轨道交通供电课程设计.doc

xx大学轨道交通供电课程设计报告题 目：某交流牵引混合主变电所主接线设计院 系 信息工程学院 专 业 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx学 号 xxxxxxxxxxxxxx 学生姓名 xxxxx 指导教师 xxxxxxx 日期：2015年1月17日目 录1课程设计的意义11.1题目11.21负荷分析11.21负荷计算12方案的论证和设计22.1变压器的选择22.1.1绕组的选择22.1.2台数和容量的选择22.2主接线方案设计与论证32.3.1牵引变电所110kV侧主接线设计42.3.2牵引变电所馈线侧主接线设计42.3.3主接线方案的确定43.2系统的等效网络图53.2.1各元件的电抗标幺值63.3各点的短路电流计算63.31 d1点的短路电流计算63.32 d2点的短路电流计算73.33 d3点的短路电流计算73.34短路计算结果汇总84 电气主设备的选择与校验84.1 高压断路器的选择与校验84.1.2 高压断路器的校验94.2 高压隔离开关的选择与校验94.2.1 高压隔离开关的选择94.2.2 高压隔离开关的校验94.3电气设备选型汇总105 课程设计体会106参考文献111课程设计的意义本人认为有几方面的意义：1、加深对轨道供电系统的理解。2、学会选用适合的接线方式。3、熟悉AUTO CAD的使用。4、熟悉短路计算的方法。5、学会电气设备的选择与校验。本文先分析、计算负荷，再设计和论证变压器与主接线的方案。得到具体的线路，计算短路电流，这样就可以选择主要的电气设备了。1.1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10000 kVA（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3750 kVA，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Q1L1=3260Mtkm， Q2L2=3025Mtkm，q=100kWh/10ktkm。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。根据上述要求，进行必要的分析，选择合适的供电方案，绘制变电站主接线图，包括进线与出线配电设计，对主要的开关及电气设备完成选型。1.2负荷分析与计算1.21负荷分析 作为一个110kv的变电所，轨道交通的供电的用电是一级负荷，如果断电会造成重大的人身安全问题，所以供电要十分的可靠。有两回110kv的进线，2种等级的出线。其中，25kv 6条，10kv 12条。1）25kv负荷的分析在几个负荷中，作为一级负荷，停电会造成严重的产品问题或人身安全。 2）10kv负荷的分析在车站电力照明机务段中，车上的控制设备、自动设备作为一级负荷，而电力照明作为二级负荷。总的来说，此变电所在电力系统中有着重要的地位。1.21负荷计算25kv的负荷容量为10000 kVA，10kv的负荷容量为 3750 kVA。假设两侧的负荷的功率因素cos=0.9 。侧变电所的容量为 S=（10000+ 3750）/0.9=15277最大持续工作电流Imax=1.05*S/(cos*3*U)110kv侧最大持续工作电流Imax=1.05*（10000+ 3750）/(0.9*3*115)=80A25kv侧最大持续工作电流Imax=1.3*10000/(0.9*3*27.5)=303A10kv侧最大持续工作电流Imax=1.3*3750/(0.9*3*10.5)=298A 2方案的论证和设计2.1变压器的选择本系统无特殊要求，可采用冷风冷却的。2.1.1绕组的选择绕组的形式主要有双绕组和三绕组。 规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备比两台双绕组变压器都较少。具有三种电压等级的变电所，各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上或低压侧虽无负荷，需装设无功补偿设备时，变压器一般先用三绕组变压器。 在本系统中，10kv的负荷占到了37.5% ,所以优先考虑三绕组变压器。而采用双绕组变压器，即要用4个变压器，不划算。所以用两个三绕组变压器。2.1.2台数和容量的选择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：方案一:210000千伏安牵引变压器+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）。方案二:216000千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。