某中心牵引变电所电气系统设计 - 图文

毕业设计任务书

题 目 学生姓名 学号 某中心牵引变电所电气系统设计 5 班级 导师 姓名 专业 电气工程及其自动化 讲师 承担指导任务单位 电气工程系 导师 职称 一、主要内容 1.按规定供、馈电容量与要求确定电气主接线。 2.短路电流计算。 3.牵引变压器容量、型式及台数的选择。 4.母线(导体)和主要一次电气设备选择。 5.配置所需的二次系统。 6.进行防雷与接地的设计。 二、基本要求 1.设计计算说明书一份，要求条目清楚、计算正确、文本整洁。 2.绘制出牵引变电所电气主接线图。 三、主要技术指标(或研究方法) 1.包含有A、B、C三个牵引变电所的供电系统示意图如图1所示。 图1 牵引供电系统示意图 图1中对每个牵引变电所而言，220kV线路为一主一备。待建牵引变电所为牵引变电所A，220kV线路向220kV地区变电所供电，供电容量为2000MVA。图1中L1、L2、L3、L4长度分别30km、15km、15km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4Ω/km，平均零序电抗X0为1.2Ω/km。 2.气象资料：本地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃，最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。 3.地质水文资料：本地区海拔60m，底层以砂黏土为主，地下水位为2m。 4.电源短路容量：电力系统容量分别为3000MVA 、2800MVA。选取基准容量为100MVA，在最大运行方式下，电力系统的综合电抗标幺值为0.21、0.23；在最小运行方式下，电力系统的综合标幺值为0.30、0.35。 5.负荷资料： 表1 牵引变电所负荷资料 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)[注] 右臂短时最大负荷(A) 牵引负荷功率因数 10kV地区负荷容量(kVA) 10kV地区负荷功率因数 牵引变压器接线型式 牵引变压器110kV接线型式 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 预计中期牵引负荷增长 A牵引变电所 410 620 720 880 0.85(感性) 2×1000 0.87(感性) 自选 自选 2 2 2回路工作，1回路备用 20% [注]：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。 6.根据需要，可自行补充其它资料。 四、应收集的资料及参考文献 [1] 李彦哲，胡彦奎，王果等.电气化铁道供电系统与设计[M].兰州：兰州大学出版社，2006. [2] 贺威俊，简克良.电气化铁道供变电工程[M].北京：铁道出版社，1983. [3] 张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005. [4] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都：西南交通大学出版社，2009. 五、进度计划 1.第1周-第3周 调研、收集材料，完成外文翻译、开题报告； 2.第4周 分析、确定方案； 3.第5周-第7周 设计、计算、绘图； 4.第8周 中期检查； 5.第9周-第11周 撰写论文； 6.第12周-第14周 论文审核定稿； 7.第15周-第16周 答辩。 教研室主任签字 时 间 年 月 日 毕业设计开题报告

题 目 某中心牵引变电所电气系统设计 学生姓名 学号 班级 专业 电气工程及其自动化 一、研究背景 随着我国铁路建设的快速发展，电力牵引成为现代铁路最先进的牵引动力。它牵引力大，对环境影响小，能源利用率高，整备时间短，机车效率高，控制性能好，平稳，舒适。既适用于高速旅客运输，也适合重载运输。牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的重要组成部分，它的主要作用是将电力系统供应的电能转变为适于电力牵引及其供电方式的电能。牵引变电所是接受与分配电能并改变电能电压的枢纽。所以保证牵引变电所的高速安全运行对电气化铁路是至关重要的，因此就要对牵引变电所进行合理的系统设计。 二、国内外研究现状 目前我国的交、直流牵引变电所技术装备产生了很大的变化：主设备向高可靠性、小型化和免维修方面发展；变电所主接线和辅助设施趋向简单化和典型化；远动监控、故障录波和微机保护与自动装置得到了广泛的推广与应用。在牵引变压器方面，首台高海拔铁路专用牵引变压器已研制成功，能够满足高海拔地区牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁等要求。我国目前已经全面掌握了时速为350-380公里电气化铁路的设计、施工、检测技术体系以及高速铁路接触网零配件、高强高导接触网导线、GIS开关、自动过分相等高铁关键产品研发和生产技术，建立了具有完全自主知识产权的中国高速铁路牵引供电技术体系，已跻身世界高铁技术前沿。 外国的变电所研究领先于我国，例如日本采用的是AT供电方式，变电所最大供电电流是2000~3000A，法国同样采用AT供电，牵引变电所采用225kV供电，单相与V接相互转换设计。他们在变电站的运行管理模式上已经达到无人值守的程度。 三、研究方案 牵引供电系统是将电能从电力系统传送到电力机车的电力装置的总称，是电气化铁路的供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。本次是对某中心牵引变电所的电气系统进行设计。设计思路如下： 1.对任务书中的主要技术指标进行分析研究，对所设计的内容有大致的了解，并参考各类相关的书籍，文献。 2.根据查阅的资料可以选择中心牵引变电所的牵引变压器接线形式为单相Vv接线。牵引变电所220kV高压侧的接线形式可以选择单母线分段接线的接线方式。 3.对牵引变压器的容量进行计算：根据两供电臂的有效电流和最大负荷电流得出在正常运行和紧密运行状态下牵引变压器的计算容量和校核容量，并对变压器容量进行功率因数补偿，经比较确定安装容量。最后确定变压器的容量，型式及台数。 4.根据以上计算结果选择出合适的主接线方式并用CAD画出电气主接线图。 5.将接线图简化，根据资料中的数据选择合适的短路点进行短路计算，确定最大短路电流和最小短路电流的大小。 6.选择母线、隔离开关、断路器、熔断器、互感器等电气主接线中的主要设备。 7.对电力系统配置继电保护，应满足可靠性(安全性和信赖性)、选择性、速动性和灵活性四个基本要求。 8.根据设计配置合适的并联补偿装置。设计变电所的防雷与接地，包括对避雷针、避雷器等以及接地系统的设计。 四、预期结果 对所要完成的任务、基本的设计原则及计算方法作出简要的论述。短路计算等有完整的计算电路图、详细的计算过程。用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图。确定牵引变压器的容量、型号及台数，配置主要的一次设备以及所需的继电保护。系统具有较好的防雷与接地功能。 熟练掌握CAD等软件的使用，了解中心牵引变电所的结构，掌握变电所设备等的选择及参数的计算方法，今后能自行设计牵引变电所的电气部分。 指导教师签字 时 间 年 月 日 摘 要

