鐵道供電課程設計--牽引變壓器

1、<p>　　電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計課程設計報告</p><p>　　年 月 日</p><p>　評語：成績　　　　　</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1． 設計原始資料1</p><p><b>　　(1) 題

2、目1</b></p><p>　　(2) 題目分析2</p><p><b>　　2． 設計過程2</b></p><p>　　(1) 參數(shù)定義2</p><p>　　(2) 牽引變壓器容量計算3</p><p>　　(3) 牽引變壓器類型選擇3</p>&l

3、t;p>　　(4) 牽引變壓器運行指標計算4</p><p>　　(5) 主接線設計4</p><p>　　(6) 設備選型6</p><p><b>　　3. 小結9</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p><b>

4、;　　附錄10</b></p><p>　　附錄一 牽引變壓器主要技術數(shù)據(jù)表-- 10 -</p><p>　　附錄二 牽引變電所A主接線圖- 11 -</p><p>　　《供變電工程課程設計指導書》的牽引變電所A</p><p><b>　　1 設計原始資料</b></p><p

5、><b>　　1.1 題目</b></p><p><b>　　(1)選題背景</b></p><p>　　包含有A、B兩牽引變電所的供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 牽引供電系統(tǒng)示意圖</p><p>　　表1 設計基本數(shù)據(jù)</p><p>

6、　　圖1牽引變電所中的兩臺牽引變壓器為一臺工作，另一臺備用。</p><p>　　電力系統(tǒng)1、2均為火電廠。其中，電力系統(tǒng)容量分別為250MVA和200MVA。選取基準容量Sj為200MVA，在最大運行方式下，電力系統(tǒng)1、2的綜合電抗標幺值分別為0.13和0.15；在最小運行方式下，電力系統(tǒng)的綜合標幺值分別為0.15和0.17。</p><p>　　對每個牽引變電所而言，110kV線路為一

7、主一備。圖1中，L1、L2、L3長度為25km、40km、20km.線路平均正序電抗X1為0.4/km,平均零序電抗X0為1.2/km。</p><p><b>　　(2)方案論證</b></p><p>　　牽引變電所A變壓器采用YN,d11接線，通過對計算容量、校核容量安裝容量等的計算，選擇變壓器的類型。為了保證電力牽引列車的正常運行，牽引供電系統(tǒng)的設計，必須進行

8、電壓損失計算。而電能損失的計算為采取措施減少牽引供電系統(tǒng)電能損失提供了條件。 </p><p>　　(3)過程(設計)論述</p><p>　　先通過計算容量、校核容量，確定安裝容量，選擇變壓器類型；在計算全年電能損失和電壓損失；最后計算短路電流，選擇斷路器類型。</p><p><b>　　(4)結果分析</b></p><

9、;p>　　所計算得的電壓損失校核供電臂末端區(qū)間電力機車受電弓上的短時最低電壓，并滿足要求。</p><p><b>　　(5)結論或總結</b></p><p>　　這次的課程設計，由于能力和時間上有限，對于原本較復雜的牽引變電所設計進行了簡單化，既只選擇了變壓器類型和斷路器類型進行了計算。</p><p><b>　　1.2

10、題目分析</b></p><p>　　(1)牽引變壓器初步選型</p><p>　　根據(jù)設計原始資料中給出的已知值，接線方式，確定出的備用方式，計算出變壓器的計算容量和校核容量。在計算容量與校核容量的基礎，考慮備用方式確定出變壓器的安裝容量，確定出變壓器的型號。由變壓器的允許過負荷來判斷所選備用方式下安裝容量是否合適。</p><p>　　(2)計算牽引

11、變壓器的運行技術指標</p><p>　　計算出牽引變壓器功率損耗及全年電能損耗，在短時最大負荷工況下的電壓損失和不平衡度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來改善供電，減少能耗。</p><p>　　(3)牽引變電所主接線設計</p><p>　　采用內橋結線，具體接線圖見附錄二。</p><p>　　2 設計過程（偏重于容量計算）</p><

