电气化铁道供电设计

评语：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：200809045姓名：赵瑛指导教师：李彦哲2011年11月14日自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-1-一、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113260MtkmQL223025MtkmQL，100kWh/10ktkmq。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15km，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。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，我们选用馈线断路器50%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。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。根据原始资料和各种负荷对供电可靠性要求，主变压器容量与台数的选择，可能有以下两种方案：方案A:2×10000千伏安牵引变压器+2×6300kVA地区变压器，一次侧同时接于110kV母线，（110千伏变压器最小容量为6300kVA）。方案B:2×15000千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110／27.5／10.5kVA，结线为0//Y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。自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-2-三、设计过程3.1牵引变电所110kV侧主接线设计按110kV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。110kV3B6300kVA4B6300kVA2B10000kVA10kV25kV1B10000kVA(a)单母线分段接线方式110kV1B2B2*16000kVA10kV25kV(b)内桥接线方式图3.1电气接线方式的选择示意图（1）对于上述方案A，因有四台变压器，考虑110kV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3.1（a）所示，每段母线连接一台牵引变压自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-3-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，10kV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10kV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110kV进线，线路太长，但是应有线路继电保护设备，故以采用节省断路器数量的内桥结线较为经济合理，这种接线方式可以很方便的切换或投入电路，而切除某台变压器时，则需同时断开与之相连的两台断路器，只造成一条出线的短时停电。如图3.1（b）所示。牵引负荷母线结线和10千伏母线结线与方案A的接线相同。3.2牵引变压器的计算（1）牵引变压器不对称系数的计算①由已知牵引负荷容量，25kV侧额定电流2eI及每馈电区电流2aI、2cI，见图3.2（a），分别为：e2ee3sIU（3.1）2cos0.8其中2eI为25kv侧的额定电流，es为列车正常时的计算容量，eU为额定电压。由（1）式得2eI的值231A。2220.655138aceIIIA（因电流不对称引入的系数k=0.655）ABCcaI2bcI2abI2cI2aI2(a)△形绕组中电流分配自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-4-caU2cbU2cI2abU2abI2aI2bcU2bcI2caI2（b）每相牵引负荷电流与电压向量图图3.2三相YN,d11接线牵引变压器绕组电流分布两馈电区电流在△形绕组中分配后，每相绕组电流为...(17.8)2ab2a2c21121.733jIIIeA（3.2）...1842c2a2bc21121.733jIIIeA（3.3）...83.12ca2a2c1146.033jIIIeA（3.4）电流与电压的相量关系如图3.2（b）其中以2abU为基准相。10千伏电压侧为三相对称负荷，设3cos0.9则其额定电流3eI和△形绕组中每相电流分别为：e3ee37502063310.5sIAU（3.5）3..(30)4.23e3ab1193jjIIee（3.6）.244.23bc119jIeA（3.7）.124.23ca119jIeA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.17.8.17.82ab1a12121.752.72.31jjIeIek（3.8）..1842bc1b1252.7jIIeAk（3.9）自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-5-..83.1211219.9jcacIIeAk（3.10）对于方案B，应为牵引负荷与地区负荷电流相量和，其值为：...11.92ab3ab1a121371.3jIIIeAkk（3.11）...199.3231121364.7jbcbcbIIIeAkk（3.12）..103.62ca3ca1c121337.0jIIIeAkk（3.13）其中电压变换系数1211032.5425k1311032.5425k②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m106Pkwd1%10.5U双绕组10000千伏安变压器m63Pkwd1%10.5U按式(3.15)和(3.16)分别求得高压绕组的电阻及电抗为：23me1e2e10(110)2PURUkvS（3.14）2de1e%100UUXS（3.15）三绕组变压器12.51R179.47X双绕组变压器13.81R1127.1X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，76.31b11b()5.66jIRjXgekvU（3.16）287.51a11a()5.14jIRjXgekvU（3.17）191.81c11c()2.94jIRjXgekvU（3.18）对于双绕组变压器，70.511a()6.701ajRjXgekvIU（3.19）自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-6-272.311b()6.701bjRjXgekvIU（3.20）171.411c()2.531cjRjXgekvIU（3.21）③高压110kV绕组感应电势（E）及不对称系数1uK，按下式计算1a1aaEUU（3.22）1b1bbEUU（3.23）1c1ccEUU（3.24）其中：11001a3kvU1102401b3kvU1101201c3kvU正序分量21()1a(1)1a1b1c3aakvEEEE(3.25)负序分量21()1a(2)1a1b1c3aakvEEEE(3.26)电压（势）不对称系数1a(2)11a(1)100%uEKE(3.27)将各方案计算结果如表3.1所示。表3.1各方案计算结果（单位：kv）方案1aE1bE1cE1(1)aE1(2)aEuKA(5.89)61.6je236.558.0je118.262.0je(3.73)60.5je(68.8)2.54je4.2%B(5.06)62.4je(236.4)60.2je117.462.0je(3.75)61.7je(69.2)1.57je2.54%从上述比较可知，在保证电压质量方面，方案（A）和方案（B）的1uK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：21000026300KVA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）2802504(111.920.95)274.8（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2×0.95万元）自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-7-方案B：21600026300KVA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）29640.95195.8（3）方案A与方案B的年电能损耗计算及比较①方案A采用1210000110SFQY型和276300110SF型三相变压器，参数为：牵引变压器c21Pkwm76Pkwo%3.5Id%10.5U地区变压器15cPkw55mPkwo%2.5Id%10.5U按已知条件，可求牵引负荷的最大功率损耗时间为：1122qe()cosQLQLqS(3.28)由式（29）得q的值为4000小时。地区负荷max4500Th小时cos0.9，用插入法得，d（地区负荷）=2750小时。牵引变压器和地区变压器的年能量损耗QA和dA分别由式232x1Qcjcmjm2ε()1()3IAnPKQTnPKQI（3.29）2dcjcmjmε()1()()SAnPKQTnPKQS（3.30）求得（取无功经济当量jK=0.1）：由题中已知条件及公式（1）得2ε121.2IA，x2I各值已在前面求出。故代入数值得232222222x2ab2bc2ca12121.74631737.8IIIIA则将以上数值代入式（3.30）可以得出688745.6QAkwh②方案B采用2×SFS7-16000／110型三项三绕组变压器，其参数为：各绕组容量比100：100：50；c28PKW，m106P，o%1.1I各绕组短路电压d1%10.5U，d2%6.5U，d3%0U，。则依下式：自动化与电气工程学院电气化铁道供电系统与设计-8-22231212322222231211223322211()[()21()]cjcmjmmmSSSAnPKQTPnSSSSSSKQQQnSSS（3.31）由式（3.32）可求得年电能损耗为：1098549kwhA其中由式（1）得1εI=83.98A。23232'''2'2'211111()()()()xxabcSIIIII（3.32）由式（3.33）代入数值得22221(71.3)(64.7)(37.0)10638.