牵引电机课程设计

1 题目
某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的两个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为22000 kV A (三相变压器)，并以10kV 电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为2200 kV A ，各电压侧馈出数目及负荷情况如下：25kV 回路(1路备)：两方向年货运量与供电距离分别为 kM 50Mt 30L Q 11⋅⨯=，kM 30Mt 40L Q 22⋅⨯=，kM Mt 10kWh 120Δq ⋅=。

10kV 共4回路(2路备)。

供电电源由系统区域变电所以双回路110kV 输送线供电。

本变电所位于电气化铁路的首端，送电线距离30km ，主变压器为SCOTT 接线。

2 题目分析及解决方案框架确定
2.1 牵引变压器台数和容量的选择
三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的。

本变电所考虑为固定备用方式，按故障检修时的需要，应设两台牵引用主变压器，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。

由已知牵引负荷量，可知25kV 侧的额定电流e I 为
=e I U 3S/=523(A)25)3(22000=⨯
SCOTT 变压器计算容量公式为：
当Mx Tx I I >时： (kV A)2UI S Tx =
当Tx Mx I I >时： 2Tx 2
Mx I 3I U S +=(kVA)
校核容量公式为：
当Mmax Tmax I I >时： (kV A)2UI S Tmax bmax =
当Tx Mx I I >时： 2Tmax 2
Mmax bmax I 3I U S +=(kVA)
(kV A)k S S bmax 校核=(k=1.5)
方案A ：当Mx Tx I I >时，假设M I =0、T I =Tx I
(kV A)2UI S Tmax bmax =29150(kVA)523252=⨯⨯=
当Tx Mx I I >时，假设T I =0，M I =Mx I
2Tmax 2Mmax bmax I 3I U S +==A)23875.9(kV
25523305233252=⨯⨯=+⨯⨯ 校核容量为取两者较大的，所以：29150(kV A)S bmax =
(kV A)k S S bmax 校核==19767(kV A)1.529150=
安装容量为： S=29150(kVA )
10KV 侧的额定电流'e I 为：
同理： '
e I =U 3S/=148.5(A)10.5)3(2700=⨯
校核容量为： S=3118.5(kVA )
安装容量为： S=6300(kVA ) 既是最小容量
方案B ：由已知牵引负荷量，可知55kVA 侧的额定电流e I 为：
=e I 223.4(A)55)3(22000=⨯ 既是各侧的最大电流。

当Mx Tx I I >时，假设M I =0、T I =Tx I
(kV A)2UI S Tmax bmax =()KV A 29174223.4552=⨯⨯=
当Tx Mx I I >时，假设T I =0，M I =Mx I
2Tmax 2
Mmax bmax I 3I U S +==19710(kVA)55223.430223.43552=⨯⨯=+⨯⨯
校核容量取两者较大的，所以：174(kV A)29S bmax =
(kV A)k S S bmax 校核==19783(kV A)1.529174=
安装容量为：应该为22000(kVA)S =；但考虑到变压器长期过负荷减小使用寿命，所以这里安装容量取29150(kVA)S =
根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与台数的选择，可能有以下两种方案：
方案一：2×29150kV A 牵引变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用直接供电方式。

方案二：2×29150kV A 牵引变压器2×6300kV A 地区变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用AT 供电方式。

(110千伏变压器最小容量为6300kV A)
2.2 方案主接线的拟定
按110 kV 进线和终端变电所的地位，考虑变压器数量，以及各种电压等级馈线数目、可靠供电的需要程度选择结线方式。

方案一：两台牵引变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用复线直接牵引供电方式如图1。

方案二：两台牵引变压器和两台地区变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，(110kV 变压器最小容量为6300kVA )，采用复线AT 牵引供电方式如图2 。

