第二章-牵引变电所容量计算与选择

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1、 第二章 牵引变电所容量计算与选择2.1 牵引变电所容量计算和选择 就是指牵引变压器容量的计算和选择。一般可以分为三个步骤进行。按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，称为计算容量。按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变电所的过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。这是为确保牵引变压器安全运行所必须的容量。根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式)，最后按实际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量，称为安装容量或设计容量。牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，从安全运行与经济方面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载；反之，容量过大将使牵引变压器长期不

2、能满运行，造成容量浪费。因此，牵引变压器容量的确定是很关键的一步，也是短路计算、负荷计算、电气设备选择的重要依据。现根据铁路运行实际情况作如下假设：某复线客、货铁路采用 TT 供电方式，上行供电臂 A长 22km，下行供电臂 B长 20km。其负荷情况如下：近期调查年货运量=2000万吨/年 牵引吨数 Q=5100t 牵引计算结果：（A中已包括机车自用电）供电臂 A 上行：n=3，A=1724kVAh，tg=28.3min t=34.5min 下行：n=3，A=1988kVAh，tg=29.2min t=36.1min N非=27对 供电臂 B 上行：n=3，A=2155kVAh，tg=26.

3、9min t=29.2min 下行：n=3，A=1822kVAh，tg=26.3min t=28.3min N非=30对 cos=0.8，在牵引母线上补偿，补偿后 cos=0.9 2.2 供电区间内的需要输送能力 N=净QKK36510421=705.0510036510200015.12.14=21(列/日)=11（对/日）其中1K波动系数，取 1.2；2K储备系数，复线取 1.15；年运货量（104吨/年）净货物列车载重系数（有各种车辆的百分比决定）；Q列车牵引重量（吨）；2.3供电臂 AB 的基本参数：2.3.1 上下行供电臂列车平均电流：供电臂 A:上行：IaA 上=上上tA4.2=5

4、.3417244.2=119.9（A）下行：IaA 下=上上tA4.2=1.3619884.2=132.2（A）供电臂 B:上行：IaB 上=上上tB4.2=2.2921554.2=177.1（A）下行：IaB 下=4.2下下tB=3.2818224.2=154.5（A）2.3.2 上下行供电臂列车带电平均电流：供电臂 A:上行：IaA 上=上上gtA4.2=3.2817244.2=146.2（A）下行：IaA 下=上上gtA4.2=2.2919884.2=163.4（A）供电臂 B:上行：IaB 上=上上gtB4.2=9.2621554.2=192.3（A）下行：IaB 下=4.2下下gtB

5、=3.2618224.2=166.3（A）2.3.3 供电臂中同时存在的平均列车数：供电臂 A：m上=TtN上=14405.3411=0.264 m下=TtN下=14401.3611=0.276 供电臂 B：m上=TtN上=14402.2911=0.223 m下=TtN下=14403.2811=0.216 2.3.4 供电臂内列车带电平均概率：供电臂 A：p上=nTtNg上=144033.2811=0.072 p下=nTtNg下=144032.2911=0.074 供电臂 B：p上=nTtNg上=144039.2611=0.068 p下=nTtNg下=144033.2611=0.067 2.3

6、.5 列车电流间断系数:供电臂 A：a上=上上gtt=3.285.34=1.22 a下=下下gtt=2.291.36=1.24 供电臂 B：a上=上上gtt=9.262.29=1.09 a下=下下gtt=3.263.28=1.08 2.4 供电臂 AB 的平均电流 IaA 上 IaA 下 IaB 上 IaB 下 IaA 上=1.667NA上10-3=1.66711172410-3=31.6（A）IaA 下=1.667NA下10-3=1.66711198810-3=36.5（A）IaB 上=1.667NA上10-3=1.66711215510-3=39.5（A）IaB 上=1.667NA上10-

7、3=1.66711182210-3=33.4（A）IaA=IaA 上+IaA 下=68.1（A）IaB=IaB 上+IaB 下=72.9（A）2.5 供电臂 AB 的有效电流 IxA、IxB 供电臂 A：KxA 上=上上AAnPP21=072.03072.01.11=2.4 IxA 上=KxA 上IaA 上=2.431.6=75.8（A）KxA 下=21下下AAnPP=074.03074.01.11=2.37 IxA 下=KxA 下IaA 下=2.3736.5=86.5（A）PA=PA上+PA下PA上PA下=0.072+0.0740.0720.074=0.141 KxA=AAnPP21=141

8、.03141.01.11=1.808 IxA=KxAIaA=1.80868=123(A)供电臂 B：KxB 上=上上BBnPP21=068.03068.01.11=2.46 IxB 上=KxB 上IaB 上=2.4639.5=97.2（A）KxB 下=21下下BBnPP=067.03067.01.11=2.48 IxB 下=KxB 下IaB 下=2.4833.4=82.8（A）PB=PB上+PB下PB上PB下=0.067+0.0680.0670.068=0.130 KxB=BBnPP21=130.03130.01.11=1.867 Ixb=KxBIaB=1.86772=134(A)其中：有效系

9、数，取 1.04；P 供电臂出现带电运行列车的平均概率；Kx供电臂有效电流系数；2.6 变压器的计算容量 S：S=KtUxBxAxAxBIIII2422 2-1=0.927.572682123134422=7698(KVA)其中：Kt变压器的温度系数，一般取 0.9；U 牵引变电所母线额定电压即 27.5KV；2.7 变压器的校核容量：按非平行运行区间通过能力 N非的要求进行核算：轻负荷臂 A对应于 N非的有效电流 IxA：PA上=nTtgN非=144033.2827=0.177 PA下=nTtgN非=144032.2927=0.183 PA=PA上+PA下PA上PA下=0.177+0.183