随着现代经济与科技的迅猛发展，电力机车已成为人们出行必不可少的工具之一，而牵引变电所是将电力系统供应的电能转变为适于电力牵引的电能的场所。因此需要加强牵引变电所的建设。

本次设计主要是针对中心牵引变电所进行电气系统设计。通过负荷计算确定牵引变压器的容量、型式及台数。按规定供、馈电容量与要求确定电气主接线图。对短路电流进行计算，包括高压侧输电线的短路和变压器低压侧的短路。根据短路计算结果对主要的一次设备进行选择并校验。对牵引变压器和馈线配置继电保护，分析牵引变电所电压损失和电能损失以及补偿方法，对牵引变电所进行防雷与接地设计。

本次设计的电气主接线高压侧采用单母线分段接线的形式，牵引变压器采用单相Vv接线并联运行。采用了并联电容器的方法减小负序电流。运用Auto CAD绘制出了电气主接线图。

关键词：主接线 变压器 Vv接线 保护 短路计算

Abstract

With the development of modern economy and technology, the electric locomotive has become one of the indispensable tools for people to travel. Traction substation is a place where make the power from power supply system into another power for electric traction.

The design is mainly for the center traction substation electrical system. Determine the capacity, the type and number of units of traction transformers through by load calculated. Identify the main electrical wiring diagram according to the supply, fed capacity and requirement. Calculated the short-circuit current, including the high voltage side of the transmission line short-circuit and short-circuit of transformer at the low voltage side. According to the results of short-circuit to choose and check the main primary equipment. Configure the protection for traction transformer and feeder, analysis the traction substation voltage losses and power losses and the compensation method, design lightning protection and grounding for traction substation.

The design of the high voltage side of the main electric wiring used in the form of single bus segment connection, the traction transformer using a single phase of Vv connection and ran in parallel. Using a method of Parallel capacitor reduces the negative sequence current. Using Auto CAD drawn out the main electrical wiring diagram.

Key words：Main wiring Transformer Vv wiring Protection Short-circuit calculation

目 录

第1章 绪论 ····································································································································· 1 1.1 课题研究的背景 ····················································································································· 1 1.2 电气化铁道的发展现状 ········································································································· 1 1.3 牵引变电所简介 ····················································································································· 1 1.4 本次设计研究的主要内容 ····································································································· 2 第2章 牵引变压器的容量计算和选择 ··························································································· 3 2.1 牵引变压器的容量计算 ········································································································· 3 2.1.1 牵引变压器容量计算的步骤 ··························································································· 3 2.1.2 变压器计算容量和校核容量的计算 ················································································ 3 2.1.3 功率补偿后的计算容量和校核容量 ················································································ 4 2.1.4 中期牵引负荷增长后的计算容量及校核容量 ································································ 5 2.1.5 变压器安装容量的计算 ··································································································· 6 2.2 牵引变压器的选择 ················································································································· 6 2.2.1 牵引变压器备用方式的选择 ··························································································· 6 2.2.2 牵引变压器连接组别的选择 ··························································································· 6 2.2.3 牵引变压器容量、台数和型号的选择 ············································································ 7 2.3 10kV电力变压器的容量计算 ································································································ 8 2.4 电力变压器的选择 ················································································································· 8 第3章 牵引变电所电气主接线设计 ······························································································· 9 3.1 电气主接线的基本要求 ········································································································· 9 3.2 牵引变电所主接线设计 ········································································································10 3.2.1 牵引变电所一次侧主接线 ······························································································10 3.2.2 牵引变电所牵引负荷侧主接线 ······················································································12 3.3 电气主接线的确定 ················································································································14 第4章 短路计算 ····························································································································15 4.1 短路的原因、危害及短路计算的目的 ·················································································15 4.1.1 短路的原因 ·····················································································································15 4.1.2 短路的危害 ·····················································································································15 4.1.3 短路计算的目的 ·············································································································15 4.2 短路计算 ·······························································································································16 4.2.1 短路点的选择 ·················································································································16 4.2.2 220kV侧短路计算 ·········································································································16 4.2.3 27.5kV侧短路计算 ········································································································18 第5章 牵引变电所电气设备的选择 ······························································································23

I

5.1 继电保护的配合时间 ············································································································23 5.2 断路器和隔离开关的选型及校验 ·························································································23 5.2.1 断路器的选型及校验 ·····································································································23 5.2.2 隔离开关的选型及校验 ··································································································25 5.3 电流互感器和电压互感器的选型及校验 ··············································································27 5.3.1 电流互感器的选型及校验 ······························································································27 5.3.2 电压互感器的选型及校验 ······························································································29 5.4 熔断器的选型 ·······················································································································29 5.5 母线的选型及校验 ················································································································30 5.5.1 220kV架空导线的选型及校验 ······················································································31 5.5.2 室外220kV进线侧软母线的选型及校验 ······································································32 5.5.3 室外27.5kV出线的母线选型及校验 ·············································································32 5.5.4 室内27.5kV侧硬母线的选型及校验 ·············································································32 5.6 支柱绝缘子和穿墙套管 ········································································································33 5.6.1 支柱绝缘子的选型及校验 ······························································································33 5.6.2 穿墙套管的选型及校验 ··································································································34 5.7 避雷器的选型 ·······················································································································34 5.7.1 220kV侧避雷器的选型 ··································································································34 5.7.2 27.5kV侧避雷器的选型 ·································································································35 第6章 继电保护的配置与整定计算 ······························································································36 6.1 继电保护的任务和要求 ········································································································36 6.1.1 继电保护的任务 ·············································································································36 6.1.2 继电保护的要求 ·············································································································36 6.2 牵引变压器的保护 ················································································································36 6.2.1 变压器纵差动保护 ·········································································································37 6.2.2 变压器瓦斯保护 ·············································································································39 6.2.3 变压器的后备保护 ·········································································································40 6.3 馈线的保护 ···························································································································41 6.3.1 第Ⅰ段瞬时电流速断保护的整定 ··················································································41 6.3.2 第Ⅱ段带时限电流速断保护的整定 ···············································································42 6.3.3 第Ⅲ段定时限过电流保护的整定 ··················································································42 第7章 馈线的并联无功补偿 ·········································································································43 7.1 并联无功补偿的综合效益 ····································································································43 7.2 降低变电所的电能损失 ········································································································43 7.3 降低牵引负荷谐波影响 ········································································································44 7.4 降低变电所负序电流的影响 ·································································································44 7.5 并联无功补偿的相关设备 ····································································································44 第8章 防雷保护与接地装置 ·········································································································45 8.1 防雷保护 ·······························································································································45

