牵引变电所根据5~10年电力发展规划进行设计，应安装两台主变压器；
3.1.
4.3 考虑电压等级和出线回路数
电压等级110/35/10KV，线路回数：110KV近期2回，远景发展2回；35KV近期4回，远景发展2回；10KV近期9回，远景发展2回。
3.1.
4.4 本所采用双电源供电方式，可靠性高，任一电源停电、检修时仍可正常投入运行。
3.1.
4.5 位于车站，土地价格处于上升趋势，所以牵引变电所造价较高，又由于处于公路附近，交通便利。
3.1.5电气主接线设计步骤
3.1.5.1 110KV主接线设计，近期2回，远期2回。
根据以上分析及6~220KV高压配电装置的基本接线及适用范围可知，110KV
电压级应选用单母线分段接线形式的电气主接线。
比较单母线分段接线与双母线接线：
表 3.1单双母线的特性比较
3.1.5.2 35KV电压级近期4回，远期2回，出现回路数较多，可采用单母分段或双母线接线，两者比较见110KV比较；本设计采用单母分段。
3.1.5.3 10KV电压级近期9回，远期2回，10KV采用全室内配电装置，加装小车
式开关，可不设旁母；单母分段与双母比较见110KV；本次设计最终采用单母分段。
3.2电力线路影响电气化的处理
3.2.1迁改范围
1、电力线路迁改一般在跨越档内进行，特殊情况在签定合同、协议时商定。
2、临时、过渡工程的电力线路拆迁不属于本设计范围。
3.2.2迁改原则
1、为了保证本工程建设和运营安全，电气化工程与路内、外既有电力线路交叉跨越和平行接近铁路的安全距离，不符合有关技术规程规范规定要求以及影响铁路施工的电力线路均需进行迁改。
2、依据“在电气化区段，严禁10kV及以下电线路、通信线、广播电视线交叉跨越和搭挂”的规定：10kV及以下电力线路，由地下穿过铁路，严禁跨越电气化铁路。
3、在进行电力线路迁改施工时，应按照电气化铁路的技术要求一次迁改到位，避免二次迁改及产生废弃工程。
4、迁改后的电力线路应满足国家、行业现行有关规程规范和南疆二线吐库段电气化工程要求。
3.2.3执行的主要技术标准
1、《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092—1999)；
2、《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-97)；
3、《电力工程电缆设计规范》（GB50217-94）；
4、《铁路电力设计规范》(TBl0008-99)；
5、《35kV及以下架空电力线路施工及验收规范》（GB50173-92）；
6、《110kV～500kV架空送电线路施工及验收规范》（GBJ233-90）；
7、《电缆线路施工及验收规范》（GB50168-92）；
8、《接地装置施工及验收规范》（GB50169-92）；
9、铁道部办公厅文件《转发国务院安全生产委员会办公室关于对电力线通信线广播电视线交越和搭挂进行安全整治的通知》（办运发[2003]25号）；
10、国家、行业其他有关技术标准。
3.1.5.4迁改要求
1、架空电力线路跨越铁路时，最大弧垂时导线至接触网承力索或附加导线的垂直距离应不小于下列要求：330kV线路：5m，110kV及以下线路：3m。
2、架空电力线路与铁路交叉或平行时，杆塔外缘至最外侧轨道中心的最小水平距离应满足下列要求：
架空电力线路与铁路交叉时，35kV及以上：30m，10kV及以下：11m。
架空电力线路与铁路平行时，不少于最高杆（塔）高度加3m。
3、架空电力线路不宜在车站出站信号机内跨越。
4、新建架空电力线路杆(塔)、导线及金具和电缆等应采用国家检验合格的产品。
5、架空电力线路跨越电气化铁路，跨越档电杆应全部更换，不得戴铁帽，跨越档导线支持方式应采用双固定，且跨越挡内导线不应有接头。
6、架空电力线路跨越铁路时，跨越档两侧杆(塔)均按规程规范要求进行接地，接地电阻≤30Ω。
7、电缆线截面应大于原架空线导线截面一级，电缆终端杆应采用预应力混土电杆，其电杆外缘至最外侧轨道中心的最小水平距离应满足本节第2条要求。
8、电缆与铁路交叉时，应穿保护钢管（钢管内径不小于电缆外经的 1.5倍）,管长伸出铁路路基两侧各2.0m。电缆引出地面时，地下0.3m至地上2.0m的引上电杆应穿钢管保护。直埋电缆埋深不小于最大冻结深度，铺沙盖砖及标桩埋设按符合规程规范要求。
9、电缆按全长予留1.0～1.5%的裕度并做波浪状敷设。
10、铁路两侧电缆终端杆按规程规范要求设置避雷器并接地，接地电阻≤30Ω。