10、0.1770.183=0.330 KxA=AAnPP21=330.03330.01.11=1.333 IaA=1.667N非A 10-3=1.66727(1724+1988)10-3=167(A)IxA=KxAIaA=1.333167=223(A)重负荷臂 B 对应于 N非的最大短时电流：PB上=nTtgN非=144039.2630=0.187 PB下=nTtgN非=144033.2630=0.183 PB=PB上+PB下PB上PB下=0.187+0.1830.1870.183=0.335 查表 4-6-1及 Imax=f(p)曲线得：I=)(60下上下）（上gUtA）（）（3.269.262

11、51822211560=177.6(A)Imax=2.42177.6=430(A)表 4-6-1参照中国铁道出版社出版，铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编牵引供电系统的 69 页 三相 Y,d11接变压器最大短时容量：Sbmax=KtU(2Imax+0.65IxA)2-2=0.927.5(2430+0.65223)=24873(KVA)三相 Y,d11接变压器的校核容量为：S校=Sbmax/k=24873/1.5=16582(KVA)其中：k 过负荷倍数，通常三相 Y,d11接变压器取 1.5 2.8 变压器的安装容量：固定备用的安装容量应选用 2 20000KVA的变压器 有变压器允许过负

12、荷 50可知：固定备用的 Sbmax=200001.5=30000 24873 (KVA)故所选用的固定备用方案是合适的。根据设备手册，选 SF7-20000/110型 第三章 接触网阻抗计算 3.1 按导线允许载流量确定导线与接触悬挂的截面 导线允许载流量：是指在一定环境下，不超过导线最高允许工作温度时所传输的电流，它与环境、温度、风速、导线的最高允许工作温度、导线外径、导线在最高允许工作温度时的交流电组和导线表面状态等因素有关。按允许载流量选截面：123（134）（A）460（A）又当需要考虑接触导线磨耗时，解除悬挂的允许载流量减小，减小到约为下表值的 75。即：123（134）46075

13、=345（A）由表 3-1可知：悬挂类型允许载流量 GJ-70+TCG-85 GJ-70+TCG-100 GJ-70+TCG-100+LJ-185 GL-70+GLCB-17380 GL-70+GLCA-215100 GL-70+GLCB-215100+LGJ-185 长期 575 690 1100 460 540 970 20min-505 600 1020 表 3-1 所以，选双链形悬挂215100-GLCB70-GL 考虑到未查到17380GLCB资料，用17385GLCB代替 3.2 牵引网阻抗计算：牵引网阻抗是计算牵引网电压损失、电能损失、短路电流等计算中的基本参数。牵引网主要有接触

14、网和轨道组成，因此，牵引网阻抗是由接触网-大地回路和轨道-大地回路的阻抗组成。牵引网阻抗与牵引网的结构、选用导线（接触线、承力索、加强导线、回流线、正馈线）的型号规格；钢轨的类型、数量和轨矩；牵引网向电力机车的供电方式（DF、DN、AT、BT 和 CC）以极大地导电率等因素有关。牵引网的电阻主要包括接触网的电阻、钢轨的电阻以及大地回路的电阻。已知数据：接触导线：17385GLCB，查表 3-2-1得 计算半径4BAR=42.137.16=7.475(mm)当量系数j=0.95 当量半径 Rj=jR=0.957.475=7.1(mm)有效电阻：rj=0.23 /km 名称 规格 截面（mm2）断

15、面 尺寸(mm)单位 重量（kg/km）直流 电阻(/km)计算 半径（mm）等效 半径（mm）续 流（A)20min 载流量(A)标称 钢 铝 A B 钢铝GLCA-215100 215 67 148 16.5 19.6 925 0.184 9.02 8.57 470/表 3-2-1 电车线 GLCB-17385 173 54 119 16.7 13.2 744 0.23 7.47 7.1 400/铜接触导线 TCG-100 100/10.8 12.81 890 0.179 5.9 4.6 600 520 TCG-85 85/10.8 11.76 760 0.211 5.64 4.4 500

16、 400 承力索驰度：f=600 mm 钢轨型式为 P50，查表得：钢轨有效电阻：rg=0.18 /km 钢轨计算半径：R=2L=2606=96.5 mm 钢轨的内感抗：X内 g=0.18 /km 大地导电率：=1010-4(1/cm)两线路中心距离为：L=5m 名称 型号 计算界面（mm2）根数单线半径（mm）单位重量（kg/km）计算半径（mm）等效半径（mm）电阻（/cm）持续载流量（A）硬铜绞线 TJ-70 68.8 1921.4 618 5.35 4.06 0.28 340 TJ-95 92.5 192.49 839 6.25 4.74 0.20 415 TJ-120 117 192

17、.80 1057 7.00 5.31 0.158 485 钢芯铝LGJ-95 铝 钢 铝 钢 401 6.84 6.50 0.315 335 94.23 17.81 282.07 7 1.8 表 3-2-2 绞线 LGJ-120 116.34 21.99 282.30 7 2.0 495 7.60 7.22 0.255 380 LGJ-150 140.76 26.61 282.53 7 2.20 599 8.36 7.94 0.211 445 LGJ-185 182.40 34.36 282.88 7 2.5 774 9.51 9.03 0.163 515 钢绞线 GJ-50 48.26 19

