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雷火电竞体彩app下载平台:牵引变电所D电气主接线图设计

发布时间: 2022-07-07 11:23:08 来源:雷火电竞体彩app下载平台 作者:雷火电竞竞猜

  最新 精品 Word 欢迎下载 可修改 ※※※※※※※※※※※ ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※ ※※※※※※※※※ 2022级 牵引供电课程设计 牵引供电课程设计报告书 题 目 牵引变电所D电气主接线图设计 院/系(部) 电气工程系 班 级 学 号 姓 名 指导教师 完成时间 2013年12月20日 摘 要 牵引变电所的电气主接线,是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备,文字符号和图形代表上述电气设备、导线,并根据他们的作用和运行操作顺序,按一定要求连接的单线或三线接线图,称为电气主接线图。 牵引变电所是对电压和电流进行变换、集中和分配的场所。变电所的好与坏直接关系到电气化铁道的发展,决定着我国进行的输变电建设和城乡电网的建设与改造。 本次设计是通过对牵引变电所110kV主接线和馈线侧主接线的分析,进一步确定牵引变电所的主接线方案,根据提供的数据对牵引变电所的核心元件牵引变压器容量的选择,对牵引变电所进行短路计算,根据短路计算的结果选择变电所中的其他电器元件。 关键词:牵引变电所 牵引变压器容量计算 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 第1章课程设计的目的和任务要求 1 1.1 设计目的 1 1.2 任务要求 1 1.3设计依据 1 1.4问题分析及解决方案 2 第2章牵引变压器的选择 3 2.1 牵引变压器联结分析 3 单相联结牵引变电所 3 单相V,v牵引变电所 3 三相V,v联结牵引变电所 3 三相联结牵引变压器 4 2.2变压器计算容量 4 2.3变压器校核容量 4 2.4变压器安装容量及型号选择 5 2.5变压器电压、电能损失计算 5 变压器电压损失计算 5 变压器电能损失计算 6 第3章主接线线 单母线 单母线 采用桥形接线高压侧主接线低压侧主接线 馈线%备用接线%备用接线 4.2 短路计算 11 最大运行方式下短路计算 12 最小运行方式下短路计算 13 第5章 电气设备的选择 15 5.1 电气设备选择的一般原则 15 5.2 母线KV侧断路器选择 17 5.3.2 27.5KV侧断路器选择 18 5.4 隔离开关的选择与校验 18 5.4.1 110KV侧隔离开关选择 18 5.4.2 27.5KV侧隔离开关选择 19 5.5 电流互感器的选择与校验 19 短路热稳定性校验 20 短路动稳定性校验 20 第6章 继电保护 21 6.1 继电保护的基本原理与基本要求 21 6.2 电力变压器的保护 22 第7章 并联无功补偿 23 7.1 并联电容补偿的作用 23 7.2 并联电容补偿计算 24 第8章 防雷保护 25 8.1雷电过电压的危害 25 8.2防雷措施 25 第9章 设计结论 26 参考文献 27 第1章课程设计的目的和任务要求 1.1 设计目的 本次课程设计初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计步骤和方法;熟悉有关设计规范和设计手册的使用;基本掌握变电所主接线图的绘制方法;锻炼学生综合运用所学知识的能力,为今后进行工程设计奠定良好的基础。 1.2 任务要求 (1)确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式,并分析其正常运行时的四种运行方式。 (2)确定牵引变压器的容量、台数及接线)确定牵引负荷侧电气主接线)对变电所进行短路计算,并进行电气设备选择。 (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设计依据 区域电网以双回路110kV输送电能,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分别为0.33;在最小运行方式下,电力系统的标幺值为0.35。高压侧有一定的穿越功率。 某牵引变电所丁采用直接供电方式向复线区段供电,牵引变压器类型为110/27.5kV,单相V,v接线kV侧电流如下表所示。 表1-1 设计参数数据表 牵引变电所 供电臂 长度km 最大电流A 平均电流A 有效电流A 短路电流A 穿越电流A D 19.4 320 142 219 809 152 23.2 290 167 248 978 198 本牵引变电所地区平均海拔为580m,底层以砂质粘土为主,地下水位为5.3m。