电气化铁道供电系统课程设计

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1、 电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班 级： 电气081班 学 号： 200809043 姓 名： 指导教师： 评语： 2011 年 12 月 30 日1、 题目 某牵引变电所位于大型编组站内，向两条复线电气化铁路干线的四个方向供电区段供电，已知列车正常情况的计算容量为10000kVA（三相变压器），并以10kV电压给车站电力照明机务段等地区负荷供电，容量计算为3750kVA，各电压侧馈出数目及负荷情况如下:25kV回路（1路备）：两方向年货运量与供电距离分别为，。10kV共12回路（2路备）。供电电源由系统区域变电所以双回路110kV输送线供电。本变电所位于电气化铁路的中间，送电线距离15

2、km，主变压器为三相接线。二、 题目分析及解决方案框架确定由上述资料可知，本牵引变电所担负着重要的牵引负荷供电任务（一级负荷）、馈线数目多、影响范围广，应保证安全可靠的供电。10千伏地区负荷主要为编组站自动化驼峰、信号自动闭塞、照明及其它自动装置等一部分为一级负荷、其他包括机务段在内均为二级负荷，应有足够可靠性的要求。本变电所为终端变电所，一次侧无通过功率。三相牵引变压器的计算容量是由牵引供电计算求出的。本变电所考虑为固定备用方式，按故障检修时的需要，应设两台牵引用主变压器，地区电力负荷因有一级负荷，为保证变压器检修时不致断电，也应设两台。根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与

3、台数的选择，可能有以下两种方案：方案A:210000千伏安牵引变压器+26300 kVA地区变压器，一次侧同时接于110 kV母线，（110千伏变压器最小容量为6300 kVA）。方案B:215000千伏安的三绕组变压器，因10千伏侧地区负荷与总容量比值超过15%，采用电压为11027.510.5 kVA，结线为两台三绕组变压器同时为牵引负荷与地区电力负荷供电。各绕组容量比为100:100:50。 三、设计过程 3.1牵引变电所110kV侧主接线设计按110 kV进线和终端变电所的地位，考虑变压器数量，以及各种电压级馈线数目、可靠供电的需要程度选择结线方式。110kV3B6300kVA1B10

4、000kVA4B6300kVA2B1000kVA10kV25kV 图1(a)方案一主接线 图1(b)方案二主接线 （1）对于上述方案A，因有四台变压器，考虑110 kV母线检修不致全部停电，采用单母线用断路器分段的结线方式，如图1（a），每段母线连接一台牵引变压器和地区变压器。由于牵引馈线断路器数量多，且检修频繁，牵引负荷母线采用带旁路母线放入单母线分段（隔离开关分段）结线方式，10 kV地区负荷母线同样采用断路器分段的单母线结线系统。自用电变压器分别接于10 kV两段母线上（两台）。（2）对于方案B，共用两台三绕组主变压器、两回路110 kV进线，线路太长，但是应有线路继电保护设备，故以采用

5、节省断路器数量的内桥结线较为经济合理，如图1（b）。牵引负荷母线结线和10千伏母线结线与方案（A）的结线相同。3.2 牵引变压器计算（1）牵引变压器不对称系数的计算（a）由已知牵引负荷容量，25kV侧额定电流及每馈电区电流、，见图2（a），分别为： （1） （2） （因电流不对称引入的系数k=0.655） 图2(a)形绕组中电流分配两馈电区电流在形绕组中分配后，每相绕组电流为 （3） （4） （5）电流与电压的相量关系如图2（b）其中以为基准相。 图2（b）每相牵引负荷电流与电压向量图10千伏电压侧为三相对称负荷，设cos=0.9则其额定电流和形绕组中每相电流分别为： （6） （7） （8）

6、（9）110kV高压绕组中的电流，不计励磁电流时，即为负荷电流归算到高压侧的值。对于方案（A）仅考虑牵引负荷 (10) （11） （12)对于方案（B），应为牵引负荷与地区负荷电流相量和，其值为： （13） （14） （15）其中电压变换系数 。b）高压110千伏绕组中的阻抗压降，已知参数为：三绕组16000千伏安变压器 双绕组10000千伏安变压器 按式(16)和(17)分别求得高压绕组的电阻及电抗为： （16） （17）三绕组变压器 双绕组变压器 高压各相绕组阻抗压降，由各相阻抗压降三角形可知：对于三绕组变压器， （18） （19） （20）对于双绕组变压器， （21） （22） （23）

7、(c）高压110 kV绕组感应电势（E）及不对称系数，按下式计算: 其中： （24） （25） （26）正序分量 ： 负序分量 ： 电压（势）不对称系数 ： 将各方案计算结果如表1所示。 表1 各主接线方案技术参数计算结果方案单位（kV）百分值A4.2%B2.54%从上述比较可知，在保证电压质量方面，方案（A）和方案（B）的值在允许范围以内。（2）变压器与配电装置的一次投资与折旧维修费方案A：变压器四台，多增加110kV断路器四组，按SW3-110少油断路器计算，共需（以万元计） (27) （每组断路器包括断路器及机构1台、电流互感器1台，及两侧隔离开关2台，分别为11万元、1.9万元和20.

