电气化铁道供电系统与设计课程设计报告

一、题目

包含有A、B两牵引变电所的供电系统示意图如图1所示：

SYSTEM 2SYSTEM 1L1L2L3BA

图1牵引供电系统示意图

图1中，牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。

电力系统1、2均为火电厂。其中，电力系统容量分别为250MVA和200MVA。选取基准容量Sj为200MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.13和0.15；在最小运行方式下，电力系统的综合标幺值分别为0.15和0.17。

对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。图1中，L1、L2、L3长度为25km、40km、20km.线路平均正序电抗X1为0.4?/km,平均零序电抗X0为1.2?/km。

设计基本数据如表1所示。

表1设计基本数据

项目

左臂负荷全日有效值（A）

右臂负荷全日有效值（A） 左臂短时最大负荷（A） 右臂短时最大负荷（A） 牵引负荷功率因数 牵引变压器接线型式

牵引变压器110kV接线型式 10kv地区负荷容量(10kv) 10kv地区负荷功率因数 左供电臂27.5kV馈线数目 右供电臂27.5kV馈线数目 10kV地区负荷馈线数目 预计中期牵引负荷增长

A牵引变电所

350 300 440 390

0.85（感性） YN,d11 桥型接线 2*1000

0.80（感性） 2 2

2回路工作，1回路备用 40%

二、题目分析及解决方案框架确定

采用YN，d11三相双绕组变压器的牵引变电所如图2所示。它是我国电气化铁

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道目前采用较多的一类。三相YN，d11接线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定依次接到110kV（或220kV）三相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的一角c与轨道、接地网连接，变压器另两个角a和b分别接到27.5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差为60，是60接线。由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同，因此，在这两个相邻的接触网区段间采用了分享绝缘器。

这种牵引变电所中装设两台三相YN，d11接线牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。其原理图如下图2所示。

图2 三相双绕组YN，d11接线牵引变电所

Ia左供电臂ABC=A=BC=a==右供电臂=bcIb在设计过程中，通过求解变压器的计算容量、校核容量以及安装容量来选取变压器的型号。然后再变压器型号的基础之上，选取室外110kV侧母线，室外27.5kV侧母线以及室外10kV侧母线的型号。由于在一般情况下，线路故障率较高，而变压器故障率较低，结合本题目的要求，我们采用内桥接线形式为牵引变电所A110kV侧的主接线的接线形式。这种接线方式适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，可以很方便地切换或投入线路。按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。综合牵引变电所110kV侧主接线形式和27.5kV侧馈线侧主接线形式，我们便可得到如附录二所示的牵引变电所A主接线设计图。

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三、设计过程

牵引变电所的电气主接线分三个部分来分别设计：110kV侧的主接线、牵引侧的主接线以及三相YN，d11变压器主接线。

3.1电气主接线基本要求以及设计依据

电气主接线应满足可靠性、经济性和灵活性三项基本要求： (1)灵活性

主接线的灵活性主要表现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式，具体情况如下：

1) 满足调度正常操作灵活的要求，调度员根据系统正常运行的需要，能方便、灵活地切除或投入线路、变压器或无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行状态。

2) 满足输电线路、变压器、开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求。设备停电检修引起的操作，包括本站内的设备检修和系统相关的厂、站设备检修引起的站内的操作是否方便灵活。

3) 满足接线过渡的灵活性。一般变电站都是分期建设的，从初期接线到最终接线的形成，中间要经过多次扩建。主接线设计要考虑接线过渡过程中停电范围最少，停电时间最短，一次、二次设备接线的改动最少，设备的搬迁最少或不进行设备搬迁。

4) 满足处理事故的灵活性。变电所内部或系统发生故障后，能迅速地隔离故障部分，尽快恢复供电操作的方便和灵活性，保障电网的安全稳定。

(2) 可靠性

根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不同，对变电所的主接线可靠性提出不同的要求。

主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的综合。对主接线可以作定量计算，但需要各种设备的可靠性指标、各级线路、母线故障率等原始数据。一般情况下，在主接线设计时尚缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料，而且计算方法各异，也不成熟，故通常不作定量计算，其结果也只能作参考。通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性。

(3) 经济性

经济性是在满足接线可靠性、灵活性要求的前提下，尽可能地减少与接线方式有关的投资。主要内容如下：

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1) 采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投产初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设。

2) 在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小、以高代低。

3) 在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置征地的费用。

电气主接线设计依据：

(1)变电所的分期和最终建设规模

变电所根据十几年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器；当技术经济比较合理时，330—500kV枢纽变电所也可装设3—4台主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。

(2)变电所在电力系统中的地位和作用

电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330—500kV；地区重要变电所，电压为220—330kV；一般变电所多为终端和分支变电所，电压为110kV，但也有220kV。

(3)负荷大小和重要性

对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

(4)系统备用容量大小

装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证一级和二级负荷。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。例如：检修母线或断路器时，是否允许线路、变压器停运；故障时允许切除的线路、变压器的数量等。设计主接线时应充分考虑这个因素。

3.2牵引变电所110kV侧主接线设计

根据题目要求，我们采用桥式接线。图3为外桥接线，适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切

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除。图4为内桥接线，连接在靠近变压器侧，这种接线方式适合于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，可以很方便地切换或投入线路。由于在一般情况下，线路故障率较高，而变压器故障率较低，结合本题目的要求，我们采用内桥接线形式为牵引变电所A110kV侧的主接线的接线形式。

L1QS1电源侧QS2L2L1QS4电源侧QS5L2QS3QF1QFQF2QS1QF1QS2QF2QFQS3T1T2T1T2图3 外桥接线 图4 内桥接线 3.3牵引变电所馈线侧主接线设计

由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV 侧馈线的接线方式一般有下列三种：

(1)馈线断路器100%备用的接线

这种接线当工作断路器需检修时，即由备用断路器代替。断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。馈线断路器100%备用的接线如图5所示。

a相相相b相相相相相相相相

相相相相相相相相相相相相相相相- 4 -

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