12、;p><b>　　2.1 參數(shù)定義</b></p><p>　　Kt: 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般為0.9</p><p>　　UN: 牽引變電所牽引側母線額定電壓，即27.5kV</p><p>　　Kt: 左供電臂負荷全日有效值，為350A</p><p>　　UN:右供電臂負荷全日有效值，為300A</

13、p><p><b>　　S:變壓器容量</b></p><p><b>　　1A:電能損耗</b></p><p><b>　　1U : 電壓損失</b></p><p><b>　　X: 阻抗</b></p><p>　　K: 牽引變

14、壓器過負荷倍數(shù)，取1.5</p><p>　　2.2 牽引變壓器容量計算</p><p>　　牽引變電所的主變壓器采用YN，d11接線形式，主變壓器正常負荷計算：</p><p>　　S=KtU(2Ix1+0.65Ix2)(KVA)(a)</p><p>　　將Ix1=350A，Ix2=300A 代入(a)可以求得：</p>

15、<p>　　S=22151.25(KVA)</p><p>　　緊密運行狀態(tài)下的主變壓器計算容量：</p><p>　　Sbmax=KtU(2Ix1+0.65Ix2) (KVA)(b)</p><p>　　將Iamax =440A，Ibmax =390A 代入Sbmax=KtU(2Ix1+0.65Ix2) (KVA)(b)可以求得：</p>

16、<p>　　Sbmax=28054.125(KVA)</p><p>　　校核容量的確定：最大容量S2max =KtU(2Imax +0.65Ix2) (c)</p><p>　　代入數(shù)據(jù)Iamax =440A，Ibmax =390A可求得：</p><p>　　S2max =26606.25(KVA

17、)</p><p>　　S校 =S2max/k (d)</p><p>　　代入數(shù)據(jù)可求得：S校=17737.5(KVA)</p><p>　　2.3 牽引變壓器類型選擇</p><p>　　為了滿足鐵路運輸?shù)牟粩喟l(fā)展，牽引變壓器要留有一定余量，預計中期牽引負荷增長

18、為40%。</p><p>　　Sy=140%S (KVA)(e)</p><p>　　可以求得：Sy =31011.75(KVA)</p><p>　　于是根據(jù)所得容量，查詢附錄一，可選擇SF1-31500/110型三相雙繞組牽引變壓器。</p><p>　　2.4 牽引變壓器運行指標計算</p><p>　　(1

19、)牽引變壓器的全年電能損失</p><p>　　由已知可求得Ip1=191.3A，Ip2=169.6A，代入下式</p><p>　　Icax2 =(2Ix1/3) 2 +(Ix2/3) 2 +2Ip1Ip2/9 </p><p>　　Ibcx2 =(2Ix2/3) 2 +(Ix1/3) 2 +2Ip1Ip2/9

20、 (f)</p><p>　　Iabx2 =(Ix1/3) 2 +(Ix2/3) 2 -Ip1Ip2/9 </p><p>　　可得Icax =11.0154A，Ibcx =9.6321A，Iabx =3.4806A</p><p>　　在牽引變電所中，若一臺運行，則全年實際負載電

21、能損失：</p><p>　　△Ad =0.876△Pd(Icax2 +Ibcx2 +Iabx2)/(3Ie2) (104kwh/年) (g)</p><p>　　其中△Pd=148kw，得出△Ad =71.5(104kwh/年)</p><p>　　全年實際空載電能損失△Ad =0.876△P0，其中△P0=38

22、.5kw，△A0 =33.726(104kwh/年)</p><p>　　所以全年牽引變壓器的實際總電能損失△AT =△Ad +△A0 =105.23(104kwh/年)</p><p>　　(2)牽引變壓器在短時最大負荷下的電壓損失</p><p>　　歸算到27.5kv側，三相結線牽引變壓器的電抗值XT=3Ud%Ue2/(100Se)=7.56</p>

