石太客专阳泉北牵引变电所系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

石太客专阳泉北牵引变电所系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

.改革开放后 ,国家确定了以经济建设为中心的基本路线 ， 电气化铁道建设迎来了蓬勃发展的春天 ， 开始从山区向平原 ， 由标准低的边远地区铁路向主要长大干线发展 .“ 六 五 ” 期间修建了京秦线、成渝线、贵昆线贵阳南至水城西、太焦线长治北至月山等电气化铁道 .共计 2506km， 比过去 20石家庄铁道大学毕业设计 2 年修建的总 和还多。 “ 七五 ” 期间修建了 2764km电气化铁道。 电气化开始进入陇海和京广繁忙干线 ， 同时还修建了我国第一条以运煤为主、开行万吨重载列车、年运量达 1 亿 吨 的大秦电气化铁道。 截止到 20xx 年十月我国电气化铁路总里程达到 26000km，点气化率达 %。 国外方面： 目前运行的时速 200 公里以上高速列车的国家有日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国、俄罗斯，正在积 极建设或规划建设的还有瑞士、奥地利、丹麦、加拿大、澳大利亚、韩国、印度等国。 从国外已运营和正在建设的高速铁路来看，电力牵引采用工频单相交流 25 kV 牵引制、最高运行速度为 300 km/h 及其以上的高速铁路中，全部采用的是 AT供电方式。 主要设计内容 本 设计的任务是完成石太客专阳泉北牵引变电所系统 设计 ： (1)经过方案比较确定本段牵引供电方案，区段供电的供电方式，变压器接线方式[1]。 (2)通过既有数据进行负荷计算，来选择主变压器安装容量以及台数。 (3)进行短路计算，包括一次侧短路计算、二次侧 短路计算。 并以此来进行保护选择，以及变电所中的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备必须依据短路计算的结果。 (4)最后 ， 进行牵引变电所的谐波的分析和无功功率补偿分析 [2]。 石家庄铁道大学毕业设计 3 第 2 章 牵引变电所供电方案及主接线设计 外部电源供电介绍 山西电网是我国重要的火电基地，是我国北部“西电东送”的重要通道，电能输出量高居全国第一，目前已经形成 500 千伏电网为骨干、重点负荷区以 220千伏为环网的电网格局 ， 全省共有 500 千伏线路 11 条计 949 公里， 500 千伏变电站 5 座，变电容量 1200 万千伏安； 220 千伏线路 124 条计 5232 公里， 220 千伏变电站 51 座，变电容量 万千伏安。 到 20xx 年 底 ， 全 省电力装机容量 达 到 2370万千瓦。 石太客专沿线 有 太原一厂 ( 万千瓦 )、二厂 ( 万千瓦 )、阳泉二厂 (250万千瓦 )、阳光电厂 (120 万千瓦 )、娘子关 (40 万千瓦 )和娘子关二电厂 (120 万千瓦 )等电源点 ， 拥有侯村 500kV 变电站和阳泉东等诸多 220kV 变电站，完全能够满足石太客专的牵引供电需要。 依据 山西省科电电力设计院设计 的“ 阳泉北牵引变电所 外部电源配套工程可行性研究”文件，本设计 阳泉北 牵引变电所， 由温池 220kV 地区变电站出双回220kV 架空线供电。 如图 21 所示。 图 21 阳泉北牵引变电所供电分布图 阳泉北牵引变电所采用带跨条分段的两路进线接线方式，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。 接触网的供电方案的确定 根据设计资料可知石太客专是复线铁路，在我国普遍采用复线一边供电方式。 因此本线采用单边末端并联供电。 两相邻接牵引变电所之间毗邻的供电臂上、下行接触网电压皆属同相。 在接触网供电分段的末端用分区亭中的断路器连接起来，石家庄铁道大学毕业设计 4 形成复线单边末端供 电。 单边末端并联供电时，机车由上、下行接触网两线路并联供电，从而使每条接触网中的电流减小，接触网中的电压损失和电能损失显著减小，故目前普遍采用此种方式。 在正常情况下，上、下行接触网在 AT 所、分区所处并联，实现上下行接触网并联供电，在分区所设置越区开关，可实现越区供电。 向电力机车的供电方案 牵引网向电力机车的供电方式有直接供电 (DF)方式、带回流线的直接供电(DN)方式 、 自耦变压器供电 (AT)方式、吸流变压器供电 (BT)方式和同轴电力电缆供电 (CC)方式等 [3]。 