该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置,所内不设铁路岔线,外部有公路直通所内。 本变电所地区最高温度为,年平均温度为,年最热月平均最高气温为,年雷暴雨日数为天,土壤冻结深度为1.2m。 1.4问题分析及解决方案 单相V,v接线的牵引变压器是将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统,每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两台变压器的次边绕组,各取一端联至牵引变电所的两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时,两臂电压的相位差为60°,电流不对称度有所减少。这种接线°接线。同时,由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同,在这两个相邻的接触网区段间必须采用分相绝缘结构。另外,由于牵引变压器次边绕组电流等于供电臂电流,因此供电臂长期允许电流就等于牵引变压器次边的额定电流,牵引变压器的容量得到了充分利用。在正常运行时,牵引侧保持三相,可供应牵引变电所自用电和地区三相负载。主接线较简单,设备较少,投资较省。对电力系统的负序影响比单相接线小。对接触网的供电可实现双边供电。 它的主要缺点是: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,即把故障变压器原来承担的供电任务转移到正常运行的变压器。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,这种情况甚至会影响行车。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由劈相机或单相—三相自用变压器供电。 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。然后在变压器型号的基础之上,选取室外110kV侧母线kV侧母线kV侧母线的型号。考虑到V,v接线中装有两台变压器的特点,在确定220kV侧主接线时我们采用桥形接线。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%备用接线,这种接线也便于故障断路器的检修。按照选取的变压器的容量以及22kV侧的和牵引侧的主接线,可以做出设计牵引变电所的电气主接线 牵引变压器联结分析 按牵引变压器的联结方式分为单相联结,单相V,v联结,;三相V,v联结,三相YN,d11联结和三相不等容量相YN,d11联结,斯科特联结等。 单相联结牵引变电所 单相牵引变电所的优点:牵引变压器的容量利用率可达100%;主结线简单,设备少,占地面积小,投资省等。 缺点:不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电;对电力系统的负序影响最大;对接触网的供电不能实现两边供电。 这种联结只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。 单相V,v牵引变电所 单相V,v牵引变压器的优点:牵引变压器容量利用率可达到100%;正常运行时,牵引侧保持三相,所以可供应牵引变电所自用电和地区三相负载;主接线较简单,设备较少,投资较省;对电力系统的负序影响比单相联结小;对接触网的供电可实现两边供电。 缺点:当一台变压器故障时,另一台必须跨相供电,即兼供左右两边供电臂的牵引网。 三相V,v联结牵引变电所 不但保持了单相V,v联结牵引变电所的主要优点,而且完全克服了单相V,v联结牵引变电所的缺点。最可取的是解决了单相V,v联结牵引变电所不便于采用固定备用即其自动投入的问题。同时,三相V,v联结牵引变压器有两立的铁芯和对应绕组通过电磁感应进行变换和传递;两台的容量可以相等,也可以不相等;两台的二次侧电压可以相同,也可以不相同,有利于实现分相有载或无载调压。为牵引变压器的选型提供了一种新的连接形式。 三相联结牵引变压器 三相联结牵引变电所又简称三相牵引变电所。 这种牵引变电所中装设两台三相YN,d11联结牵引变压器,可以两台并联运行;也可以一台运行,另一台固定备用。 三相YN,d11联结牵引变电所的优点是:①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;②能很好的适应当一个供电臂出现很大牵引负荷时,另一供电臂却没有或只有很小牵引负荷的不均衡运行情况;③三相YN,d11联结变压器在我国采用的时间长,有比较多的经验,制造相对简单,价格也较便宜;④一次侧YN联结中性点可以引出接地,一次绕组可按分级绝缘设计制造,与电力系统匹配方便。