23、;<p>　　引前相和滯后相最大電壓損失：</p><p><b>　　(h)</b></p><p>　　代入數(shù)值可得△UT1max =1164.24V，△UT2max =1655.64V</p><p><b>　　電壓損失</b></p><p><b>　　2.5 主

24、接線設計</b></p><p>　　(1)電氣主接線基本要求</p><p>　　電氣主接線應滿足可靠性、經(jīng)濟性和靈活性三項基本要求：</p><p><b>　　A.靈活性</b></p><p>　　主接線的靈活性主要表現(xiàn)在正常運行或故障情況下都能迅速改變接線方式，具體情況如下：</p>

25、<p>　　1) 滿足調度正常操作靈活的要求，調度員根據(jù)系統(tǒng)正常運行的需要，能方便、靈活地切除或投入線路、變壓器或無功補償裝置，使電力系統(tǒng)處于最經(jīng)濟、最安全的運行狀態(tài)。</p><p>　　2) 滿足輸電線路、變壓器、開關設備停電檢修或設備更換方便靈活的要求。設備停電檢修引起的操作，包括本站內的設備檢修和系統(tǒng)相關的廠、站設備檢修引起的站內的操作是否方便靈活。</p><p>　　

26、3) 滿足接線過渡的靈活性。一般變電站都是分期建設的，從初期接線到最終接線的形成，中間要經(jīng)過多次擴建。主接線設計要考慮接線過渡過程中停電范圍最少，停電時間最短，一次、二次設備接線的改動最少，設備的搬遷最少或不進行設備搬遷。</p><p>　　4) 滿足處理事故的靈活性。變電所內部或系統(tǒng)發(fā)生故障后，能迅速地隔離故障部分，盡快恢復供電操作的方便和靈活性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。</p><p>

27、<b>　　B.可靠性</b></p><p>　　根據(jù)變電所的性質和在系統(tǒng)中的地位和作用不同，對變電所的主接線可靠性提出不同的要求。</p><p>　　主接線的可靠性是接線方式和一次、二次設備可靠性的綜合。對主接線可以作定量計算，但需要各種設備的可靠性指標、各級線路、母線故障率等原始數(shù)據(jù)。一般情況下，在主接線設計時尚缺乏準確的可靠性計算所需的原始資料，而且計算方法

28、各異，也不成熟，故通常不作定量計算，其結果也只能作參考。通常采用定性分析來比較各種接線的可靠性。</p><p><b>　　C.經(jīng)濟性</b></p><p>　　經(jīng)濟性是在滿足接線可靠性、靈活性要求的前提下，盡可能地減少與接線方式有關的投資。主要內容如下：</p><p>　　1) 采用簡單的接線方式，少用設備，節(jié)省設備上的投資。在投產(chǎn)初期

29、回路數(shù)較少時，更有條件采用設備用量較少的簡化接線。能緩裝的設備，不提前采購裝設。</p><p>　　2) 在設備型式和額定參數(shù)的選擇上，要結合工程情況恰到好處，避免以大代小、以高代低。</p><p>　　3) 在選擇接線方式時，要考慮到設備布置的占地面積大小，要力求減少占地，節(jié)省配電裝置征地的費用。</p><p>　　(2)電氣主接線設計依據(jù) </p&

30、gt;<p>　　A.變電所的分期和最終建設規(guī)模</p><p>　　變電所根據(jù)十幾年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進行設計。一般裝設兩臺主變壓器；當技術經(jīng)濟比較合理時，330—500kV樞紐變電所也可裝設3—4臺主變壓器；終端或分支變電所如只有一個電源時，可只裝設一臺主變壓器。</p><p>　　B.變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用</p><p>　　電力系統(tǒng)中

31、的變電所有系統(tǒng)樞紐變電所、地區(qū)重要變電所和一般變電所三種類型。一般系統(tǒng)樞紐變電所匯集多個大電源，進行系統(tǒng)功率交換和以中壓供電，電壓為330—500kV；地區(qū)重要變電所，電壓為220—330kV；一般變電所多為終端和分支變電所，電壓為110kV，但也有220kV。</p><p>　　C.負荷大小和重要性</p><p>　　對于一級負荷必須有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證

