斯科特牵引变电所课程设计

牵引供电课程设计目录第1章课题设计任务要求 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 设计的基本要求 (1)1.3 设计的基本依据 (1)第2章设计方案分析和确定 (1)2.1方案主接线的拟定 (1)2.2年运量和供电距离的分析 (2)2.3变压器与配电装置的一次投资和和折旧维修 (3)2.4供电方式的优缺点 (3)第3章变压器台数和容量的选择 (3)3.1牵引变压器备用方式的选择 (3)3.2牵引变压器台数和容量的选择 (4)第4章主接线设计 (7)4.1电源侧主接线 (7)4.2牵引变压器接线 (7)4.3牵引侧主接线 (8)4.4倒闸操作 (9)第5章牵引变电所的短路计算 (9)5.1短路计算的目的 (9)5.2短路点的选取 (9)5.3短路计算 (9)第6章电气设备的选择 (11)6.1室外110kV进线侧母线的选择 (11)6.2室外27.5kV进线侧母线的选择 (12)6.3高压断路器的选择 (12)6.4隔离开关的选择 (13)6.5电压互感器的选取 (14)6.6电流互感器的选取 (14)第7章电压水平的改善 (15)7.1 接触网功率因数低的主要原因 (15)7.2 串联电容补偿 (15)第8章继电保护 (16)8.1继电保护的任务 (16)8.2继电保护基本要求 (16)8.3继电保护的拟用 (16)第9章防雷保护装置 (17)第10章总结 (17)参考文献 (18)第1章 课题设计任务要求1.1 设计任务SCOTT 接线牵引变电所电气主接线设计,对双线路供电经过本次设计，对所学的专业知识得到相当的运用和实践，这将使自己所学的理论知识提升到一定的运用层次，为以后完成实际设计奠定扎实的基本功和基本技能，最终达到学以致用的目的。

1.2 设计的基本要求（1）确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析其正常运行方式下的运行方式。

（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，并进行电气设备的选择。

（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 设计的基本依据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27000 kVA ，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2700 kVA ，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 m 503011k Mt L Q ⋅⨯=，m 304022k Mt L Q ⋅⨯=，m 10120k Mt kW h q ⋅=∆。

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，送点距离30km ，电力系统容量为3000MVA ，选取基准容量为100MVA ，在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值为0.23；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为0.25.主变压器为SCOTT 接线。

第2章 设计方案分析和确定2.1 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2-1。

图2-1 复线直接牵引供电方式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(110千伏变压器最小容量为6300kVA)，采用复线AT 牵引供电方式。

2.2 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=1576800MW2W =q ∆22L Q T=1261440MW所以，每公里上的年消耗电量为：1W ∆=52560MW ，1W ∆=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。

2.3 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。

2.4 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、A T 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。

第3章 变压器台数和容量的选择3.1 牵引变压器备用方式的选择牵引变压器在检修或发生故障时，都需要有备用变压器投入，以确保电气化铁路的正常运输。

在大运量的双线区段，牵引变压器一旦出现故障，应尽快投入备用变压器，显得比单线区段要求更高。

备用变压器投入的快供，将影响到恢复正常供电的时间，并且与采用的备用方式有关。

备用方式的选择，必须从实际的电气化铁路线路、运量、牵引变电所的规模、选址、供电方式及外部条件(如有无公路)等因素，综合考虑比较后确定。

我国的电气化铁路牵引变压器备用方式有以下两种。

(1)移动备用采用移动变压器作为备用的方式称为移动备用。

采用移动备用方式的电气化区段每个牵引变电所装设两台牵引变压器正常时两台并联运行。

所内设有铁路专用岔线。

备用变压器安放在移动变压器车上停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部 以便于需要作为备用变压器投人时缩短运输时间。

在供电段所辖的牵引变电所不超过5～7个的情况下,设一台移动变压器其额定容量应与所辖变电所中的最大牵引变压器额定容量相同。

当牵引变压器需要检修时可将移动变压器按计划调入牵引变电所。

但在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。

此间，采用移动备用方式的优点是牵引变压器容量较省。

因此 移动备用方式可用于沿线无公路区段和单线区段。

(2)固定备用采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式，称为固定备用。

采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。

每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。

采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。

其缺点是：增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输。

因此，固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。

结合本次设计的任务书的要求，即该牵引变电所外部有公路连通，变电所外部没有设置铁路岔线,当变电所需要检修时可能通过外部的公路到指定的变电所完成检修和设备维护，所以在当前进行电气化铁路牵引供电系统的设计中，牵引变压器的备用方式不再考虑移动备用方式。

所以综合考虑情况该变电所采比较适合采用固定备用。

3.2 牵引变压器台数和容量的选择牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，其容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务的问题。

从安全运行和经济方面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载，将造成其寿命缩短，甚至烧毁；反之，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，使运营成本增大。

因此，在进行牵引变压器容量计算时，正确地确定计算条件，以合理地选定牵引变压器的额定容量是十分重要的。

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。

由已知得SCOTT 变压器计算容量为27000kVA下面计算校核容量：紧密运行时的列车对数为：144101440==非N (对/日) （1）一路设备的校核容量计算用电时间为：）（m i n 2560120252v 2t 11u =⨯⨯==∑L 总功率为：）（VA t L A u k 856251440365101012050301440365q Q 31111=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∆=∑∑ 其中 42.0144035.12144n t N p 1u 1=⨯⨯=∑=T 上上, 42.0144035.12144n t N p 1u 1=⨯⨯=∑=T 下下 66.042.042.042.042.0p p -p p 11111=⨯-+=+=下上下上p而 5.21025.1210t n 1u =⨯==∑，取n=3 紧密运行时的电流为：）（）（A A KI I 247258564.23t 4.2311e max 1=⨯⨯=∑∑⨯⨯== 最大容量为：kVA I 135852475.272U 2S max 1max 1=⨯⨯==计算容量为：）（校VA K S S k 67932135851max 1=== （2）二路设备的校核容量用电时间为：）（下下min 96012018v t 22u =⨯==∑L）（上上min 66012012v t 22u =⨯==∑L (min)1569t 2u =+=∑总功率为：）（VA t L A u k 411151440365101012040301440365q Q 32222=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯∆=∑∑ 其中 3.0144026144n t N p 2u 2=⨯⨯=∑=T 上非上, 45.0144029144n t N p 2u 2=⨯⨯=∑=T 下非上 62.045.03.0-45.03.0p p -p p 22222=⨯+=+=下上下上p而 5.1101510t n 2u ===∑，取n=2 紧密运行时的最大电流为：）（）（A A KI I 145154114.22.2t 4.22.222e max 2=⨯⨯=∑∑⨯⨯==最大容量为 )(79751455.272U 2S max 2max 2kVA I =⨯⨯==综合以上计算得校核容量为：）（校VA K S S k 3988279752max 2=== 考虑10kV 电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电的计算容量为2700kVA, 考虑40%的裕量，即）（）（备用VA S k 118804.027*******=⨯+= 所以选择的安装容量为：S=31500(kVA )所以变压器选择为：2×31500kVA 牵引变压器，一次侧同时接于110 kV 母线，采用直接供电方式。