对接触网的供电可实现两边供电。 缺点主要是牵引变压器容量利用率不高。当重负荷相线圈电流达到额定值时,牵引变压器的输出容量只能达到其额定容量的75.6%,引入温度系数也只能达到84%。 2.2变压器计算容量 单相V,v接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成,每台变压器供给所管辖供电臂的负荷。所以其绕组有效电流即为馈线有效电流,故 式中,为联结绕组有效电流。 单相V,v接线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成,,其两台变压器计算容量分别为 2.3变压器校核容量 单相V,v结线牵引变压器的最大容量为 在最大容量的基础之上,再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量,就可以得到校核容量,即,式中,K为牵引变压器过负荷倍数,取K=1.75。 2.4变压器安装容量及型号选择 将单相V,v接线的变压器的计算容量和校核容量进行比较,选择两者之中的较大者,并结合采用移动备用方式和系列产品,选用单相V,v变压器的安装容量为2×10000kVA。牵引变压器主要参数如表2-1所示。 由变压器允许过电荷50%可知: 移动备用方式下 已知,故选用的安装容量是合适的。 表2-1 牵引变压器主要参数 变压器型号 原边/次边额定电压kV 短路电压百分值 额定空载电流 额定铜耗kW 额定空载损耗kW 冷却方式 SF6-QY-10000-10000 110/27.5 10.5% 10.5% 0.5% 120 18 ONAF 2.5变压器电压、电能损失计算 变压器电压损失计算 单相变压器绕组的阻抗为: V,V联结变压所两侧供电臂分别由各自的变压器供电,其电压损失为: 当时, 当时, 校验25-电压损失

  20,满足要求 变压器电能损失计算 由上述可得,该牵引变压器的额定电压为110/27.5kV,额定容量为。则有: 每台的全年实际负载电能损失、空载电能损失、总电能损失依次为: 第3章主接线线路分析 单母线单母线所示,单母线接线的特点是整个的配电装置只有一组母线,每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。同一回路中串接的隔离开关和断路器,在运行操作时,必须严格遵守以下操作顺序:对馈线QF;如欲停止对其供电必须先断开1QF然后断开1QS和2QS。 单母线)结线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠性。 (2)每回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时,仅该回路停电,其他回路不受影响。 (3)检修母线和与母线相连的隔离开关时,将造成全部停电。母线发生故障时,将是全部电源断开,待修复后才能恢复供电。 这种结线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电;适用范围:适用于对可靠性要求不高的10~35kV地区负荷。 单母线为用断路器分段的单母线分段结线图。分段断路器MD正常时闭合,是两段母线并列运行,电源回路和同一负荷的馈电回路应交错连接在不同的分段母线上。 这种结线)分段母线检修时将造成该段母线)进线上断路器检修时造成该进线停电。 适用范围:广泛应用于10~35kV地区负荷、城市电牵引各种变电所和110kV电源进线kV结线单母线分段接线图 采用桥形接线 桥型结线能满足牵引变电所的可靠性,具有一定的运行灵活性,使用电器少,建造费用低,在结构上便于发展成单母线或具有旁路母线得到那母线结线。即在初期按桥形结线,将来有可能增加电源线路数时再扩展为其他结线形式。 为了配合牵引变电所在出现主变压器故障时备用变压器的自动投入,选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障主变压器的切除。 内桥接线: 当任一线路故障或检修时,不影响变压器的并列工作。 在电气化铁道中,线路故障远比变压器故障多,故内桥接线在牵引变电所应用较广泛。若两回电源线路接入系统的环形电网,并有穿越功率通过桥接母线,桥路断路器(QF)的检修或故障将造成环网断开,为此可在线路断路器外侧安装一组跨条,如图3-3的虚线所示,正常工作时用隔离开关将跨条断开。安装两组隔离开关的目的是便于它们轮流停电检修。 外桥接线: 外桥接线的特点与内桥接线相反,当变压器发生故障或运行中需要断开时,只需断开它们前面的断路器1QF或2QF,而不影响电源线路的正常工作。但线路故障或检修时,将使与该线路连接的变压器短时中断运行,须经转换操作后才能恢复工作。