18、1.8 411.1 4.6 3.61(50A)90 GJ-70 72.2 192.2 615 5.75 1.93(50A)120 GJ-95 6.30 1.58(50A)140 GJ-100 100.83 192.60 859.4 6.50 1.45 名称 规格（kg/m）钢轨 重量（kg/m）钢轨 截面（cm2）钢轨 周长 L（mm）计算 半径 R（mm）有效电阻 rg（/km）内阻抗 X（/km）等效 半径 Rg(mm）钢 轨 43 44.653 57.0 558 88.9 0.22 0.22 2.69 50 51.514 65.8 606 96.6 0.18 0.18 5.54 60 6

19、0.35 77.08 685 109.1 0.135 0.135 12.79 上、下行线路接触网的等值导线-地回路得自阻抗：Z1和 Z2 1 各部分距离：接触导线与承力索间的平均距离：djc=h32f=130032600=900（mm）表 3-2-3 接触导线与钢轨顶中心的距离：djg=22)2(gdH 3-2-1=22)21435(5800 =5844（mm）承力索与钢轨顶中心的距离：dcg=22)2()(gjcddH 3-2-2=22)21435()9005800(=6738（mm）地回路的等值深度：Dg=910085.2f 3-2-3=14101050085.2=932103（mm）2

20、接触导线-地回路的自阻抗：Zj Zj=rj+0.05+j0.145jgRD 3-2-4=0.23+0.05+j0.1451.7109323=0.28+j0.742=0.76772.2()3 承力索-地回路的自阻抗Zc Zc=rc+0.05+j0.145cgRD 3-2-5=rc+0.05+j0.145cgRD+jX内 c=1.93+0.05+j(0.14575.5109323+0.45)=1.98+j1.205 =2.31831.3()4 接触线-地回路与承力索-地回路的互阻抗Zjc Zjc=0.05+j0.145jcgRD 3-2-6=0.05+j0.145900109323=0.05+j0

21、.437=0.4483.5()5 等值接触网-地回路的自阻抗 Z1 Z1=Zjc+jccjcjZZZZ111 3-2-7=Zjc+)()()(jccjcjjccjcjZZZZZZZZ=0.05+j0.437+)437.005.0()205.198.1()437.005.0()742.028.0()437.005.0()205.198.1)(437.005.0()742.028.0(jjjjjjjj=0.715+j1.184=1.38358.9()Z1=Z2=0.715+.184=1.38358.9()轨道-地回路的等值阻抗Z3 gR=R10-gX内0.145=96.510-0.18/0.145

22、=5.54mm R=83333333333332 ddddddRg 3-2-8=8222643535655000143554.5=660（mm）Z3=4gr+0.05+j0.1453RDg 3-2-9=418.0+0.05+j0.145660109323=0.095+j0.457=0.46778.25()上下行线路接触网的等值导线-地回路 1和 2的互阻抗Z12 Z12=0.05+j0.14512dDg=0.05+j0.1455040109323=0.05+j0.329=0.33381.36()式中：d12=2121jcccdd=50805000=5040（mm）dc1j2=22jcdL=22

23、9005000=5080（mm）上下行线路接触网的等值导线-地回路 1、2分别与轨道网-地回路 3的互阻抗Z13、Z23 d13=83232323231313131 gjgjgjgjgcgcgcgcdddddddd=82281447210584479526738=7089（mm）Z13=Z23=0.05+j0.14513dDg 3-2-10=0.05+j0.1457089109323=0.05+j0.307=0.31180.75()双线牵引网等效网络的阻抗 1 线路牵引网的自阻抗Z Z=Z13213ZZ 3-2-11=0.715+j1.18425.78467.0)75.80311.0(2=0.

24、691+j0.978=1.19754.8()2 线路牵引网的自阻抗Z 因：Z1=Z2，Z13=Z23 故：Z=Z2-3223ZZ=0.691+j0.978=Z=1.19754.8()3 线路牵引网的互阻抗ZZ Z=Z1232313ZZZ 3-2-12=0.05+j0.32925.78467.0)75.80311.0(2=0.026+j0.123=0.12678.06()故复线牵引网等值阻抗为：Z=IUZS(ZZ)/2S2/l 3-2-13 等值单位阻抗：Z=Z(ZZ)/2S/l=0.409+j0.506=0.6551.06()第六章 负荷计算及线型选择 6.1 高压架空线路的选择 6.1.1

25、变压器高压侧电流：I=NcU3S=110316582=87.04（A）查电力工程P352表 1-1,如下 表 4-1 LGJ 型钢芯铝绞线规格 额定 截面/mm2 股数及直径 mm 计算直径/mm 电阻/(km)-1 单位重量/kg(km)-1 长期允许电流/A 铝股 钢芯 16 6 1.8 1 1.8 5.4 2.04 61.7 105 25 6 2.2 1 2.2 6.6 1.38 92.2 135 35 6 2.8 1 2.8 8.4 0.85 139 170 50 6 3.2 1 3.2 9.6 0.65 195 220 70 6 3.8 1 3.8 11.4 0.46 275 275