轨道交通供电作为一级负荷，为提高可靠性，所以采用两台变压器。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。 有两台及以上主变压器的变电所其中一台是当停运后其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60-70%。并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。为提高可靠性，两变压器并联运行。而一个变压器断电要保证另一个变压器的能提供全系统的70%的容量。两个变压器并列运行。假设两个变压器平分负荷，单个变压器要满足该段的负荷。Sa=S/2=15277/2=7638.5kva为了满足其中一个变压器固障时，另一个变压器要能提供所有负荷的用电。所以变压器的容量要大于所有负荷的容量，即SnS=15277kva 查看110kv三绕组变压器的技术参数。采用SFSZ7-16000/110。其技术参数如表2-1所示。表2-1 SFSZ7-16000/110技术参数型号额定容量额定电压联结组别阻抗电压（高中）阻抗电压（高低）阻抗电压（中低）SFSZ7-16000/11016000KVA12122.5%/27.52.5%/10.5kVYnyn0d1110.5%18%6.5%2.2主接线方案设计与论证参考设计规范： 电力工程电气设计手册 GB 5005992 10kV及以下变电所设计规范GB5005394GB 5005992第103条上述年限是指工程预定投产之日算起的510年。并要适当考虑今后变电所在布置上有再扩建的可能性。第325条 610kV主接线线路12回及以上用双母线第323条规定当35-63kV线路为8回及以上、110kV线路为6回及以上时，采用双母线接线。对于单母线分段适用于110-220KV配电装置，出线回路数为3-4回；35-65KV配电装置，出线回路为4-8回；3,6-10KV配电装置，出线回路为6回及以上。单母线分段带旁路母线接线适用于较多的应用于110kV220 kV进出线回路多的变电所。外桥接线适用于双线双变的水电站、变电所35220kV侧，主变年负荷利用小时数高（不经常切换），而线路较短（故障多）场合。双母线接线有较高的可靠性，广泛用于出线带电抗器的610kV配电装置；3560kV出线数超过8回，负荷较大时；110220kV出线数为5回及以上时。2.3.0主接线方案初步的分析表2-2 主接线方案初步的分析单母线分段10-220KV配电3-4回；35-65KV配电4-8回；3,6-10KV配电装置 6回较符合单母线分段带旁路母线110kV220 kV回路多35-65KV重要用户本系统110kv回路只有两条，不太适合。35kv负荷可以考虑。桥式接线双线双变的水电站、变电所35220kV侧可以考虑双母线接线3560kV出线数超过8回10220kV出线数为5回及以上610kV主接线线路12回及以上本系统10kv回路12两条，比较适合一台半断路器中大型发电厂、变电所不太适合由上面的分析可知，对于25kv侧的负荷，可以选用单母线分段或单母线分段带旁路母线。对于10kv侧的负荷，可以选用双母线分段。对于110kv侧的负荷，可以选用单母线分段或桥式接线。2.3.1牵引变电所110kV侧主接线设计采用单母线分段还是外桥。侧主接线的设计 110KV侧初期设计2回进线2回出线，最终2进线4回出线，由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知： 110KV侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。 110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点： 供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电； 调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线： 扩建方便； 在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。但是，对于110kv侧的负荷，采用桥式接线，接线简单，用地面积更少，投资少一点。也方便扩建成单母线分段。 共用两台三绕组主变压器、两回路110 kV进线，线路太长，但应有线路继电保护设备，故以采用节省断路器数量的外桥结线较为经济合理 故110KV侧采用外桥的连接方式。2.3.2牵引变电所馈线侧主接线设计对于25kv侧的负荷，一般每2至4条馈线设一旁路断路器。通过旁路母线、旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。