因而外桥接线适用于电源线路较短、负荷不恒定、变压器要经常切换(例如两台主变中一台要经常断开或投入)的场合,也可用在有穿越功率通过的与环形电网连接的变电所中。 图3-3内桥和外桥接线高压侧主接线设计 单相V,v牵引变电所要求有两回电源进线和两台变压器,因有系统功率穿越,属通过式变电所,所以我们选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线(a)为内桥接线,连接在靠近变压器侧,其适合于线路长,线路故障高,而变压器不需要频繁操作的场合,这种接线形式可以很方便地切换或投入线(b)为外桥接线,连接在靠近线路侧,其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除。为了配合三相V,v牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入,选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。 正常运行时,QS2、QF、QS4,其他断路器隔离开关均断开,变压器T1通过L1得电,使得变压器向27.5kV侧输送电能。 当需要检修时,假如仍然需要在L1得电,先断开QF1,然后断开QS1,再闭合QS6。最后闭合QF,即可满足检修时供电需要。检修结束时,先断开QF2,然后断开QS6,再断QF,后闭合QS1,最后闭合QF1,即可恢复正常供电。 当L1线线,闭合QF,故障线故障时的供电。如L1线路恢复正常,可以先断开QF2、QF,再断开QS6,闭合QS3,最后闭合QF1即可恢复正常供电。 由此可以看出采用外桥型接线对于线路发生故障时比较有利,可以在停电瞬间通过互感器自动检测跳开故障线路断路器,然后闭合备用线路断路器,保证线路故障时自动转换开关使牵引变压器继续运行,有利于系统供电的可靠性和安全性。 3.3低压侧主接线kV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。 馈线%备用接线所示。这种接线当工作断路器需检修时,此种接线用于单线区段,牵的场合。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。 图3-4馈线%备用 馈线%备用接线所示。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。当每相母线的馈出线数目较多时,一般很少采用此种法方法。 图3-5馈线%备用 带旁路母线和旁路断路器接线条馈线设一个旁路断路器。通过旁路母线,旁路断路器可代替任一个馈线断路器工作。这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合,以减少备用断路器的数量。 图3-6带有旁路母线和旁路断路器的接线 考虑到牵引变压器类型为三相V,v,且此牵引变电所为两个相邻区间的复线供电,为了提高供电的可靠性,保障断路器转换的操作方便,牵引变电所27.5kV 侧馈线 短路点的选取 因短路计算的主要内容是确定最大短路电流,所以对一次侧设备的选取一般选取高压母线短路点作为短路计算点;对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取低压母线短路点作为短路计算点。 4.2 短路计算 电路示意图如图 4-1。在图中,点为110kV高压母线kV低压母线短路电路示意图 取基准容量,基准电压,其中为电力线路平均额定电压,根据我国实际情况和国际标准规定,当用电设备及电力线kV时,电力线kV,即;,。 等值电路如图4-2所示。 图4-2短路计算等效电路 则基准电流为: 最大运行方式下短路计算 变压器的电抗标幺值计算: 该牵引变电所供电电源以双回路110kV输电线供电,因为线路有穿越功率所以电源到母线之间的导线的电抗不能省略,假设线路单位长度电阻值为,长30km, 所以电抗标幺值为: 在最大运行方式下,电力系统的电抗标幺值:,即电力线路上发生了三相短路。 短路回路的等值电抗为: , k-1点的短路电流标幺值: 短路电流周期分量有效值: 三相短路电流: 三相短路容量: k-2点的短路电流标幺值: 短路电流周期分量有效值: 三相短路电流: 三相短路容量: 最小运行方式下短路计算 在最小运行方式下,电力系统的电抗标幺值,即电力线路上发生了两相短路。 