II

8.1.1 直击雷的防护 ·················································································································45 8.1.2 感应雷的防护 ·················································································································46 8.1.3 雷电波侵入的防护 ·········································································································46 8.2 接地装置 ·······························································································································47 8.2.1 接地的有关概念 ·············································································································47 8.2.2 接地装置的设计 ·············································································································47 第9章 结论与展望 ························································································································49 9.1 结论 ·······································································································································49 9.2 展望 ·······································································································································49 参考文献 ···········································································································································50 致谢 ···················································································································································51 附录 ···················································································································································52 附录A 外文资料·························································································································52 附录B 设备汇总表 ·····················································································································69 附录C 主接线图 ·························································································································70

III

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

第１章 绪 论

1.1 课题研究的背景

随着国民经济的发展，我国铁路运输正向着电气化的方向迅速发展。改革开放以来，我国电气化铁路建设速度逐年加快，“九五”期间建设电气化铁路4783.77km，而“十五”期间的第一年就修建了3665.4km，建设速度十分惊人。至2002年底，我国已建成41条电气化铁路干(支)线，电气化铁路建设总长达到了18615.73km，居亚洲第一，世界第三位[1]。至2007年底，我国的电气化铁路营业路程已达到24046.6km，占我国铁路总营业路程的37.8%，各大干线都已实现了电气化。预计到2020年我国铁路营业里程将达12万公里以上，其中电气化铁路比重将达到60%，总长7万多公里。根据我国电气化铁路迅速发展的需要，我国应加强牵引变电所的建设。

1.2 电气化铁道的发展现状

我国电气化铁路采用单相工频制供电[2]，目前电力系统通常以110kV或220kV的电压等级为电气化铁道提供高压电源。牵引供电系统主要包括牵引变电所和牵引网两大部分[3]。牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流线——接地网组成的闭合回路。现阶段我国主要采用传统模式进行设计、建造和管理的变电所自动化程度不高，一般需要有稳定的值班队伍。因此我国建设目标是向无人值守方向发展。

国外电气化的水平要高于我国，在变电所的运行管理模式上已经做到了无人值守。例如我国哈大线铁路电气化改造是系统引进德国设备、材料、技术及项目管理方式的电气化工程，具有技术含量高、设备先进等特点。这些新技术是我国电气化铁路的发展方向，值得学习和借鉴。

1.3 牵引变电所简介

牵引变电所是电力牵引的专用变电所，它的任务是将区域电力系统送来的电能根据电力牵引对电流和电压的不同要求转变为适用于电力牵引的电能。牵引变电所分为中心牵引变电所和中间牵引变电所，其主要电力设备是降压变压器，称主变压器或牵引变压器，并设有备用[4]。

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牵引网由馈(电)线、接触网、轨(地)、回流线等组成，是牵引供电网(回路)，完成对电力机车的送电任务。牵引网供电方式按分区所运行状态分为单边供电、双边供电，按牵引网设备类型分为直接供电、BT供电、AT供电和CC供电方式。

电力系统与牵引变电所的连接方式称为外部电源的供电方式，它取决于牵引负荷的用电等级和电力系统的分布情况。电力牵引为一级负荷，牵引变电所应有两路电源供电，当任一路故障时，另一路仍正常供电。外部电源以保证供电可靠性为原则，可分为环形(双侧)单回路供电方式、环形(双侧)双回路供电方式、单电源(单侧)双回路供电方式、放射供电供电方式。

1.4 本次设计研究的主要内容

本次设计的题目是某中心牵引变电所电气系统设计。 (1)确定牵引供电方案。

(2)确定牵引变压器的容量、台数及型式。

(3)进行短路计算。为选择变电所中的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备以及母线选型、防雷与接地装置的选择及校验提供依据。

(4)对设计的变电所进行继电保护整定计算。 (5)对变电所进行防雷与接地系统设计。

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第2章 牵引变压器的容量计算和选择

2.1 牵引变压器的容量计算

2.1.1 牵引变压器容量计算的步骤

牵引变压器容量的计算一般分为以下三个步骤：

(1)根据任务书中给定的计算条件求出供应牵引负荷所必须的容量，称为计算容量。

(2)根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力，计算出校核容量，这是确保变压器安全运行所必须计算的容量。

(3)根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式等)，并按实际变压器系列产品的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。

本次设计采用单相Vv接线的形式，根据任务书中给出的数据，计算式如下：

Sa?U2NI?a (2-1) Sb?U2NI?b (2-2)

2.1.2 变压器计算容量和校核容量的计算

(1)设右供电臂计算容量为Sa，左供电臂的计算容量为Sb。由以上公式得单相Vv接线变压器的计算容量分别为：

Sa?U2NI?a?27.5?620?17050kV?A

Sb?U2NI?b?27.5?410?11275kV?A (2)Vv接线变压器最大负荷为：

Sa.max?2U2NIa.max?2?27.5?880?48400kV?A Sb.max?2U2NIb.max?2?27.5?720?39600kV?A 由公式

S校?Smaxk可得两台变压器的校核容量分别为：

(其中k=1.8) (2-3)

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S校a? S校bSa.max48400??26888.89kV?A 1.81.8S39600?b.max??22000kV?A 1.81.82.1.3 功率补偿后的计算容量和校核容量

牵引负荷功率因数为0.85，对其进行无功补偿，设cos?'?0.900。计算如下：

cos??(1)右供电臂有功功率为：

Pa?Sacos??17500?0.85?14492.5kV?A 无功补偿装置的容量为：

Qca?Patan??tan?'?14492.5??0.62?0.484??1970.98kvar 取 Qca?2000kvar 则补偿后右供电臂的计算容量为： S'?P2?aa补偿后的功率因数为： cos?'?(2)左供电臂有功功率为：

Pb?Sbcos??11275?0.85?9583.75kV?A 无功补偿装置的容量为：

Qcb?Pbtan??tan?'?9583.75??0.62?0.484??1303.39kvar 取 Qcb?1400kvar 则补偿后左供电臂的计算容量为： S'?P2?bb补偿后的功率因数为： cos?'?