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。为了提高供电的可靠性，25kv侧的负荷用单母线分段带旁路母线。610kV主接线线路12回及以上用双母线，因此，10kv牵引变电所馈线侧主接线采用双母线。2.3.3主接线方案的确定综合考虑上述的经济性、可靠性、灵活性。牵引变电所110kV侧主接线外桥的连接方式。25kv牵引变电所馈线侧主接线都采用单母线分段带旁路母线。10kv牵引变电所馈线侧主接线采用双母线。3 短路电流计算3.1基准值的设定选定基准容量Sb = 100MVA，基准电压为Ub1 = 115KV，Ub2 = 27.5KV，Ub3 = 10.5KV，计算出的基准值结果如表3-1所示。表3-1 计算出的基准值Ub(kv)Ub1 115Ub2 27.5Ub3 10.5Ib(ka)0.52.015.5Xb132.257.91.13.2系统的等效网络图电力系统的简化图如图3-1所示。图3-1 电力系统的简化图阻抗等效网络图如图3-2所示。图3-2 阻抗等效网络图3.2.1各元件的电抗标幺值为了短路点的电流更加准确，假设一个电力系统的标幺值得X0*，X0*=0.1X1*为输电线路L1=15km的标幺值,其中，架空线路的单位长度电阻为X0=0.35输电线路的标幺值X1* = X0*L1*Sb/Ub12=0.35*15*100/1152=0.04变压器的电抗标幺值X*计算。Uk(1-2)%=10.5% Uk(1-3)%=18% Uk(2-3)%=6.5%Uk1%=1/2Uk(1-2)%+ Uk(1-3)%- Uk(2-3)%=11Uk2%=1/2Uk(1-2)%+ Uk(2-3)%- Uk(1-3)%=7Uk3%=1/2Uk(2-3)%+ Uk(1-3)%- Uk(1-2)%= -0.5Sn为变压器的容量，Sn=16MW变压器高压侧电抗标幺值Uk1*= Uk1%*Sb/(100*Sn)=11*100/(100*16)=0.6875变压器中压侧电抗标幺值Uk2*= Uk2%*Sb/(100*Sn)=7*100/(100*16)=0.4375变压器低压侧电抗标幺值Uk3*= 0 ；Uk3%为负数所以为0。3.3各点的短路电流计算以下的计算按无限大容量的系统来计算。3.31 d1点的短路电流计算d1处的阻抗等效网络图如图3-3所示。图3-3 d1处的阻抗等效网络图到d1处的总电抗标幺值X*（d1）= X0*+X1*=(0.1+0.04)/2=0.07三相短路电流周期分量有效值I（d1）=Ib1/ X*（d1）=0.5/0.07=7.143（KA）次暂态和和稳态短路电流相等I”=I*= I（d1）=7.143（KA） 冲击电流ish=2.55 I”=2.557.143=18.21（KA）冲击电流有效值Ish =1.51I”=1.517.143=10.78（KA）短路容量为：Sd1=Sd/ X*（d1） =100/0.07=1428（MVA） 3.32 d2点的短路电流计算d2处的阻抗等效网络图如图3-4所示。图3-4 d2处的阻抗等效网络图到d2处的总电抗标幺值X*（d2）= X0*/2+X1*/2+(Uk1*+Uk2*)/2=(0.1+0.04)/2+(0.6875+0.4375)/2=0.6325三相短路电流周期分量有效值I（d2）=Ib1/ X*（d2）=2.01/0.6325=3.18（KA） 次暂态和和稳态短路电流相等I”=I*= I（d2）=3.18（KA）冲击电流：ish=2.55 I”=2.553.18（KA） =8.109（KA）冲击电流有效值：Ish =1.51I”=1.513.18（KA） =4.8（KA）短路容量为：Sd1=Sb/ X*（d2） =100/0.6325=158.1（MVA） 3.33 d3点的短路电流计算d3处的阻抗等效网络图如图3-5所示。图3-5 d3处的阻抗等效网络图到d3处的总电抗标幺值X*（d3）= X0*/2+X1*/2+(Uk1*+Uk3*)/2=(0.1+0.04)/2+0.6875/2=0.414三相短路电流周期分量有效值I（d3）=Ib3/ X*（d3）=5.5/0.414=13.28（KA） 次暂态和和稳态短路电流相等I”=I*= I（d3）=13.28（KA）冲击电流ish=2.55 I”=2.5513.28（KA） =33.864（KA）冲击电流有效值Ish =1.51I”=1.5113.28（KA） =20.05（KA）短路容量为：Sd1=Sb/ X*（d3） =100/0.414=241.55（MVA） 3.34短路计算结果汇总计算出的短路计算结果汇总3-2所示。