短路回路的等值电抗为: , k-1点的短路电流标幺值: 短路电流周期分量有效值: 三相短路电流: 三相短路容量: 两相短路电流周期分量有效值: 两相短路电流: 两相短路容量: k-2点的短路电流标幺值: 三相短路电流周期分量有效值: 三相短路电流: 三相短路容量: 两相短路电流周期分量有效值: 两相短路电流: 两相短路容量: 短路计算所得参数如下表: 表4-1 短路计算参数数据表 运行方式 短路点 三相短路电流/kA 二相短路电流/kA 短路容量/MVA 最大 k-1 1.52 1.52 1.52 3.88 2.30 - - - - - 303.03 - k-2 2.22 2.22 2.22 4.08 2.42 - - - - - 105.71 - 最小 k-1 1.43 1.43 1.43 3.66 2.17 1.24 1.24 1.24 3,17 1.88 285.71 247.43 k-2 2.17 2.17 2.17 3.99 2.37 1.88 1.88 1.88 3.46 2.05 103.52 89.65 第5章 电气设备的选择 5.1 电气设备选择的一般原则 (1)应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展; (2)应满足安装地点和当地环境条件校核; (3)应力求技术先进和经济合理; (4)同类设备应尽量减少品种; (5)选用的新产品种均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格,特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 5.2 母线选择 配电装置中的汇流母线按工作条件可分为室内和室外,对于室外安装的母线受自然条件的影响较大,且室外配电装置的跨距大,要求由足够的机械强度,但室外母线的散热条件较室内要好。各种母线都要求有良好的导电性,以减少电能损耗。我国主要采用的是铝制、铝合金及钢铝导线材料。考虑施工安装的条件,室外配电装置一般采用圆形铝绞线或钢芯铝绞线的软母线,室内采用矩形截面的硬母线,因这种截面的母线在交流电下的集肤效应较小,散热较好,施工安装方便。 110kV进线kV进线kV馈线kV馈线侧的母线均为硬母线。 软母线进行选型,热稳定校验(无需进行动稳定校验)。 按导线长期发热允许电流选择导线。 温度修正系数K由下式求得: 式中, QUOTE 表示运行的允许温度,对室外有日照时取80℃,室内取70℃,t为实际环境温度。 设计时取t=25℃,那么在室外有日照时=1,在室内=1。 工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。 110KV进线)母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。最大负荷持续工作电流 式中:SN为变压器的额定容量;UN为线)按经济电流密度选择进线截面。 式中:牵引变电所经济电流密度,对于牵引负荷侧年最大负荷利用小时。因此, 故应选择LGJ-70钢芯铝绞线)校验发热条件。 查《工厂供电》附录表16得,LGJ—240的允许载流量(设环境温度为40)。 因此LGJ-70钢芯铝绞线)校验机械强度。 查《工厂供电》附录表14得,110kV架空钢芯铝线钢芯铝绞线KV进线侧母线选择 母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑,我们选择容量为20000kVA电压27.5/10.5kV的三相双绕组电力变压器。 经计算: QUOTE 27.5kV侧的母线断路器选择 高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流,而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用,切断过负荷电流和短路电流,它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力, (1)额定电压的选择 (6-1) 式中,——断路器的额定电压(kV);——安装处电网的额定电压(kV)。 (2)额定电流的选择 (6-2) (3)额定开断电流的选择 (6-3) 式中,——断路器的额定开断电流,由厂家给出(kA); ——刚分电流(断路器出头刚分瞬间的回路短路全电流有效值)(kA)。 (4)短路关合电流的选择 (6-4) 断路器操动机构能关合的最大短路电流。断路器操动机构能克服动静触头之间的最大电动斥力,使断路器合闸成功。 (5)热稳定校验 (6-5) (6)动稳定校验 (6-6) 5.3.1 110KV侧断路器选择 110KV侧所选断路器型号为SW6-110/1250,其技术数据见表5-1。 表5-1 110kV侧断路器技术数据表 型号 额定电压(kV) 额定开断 电流 (kA) 额定电流 (A) 动稳定 电流 (kA) 4s稳定 电流 (kA) 固有分闸 时间 (s) SW2-110/1250 110 15.8 1250 41 15.8 0.04 均满足条件,所以选择该型号断路器。 5.3.2 27.5KV侧断路器选择 27.5KV侧所选断路器型号为SW2-35/1000,其技术数据见表5-2。 