PS (2-4)

???S2a?Pa2?Qca?2?16086.5kV?A

Pa14492.5??0.901 '.5Sa16086???S2b?P?Qcb2b?2?10604.485kV?A

Pb9583.75??0.904 '.485Sb106044

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(3)右供电臂补偿后的校核容量为：

P校a?S校acos??26888.89?0.85?22855.56kV?A

无功补偿装置的容量为：

Qc校a?P校atan??tan?'?22855.56??0.62?0.484??3108.356kvar 取 Qc校a?3200kvar 则补偿后右供电臂的校核容量为： S'校a???P2校a??S2校a?P2校a?Qc校a?2?25349.5kV?A

补偿后的功率因数为： cos?'?P校a'S校a?22855.56?0.902

25349.5 (4)左供电臂补偿后的校核容量为：

P校b?S校bcos??22000?0.85?18700kV?A

无功补偿装置的容量为：

Qc校b?P校btan??tan?'?18700??0.62?0.484??2543.2kvar 取 Qc校b?2600kvar

则补偿后左供电臂的校核容量为： S'校b???P2校b??S2校b?P2校b?Qc校b?2?20748.399kV?A

补偿后的功率因数为： cos?'?P校b'S校b?18700?0.901

20748.3992.1.4 中期牵引负荷增长后的计算容量及校核容量

右供电臂的计算容量和校核容量分别为：

'''Sa?1.2Sa?1.2?16086.5?19303.8kV?A

.5?30419.4kV?A S校a?1.2S校a?1.2?25349左供电臂的计算容量和校核容量分别为：

'''

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.485?12725.382kV?A Sb?1.2Sb?1.2?10604'''?1.2S.399?24898.079kV?A S校b校b?1.2?20748'''2.1.5 变压器安装容量的计算

由以上计算结果结合实际变压器系列产品的规格，可得重负荷供电臂即右供电臂选取的变压器容量为31.5MVA，轻供电臂即左供电臂选取的变压器容量为25MVA。

2.2 牵引变压器的选择

2.2.1 牵引变压器备用方式的选择

牵引变压器有固定备用和移动备用两种备用方式。在我国，多数情况下采用固定备用的方式。

2.2.2 牵引变压器连接组别的选择

我国牵引变压器采用三相、三相——两相和单相三种类型。常用的牵引变压器主要有单相接线变压器、单相Vv接线变压器、三相Vv接线变压器、三相YNd11双绕组变压器、斯科特接线变压器。 (1)单相接线变压器

优点：容量利用率可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资少。 缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。

适用于：电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。 (2)单相Vv接线变压器

优点：主接线较简单，设备较少，投资较省。牵引变压器容量利用率可达到100%。对电力系统的负序影响比单相接线少。对接触网的供电可实现双边供电。

缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况可能会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相电或单相——三相自用变压器供电，实质上变成了单相接线牵引变电所，对电力系统的负序影响也随之增大。

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(3)三相Vv接线变压器

优点：保持了单相Vv接线变压器的主要优点，完全克服了单相Vv接线变压器缺点，解决了单相Vv接线变压器不便于采用固定备用及其自动投入的问题，有利于实现分相有载或无载调压。 (4)三相YNd11双绕组变压器

优点：牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力。在两台牵引变压器并联运行情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。三相YNd11双绕组变压器在我国采用的时间最长，经验丰富，制造相对简单，价格便宜。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%，与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些，用的设备，工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。 (5)斯科特接线变压器

优点：当M座和T座两供电臂负荷电流大小相等，功率因数也相等时，斯科特接线变压器原边三相电流对称，变压器容量可全部利用。对接触网的供电可实现两边供电。

缺点：斯科特接线牵引变压器制造难度较大，造价较高。牵引变电所主接线复杂，设备较多，工程投资也较多。而且斯科特接线牵引变压器原边T接地(0点)电位随负载变化而产生零漂。严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作。对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡而加重绕组的绝缘负担。因此，该牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。

本次设计，电力系统以220kV的电压向中心牵引变电所供电。现阶段我国引进国外的先进技术，着力发展Vv接线的接线形式，此接线方式可以提高变压器容量的利用率，主接线较简单，检修操作比较方便。因此本次设计牵引变压器采用单相Vv接线的接线形式。

2.2.3 牵引变压器容量、台数和型号的选择

由于采用单相Vv接线牵引变压器，为防止出现环流，所以左供电臂和右供电臂

均采用31.5MVA的牵引变压器作为主变压器。变压器的备用方式为固定备用，因此选择4台容量为31.5MVA的牵引变压器。

变压器的型号为D-QY-31500/220，参数如下表2-1所示。

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表2-1 变压器的参数

型号 D-QY-31500/220

额定容量(kV?A) 31500

额定电压(kV) 220

空载电流 1.085

空载损耗 53.85

Uk%

10.5

2.3 10kV电力变压器的容量计算

由任务书中的数据可得电力变压器的容量为：

S?2?1000?2000kV?A

cos?1?0.87则可得：

P?cos?1S?0.87?2000?1740kV?A

无功补偿装置的容量为：

Qc?Ptan??tan?'?1740??0.567?0.484??144.42kvar 取 Qc?150kvar 则补偿后电力变压器的容量为： S'?P2?补偿后的功率因数为： cos?'????S2?P?Qc2?2?1930.458kV?A

P1740??0.901 '1930.458S2.4 电力变压器的选择

根据以上数据可选择两台容量为2000kV?A，型号为S10-2000/35的电力变压器。电力变压器的具体参数如下表2-2所示。一主一备运行。

表2-2 电力变压器的参数

型号 S10-2000/35

额定电压(kV) 35

额定容量(kV?A) 2000

空载损耗 2.38

负载损耗 16.93

短路阻抗 6.5

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第3章 牵引变电所电气主接线设计

在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，按其功能要求组成的接收和分配电能的主回路。这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫做电气主接线。

用规定的设备图形和文字符号，按照各电器设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图[5]。主接线图中还标注出各主要设备的型号、规格和数量。电气主接线图不仅能表明电能输送和分配的关系，也可据此制成主接线模拟图屏，以表示电气部分的运行方式，可供运行操作人员进行模拟操作。

3.1 电气主接线的基本要求

电气主接线的正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性以及对电气设备的选择等有重大的影响，因此对电气主接线的要求如下：