3 设计过程
3.1 电源侧主接线
高压侧采用线路——变压器组的单元接线形式，正常是一台工作，一台备用。

两回110kV 电源进线各挂有一组电容式电压互感器1TV 、2TV 。

二次侧为对称的两相55kV ，故每相使用断路器、隔离开关均为双击联用的。

两台自用变压器分别接于两台变压器的二次侧，采用二相——三相的SCOTT 反变换获得三相电源。

3.2 牵引侧主接线
27.5 kV 侧馈线的接线方式按馈线断路器备用方式不同可分为三种接线方式，馈线断路器100%备用的接线，馈线断路器50%备用方式，带旁路母线和旁路断路器的接线。

这里两种方案均采用第二种接线方式，其连接方式：直接供电方式如图3；AT 供电方式如图4。

4 设计方案分析和确定
4.1 年运量和供电距离的分析
由题意知：25kV 回路(1路备)：两方向年货运量与供电距离分别为11L Q =
30⋅50Mt ·km ，22L Q = 40⋅30Mt·km ，q ∆ = 120kWh/10kt ·km 。

10kV 共4回路(2路备)。

故两方向上的年电量消耗为：1W =q ∆11L Q T=1576800MW
2W =q ∆22L Q T=1MW 261440
所以，每公里上的年消耗电量为：1ΔW =52560MW ，1ΔW =31536MW
因为直接供电方式和AT 供电方式均适应于两供电壁不平衡的情况，所以两种方案均符合要求。

4.2 变压器与配电装置的一次投资和和折旧维修
因为两种方案均采用的是容量相等的主变压器，方案二有多用了两台地方电力变压器，所以在一次投资方面方案一投资多一点。

4.3 供电方式的优缺点
直接供电方式结构最简单、维护管理最少、造价最低等优点，但是防干扰性较差，如果能和BT 供电方式相结合，则效果可大为改善。

AT 供电方式无需进步牵引网的绝缘程度即可将供电电压进步一倍。

在相同的牵引负荷条件下，接触悬挂和正馈线中的电流大致可减少一半。

AT 供电方法牵引网单位阻抗约为BT 供电方法牵引网单位阻抗的1/4左右。

从而提高了牵引网的供电能力，大大减小了
牵引网的电压损失和电能损失。

牵引变电所的间距可增大到90-100KM，不但变电所数量可以减少，而且相应得外部高压输电线数量也可以减少，还有利于选择既便利运营管理又缩短外部高压输电线长度的变电所地位。

由于AT供电方法无需在AT处将接触悬挂履行电分段，故当牵引重载列车运行的高速度、大电流电力机车通过AT处时，受电弓上不存在发生强烈电弧，能满足高速、重载列车运输的须要。

同时，AT供电方法对附近通讯线的综合防护后果要优于直接供电供电方法。

但AT供电方式构造比较复杂。

在开闭所、分区所、AT所以及主变压器副边中点不接地的牵引变电所都设置自藕变压器等。

牵引网中除了接触悬挂和正馈线之外，还有维护线PW、横向联接线、帮助联接、横向联接、放电器等，所以，AT供电方法的工程投资要大于直接供电方式，相应的施工、维修和运行也比直供方式的工程投资大。

方案确定：综上所述，方案一较经济实惠，占地面积较少。

故推荐方案方案一。

5 总结
本次课程设计要求采用斯科特变压器供电方式下给复线区段供电臂供电。

110kV进线侧采用通过式外桥接线，两变压器到接触网采用母线分段式接线形式并采用50%备用。

在确定接线形式后对变压器的容量进行了计算，包括计算容量、校核容量，并最终确定变压器的容量选择。

最后对其他主要电气设备做了粗略校验选择,并进行方案比较。

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。

参考文献
[1] 铁道部电气化局电气化勘测设计院,电气化铁路设计手册-牵引供电系统.北京:中国铁道出版
社,1987.
附录
图1 复线AT牵引供电
图2 27.5KV侧的接线
图3 55KV侧的接线
图4 复线区段SCOTT变压器AT供电方式馈电线主接线。