电力牵引供电课程设计

电力牵引供电系统课程设计

专业：电气工程及其自动化

班级：电气

姓名： XXX

学号： 20XXXXXXX

指导教师： XXX

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2013 年7月12

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1 设计原始题目

1.1 具体题目

设计一中间牵引变电所（变电所容量为50MV A ）主接线，要求至少给出两种方案，并进行经济比较。

设牵引变压器额定电压为110kV/27.5kV ，重负荷臂有效电流x1I 、平均电流p1I 、最大电流max I 分别为320A 、240A 、650A 。轻负荷臂有效电流x2I 和平均电流p2I 分别为268A 、186A 。

1.2 要完成的内容

(1) 确定不同方案牵引变电所主变压器容量和台数；

(2) 确定不同方案牵引变电所主结线；

(3) 确定主要电气设备的选择；

(4) 对于不同方案进行经济比较；

2 设计课题的计算与分析

2.1 计算的意义

通过计算，合理的选择牵引变电所中的设备可以使牵引变电所在正常运行时尽可能的减少运营成本。其中变压器是牵引变电系统的重要设备，其容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务。从安全和经济方面来看选用不同的变压器在保证安全运行的前提下会有不同的经济成本，通过计算可以选择出最优的设计方案。

2.2 详细计算

2.2.1 牵引变电所主变压器和台数的选择

(1) 方案A 选用YN ，d11变压器

计算容量为：

S =p2p12x22x1

t 24I I I I U K ++ (2.1) 其中，x1I 、p1I 为重负荷臂有效电流和平均电流；x2I 、p2I 为轻负荷臂有效电流和平均电流；t K 为三相变压器的温度系数，一般取t K =0.9；U 为牵引变电所牵引侧

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母线额定电压，即27.5kV 。

将数据带入式2.1得

S =0.9×27.5×1862402268320422⨯⨯++⨯ =18.697MV A

最大容量为：

max S =U K t (2max I +0.65x2I ) (2.2)

其中，max I 为重负荷供电臂的最大电流；x2I 为轻负荷供电臂的有效电流。

将数据带入式2.2得

max S =0.9×27.5×（2×650+0.65×268）

=36.486MV A

校验容量为：

校S =K

S max (2.3) 其中，K 为牵引变压器过负荷倍数，K 取1.5。

将数据带入式2.3得

校S = 1.5

36.486=24.324MV A 根据上面计算出的计算容量和校核容量，选择两者中的较大者，并按采用的固定备用方式选择2×25MVA 的牵引变压器。

(2) 方案B 选用单相结线变压器

计算容量为：

S =p2p12x22x1

2I I I I U ++ (2.4) 其中，x1I 、p1I 为重负荷臂有效电流和平均电流；x2I 、p2I 为轻负荷臂有效电流和平均电流；U 为牵引变电所牵引侧母线额定电压，即27.5kV 。

将数据带入式2.4得

S =27.5×186240226832022⨯⨯++

=14.116MV A

最大容量为：

m a x S =()x2max I I U + (2.5)

其中，max I 为重负荷供电臂的最大电流；x2I 为轻负荷供电臂的有效电流。

将数据带入式2.5得

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max S =27.5×(650+268)=25.245MV A

校验容量为：

校S =K S max = 1.5

25.245=16.830MV A 根据上面计算出的计算容量和校核容量，选择两者中的较大者，并按两台变压器并联运行选择4×10MV A 的牵引变压器。

2.2.2 各种方案主结线的拟定

(1) 对于方案A 共用两台YN ，d11主变压器，两回路110kV 进线，选择桥式接线，它减少了断路器的数量。所以选择外桥形式的接线四回电路只采用三台断路器，配电装置结构也比较简单。结线方式如图1所示。

图1方案A 电气主结线

4

(2) 对于方案B 共用四台单相接线变压器。选择单母线分段形式，其中每两台构成单相V ,v 接线牵引变压器。正常运行时可供应牵引变电所自用电和地区三相负载。主结线较简单，设备较少，投资较省。结线方式如图2所示。

110kV 110kV

图2方案B 电气主结线

2.2.3 主要电气设备的选择

(1) 断路器的选择。目前一般使用的断路器类型有:高压断路器、油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器。其中少油断路器属于通用产品，本课设选用110-SW 3少油断路器。

(2) 隔离开关的选择。根据IEC60129《交流隔离开关与接地开关》的技术要求，选择GW4—40.5/1250型号的高压交流隔离开关。

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2.2.4 技术经济比较

(1) 变压器与配电装置的一次投资与折旧费用(差值部分)

方案A ：2×25MV A 双绕组YN ，d11变压器共两台共需(以万元记)

2×136=272（万元）

方案B ：4×10MV A 单相接线变压器共四台，另多增加110kV 断路器2组，按110-SW 3少油断路器计算，共需(以万元记)

4×72+2×(11+2×1.9+2×0.95)=299.4（万元）

(每组断路器包括断路器及其机构1台、电流互感器2台、两侧隔离开关2台，价格分别为11万元、2×1.9万元和2×0.8万元)

每年的折旧费用，按取一次投资的8%计，则

方案A ： pa C =272×0.08=21.76（万元）

方案B ： pb C =299.4×0.08=23.95（万元）

(2) 各方案的年电能损失费

方案A ：查资料可知25MV A 三相YN ，d11牵引变压器额定短路损耗为d ΔP =123kV A ，额定空载损耗为0ΔP =31kV A 。由给出的两供电臂有效电流，平均电

流，可算变压器次边绕组ac 、bc 、ab 中的有效电流cax I 、bcx I 、abx I 为

2

cax I =2x132⎪⎭⎫ ⎝⎛I +2x231⎪⎭⎫ ⎝⎛I +p2p19

2I I 2bcx I =2x232⎪⎭⎫ ⎝⎛I +2x131⎪⎭⎫ ⎝⎛I +p2p19

2I I (2.6) 2

abx I =2x131⎪⎭⎫ ⎝⎛I +2

x231⎪⎭⎫ ⎝⎛I -p2p191I I 全年实际负载电能损失为

d ΔA =0.876()

2e 2abx 2bcx 2cax d 3I I I I ΔP ++(410kWh/年) (2.7) 全年实际空载电能损失为

0ΔA =0.8760ΔP (410kWh/年) (2.8)

由式2.6得

2c a x I +2bcx I +2abx I =131029.334

带入式2.7得