(1)可靠性

保证必要的供电可靠性和电能质量，是电气主接线应该满足的最基本要求。主接线的可靠性主要是指当主回路发生故障时或者电气设备检修时，主接线在结构上能够将故障或检修所带来的不利影响限制在一定范围内，以提高供电的能力和电能的质量。

一般从以下方面对主接线的可靠性进行定性分析： ①断路器检修时是否影响供电。

②设备或线路故障或检修时，停电线路数量的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③有没有使发电厂或者变电所全部停止工作的可能性。 (2)灵活性

①满足调度时的灵活性要求。正常情况下，应能根据调度要求，灵活的改变运行方式，实现安全、可靠、经济的供电。发生故障时，能迅速方便的转移负荷、尽快的切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，在故障消除后应能方便的恢复供电。 ②满足检修时的灵活性要求。在某一设备需要检修时，应能方便地将其退出运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全距离，保证检修人员检修时定的方便和安全。

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③满足扩建时的灵活性要求。

(3)经济性要求与先进性要求

在确定主接线时，应采用先进的技术和新型的设备。同时，在保证安全可靠、运行灵活、操作方便的基础上，还应使投资和年运行费用最小、占地面的最少，应尽量做到经济合理。

3.2 牵引变电所主接线设计

3.2.1 牵引变电所一次侧主接线

电气主接线的主体是电源(进线)回路和线路(出线)回路，分为有汇流母线和无汇流母线两大类。主要有单母线接线、单母线分段接线、双母线接线和桥形接线。 (1)单母线接线

单母线接线就是各电源和出线都接在同一条公共母线上。母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一电源获得电能。

优点：接线简单清晰，设备少，投资低，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。

缺点：可靠性不高，不够灵活。母线或母线隔离开关检修时，连接在母线上的所有回路都需停止工作；当母线或母线隔离开关上发生短路、故障或断路器靠母线侧绝缘套管损坏时，所有断路器都将自动断开，造成全部停电；检修任一电源或出线断路器时该回路必须停电。

适用范围：不分段单母线接线一般只适用于系统中只有一台发电机或一台主变压器且无重要负荷的以下三种情况：

①6~10kV配电装置，出线回路数不超过5回。 ②35~63kV配电装置，出线回路数不超过3回。 ③110~220kV配电装置，出线回路数不超过2回。 (2)单母线分段接线

单母线分段接线与单母线接线相比，增加了一台母线分段断路器以及两侧的隔离开关。

优点：提高了供电的可靠性。当任一母线或母线隔离开关故障及检修时，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。

缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

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由于单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上提高了可靠性，故一直被广泛使用，其适用范围为：

①6~10kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；变电站有两台主变压器时；发电机电压配电装置，每段母线上的发电机容量为12MW及以下时。

②35~63kV配电装置，出线回路数为4~8回时。 ③110~220kV配电装置，出线回路数为3~4回时。 (3)双母线接线

有两组母线，一组工作，一组备用。每一电源和每一出线都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线相连，任一组母线都可以作为工作母线或备用母线。

优点：与单母线相比，减少了停电的机会，缩短了停电的时间，运行的可靠性与灵活性有了显著地提高。另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工时可不必停电。

缺点：在倒母线的操作过程中，需使用隔离开关切换所有负荷电流回路，操作过程比较复杂，容易造成误动作；工作母线故障时，将造成短时(切换母线时间)全部进出线停电；在任一线路断路器检修时，该回路仍需停电或短时停电；使用的母线隔离开关数量较多，同时也增加了母线的长度，使得配电装置结构复杂，投资和占地面积增大。

适用范围：当母线上的出线回路数或电源数较多、输送和穿越功率较大、母线或母线设备检修时不允许对用户停电、母线故障后要求迅速恢复供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用双母线接线。各级电压采用的条件如下：

①6~10kV配电装置，当短路电流较大、出现需带电抗器时。

②35~63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时。

③110kV配电装置，当出线回路数为6回及以上时。 ④220kV配电装置，当出线回路数为4回及以上时。 (4)桥形接线

当只有两台变压器和两条线路时，常采用桥形接线。根据断路器的安装位置又可以分为内桥形接线和外桥形接线。 ①内桥接线

内桥接线的连接桥断路器设置在桥内侧。当线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作。当变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，可恢复对该线路的供电。正常运行时变压器操作复杂。内桥接线适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。如图3-1所示。

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②外桥接线

桥臂置于线路断路器的外侧时，称为外桥接线。外桥形接线适用于线路较短、故障率较低、主变压器选经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。如图3-2所示。

图3-1 内桥接线 图3-2 外桥接线

由于本次是针对某中心牵引变电所进行设计，220kV高压侧馈线数可能会有4条，根据以上条件可得选择单母线分段接线的形式较为简单。

3.2.2 牵引变电所牵引负荷侧主接线

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[6]： (1)馈线断路器100%备用的接线

馈线断路器100%备用的接线方式用于单线区段，牵引母线不同相的场合。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%备用的接线图如图3-3所示。

(2)馈线断路器50%备用的接线

此种接线方式适用于单线区段，牵引母线同相的场合和复线区段，每相母线只有两条馈线的场合。这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修。接线图如图3-4所示。

(3)带旁路母线和旁路断路器的接线

如图3-5所示，一般每2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场

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合，以减少备用断路器的数量。

图3-3 馈线断路器100%备用

图3-4 馈线断路器50%备用

图3-5 带旁路母线和旁路断路器的接线

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由于馈线断路器数量较多且检修频繁，通过对以上馈线断路器接线形式的比较，结合任务书中的数据资料，选择馈线断路器100%备用的接线形式较为简单。

3.3 电气主接线的确定

本次是对中心牵引变电所进行电气系统设计，220kV母线进线侧采用单母线分段接线的形式。在牵引侧可采用馈线断路器100%备用的接线方式。电气主接线图参见附录C。

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第4章 短路计算

4.1 短路的原因、危害及短路计算的目的

4.1.1 短路的原因

(1)电气设备及载流导体因绝缘老化、机械损伤、雷击过电压造成的绝缘损坏。 (2)运行人员违反安全规程误操作，如带负荷拉隔离开关，设备检修后遗忘拆除临时接地线而误合隔离开关等均会造成短路。

(3)电气设备因设计、安装及维护不良所导致的设备缺陷引发的短路。 (4)鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雹等自然灾害也会造成短路[7]。