26、 95 282.07 7 1.8 13.68 0.33 401 335 120 282.30 7 2.0 15.2 0.27 492 380 150 282.53 7 2.2 16.72 0.21 598 445 根据电流 I=87.04A，查表得，可选用 LGJ-25 假设线间几何距离为 2m，查工厂供电P316附表 19，如下 导线型号 LGJ-16 LGJ-25 LGJ-35 LGJ-50 LGJ-70 LGJ-95 LGJ-120 LGJ-150 电阻/(km)-1 2.04 1.38 0.85 0.65 0.46 0.33 0.27 0.21 线间几何距离/m 感抗/(km)-1 1

27、.0 0.387 0.374 0.359 0.351 1.25 0.401 0.388 0.373 0.365 1.5 0.412 0.400 0.385 0.376 0.365 0.354 0.347 0.340 2.0 0.430 0.418 0.403 0.394 0.383 0.372 0.365 0.358 2.5 0.444 0.432 0.417 0.408 0.397 0.386 0.379 0.372 表 4-2 LGJ 钢芯铝绞线的电阻和感抗 3.0 0.456 0.443 0.428 0.420 0.409 0.398 0.391 0.384 则可得 R0=1.38(/k

28、m)X0=0.418(/km)6.1.2 校验电压损失 A=25mm2 R0=1.38(/km)X0=0.418(/km)PT=0.015Sc=0.01516582=248.73(kW)QT=0.06 Sc=0.0643074.1=994.92(kW)P=Sccos-PT=165820.9-248.73=14675.07(kW)Q=Scsin-QT=165820.436-994.92=6234.83(kvar)U=N00UQXPRL=110418.083.623438.107.1467520(30)=4156.0(6233.9)U%=NUU100%=310110)9.6233(0.415610

29、0%=3.78%（5.67%）10%故 符合要求 6.1.3 热稳定校验 经查表，环境温度为 25时，LGJ-25导线的长期允许载流量为 135A，大于 87.04A。故 符合要求 6.1.4 机械强度校验 因为 35kV及更高电压的线路只要导线允许最小截面积为 25mm2即可 故 LGJ-25导线满足要求 6.2 低压侧母线的选择 假设变压器后备保护动作时限为 2s,断路器开断时间为 0.2s，环境温度为 25，三相母线水平布置，导体平放，相间距离为 0.4m，档距为 1.2m 6.2.1 低压侧母线电流 I=NcU3S=5.27316582=201.0(A)母线的最大长期工作电流按变压器过

30、载的 1.3倍考虑 则 Igmax=1.3I=1.3201.0=261.3(A)查电气化铁道供变电工程P358附表 3，如下 表 4-3 矩形铝导体长期允许载流量 导体尺寸 h b(mm)单条（A）单条（A）双条（A）双条（A）平放 竖放 平放 竖放 153 156 165 203 204 215 253 251 265 254 292 308 255 332 350 304 346 365 404 456 480 631 665 405 515 543 719 756 504 565 594 779 820 505 637 671 884 930 由表可得：254硬铝母线（LGY型）的允许载

31、流量为 292A（环境温度为 25），大于 Igmax 故 初步选定截面为 254=100mm2的铝母线（单条平放）。6.2.2 校验母线的热稳定性 母线的热稳定是以短路时母线的发热温度不超过允许值来衡量的，常应用按照条件求出的母线最小允许截面 Smin来校验。选出的截面 S应满足下属条件：S Smin 短路发热等值时间：tl=tp+toc=2+0.2+0.05=2.25(s)正常运行时导线的最高温度 Q=25+(70-25)222923.261=61（）查表 C=87 短路时发热的最小导线截面为 Smin=l)3(3dtCI=25.2873550=61.2(mm2)Smin小于所选导线截面(

32、100mm2),故满足热稳定要求。6.2.3 动稳定校验 母线的动稳定校验主要是校验其在短路时所受的弯曲应力。三相短路冲击电流 ish(3)在中间相产生的电动力：F(3)=3 ish(3)2al 10-7=3 9.0524.02.1 10610-7=42.56(N/A2)母线在 F(3)作用时的弯曲力矩：M=10)3(F=102.156.42=51.1(Nm)母线的截面系数：W=6hb2=6004.004.02=1.06610-6(m3)母线在三相短路时所受到的计算应力：c=M=610066.11.51=47.9(MPa)硬铝母线的允许应力为al=70 (Mpa)47.9(MPa)，故满足动稳

33、定度要求。第九章 防雷及接地装置 电力及牵引供电系统中，各种电气设备都有一定的绝缘强度，如果超过了设备所能承受的强度，绝缘就会击穿。对于电气设备的绝缘有击穿危险的高电压称为过电压。过电压的产生可分为两类：电力系统内部的过电压叫做操作过电压，也称为内部过电压；由于大气中的自然现象，如雷击所产生的过电压，或称为外部过电压。雷可分为感应雷和直击雷两种。前者是雷电云层在输电线路附近发生放电时，在输电线路上感应而产生的过电压；后者是雷电云直接向输电线路或电气设备放电。显然后者对电气设备的危害更大。防止直击雷的有效措施就是把雷击放电直接引至大地而使电气设备旁路免遭损害。一般在输电线路中采用避雷线（或称架空

34、地线）来防止直击雷和减轻感应雷；在牵引变电所设备区内采用安装避雷针来防止直击雷，同时在高压母线及 27.5千伏馈电线上装设避雷器（后者还常装设抗雷线圈）来防止从线路侵入的雷电波对设备的损害。9.1 防雷设备简介 9.1.1 避雷针 避雷针的功能实质上是引雷的作用，他是对雷电产生一个附加电场，使电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能想被保护物体发展的方向，吸引到避雷针本身，然后经于避雷针相连的引下线和接地装置，将雷电流泄放到大地中去，使被保护物体免受雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引如地下。从而保护了线路、设备和建筑物等。9.1.2 避雷器 避雷器是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变