32、對全部一級負荷不間斷供電。</p><p>　　對于二級負荷一般要有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負荷的供電。</p><p>　　D.系統(tǒng)備用容量大小</p><p>　　裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，其中一臺事故斷開，其余主變壓器的容量應保證該所70%的全部負荷，在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證一級和二級負荷。</

33、p><p>　　系統(tǒng)備用容量的大小將會影響運行方式的變化。例如：檢修母線或斷路器時，是否允許線路、變壓器停運；故障時允許切除的線路、變壓器的數(shù)量等。設計主接線時應充分考慮這個因素。</p><p><b>　　2.6設備選型</b></p><p>　　(1) 短路電流計算與選擇設備</p><p>　　圖2 短路計算等值電

34、路圖</p><p>　　已知Se1=250MVA，Se2=200MVA，L3=20,L2=40。由于RT<<XT，所以計算時可以忽略RT，短路后，Rm,Xm,也可以忽略。</p><p>　　1) 先算110KV側</p><p>　　由已知可以求得：X13=X1×L3=8; X12=X1×L2=16</p><

35、;p><b>　　所以，設網(wǎng)絡中，則</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　圖3 轉移阻抗計算等值電路圖</p><p>　　根據(jù)以上兩式，可得：，</p><p><b>　　由圖可得總阻抗</b></p>&

36、lt;p>　　由此，可算出各支路轉移阻抗：</p><p><b>　　則，計算電抗：</b></p><p><b>　　所以，總計算電抗</b></p><p><b>　　(i)</b></p><p><b>　　短路電流有效值</b><

37、;/p><p>　　由于110KV時，沖擊系數(shù)Kch=1.8,所以，沖擊電流</p><p><b>　　(j)</b></p><p><b>　　短路電流最大有效值</b></p><p>　　2) 在計算27.5KV側</p><p>　　與上圖比較可以看出多了XT，同樣設

38、網(wǎng)絡中，則</p><p><b>　　，，</b></p><p>　　根據(jù)以上兩式，可得：，，</p><p>　　圖4 轉移阻抗計算等值電路圖</p><p><b>　　由圖可得總阻抗: </b></p><p>　　由此，可算出各支路轉移阻抗：</p>

39、<p><b>　　則計算電抗：</b></p><p><b>　　所以總計算電抗：</b></p><p><b>　　短路電流有效值：</b></p><p>　　由于27.5KV時，沖擊系數(shù)Kch=1.7,所以，沖擊電流:</p><p><b>

40、　　(k)</b></p><p><b>　　短路電流最大有效值</b></p><p>　　110KV斷路器選用SW-110/1200型戶外少油斷路器，其技術數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　表2 110kV少油斷路器</p><p>　　驗證：

41、 </p><p>　　少油斷路器滿足使用要求，而且SW-110/1200型戶外少油斷路器價格也合理，所以選擇此斷路器正確。</p><p><b>　　3.小結</b></p><p>　　通過對本次的課程設計，加深了我對牽引供變電技術這門課的認識，使我對本學期所學到的知識得到了鞏固和進一步的加深學習了解，使我基本掌握了牽引變電所設計的

42、步驟和原則、原理接線圖、短路計算，也對設備的選型有了一定的了解，為將來從事這方面的工作打下了基礎；同時，在設計的過程中也感到了自己的很多不足，還需要進一步的深入了解和學習。在此，也非常感謝老師在這次設計中對我的指導。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李彥哲,胡彥奎,王果等.電氣化鐵道供電系統(tǒng)與設計[M].蘭州:蘭州大學出版社.2

43、006.</p><p>　　[2]賀威俊,簡克良.電氣化鐵道共變電工程[M].北京:鐵道出版社.1983.</p><p>　　[3]簡克良.電力系統(tǒng)分析.成都:西南交通大學出版社.1993.</p><p>　　[4]賀威俊,高仕斌.電力牽引供變電技術.成都:西南交通大學出版社.1993.</p><p><b>　　附錄<