4.1.2 短路的危害

(1)短路电流的热效应会使设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁。

(2)短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏。

(3)由于短路电流基本上是电感性电流，它将产生较强的去磁性电枢反应，从而使发电机的端电压下降，同时短路电流流过线路使其电压损失增加。因而短路时会造成系统电压大幅度下降，短路点附近电压下降的最多，严重影响电气设备的正常供电。

(4)严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性，造成大面积的停电。这是短路所造成的最大危害。

(5)不对称短路将造成负序电流和负序电压而危及机组的安全运行。

(6)不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通信系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作，甚至危及设备和人身安全。

4.1.3 短路计算的目的

(1)进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性。

(2)整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件。 (3)用于电气主接线方案的确定。

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4.2 短路计算

4.2.1 短路点的选择

由于在某一范围内短路电流值是近似相等的，如高压母线、变压器高压侧、变压器低压侧、设备接入端等，因此常用几个代表性的点来说明某一供电系统的整体短路水平，这就是计算短路电流的短路点。本次短路计算的短路点分别选取牵引变压器高压侧短路点K，牵引变压器低压侧短路点K1。各点位置分别如下图4-1和图4-2所示。

4.2.2 220kV侧短路计算

短路计算时的等效电路图如下图4-1所示：

图4-1 220kV侧短路计算等效电路 当K点短路时，两条线路的电抗值分别为： XL1?X1?L1?0.4?30?12?

XL2L3L4?X1??L2?L3?L4??0.4?50?20?

(1)在系统最大运行方式下：

电力系统综合电抗标幺值分别为：

Xs*1?0.21，Xs*2?0.23 基准容量为：

Sd?100MVA 基准电压为：

Ud??1?5%?UN?220?1.05?231kV 基准电流为：

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Id?SdUd3?100?1?5%??220?3?0.25kA

两条线路的电抗标幺值分别为:

* XL1?SXL1100?XL1?d2?12??0.023 2XdUd?1.05?220?Sd100?20??0.037 22Ud?220?1.05?* XL2L3L4?XL2L3L4?则220kV侧总电抗标幺值为：

***** X??X?X//X?X220L1s1s2L2L3L4?0.124

?????三相短路电流周期分量有效值为:

?3? I220?Id*X?2200.25?2.02kA 0.124其他三相短路电流为：

?3??3? I''?3??I??I220?2.02kA

短路冲击电流为：

ish?Ksh?2?I''?3??1.8?2?2.02?5.14kA 短路冲击电流有效值：

Ish?1?2?Ksh?1?I''?3??1.51I''?3??3.05kA

2三相短路容量为：

?3? S220?Sd100??806.45MVA *X?2200.124 (2)在系统最小运行方式下： 电力系统的综合标幺值为：

Xs*1?0.30，Xs*2?0.35 基准电流为： Id?SdUd3?1001.05?220?3?0.25kA

线路的电抗标幺值分别为：

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** XL1?0.023，XL2L3L4?0.037

则220kV侧总电抗标幺值为：

* X??//?0.35?0.037??0.176 220??0.30?0.023 三相短路周期分量有效值为：

?3? I220?Id*X?220?0.25?1.42kA 0.176 其他三相短路电流为：

?3??3? I''?3??I??I220?1.42kA

短路冲击电流为：

ish?Ksh?2?I''?3??1.8?2?1.42?3.615kA 短路冲击电流有效值为：

Ish?1?2?Ksh?1??I''?3??1.51?1.42?2.14kA

2 三相短路容量为：

?3? S220?Sd100??568.18MVA ?3?X?0.1762204.2.3 27.5kV侧短路计算

短路计算等效电路图如下图4-2所示：

图4-2 27.5kV侧短路计算等效电路

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归算到变压器二次侧的等效电路图如图4-3所示：

图4-3 归算到二次侧的等效电路

上图还可以等效为如下图4-4所示：

图4-4 归算到二次侧的等效电路图

(1)在最大运行方式下： 基准容量为：

Sd?100MVA 基准电压为：

Ud??1?5%?UN?27.5?1.05?28.875kV 电力系统和线路的总阻抗值为：

Zs*1?0.124 牵引变压器的阻抗值为：

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*? ZT10.5100??0.33 10031.5 则在K1点短路时，短路电流标幺值为：

* Iz2?11??1.73 **2Zs1?ZT2?0.124?0.33基准电流为：

Id?次暂态短路电流为：

* I''?Iz2?Id?1.73?2.0?3.46kA

SdUd3?1001.05?27.5?3?2.0kA

短路冲击电流为：

ish?2Ksh?I''?2?1.8?3.46?8.8kA 短路电流最大有效值为：

Ish?1?2?Ksh?1??I''?1.51?3.46?5.22kA

2短路容量为：

S?3UdI''?3?1.05?27.5?3.46?173.04MVA (2)在最小运行方式下： 电力系统和线路的总阻抗值为：

Zs*2?0.176 牵引变压器的阻抗值为：

*?0.33 ZT则在K1点短路时，短路电流标幺值为：

*? Iz2'11??1.466 **2Zs2?ZT2?0.176?0.33基准电流为：

Id?2.0kA 次暂态短路电流为：

* I''?Iz?Id?1.466?2.0?2.932kA 2'

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短路冲击电流为：

ish?2KshI''?2?1.8?2.932?7.477kA 短路电流最大有效值为：

Ish?1.51?2.932?4.427kA 短路容量为：

S?3UdI''?3?1.05?27.5?2.932?146.64MVA (3)在最小运行方式下的最小短路电流

当两相之间短路时，会产生最小短路电流。此时的等效电路图如下图4-5所示：

图4-5 最小短路等效电路图

基准电流为： Id?短路电抗标幺值为：

* Iz?Sd3Ud?1003?27.5?1.05?2.0kA

11??0.988 *2?0.176?0.33?2Zs*2?ZT??次暂态短路电流为：

* I''?IZ?Id?0.988?2?1.976kA

短路冲击电流为：

ish?2KshI''?2?1.8?1.976?5.03kA 短路电流最大有效值为：

21

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Ish?1.51?1.976?2.984kA 短路容量为：

S?3UdI''?3?1.05?27.5?1.976?98.826MVA

(4)由于左右供电臂采用的牵引变压器型号及容量大小均一致，则两边的短路计算结果相同。短路电流计算结果汇总表如下表4-6所示：

表4-6 短路电流计算结果汇总

最大运行方

式 最小运行方

式 最大运行方

式 最小运行方

式 最大运行方

式 最小运行方

式 最小短路电

流

I''(kA)

2.02 1.42 3.46 2.932 3.46 2.932 1.976

ish(kA)

5.14 3.615 8.8 7.464 8.8 7.464 5.03

Ish(kA)

3.05 2.14 5.22 4.427 5.22 4.427 2.984

S(MVA)

806.45 568.18 173.04 146.64 173.04 146.64 98.826

220kV侧

27.5kV侧右 供电臂

27.5kV侧左 供电臂

22

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第5章 牵引变电所电气设备的选择

5.1 继电保护的配合时间

继电保护时间配合表如下表5-1所示： 表5-1 继电保护配合时间

时间

220kV 1.50 1.56 3.11

27.5kV 1.00 1.06 2.11

tj?s?

tdl?s? tjx?s?