表5-2 27.5kV侧断路器技术数据表 型号 额定电压(kV) 额定开断 电流 (kA) 额定电流 (A) 动稳定 电流 (kA) 4s稳定 电流 (kA) 固有分闸 时间 (s) SW2-35/1000 35 16.5 1000 45 16.5 0.04 均满足条件,所以选择该型号断路器。 5.4 隔离开关的选择与校验 高压隔离开关在配电线路中起隔离电源、切换电路、接通或断开小电流电路的作用。选择高压隔离开关的技术参数主要有额定电压、额定电流、动稳定和热稳定电流、极限通过电流等。 5.4.1 110KV侧隔离开关选择 110kV侧隔离开关选用GW4-110DW型户外隔离开关,其技术数据见表5-3。 表5-3 110kV侧隔离开关技术数据表 型号 额定电压(kV) 额定电流 (A) 动稳定电流(kA) 4s热稳定电流(kA) GW4-110DW 110 1250 80 31.5 均满足条件,所以选择该型户外隔离开关。 5.4.2 27.5KV侧隔离开关选择 27.5kV侧隔离开关选用GW4-35DW型户外隔离开关,其技术数据见表5-4。 表5-4 27.5kV侧隔离开关技术数据表 型号 额定电压(kV) 额定电流 (A) 动稳定电流(kA) 4s热稳定电流(kA) GW4-35DW 35 1250 80 31.5 均满足条件,所以选择该型户外隔离开关。 5.5 电流互感器的选择与校验 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或简称互感器。从基本结构和工作原理来说,互感器就是一种特殊的变压器。 互感器主要用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。这既可避免主电路的高电压直接引入仪表、继电气等二次设备,又可防止仪表、继电气等二次设备的故障影响主电路,提高一、二次电路的安全性与可靠性,并有利于人身安全。不仅如此,互感器还可以用来扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围。 最大长期工作电流 所以可选用型电流互感器,电流比为。 短路热稳定性校验 因为,故满足热稳定性。 短路动稳定性校验 满足动稳定性。 经上述分析与计算,一次侧设备参数如下表。 表5-5 110kV一次侧设备参数数据表 电气设备名称 电压kV 电流A 断流能力 kA MVA 短路电流校验 动稳定 电流 (4s)热稳定电流kA 设备的型号规 格 高压断路器 SW6-110/1250 110 1250 15.8 41 15.8 高压隔离开关 GW4-110DW 110 1250 - 80 31.5 低压断路器 SW2-35/1000 35 1000 16.5 45 16.5 电流互感器 - 80 31.5 支柱绝缘子 110 - - 37 - 套管 35 1000 - - - 避雷器 110 - - - - 避雷器 126 - - - - 第6章 继电保护 6.1 继电保护的基本原理与基本要求 基本原理:利用电力系统正常运行状态和不正常运行或故障时各物理量的差别来判断故障和异常,并通过断路器跳闸将故障切除或发出信号。 继电保护装置为了完成它的任务,必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。 (1)可靠性 可靠性包括安全性和信赖性,是对继电保护的最基本要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作,即不发生误动作。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作,即不拒动。 (2)选择性 所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时,其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除,当故障设备或线路的保护或断路器拒动时,应由相邻设备或线路的保护将故障切除。在要求保护动作有选择性的同时,还必须考虑保护或断路器有拒动的可能性,因而就需要考虑后备保护的问题。一般情况下远后备保护动作切除故障时将使供电中断的范围扩大。 (3)速动性 所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障,以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间,降低设备的损坏程度,提高系统并列运行的稳定性。动作迅速而又能满足选择性要求的保护装置,一般结构都比较复杂,价格昂贵,对大量的中、低压设备,不一定都采用高速动作的保护。对保护速动性的要求应根据电力系统的接线和被保护设备的具体情况,经技术比较后确定。 (4)灵敏性 灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时,保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护,在规定的范围内故障时,不论短路点的位置和短路类型如何,以及短路点是否有过渡电阻,都能正确反应动作,即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作,而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。 以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据,又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间是相互联系的,但往往又存在着矛盾。因此,在实际工作中,要根据电网的结构和用户的性质,辩证的进行统一。 6.2 电力变压器的保护 变压器故障可分为邮箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。油箱外部最常见的故障主要是变压器绕组引出线和套管上发生的相间短路和接地短路,而油箱内发生相间短路的情况比较少。 变压器的不正常工作状态主要有:负荷长时间超过额定容量引起的过负荷;外部短路引起的过电流;外部接地短路引起的中性点过电压;油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高;大容量变压器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁,引起铁芯和其他金属构件过热。 根据上述故障类型和不正常工作状态,对变压器应装设下列保护。 (1)纵差保护或电流速断保护 变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障,是变压器的主保护。保护瞬时动作,断开变压器各侧的断路器。对6.3MVA及以上并列运行的变压器和100MVA单独运行的变压器以及6.3MVA以上厂用变压器应装设纵差保护;其他重要变压器及电流速断保护灵敏度达不到要求时,也可装设纵差保护。 纵差保护是利用故障时产生的不平衡电流来动作的,保护灵敏度高,且动作迅速。 (2)瓦斯保护 对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低,应装设瓦斯保护。对800kVA及以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器,均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时,应瞬时动作于信号;当产生大量瓦斯时,应动作于断开变压器各侧的断路器。 (3)外部相间短路时的保护,采用过电流保护。 反应变压器外部相间短路并作瓦斯保护和纵差保护后备的过电流保护,其适用于降压变压器,保护装置和整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。 (4)外部接地短路时的保护,采用零序电流保护。 对中性点直接接地电网,由外部接地短路引起过电流时,如变压器中性点接地运行,应装设零序电流保护。零序电流保护通常由两段组成,每段可各带两个时限,并均以较短的时限用于缩小事故影响范围,以较长的时限用于断开各侧的断路器。 (5)过负荷保护 对于400kVA及以上的变压器,当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的电源时,应根据可能过负荷的情况,装设过负荷保护。过负荷保护应接于相电流上,带时限动作于信号。 对变压器温度及油箱内压力升高或冷却系统故障,应按现行变压器标准的要求,装设可用于信号或动作于跳闸的装置。 该牵引变电所的设计原理可知110kV的高压电经牵引变压器降为27.5kV,而至接触网中额定电压变为25kV;另外牵引变压器27.5kV母线侧分支至生活用地电线V。由此可知,该牵引变电所存在三个电压等级,即需要至少三个以上的保护,则可采用阶段式电流保护配合电力线路的保护。假设末端用户为保护1段,下一段为保护2段,如有不同段则该段增设一个保护,直至电源端(电源端也需要装设保护)。 第7章 并联无功补偿 在牵引变电所牵引侧设计和安装并联电容补偿装置,既是减少负荷谐波影响的一项措施,又是提高牵引负荷功率因数的一种对策。 7.1 并联电容补偿的作用 (1)提高功率因数。 (2)吸收滤波电流,具有滤波作用。 (3)改善电力系统电压质量,提高牵引变电所牵引侧母线)减少电力系统电能损失。