35、电所或其他物体内，以免危机被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护的电气设备并联，当线路上出现危及设备绝缘的过电压时，它就对地放电，从而保护了设备的绝缘。常见的避雷器有两种：管型和阀型避雷器。对于管型避雷器一般只用于线路上。9.2 防雷保护 9.2.1 对高压架空线的防雷保护(1)利用避雷线来保护 对 35kV及以上的变配电所架空线上架设 1-2m的避雷线，以消除近区进线上的雷击网络，避免其引起雷电侵入波对变配电所电器设备的危害。进线保护段范围内的电杆工频接地电阻 Re小于等于 10 进线保护段上的避雷线保护角不宜大于 20，最大不应大于 30。(2)装设避雷器 为防雷击，在变电所的进出线侧都并联装

36、设避雷器。在 8.1.2介绍的各种避雷器中，由于氧化锌避雷器优于其它的几种避雷器，所以本次设计中采用氧化锌避雷器来作为架空线路的防雷保护，其主要技术数据表如下：9.2.2 对变电所的防雷保护 安装于牵引变电所室外的电气设备，有可能遭受直接雷击。为此，变电所皆装设作为直击雷防护装置的避雷针。为防止雷电波沿接触网，馈电线侵入牵引变电所遭成伤害，常在冲击耐压绝缘水平较低的 27.5kV馈电设备直馈区间的馈电线首段装设避雷圈（并以避雷器相配合）。(1)避雷针的选择 避雷针采用镀锌圆钢或焊接钢管制成，按耐机械程度（主要是风压）的耐腐蚀要求，钢管厚度不小于 3mm。其直径不应小于下列数值：针长 1m 以下

37、：圆钢为 12mm，钢管为 20mm 针长 1-2m：圆钢为 16mm，钢管为 25mm(2)避雷器保护范围及高度整定 所谓保护范围，一般是指这样的空间范围：在此空间范围内的被保护物遭受直接雷击的概率仅为 0.1%左右。变电所建筑物的基本情况：设配电室高度为 8m，高压架空线终端杆的高度为 11m，终端杆到变电所围墙的距离为 13m，变电所工程占地面积为100*60=6000.第十章 牵引变电所的保护监控系统 10.1 系统的主要功能 保护、测量与控制 远程诊断 事件记录 在线整定 10.2 系统主要技术指标 主保护固有动作时间=25ms 后备保护固有动作时间 30ms 测量误差 440个 模

38、拟量 128个 遥信正确率=99.9%遥控正确率=100%10.3 系统的功能单元 系统概况 当地监控及通信处理系统作为牵引变电所综合自动化系统的一部分，负责采集与现实牵引变电所内的测控、保护单元的各种测量、保护信息，实现对牵引变电所内的各种开关的分合控制、信号复归、保护装置的复归于定值整定，并实现相应的报表处理、曲线现实、流水打印等信息处理功能。系统的构成 当地监控及通信处理系统由当地监控主机、流水及报表打印机、通信处理单元（含远程通信）及 GPS组成。（1）网络构成 为了提高系统的可靠性，牵引变电所综合自动化系统采用双层网结构，远程通信处理单元挂接在第一层环行现场测控网上，当地监控系统挂接

39、在第二层以太网上，两层网通过通信处理单元实现现场总线于以太网的连接。（2）当地监控计算机 当地监控计算机采用工业控制用计算机，通过网络适配器与计算机网络相连，并配置操作、县使用的人机接口设备：彩色显示器及键盘、鼠标器。当地计算机应用软件包括监控软件及系统维护软件。监控软件 通过当地计算机的监控软件能实时监视便电所内的开运行状态，可对各种故障信息进行实时多窗口动态报警显示，可显示全所的保护信息、故障录波、负荷录波及预告信息，可诊断测控装置的接线差错；动态显示全所的遥测量及实时曲线。通过鼠标或键盘能完成当地/袁方转化操作及实现对牵引变电所内的各种开关的分/合控制、信号复归等各种控制操作，并进行操作

40、前的合理性判断；实现保护装置的复归及参数整定；同时还可以完成各种报表记录、曲线的检索及显示、打印实时数据及报表、拷屏等牵引供电系统的调度管理任务。系统维护软件 通过当地监控计算机的系统维护软件可完成整个系统数据的建立及修改、画面建立及修改、历史数据库的管理、系统运行参数的定义、修改及系统程序的维护和开发。软件在中文 Windows 2000 环境下开发，采用人机对话方式用专用工具直观编辑。系统维护软件有以下模块组成：A 画面编辑 画面编辑室系统应用软件的重要组成部分之一，通过画面遍即可实现:B 数据编辑 数据编辑以人机对话表格方式技工借口，完成对系统数据库的增、删、改、查的操作，已达到调整系统