表3-2 计算出的短路计算结果汇总 类型短路点基准电压 （kV）三相短路稳态电流（kA)冲击电流（kA）ish冲击电流有效值（kA）短路容量（MWA）d11157.14318.2110.781428d227.53.188.1094.8158.1d310.513.2833.86420.05241.554 电气主设备的选择与校验4.1 高压断路器的选择与校验110kv侧最大持续工作电流Imax=1.05*（10000+ 3750）/(0.9*3*115)=80A25kv侧最大持续工作电流Imax=1.3*10000/(0.9*3*27.5)=303A10kv侧最大持续工作电流Imax=1.3*3750/(0.9*3*10.5)=298A 4.1.1 高压断路器的选择额定电压选择：UNUNs, 额定电流选择：INImax， 分断电流IocI根据这些条件，初步选定几个高压六氟化硫断路器，高压六氟化硫断路器主要技术参数如表3-3所示。表3-3 高压六氟化硫断路器主要技术参数数据 名称LW25-126LW17-27.5LN2-12额定电压 kV 110 40010最高额定电压kV 127.512额定电流A 1250 12501250额定短时耐受电流 kA( It) 31.5(4S)25(4S)25(4S)额定峰值耐受电流 kA（Imax(3)） 806363额定短路开断电流kA31.52525全断开时间s0.060.040.044.1.2 高压断路器的校验热稳定校验：It2tQk= I2t动稳定校验：Imax(3) ish对于110断路器热稳定校验：It2tQk It2t=31.524=3969 Qk =7.1432*4=204, 热稳定校验满足动稳定校验： Imax(3)=80KA 18.41KA 满足动稳定要求25kv与10kv的校验类似，不再列举。4.2 高压隔离开关的选择与校验4.2.1 高压隔离开关的选择额定电压选择：UNUNs, 额定电流选择：INImax，根据这些条件，初步选定几个高压隔离开关，高压隔离开关主要技术参数如表3-4所示。表3-4 高压隔离开关主要技术参数数据名称GW4-110GGN2-25TGN1-10额定电压 kV1102510最高额定电压kV12627.511.5额定电流A630400600额定短时耐受电流 kA( It) 31.5(4S)14(5S)20(4S)额定峰值耐受电流 kA（Imax(3)） 5052604.2.2 高压隔离开关的校验热稳定校验：It2tQk= I2t动稳定校验：Imax(3) ish对于110隔离开关热稳定校验：It2tQk It2t=31.524=3969 Qk =7.1432*4=204, 热稳定校验满足动稳定校验： Imax(3)=50KA 18.41KA 满足动稳定要求25kv与10kv的校验类似，不再列举。4.3电气设备选型汇总电气设备选型汇总如表3-5所示。表3-5 电气设备选型汇总名称型号变压器SFSZ7-16000/110110kv断路器LW25-12625kv断路器LW17-27.510kv断路器LN2-12110kv隔离开关GW4-110G25kv隔离开关GN2-25T10kv隔离开关GN1-105 课程设计体会1、加深对轨道供电系统的理解。轨道交通供电是在大三上学期的时候学习，很多已经忘记，本次课程设计给了重新学习，综合运用的机会。对轨道交通供电的电能产生、转换、传输、分配、利用有了更好的理解。2、学会查标准，学会选用适合的接线方式。其实今个学期也有一个课程设计，是做一个发电厂的，它也是要选择主接线的，之前就是看书的，现在会通过查标准来确定主接线。其实，电气方面的，没有随便两个字的，标准就是标准，是一就是一，不然，你的设计就有可能出现问题3、熟悉AUTO CAD的使用。大一的时候，我没有想过我会从事成套设备的电气设计工作，结果，我还是做了这方面的工作。AUTO CAD 就是作为我的工具了，通过本次课程设计，算给自己一个练习的机会。4、熟悉短路计算的方法和加强对数据分析的能力。老师没有提这一方面，但是，我觉得在短路计算方面的进步。之前对标幺值，冲击电流、次暂态短路电流的概念相对模糊，经过今次的苦思，对短路计算理解了。计算出来的结果有多个，建立一个计算结果表，数据就显得清晰明的。5、学会电气设备的选择与校验。主要的选择条件有：设备的额定电压大于电网的最大电压；额定电流选择大于所在线路的最大持续工作电流；当然要考虑的东西还有许多，比如动稳定，热稳定，还的当地的自然条件等。本人觉得这方面的知识非常的实用。总的来说，轨道供电的知识，学会查标准，熟悉AUTO CAD的使用，对我将要从事成套设备的工作很有帮助。6参考文献1徐亚辉主编. 城市轨道交通供变电技术M. 北京:机械工业出版社, 2012. 2熊信银主编，发电厂电气部分M.中国电力出版社，2013. 88-1263何仰赞，温增银主编. 电力系统分析M. 北京:中国电力出版社，2010. 32-454刘介才. 供配电技术M. 北京：机械工业出版社, 2014.5弋东方. 电力工程电气设计手册M. 北京:中国电力出版社, 2014.