表中，tj?s?——继电保护整定时间；

tdl?s?——断路器动作时间；

tjx?s?——假想时间，其中tjx?tj?tdl?0.05。其中的0.05为考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间。

5.2 断路器和隔离开关的选型及校验

高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

高压隔离开关的功能，主要是用来隔离高压电源以保证其他设备和线路的安全检修[8]。

断路器和隔离开关的选择校验条件如下表5-2所示:

表5-2 选择及校验的条件

断路器 隔离开关

选择

额定电压

额定电流

开断电流

校验 热稳定

动稳定

Ue?Ug Ue?Ug

Ie?Ig?max Ie?Ig?max

Iek?I''

--

It2t?I''2tjx idw?ish It2t?I''2tjx idw?ish

5.2.1 断路器的选型及校验

断路器的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。 (1)220kV至牵引变压器侧断路器的选择校验

23

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由以上计算可知：

Ug?220kV，Ig.max?107.47A，I''?2.02kA，ish?5.14kA，tjx?3.11S。 因此可初步选择型号为LW1-220的六氟化硫单相式断路器。具体参数如下表5-3所示：

表5-3 LW1-220型断路器参数

额定电压(kV)

220

额定电流(A)

2000

额定开断电流

(kA)

31.5

动稳定电流(kA)

80

热稳定电流(kA)(4S)

31.5

由上表可知：Ue?Ug，Ie?Ig.max，Iek?I''，满足选择的要求。 动稳定校验：

idw?ish，满足要求。 热稳定性校验：

I''2tjx??2.02??3.11?12.69

2 It2t??31.5??4?3969?I''2tjx

2满足热稳定性要求，因此所选型号满足要求。 (2)27.5kV侧手车式断路器的选型及校验： 由上可知:

S。 Ug?27.5kV，I''?3.46kA，ish?8.8kA，tjx?2.11最大长期工作电流为： Ig.max?1.3?31500?859.75A

3?27.5则选择手车式断路器的型号为：ZN42-27.5，此为户内单相高压真空断路器，手车式结构，手车上可装专用电流互感器。具体参数如下表5-4所示：

表5-4 ZN42-27.5型断路器的参数

额定电压(kV)

27.5

额定电流(A)

1250

额定断流量(kA) 动稳定电流(kA)

25

63

热稳定电流(kA)(4S)

25

由上表可知：Ue?Ug，Ie?Ig.max，Iek?I''，满足选择的要求。 动稳定校验：

idw?ish，满足要求。 热稳定性校验：

24

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I''2tjx??3.46??2.11?25.26

2 It2t?252?4?2500 It2t?I''2tjx 满足热稳定性要求，因此所选型号满足要求。 (3)27.5kV侧断路器的选型及校验：

根据以上数据可以初步选择断路器的型号为：ZN6-27.5。具体参数如下表5-5所示：

表5-5 ZN6-27.5型断路器参数

额定电压(kV)

27.5

额定电流(A)

1000

额定断流量(kA) 动稳定电流(kA)

10

25

热稳定电流(kA)(4S)

10

由上表可知：Ue?Ug，Ie?Ig.max，Iek?I''，满足选择的要求。 动稳定校验：

idw?ish，满足要求。 热稳定性校验：

I''2tjx??3.46??2.11?25.26

2 It2t?102?4?400 It2t?I''2tjx 满足热稳定性要求，因此所选型号满足要求。

5.2.2 隔离开关的选型及校验

(1)220kV至牵引变压器侧隔离开关的选型和校验 由以上计算可得：

Ug?220kV，I''?2.02kA，ish?5.14kA，tjx?3.11S。

最大长期工作电流为：

Ig.max?1.3?31500?107.47A

3?27.5可初步选择型号为GW4-220D的隔离开关。参数如下表5-6所示：

25

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 表5-6 GW4-220D型隔离开关的参数

额定电压(kV) 220

额定电流(A)

630

动稳定电流

(kA)

50

热稳定电流(kA)(4S)

20

主刀闸 CS14G

接地刀闸 CS14G

经比较满足： Ue?Ug，Ie?Ig.max。 动稳定校验：

idw?50kA 则idw?ish。 热稳定性校验：

It2t?202?4?1600 I''2tjx??2.02??3.11?12.69

2 It2t?I''2tjx 满足校验的要求，则所选型号满足要求。

(2)27.5kV侧隔离开关的选型和校验 由以上计算可得：

S。 Ug?27.5kV，Ig.max?859.75A，I''?3.46kA，ish?8.8kA，tjx?2.11则可初步选择型号为GN2-27.5/1250的隔离开关。具体型号参数如下表5-7所示：

表5-7 GN2-27.5/1250的参数

型号 GN2-27.5/1250

额定电压

(kV) 27.5

额定电流(A) 1250

动稳定电流

(kA)

63

热稳定电流(kA)(4S)

25

所用刀闸 (手动机构) CS6-2

经比较可知满足： Ue?Ug，Ie?Ig.max。

动稳定校验：

idw?63kA，idw?ish。 热稳定性校验：

It2t??25?2?4?2500 I''2tjx??3.46??2.11?25.26

2 It2t?I''2tjx

则所选型号满足要求。

26

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5.3 电流互感器和电压互感器的选型及校验

电流互感器又称仪用变流器，电压互感器又称仪用变压器。它们合称仪用互感器，简称互感器。主要功能是:

(1)用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。这即可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电器等二次设备，又可防止仪表、继电器等二次设备的故障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。 (2)用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。