41、功能，维护系统运行的目的。通过数据遍即可实现：C 系统数据库管理 利用标准商用数据库个是存储数据，并奖励是数据库以多种数据格式（如EXCEL、ACCESS等）占村到可读写光盘上，以便于用户进行数据库的深层次开发及分析。（3）实时及报表打印机 实时及报表打印机采用黑色针式打印机，并具有汉字打印功能。该打印机主要用于对当地监控系统实施数据流水打印，包括调度员操作记录、故障报警及事件顺序记录、遥测量越限纪录等。此外，该打印机还可用作报表打印机，以完成对当地监控系统各种报表的那印迹路基画面的考摒功能。（4）通信处理单元 通信处理单元既作为变电所综合自动化现场总线与局域网（以太网）间的网关，同时还完成向

42、远方调度中心传输监控及保护信号的调制和解调。网关及数据远传功能可以集成在同一个通信处理单元上，也可以分别有不同的通信处理单元来承担。通信处理单元的核心控制单元采用开放式的工业控制计算机 PC/104的 486模块，可外接 GPS用于系统的时钟同步。通信处理单元可配置四台调制解调器（或者四个串行通信接口 RS232、RS422）用于与远方调度中心的通信，支持点对点、环形、T型等多种远动通道结构，并可实现一机双调的工作方式。在正常工作状态下，可动态分配工作于任一远动通道上，当某一通道发生故障时，将自动切换到另一通道上，从而完成通道的自动切换功能。本装置在通讯接口处设置了防雷、限压、限流和抗共/差模

43、干扰的保安器和隔离变压器，可有效抵御由于牵引网短路引起地电位升高对装置绝缘和通讯线路产生的侵害。（5）十种同步系统 系统采用 GPS始终作为系统时钟。GPS以铯原子作为频率标准，其频率稳定度为（1-2）*10-13/天，精度为 1us。GPS接收机输出的信号，采用符合 RS232C接口标准的 DB9作为接口连接器，通过计算机串口直接与远程通信单元进行串行通信。系统功能（1）控制 断路器、隔离开关的合闸/分闸操作，重合闸的投入/切换操作；开关的程控操作；信号复位；保护、测控单元复归；保护、测控单元定值整定、修改及查询。定值整定及修改时，必须输入密码后方可执行。（2）监视 各开关状态变位及保护出口

44、监视，并形成事件纪录；实时监视所内各回路负荷、温度、电流、电压；（3）显示 变电所主接线图及各开关状态 事件细目显示并配有事故、预告音响提示；各电压、电流、功率、温度、风速等遥测量的实时测量值；（4）历史纪录 形成各测量值的整点数据历史纪录库 形成事件纪录及操作记录的历史纪录 形成遥测越限纪录，记录越限时间、复限时间、越限时间最大值或最小值；（5）报警 越限报警：当测量值越限时，显示和打印报警信息。报警信息包括越限发生和恢复时间（时、分、秒）报警条文及报警参数等，报警限值可进行修改。预告报警：当设备和线路异常时，显示和打印报警信息。报警信息包括报警发生和恢复时间（时、分、秒）及设备异常状态。同

45、时发出预告报警音响；事故报警：当保护动作时，显示和打印报警信息。报警信息包括报警发生和恢复时间（时、分、秒）及保护动作说明，同时发出事故报警音响。（6）与远方控制中心接口 支持点对点、环型、T型等多种通道结构；支持多种通信规约；（7）其他功能 对各种重要命令和操作设置超时限制（如遥控选择、遥控执行、遥信全召等命令）。一次只允许进行一个控制对象的操作，自动闭锁多冲选择。当发生多重选则时，自动取消选择并有“多重选则“显示。系统具有自动启动功能，系统在复电或严重故障中恢复时，能自动启动。系统具有对不符合供电规程和操作规程的违规操作及越权操作进行锁定功能。10.4系统硬件配置 系统硬件配置包括监控中心

46、的配置和远程现场（变电所）的配置。监控中心的硬件配置 在监控中心设有多媒体工业控制主机一台，用来处理视频信号和数据信号。该监控主机可轮寻所辖变电所的状况，一旦有报警信号出现，迅速切换到事故现场，同时进行硬盘录像。中心设有报警装置，用来队远端信号进行声光处理。多媒体工业控制计算机 CPU:Intel Pentium 1G 内存：256M 硬盘：40G 显存：32M 网卡：10M100M自适应以太网卡 光驱：52X倍速 键盘：标准键盘、鼠标 前端变电所硬件配置 多媒体工业控制计算机 同上 所处位置：视频盘内 显示器：17”彩显 所处位置：视频盘内 光电传感器：功能：用于有移动物体的报警 所处位置：

47、用于对高压室门的监护；主控室门的监视；变电所大门的监视；变电所围墙的监控 温度传感器：功能：进行室内外环境温度的监控 温度范围：-20+45 所处位置：用于高压室、主控室、电容室 烟雾传感器：功能：用于对火灾进行报警 所处范围：用于高压室、主控室、电容室 10.5当地保护、测量与控制单元 牵引主变压器的保护与测控单元 牵引主变压器的保护与测控单元完成一台牵引主变压器的保护、测量、控制、应急选线控制、备用电源/主变自投等功能 考虑到牵引主变压器的保护与测控的重要性，按主变主保护、主变后备保护、主变测控三套独立装置设计，没套装置作为一个节点与 LonWorks现场总线交换信息。（1）主变保护装置

48、保护配置 带二次谐波闭锁的比差动保护 差动速断保护 失压保护 辅助功能 故障报告 故障录波与谐波分析 事件报告 自检报告 状态量采集 各种动作保护信号 进线测电压互感器断线信号 装置工作状态信号 主要技术指标 保护动作时间：=40ms 故障录波长度：40 个波次 谐波分析此书：19 次（2）主变后备保护装置 配置六中电量保护和六种非电量保护，非电量保护通过接点信号引入装置，驱动断路器跳闸或信号回路，分别为：高压测三项过电流保护 变压器高、低压测断路器和电动隔离开关控制回路断线信号 装置工作状态信号 第八章 继电保护及其整定 由于电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最