AT 供电方式也就是采用自耦变压器的 供电方式。 这种方式由接触网、钢轨、正馈线和自耦变压器组成供电回路，并在接触网和正馈线之间每隔 1015 公里并入一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨连接。 在 AT 牵引变电所中，牵引变压器将 220 千伏三相电降压成单相 55 千伏，则钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端的电压的一半即。 如图 22 所示，这里的回流线为负馈线 F。 AT 并联于牵引网中，不仅克服了BT 传入方式中产生的 BT 分段方式的缺陷，还使供电电压成倍提高，牵引网阻抗减小，供电距离增长，一般可达 10km(约为直接供电方式的 170%~200%)，牵引网上的电压损失和电能损失都减小。 还可以使钢轨电位降低，从而抑制了通信干扰。 能够实现机车电流由左右两侧接触我那个双边供电，越区供电能力大大加强。 图 22 AT 供电方式 牵引供电系统的设计应确保安全可靠，本线坡度大，近期运行 5000t 重载列车， AT 供电方式是一种适于高速、重载等大电流运行的牵引供电方式。 因此采用AT 供电方式。 牵引变电所主接线方式选择 石家庄铁道大学毕业设计 5 电气主接线设计的基本要求 主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受 和分配电能的电路。 它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。 概括地说，对主接线的基本要求主要有四个方面的内容 :安全、可靠、灵活和经济。 安全包括设备安全及人身安全。 要满足这一点，必须按照国家标准和规范的规定，正确选择电气设备及正常情况下的监视系统和故障情况下的保护系统，考虑各种人身安全的技术措施。 可靠就是主接线应满足对不同负荷的不中断供电，且保护装置在正常运行时不误动、发生事故时不拒动，而且能尽可能的缩小停电范围。 为了满足可靠性要求，主接线应力求 简单清晰。 灵 活是指用最少的切换，能适应不同的运行方式，适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使发生故障时停电时间最短，影响范围尽可能缩减到最小。 经济是指在满足了以上要求的条件下，保证需要的设计投资最少。 因此，主接线的设计应满足可靠性和灵活性的前提下，做到经济合理。 主要应从投资小、占地面积少、电能损耗小等几个方面进行综合考虑。 它反映了牵引变电所的基本结构和功能。 在设计中，主接线的确定对牵引变电所的电气设备的选择、配电装置布置以及牵引变电所的技术经济指标都具有重要的影响 [4]。 总的来说，对主 接线的要求主要是可靠性和经济性两个方面。 变压器接线的方案比较 三相 220kV 侧主变压器的接线方式是本次设计中的重要设计设备， 其接线方式的选择对主接线有着非常大的影响，其接线形式有单相 V,v 接线变压器、三相V,v 接线变压器、三相 YN,d11 接线变压器、斯科特接线变压器等 [4]。 (1)单相 V， v 接线牵引变压器接线 原理电路图如图 23 所示。 牵引变电所装设四台单相 V,v 接线变压器，其中两台并联运行，两台备用。 单相 V,v 接线牵引变电所的特点： 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荷； 主接线较简单，设备较少，投资较省； 石家庄铁道大学毕业设计 6 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。 23 单相 V， v 接线牵引变电所的原理电路图 (2)三相 V， v 接线牵引变压器接线 原理电路图如图 24 所示。 三相 V,v 接线牵引变电所保持了单相 V,v 接线牵引变电所的主要优点，最可取的是解决了单相 V,v 接线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。 同时，三相 V,v 接线变压器有两台独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；两台的副边电压可以相同，也可以不相同，有利于实现分相有载或无载调压 [5]。 图 24 三相 V,v 接线牵引变电所的原理电路图 (3)三相 YN,d11 接线牵引变压器接线 这种牵引变电所中装设两台三相 YN,d11 接线牵引变压器，一台运行，另一台石家庄铁道大学毕业设计 7 固定备用。 