电流互感器和电压互感器选择及校验条件如下表5-8所示：

表5-8 电流互感器和电压互感器选择校验条件

电流互感器

选择 电压

电流

热稳定

校验

动稳定

Ue?Ug Ie?Ig?max I''2tjx?(ktIe)2?1

--

--

2kdwIe?ish

--

Ug 电压互感器 0.9Ug?Ue?1.15.3.1 电流互感器的选型及校验

(1)220kV至牵引变压器侧电流互感器

最大负荷电流为：Ig.max?107.47A，电压Ug?220kV。

选择时只考虑Ue?Ug，Ie?Ig.max，则可初步选择型号为LCWD3-220型电流互感器。参数如下表5-9所示：

表5-9 LCWD3-220型电流互感器参数

额定电压(kV)

220

一次额定电流(A)

300

二次额定电流

(A)

5

短时1S热电流

(kA)

27

动稳定电流(kA)

67.5

短路热稳定性校验：

?IeKt?t?272?1?727kA

2 I''2tjx??2.02??3.11?106?12.69kA

2 I''2tjx??KtIe??1

2则LCWD3-220满足热稳定性。 动稳定性校验：

27

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2KdIe?2?67.5?95.46kA ish?5.14kA 2KdwIe?ish 则LCWD3-220满足动稳定性校验。 (2)27.5kV侧电流互感器

最大负荷电流为：Ig.max?859.75A，电压为：Ug?27.5kV。

初步选择型号为LZZB7-27.5型户外电流互感器。具体型号参数如下表5-10所示：

表5-10 LZZB7-27.5电流互感器的参数

额定工作 电压(kV) 27.5

一次额定电流

(A)

3000

二次额定电流

(A)

5

热稳定电流(kA)(4S)

80

动稳定电流(kA)

130

热稳定性校验：

I''2tjx??3.46??2.11?25.26

2 ?KtIe??1??80??4?25600

22 I''2tjx??KtIe??1

2即LZZB7-27.5满足热稳定性校验。 动稳定性校验：

2KdIe?2?130?183.848 2KdwIe?ish 即满足动稳定性校验。

所以LZZB7-27.5型户外独立式电流互感器满足条件。 (3)27.5kV侧与手车式断路器相匹配的电流互感器的选择校验 由以上计算可知： Ig.max?859.75A，Ug?27.5kV。

则可初步选择型号为LZBJ-27.5的电流互感器。具体参数如下表5-11所示：

表5-11 LZBJ-27.5型电流互感器参数

型号 LZBJ-27.5

额定电压(kV)

27.5

额定电流(A) 1250/5

热稳定电流(1S)(kA)

80

动稳定电流(kA)

200

热稳定性校验：

28

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2 ?KtIe??1?80?1?6400

2 I''2tjx??3.46??2.11?25.26

2 I''2tjx??KtIe??1

2满足热稳定性校验。 动稳定性校验：

2KdwIe?2?200?282.84 ish?8.8kA 2KdwIe?ish 即满足动稳定性校验。

因此此型号电流互感器选择正确。

5.3.2 电压互感器的选型及校验

由于电压互感器是并在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，所以不需要校验短路的稳定性[9]。

(1)220kV侧电压互感器

由以上计算可知：Ug?220kV，则0.9Ug?198kV，1.1Ug?242kV。

可选择型号为TYD220/3-0.0075H的电容式电压互感器。额定电压为220kV，

0.0075?F为其额定电容。

(2)27.5kV侧电压互感器

Ug?27.5kV，0.9Ug?0.9?27.5?24.75kV，1.1Ug?1.1?27.5?30.25kV。 则可选择型号为JDJ2-27.5型单相油浸式电压互感器。额定电压为27.5kV，满足要求。

5.4 熔断器的选型

由于电压互感器的二次侧负荷很小，熔体额定电流一般为0.5A。因此选择RN2-35型熔断器。熔断器的参数如下表5-12所示：

表5-12 RN2-35型熔断器的参数

额定电压(kV)

35

额定电流(A)

0.5

熔体电流(A)

0.5

29

三相断流容量

(MVA)

1000

最大开断电流有

效值(kA)

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5.5 母线的选型及校验

220kV进线侧、进入高压室27.5kV进线侧、27.5kV出线侧均为软母线，不必进行动稳定校验。

温度校正系数为：

?al??0' K?? (5-1)

?al??0式中，?al——最高允许温度，本次设计的最高允许温度为380C；

?0——允许的环境温度，本次设计室内允许的环境温度为340C，室外允许的环境温度为290C；

?0'——实际环境温度，本次设计的实际环境温度是220C。 经计算可得：在室外K??1.3，在室内K??2。

设室内母线：高压室内27.5kV硬母线长度为l?2000mm,相间距为a?600mm。 选择和校验的条件：

(1)按导线长期发热允许电流校验：

Ig.max?K?Ial 式中，Ial——导线允许载流量。 (2)按经济电流密度选择：

Aec?式中，jec——经济电流密度；

Ig.maxjec (5-2)

Aec——导线经济截面积。

(3)母线、导线热稳定性校验：

S?Smin?式中，S——导线截面积；

Smin——满足热稳定要求的导线最小截面积；

IshCtjxKf (5-3)

tjx——假想时间；

Kf——集肤效应系数，取1；

Ish——三相短路电流稳态有效值(A)； C——热稳定性系数。一般取99。 (4)硬母线动稳定性校验：

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?al??c 式中，?al——母线材料的最大允许应力；

?c——母线通过ish时受到的最大冲击应力。 最大冲击力：

l2??10?7 (5-4) Fmax?1.73?Kx?isha式中，Kx——导体形状修正系数，约为1；

ish——短路冲击电流；

l——平行母线长度；

a——母线间距。

?或Fmaxl?10?8?M?? (5-5) ?c??22bh或bhW66Fl式中，M——弯曲力矩；当母线档数小于等于2时，M?max；

8Fl 当母线档数大于2时，M?max；

10Fmaxl?? W——母线的截面系数；

b——母线截面的水平宽度；

h——母线截面的垂直高度。

5.5.1 220kV架空导线的选型及校验

最大长期工作电流为：

Ig.max?1.3?2000000?6823.43A

220?3所以选择型号为LGJ?800?4的架空导线。导线截面积为3200mm2，分裂数是4。当铝合金导线允许温度为700C，周围空气为250C时，此型号的长期允许载流量是5608A，当室外为290C时，长期允许载流量为：

Ial?K??5608?1.2?5608?6729.6A 发热条件校验：

K?Ial?1.3?6729.6?8748.48A，Ig.max?K?Ial。 热稳定校验：

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