49、危险的故障是发生各种形式的短路。为了迅速而有选择性地切除故障元件，保证电力系统的安全运行，最有效的一种方法就是在电力系统中安装继电保护装置。电气化铁道属于一级负荷，因此牵引供电系统更应安装可靠的保护装置。以保证整个电力系统的正常运行。牵引变电所中安装的继电保护装置大体分为三种：主变压器保护、牵引网馈线保护、其他保护装置，如进线保护、动力变压器和动力馈线保护。8.1 主变压器的继电保护 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据其容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。变压器

50、的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等；油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。由于目前的牵引变电所中安装的牵引变压器的容量皆在 10MVA以上；根据相关的规定和要求以及以上的故障类型，牵引变压器的主保护为纵差动保护，此外，还要装设其它保护为辅助保护，如：瓦斯保护、过负荷保护、过电流保护等。8.1.1 差动保护 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设纵差动保护。纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为 6300KVA以上，单独运行的变压器，容量为 10000KVA以上时。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流

51、不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时两个二次电流相同。差动保护起动电流的整定：在正常运行情况下，为防止电流互感器二次侧断线时引起差动保护误动作，保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流 If.max。当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流 Ie.B(查表 2-1可得变压器的低压侧 额定电流为 201.0A)，引入可靠系数Kk(一般采用 1.3)。三绕组变压器区内故障时的电流分布 则保护装置的起动电流为：IDZ=KkIeB=1.3201.0=261.3A 电流互感器二次侧的整定电流为：I1=261.3/60=4.36A

52、 躲开保护范围外部短路电流时的最大不平衡电流，此时继电器的起动电流应为：IDZ.J=KkIbp.max 式中 KK可靠系数，采用 1.3；max.bpI保护外部短路时的最大不平衡电流 现在来计算 Ibp.max 因为 Ibp.max=(Ktx10%+U+fza)lmax.dnI 8-1-1 变压器差动保护的起动电流，都还必须能够躲过变压器励磁涌流的影响。差动继电器的起动电流仍需整定为：IDZ.J 1.3lnIeB 8-1-2 由于 1.3Ibp.max 1.3201.0/60=4.36 所以差动保护的起动电流已经能够躲开变压器的励磁涌流的影响。差动保护灵敏系数的校验：变压器纵差动的灵敏系数可按

53、下式校验：电流互感器二次侧的整定电流为：I2=Id.min.J=3550/60=59.16(A)J.DZJ.min.dlmII=K=76.3217.59=1.81 按照要求，灵敏系数一般不应低于 1.5，故以上 Klm满足要求。8.1.2过负荷保护 变压器的过负荷保护是为了防止变压器过负荷这种不正常运行状态而装设的，过负荷保护装置设在变压器的两个重负荷相上，过负荷保护实际上就是电流保护。保护装置的动作电流按躲开变压器额定电流进行整定：EfkDZIKK=I 8-1-3 式中 Kf返回系数，取 0.85 保护装置侧变压器额定电流（201A）所以 IDZ=20185.03.1=307(A)电流互感器

54、二次侧的整定电流为：I3=307/60=5.1(A)8.1.3瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体，其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800KVA及以上油浸式变压器。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。其原理接线图如下：信号信号信号瓦斯保护原理接线图 8.2牵引网馈线的继电保护 8.2.1电流速断保护 电流速断保护的主要特点是简单可靠，动作迅速，使系统的稳定性和可

55、靠性大幅度提高，得到广泛应用。电流速断保护的主要缺点是在 35KV以上电压的复杂网络中，它们难以满足选择性、灵敏性以及速断性的要求。则供电臂 A的整定电流为：IDZ.A=Kk1IA.max=1.2749=899 电流互感器二次侧电流为：I1=899/60=15A 同理，供电臂 B的整定电流为：IDZ.B=Kk1IB.max=1.2806=967(A)电流互感器二次侧电流：I2=967/60=16(A)8.2.2距离保护 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。其性能较电流速断保护更为完善。牵引网的最大负荷电流：供电臂 A：IA上=107.2(

56、A)IA下=122.3(A)供电臂 B：IB上=137.4(A)IB下=117.1(A)若最大负荷电流的功率角为=37 牵引网每千米阻抗 ZL=0.6551.06()8.2.2.1距离保护的整定阻抗 由 )-cosKIKU=ZfhFDkFXDZ 8-2-1 瓦斯保护原理接线图 可得整定阻抗：供电臂 A：上行：ZDZ.AS=180.7()下行：ZDZ.AX=158.4()供电臂 B：上行：ZDZ.BS=141()下行：ZDZ.BX=165.4)由公式DDZmZZ=K可得灵敏系数皆符合要求 8.2.2.2方向阻抗继电器的整定阻抗 根据公式ylDZJ.DZnnZ=Z 8-2-2 来计算方向阻抗继电器

57、的整定阻抗 由于电力系统的继电保护装置应满足 选择性：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。速动性：快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。灵敏性：继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的