并联电容补偿装置提供的容性电流,不仅提高了牵引负荷的功率因数,而且使流经电力系统和牵引变压器的电流值小于未补偿时的电流值。根据电能损失与电流值的二次方成正比的关系,显然并联电容补偿后可以减少电力系统的电能损失。 图7-1表示并联电容补偿装置主接线 并联电容补偿计算 牵引变电所功率因数取值:补偿前,牵引侧,牵引变压器高压侧;补偿后,牵引变压器高压侧;并联电容补偿装置的补偿度。牵引变压器二次侧母线kV(即牵引网额定电压为25 kV,牵引侧最高工作电压取29 kV)。 实际安装无功容量,选取电容器型号为BWF10.5-18-1,参数如表 表7-1电容器参数的选择 型号 额定电压 (kV) 额定容量 (kvar) 相数 BWF10.5 36 600 1 电容器组的额定电压不得低于的计算值:,故该电容器组满足并联电容补偿装置的要求。 求出牵引变电所负荷平均有功功率,需补无功容量(无防倒要求时),公式分别为,,则有: 安装无功容量为: 串联电容器单元数: 并联电容器单元数: 实际安装无功容量: 第8章 防雷保护 8.1雷电过电压的危害 雷电的危害分为直接雷击、间接雷击(或叫感应雷击)。雷电一般分为直接雷和感应雷,建筑物外安装的避雷针只能防止直击雷,而感应雷则通过外部相连的线路危害室内的家用电器。直接雷击是指建筑物或其他地表物体放电与雷云间导通,被击中处流过巨大电流,从而产生巨大的电动效应、热效应、电磁效应等,破坏被击中的物体。雷电击中某处后,激起的电磁波又会向外传播,破坏或影响附近的电气设备。感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用,使建筑物上的金属物件,如管道、钢筋、电线、反应装置等感应出与雷雨云电荷相反的电荷,造成放电所引起。雷击发生后产生的高电位还会沿附近的电线进入附近的建筑物,损坏与其相连的电器。 8.2防雷措施 牵引变电所防雷接地有其特殊的必要性。进行防雷接地的设计有以下几个步骤:合理选择牵引变电所修建的地理位置,架设避雷针、敷设接地网,在进线段装设避雷器,同时对几种防雷措施进行了深入的论述和定量的计算分析。最后基于常用的防雷接地的设计方法,进行110kV牵引变电所详细的防雷接地设计。 通过对本课题内容的分析,初步列出以下几条可行的防雷措施: (1)牵引变电所是铁路供电系统的枢纽,因此牵引变电所一旦发生雷击事故时,就有可能造成铁路运输系统的瘫痪,给生产和生活造成巨大的损失,所以应十分的重视牵引变电所的防雷接地。 (2)要实现有效的防雷安全,则要建立一套完善而健全的综合立体的防雷系统。一套完善而健全的综合立体防雷系统包括:直击雷的防护;感应雷的防护;接地网。 (3)牵引变电所直击雷的防护应在变电所范围内架设避雷针,使牵引变电所的全面积都在避雷针的保护范围之内。 (4)牵引变电所感应雷的防护应在进线段、变压器的高压侧和低压侧和馈线段装设避雷器,并在进线km处装设避雷线)地网的工频接地电阻值应小于0.5Ω,若由于环境因素不能达到这一要求,应综合采用敷设外延地网和换土等方法降低接地网的工频接地电阻值。 (6)为了保护变电所电气设备的安全运行,在装设避雷器时一定要限制避雷器的残压,也就是对流过避雷器的电流必须加以限制,使之不大于5kA,同时要限制入侵波的陡度。 (7)要使所有的设备到避雷器的电气距离都在保护范围内。避雷器一般安装母线章 设计结论 这次课程设计是牵引变电所D电气主接线图设计。在这次课程设计中我们完成了对牵引变电所D的整体设计,通过详细的计算和合理的分析,选择了单相V,v接线的牵引变压器,实现了对接触网的双边供电。选择并校验了母线、断路器、隔离开关、电流互感器及电压互感器等电气设备,保证了电气铁路的安全运行。还对牵引变电所的无功补偿进行了合理的讨论。最后简述了继电保护和防雷接地的几种有效措施。 通过这次的课程设计,我们提高了分析讨论、查阅资料、解决问题的能力,通过这次的课程设计我深刻的理解了牵引供电系统这门课程,也让我知道了一个设计的具体设计方案,必须要注重细节的设计,而且要注重实际的需要及不同环境对设计的影响。在这次课程设计中,我们能运用电气基础课程中的基本理论和实践知识,正确地解决牵引变电所的电气主接线设计等问题,不仅为毕业设计做准备,也为后续课程的学习以及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。 最后,我在这里感谢这次给我们帮助的老师,是你们不辞辛苦的帮助才让我们这次的课程设计得到了圆满的成功! 参考文献 [1] 刘介才. 工厂供电 [M]. 北京:机械工业出版社,2022. [2] 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,2022.6

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