其原理 如图 25 所示。 图 25 三相 YN,d11 接线牵引变压器原理图 这种接线方式的特点： 运行可靠方便；能很好的适应山区单线电气化铁路牵引负载不平衡的特点；制造相对简单，价格较便宜；牵引变压器容量不能得到充分利用；与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些，工程投资较多，检修维护工作量也有所增加。 (4)斯科特接线牵引变压器 图 26 斯科特接线牵引变压器原理图 这种接线方式通过两台斯科特接线牵引变压器把对称三相电压变换成对称二相 电压，用其一相供应一边供电分区，另一相供应另一供电分区。 其原理 如图 26所示。 其特点是：当 T1 和 T2 两个供电分区的负荷电流相等，功率因数也相等时斯科特接线变压器的原边三相电流对称。 牵引变压器制造难度较大，一次侧中性点 石家庄铁道大学毕业设计 8 不能抽出接地 (因为接地时 T 变负荷会引起零序电流 )，必须采用全绝缘线圈，造价高 [6]。 方案比较结果： 经比较，本设计选用三相 V, v 接线变压器，相应的变电所应为三相 V, v 接线牵引变电所。 当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成 桥形结线。 四个连接元件仅需三个断路器，配电装置结构也较简单。 按中间横向桥接母线位置不同可分为：内桥形 ,外桥形。 本次设计接线采用内桥接线方式。 牵引变电所 侧采用单母线隔离开关分段接线型式，馈线采用上、下行馈线断路器互相备用的方式；设置两组并联电容补偿装置。 牵引 变电所位置的确定 (1)所址选择原则 ： 架空电源进线、馈出线上网走廊畅通； 尽量少占农田，不占良田，公路便于引入所内，且力求短捷，便于设备运输； 避免设在有严重污秽的地区； 尽量避开高填方、拆迁大量建筑物、隧道及高架桥处、名胜古迹以及有地下设施的地区； 牵引变电所的所址高程应在百年一遇的洪水位之上；其余所的所址高程应在五十年一遇的洪水位以上； 确定所址时，考虑与电台、雷达站、机场、弱电线路以及地下管道、电缆、储油设施等邻近设施和周围环境的相互影响。 根据以上原则结合实际情况进行阳泉北牵引变电所的选址。 牵引变电 所设置在露天，设置靠近负荷中心并且尽量离电源点近，这样有利于减少电源线路的损耗 [7]。 分区所 ： 每个供电臂的上、下行接触网之间用两台断路器相联，正常运行时，断路器闭合，实现供电臂上下行并联供电。 在每个供电臂的两台断路器内侧设有两台自耦变压器，每台自耦变压器通过电动隔离开关联接，互为备用。 当正在运行的自耦变压器故障时，通过断路器跳闸，使故障自耦变压器退出运行。 在每回进线上均设置氧化锌避雷器用于过电压保护。 不同供电臂通过电动隔离开关实现越区供电。 石家庄铁道大学毕业设计 9 柱上式分区所 ： 供电臂的上、下行通过接触网电动隔离开关实现 供电臂上下行并联供电。 AT 所 ： AT 所与分区所的接线方案类同，通过 2 台断路器实现上、下行并联供电，自耦变压器通过电动隔离开关接在 2 台并联断路器之间。 根据以上方案确定阳泉北牵引变电所位于东凌井与井陉北牵引变电所之间。 牵引变电所按不设自耦变压器， AT 所设两台自耦变压器，一台运行，一台备用；分区所设四台自耦变压器，两台投入运行，两台备用。 分区所兼开闭所 ： 从上下行接触网引入两路电源，一主一备工作方式；母线为单母线分段接线方式，馈线采用带旁路母线的接线型式。 阳泉北牵引变电所的大体位置可以确定下来，如图 27 所示。 图 27 牵引变电所位置 石家庄铁道大学毕业设计 10 第 3 章 牵引变压器的选择和负荷计算 设计依据 铁路等级：客运专线，近期兼顾货运； 正线数目：双线； 速度目标值：远期最高速度 250km/h ；近期最高运营速度 200km/h ，中速列车 160km/h ，货车最高速度 120km/h ； 最小曲线半径： 5000m ； 正线线间距：一般为 ； 到发线有效长度： 1050m，双机 1080m； 牵引种类：电力； 机车类型：客运：高速列车，动车组；中速列车， SS9 ； 货运：大功率交流电力机车； 牵引质量：客运：高速列车 400 800t～ ，中速列车 900 1000t～ ； 货运： 5000t 列车最小追踪间隔：客车 4min ，货车 5min 牵引供电方式： AC 、单相、 50Hz 25kV、 ； 客车列车类型：电动车组 (单列 8 辆编组、重联 16 辆编组 )、电力机车 (18 辆编组 )；。