58、灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要决定与被保护元件和电力系统的参数和运行方式。可靠性：保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。对继电保护装置的四项基本要求是分析研究继电保护的基础。要注意的是这四项基本要求之间往往有矛盾的一面，如既有选择性而又速动的保护，其装置结构都比较复杂，可靠性就低；提高保护的灵敏性，却增加了误动作的可能性。因此必须从被保护对象的实际情况出发，明确矛盾的主次，采取必要的措施，使得继电保护能全面的满足这四个基本要求，这在整个工程设计中有重要的意义。第八章 继电保护及其整

59、定 由于电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路。为了迅速而有选择性地切除故障元件，保证电力系统的安全运行，最有效的一种方法就是在电力系统中安装继电保护装置。电气化铁道属于一级负荷，因此牵引供电系统更应安装可靠的保护装置。以保证整个电力系统的正常运行。牵引变电所中安装的继电保护装置大体分为三种：主变压器保护、牵引网馈线保护、其他保护装置，如进线保护、动力变压器和动力馈线保护。8.1 主变压器的继电保护 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，

60、因此，必须根据其容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等；油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。由于目前的牵引变电所中安装的牵引变压器的容量皆在 10MVA以上；根据相关的规定和要求以及以上的故障类型，牵引变压器的主保护为纵差动保护，此外，还要装设其它保护为辅助保护，如：瓦斯保护、过负荷保护、过电流保护等。8.1.1 差动保护 对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设纵差动保护。纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为 6300KVA以上，单独运行的

61、变压器，容量为 10000KVA以上时。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时两个二次电流相同。差动保护起动电流的整定：在正常运行情况下，为防止电流互感器二次侧断线时引起差动保护误动作，保护装置的起动电流应大于变压器的最大负荷电流 If.max。当负荷电流不能确定时，可采用变压器的额定电流 Ie.B(查表 2-1可得变压器的低压侧 额定电流为 201.0A)，引入可靠系数Kk(一般采用 1.3)。则保护装置的起动电流为：IDZ=KkIeB=1.3201.0=261.3A 电流互感器二次侧的整定电

62、流为：I1=261.3/60=4.36A 躲开保护范围外部短路电流时的最大不平衡电流，此时继电器的起动电流应为：IDZ.J=KkIbp.max 式中 KK可靠系数，采用 1.3；三绕组变压器区内故障时的电流分布 max.bpI保护外部短路时的最大不平衡电流 现在来计算 Ibp.max 因为 Ibp.max=(Ktx10%+U+fza)lmax.dnI 8-1-1 变压器差动保护的起动电流，都还必须能够躲过变压器励磁涌流的影响。差动继电器的起动电流仍需整定为：IDZ.J 1.3lnIeB 8-1-2 由于 1.3Ibp.max 1.3201.0/60=4.36 所以差动保护的起动电流已经能够躲开

63、变压器的励磁涌流的影响。差动保护灵敏系数的校验：变压器纵差动的灵敏系数可按下式校验：电流互感器二次侧的整定电流为：I2=Id.min.J=3550/60=59.16(A)J.DZJ.min.dlmII=K=76.3217.59=1.81 按照要求，灵敏系数一般不应低于 1.5，故以上 Klm满足要求。8.1.2过负荷保护 变压器的过负荷保护是为了防止变压器过负荷这种不正常运行状态而装设的，过负荷保护装置设在变压器的两个重负荷相上，过负荷保护实际上就是电流保护。保护装置的动作电流按躲开变压器额定电流进行整定：EfkDZIKK=I 8-1-3 式中 Kf返回系数，取 0.85 保护装置侧变压器额定

64、电流（201A）所以 IDZ=20185.03.1=307(A)电流互感器二次侧的整定电流为：I3=307/60=5.1(A)8.1.3瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体，其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800KVA及以上油浸式变压器。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。其原理接线图如下：信号信号信号瓦斯保护原理接线图 8.2牵引网馈线的继电保护 8.2.1电

65、流速断保护 电流速断保护的主要特点是简单可靠，动作迅速，使系统的稳定性和可靠性大幅度提高，得到广泛应用。电流速断保护的主要缺点是在 35KV以上电压的复杂网络中，它们难以满足选择性、灵敏性以及速断性的要求。则供电臂 A的整定电流为：IDZ.A=Kk1IA.max=1.2749=899 电流互感器二次侧电流为：I1=899/60=15A 同理，供电臂 B的整定电流为：IDZ.B=Kk1IB.max=1.2806=967(A)电流互感器二次侧电流：I2=967/60=16(A)8.2.2距离保护 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。其性能较电

66、流速断保护更为完善。牵引网的最大负荷电流：供电臂 A：IA上=107.2(A)IA下=122.3(A)供电臂 B：IB上=137.4(A)IB下=117.1(A)若最大负荷电流的功率角为=37 牵引网每千米阻抗 ZL=0.6551.06()8.2.2.1距离保护的整定阻抗 由 )-cosKIKU=ZfhFDkFXDZ 8-2-1 可得整定阻抗：供电臂 A：上行：ZDZ.AS=180.7()瓦斯保护原理接线图 下行：ZDZ.AX=158.4()供电臂 B：上行：ZDZ.BS=141()下行：ZDZ.BX=165.4)由公式DDZmZZ=K可得灵敏系数皆符合要求 8.2.2.2方向阻抗继电器的整定阻抗 根据公式ylDZJ.DZnnZ=Z 8-2-2 来计算方向阻抗继电器的整定阻抗 由于电力系统的继电保护装置应满足 选择性：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。速动性：快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时