8、95万元）方案B：三绕组变压器2台，另增加变压器前面和跨条隔离开关（110kV）4组共需（以万元计） (28)（3）方案A与方案B的年电能损耗计算及比较(a)方案A采用型和型三相变压器，其参数为：牵引变压器 地区变压器 按已知条件，可求牵引负荷的最大功率损耗时间为： (29)地区负荷小时，用插入法得，（地区负荷）=2750小时。牵引变压器和地区变压器的年能量损耗和分别由式 求得（取无功经济当量=0.1）： 其中 各值已在前面求出； (30)(b）方案B采用2SFS7-16000110型三项三绕组变压器，其参数为：各绕组容量比100：100：50；，各绕组短路电压，。则依下式：可求得年电能损耗为

9、已知，则代入上述各值后，得： (31)3.3绘制电气主结线图方案A和方案B的主接线图如附录所示。四、 过程论述因地区负荷占比例较大，且有部分为一级负荷，应保证必要的电压质量，主要应检验电压不对称系数，然后进行两种方案的经济比较。4.1 电压不对称系数的计算比较从表1比较可知，在保证电压质量方面，方案一和方案二的值在允许范围以内。且方案二的不对称度相对方案一更小，故从技术方面比较，方案二优于方案一。则按此条件应首选方案二。4.2 经济方面比较(1)方案一 210000+26300千伏安变压器共4台，多增加110千伏断路器4组，按SW3-110少油断路器计算，共需（以万元计）280+250+4（1

10、1+1.9+20.95）=274.8(万元)（每组断路器包括断路器及机构1台，电流互感器1台，及两侧隔离开关2台，分别为11万元，1.9万元和20.95万元）方案二 216000千伏安三绕组变压器2台，另增加变压器前面和跨条隔离开头（110千伏）4组，共需296+40.95=195.8(万元)方案一110千伏配电间隔数增加，其占地费用不予计算。每年折旧维修费，按取一次投资的8%计，则方案一 (万元)方案二 (万元)(2)各方案的年电能损耗费（主变压器正常工作采用两台并联运行方式）为： 方案一 =+（万元） 方案二 （万元） (3)各方案运行费用：为年折旧维修费与年电能损耗费之和方案一 （万元/

11、年)方案二 （万元/年)(4)经济比较表，以方案二为基数，则方案一净增数如下表（表2）所示： 表2 各主接线方案经济比较表 方 案项 目方案一多出方案二多出一次投资（万元）0年运行费（万元）0由上述结果可知方案二较于方案一更经济，经济性更好。故从经济方面比较则应首选方案二。五、总结 由不对称系数和经济性比较可知，方案B在保证同样可靠性的前提下，对地区负荷供电电压质量较好，且投资和年运营费用都较低，又节省占地面积，故推荐方案B。且采用了内桥接线。因为内桥接线适合于线路长，线路故障率高，而变压器不需要频繁操作的场合且这种接线形式可以很方便的投入或切换。110kv侧采用单母线分段接线方式，提高了供电

12、可靠性。这次课程设计采用了单母线分段接线方式，因为正常工作时分段断路器闭合，使两段母线并列运行，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。这样当母线检修时，停电范围可缩小一半；母线故障时，分段断路器由于保护动作而自动跳闸，将故障母线隔开，非故障母线及与其连接的线路仍正常工作，仅使故障母线连接的电源线路与馈电回路停电。母线分段数目越多，母线故障停电范围越小，但所需断路器、隔离开关等设备也随之增多，同时使运行变得较为复杂。而且该接线方式接线简单、设备少、配点装备费用低，经济性好，并能满足一定的可靠性；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。由于馈线断路器备用较多可能会增加投资，在经济上有些欠缺，同时，会产生较大的负序和谐波。这次课程设计对专业知识的学习和专业知识的检验起到了非常积极的作用，是电气工程及其自动化专业的学生从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。在了解和掌握牵引供电系统的用途及工作原理的基础上进行一次实习。 参考文献1 电气化铁道供电系统与设计李彦哲、胡彦奎等主编 兰州大学出版社，2006.2 电气化铁道设计手册：牵引供电系统铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编 中国铁道出版社，1998.3 电力牵引供变电技术贺威俊、高仕斌等主编 西南交通大学出版社，1998.- 12 -