1、電氣化鐵道供電系統與設計課程設計指導手冊蘭州交通大學自動化學院電氣工程系2009-6-18電氣化鐵道供電系統與設計 課程設計學院：自動化學院 適用專業：電氣工程及其自動化課程設計名稱：電氣化鐵道供電系統課程設計 課程代碼 ：0508941學分數：1 學時數：16一、課程設計目的本課程設計是學生在學完電氣化鐵道供電系統與設計課程之后、進行的一個綜合性的教學實踐環節。通過本課程設計一方面使學生獲得綜合運用學過的知識進行牽引變電所主接線設計和電氣設備選型的基本能力，另一方面能鞏固與擴大學生的電氣綜合設計知識，為畢業設計做準備，為后續課程的學習及今后從事科學研究、工程技術工作打下較堅實的基礎。通過本課

2、程設計，學生能運用電氣基礎課程中的基本理論和實踐知識，正確地解決牽引變電所的電氣主接線設計等問題。通過牽引變電所的電氣主接線設計的訓練，提高電氣設計能力，學會使用相關的手冊及圖冊資料：1、掌握牽引變壓器容量計算的基本方法能夠根據牽引負荷的大小正確計算牽引變壓器的計算容量、校核容量和安裝容量。2、掌握牽引變電所110kV側主接線設計的基本方法能夠根據牽引變電所在牽引供電系統中的重要性，正確在電氣主接線的四種接線形式中進行選擇，做出110kV側主接線的設計。3、掌握牽引變壓器型號選擇的基本方法能夠根據變壓器的容量和牽引網向電力機車的供電方式正確選擇牽引變壓器的型號。4、掌握牽引變電所饋線側主接線設

3、計的基本方法能夠根據牽引變電所向接觸網的供電方式，正確進行饋線數目、備用方式和接線形式的和設計。5、掌握牽引變電所主接線中電氣設備選型的基本方法能夠正確對主接線中電氣設備某兩種，如：斷路器，隔離開關，電流互感器，電壓互感器，避雷器，自用電變壓器，地方負荷用變壓器等進行正確選型。二、課程設計的要求學生要按照課程設計指導書的要求，根據題目所給原始參數進行設計。本課程設計的基本步驟是：1、分析問題及解決方案框架確定2、牽引變壓器容量計算正確進行牽引變壓器的計算容量、校核容量和安裝容量的計算。3、牽引變電所110kV側主接線設計4、牽引變電所饋線側主接線設計5、確定電氣主結線6、*短路電流計算7、*母

4、線（導體）和主要一次電氣設備選擇8、*設計并繪制高壓配電裝置典型配電間隔（單元）的平面布置與斷面圖9、完成課程設計報告 原始數據分析：對重大技術問題進行必要的方案比較、論證和分析 按設計內容，完成全部計算過程，并將計算結果列表 繪制電氣主結線圖1張 選擇主接線中母線和開關電氣設備中的某兩種進行選型*設計并繪制高壓配電裝置典型配電間隔（單元）的平面布置與斷面圖注：標有“*”號的內容是選做內容。三、考核評估 通過計算、總結報告和學習態度綜合考評，并結合學生的動手能力，獨立分析解決問題的能力和創新精神。成績分優、良、中、及格和不及格五等。考核標準包括：1、課程設計的正確性。2、學生的工作態度、動手能

5、力、創新精神。3、總結報告。總成績評定：滿分為100分，總分=第一項成績×50%+第二項成績×20%+第三項成績×30%90-100分為優秀，80-89分為良好，70-79分為中等，60-69分為及格，60分以下為不及格。成績單上按優秀、良好、中等、及格和不及格填寫。四、課程設計實習題1、供變電工程課程設計指導書的牽引變電所A。2、供變電工程課程設計指導書的牽引變電所B。3、某牽引變電所位于大型編組站內，向兩條復線電氣化鐵路干線的四個方向供電區段供電，已知列車正常情況的計算容量為10000 kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機務段等地區負荷供電，

6、容量計算為3750 kVA，各電壓側饋出數目及負荷情況如下：25kV回路（1路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為，。10kV共12回路（2路備）。供電電源由系統區域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的中間，送電線距離15km，主變壓器為三相接線。4、某牽引變電所位于大型編組站內，向兩條復線電氣化鐵路干線的四個方向供電區段供電，已知列車正常情況的計算容量為20000 kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機務段等地區負荷供電，容量計算為1000 kVA，各電壓側饋出數目及負荷情況如下：25kV回路（2路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為，。10kV共6回

7、路（4路備）。供電電源由系統區域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的中間，送電線距離20km，主變壓器為三相接線。5、某牽引變電所位于大型編組站內，向兩條復線電氣化鐵路干線的兩個方向供電區段供電，已知列車正常情況的計算容量為27000 kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機務段等地區負荷供電，容量計算為2700 kVA，各電壓側饋出數目及負荷情況如下：25kV回路（1路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為，。10kV共4回路（2路備）。供電電源由系統區域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的首端，送電線距離30km，主變壓器為SCO

8、TT接線。6、某牽引變電所位于大型編組站內，向兩條復線電氣化鐵路干線的四個方向供電區段供電，已知列車正常情況的計算容量為15000kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機務段等地區負荷供電，容量計算為1200kVA，各電壓側饋出數目及負荷情況如下：25kV回路（1路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為，。10kV共4回路（2路備）。供電電源由系統區域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的終端，送電線距離25km，主變壓器為三相V-V接線。7、某牽引變電所甲采用直接供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，三相平衡接線，兩供電臂電流歸算到2

9、7.5kV側電流如下表所示。牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A甲24.6282363102320220.42403198741548、某牽引變電所乙采用直接供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，三相接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A乙18.321729581814813.31442186371449、某牽引變電所丙采用直接供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，三相V-V接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。牽引

10、變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A丙21.923831891720624.7184266105221710、某牽引變電所丁采用直接供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，單相V-V接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A丁19.414221980915223.216724897819811、某牽引變電所戊采用AT供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5kV，SCOTT接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。牽引變電所供電臂長度km端

11、子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A戊23.62062911086194109516860214412、圖1為某一負序網絡。圖中A、B為兩個牽引變電所，是為負序電流源，、分別為電力系統的負序電流和負序電壓監視點。其運行方式如下：（1） 線路（b）、（d）斷開。（2） 線路（a）、（c）斷開。求在上述運行方式下，各監視點、的負序電流分配系數。設監視點I的發電機容量為11.5´104kW，=0.8，允許承受持續負序電流8%，牽引供電系統提供的參數如圖1所示。試求監視點I的負序電流和監視點II的負序電壓是否超過允許值。列車對數（對）79/161追蹤間隔數n2333供電臂列車平均電流（

12、A）173161179157供電臂列車有效電流（A）182169188165供電臂平均電流（A）169/346235/483245/503148/306供電臂有效電流（A）178/363247/507257/528155/321供電臂帶電運行時間（min）16.827.42324圖1 牽引供電系統的參數13、教師自定綜合設計題目：要求：結合專業特點，難度不低于綜合設計題目推薦樣題（1-12）的難度。五、教材與參考書使用教材：1、電氣化鐵道供電系統與設計 李彥哲、胡彥奎等主編 蘭州大學出版社主要參考書：2、電力牽引供變電技術 賀威俊、高仕斌等主編 西南交通大學出版社3、電氣化鐵道設計手冊：牽引供

13、電系統 鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設計院編 中國鐵道出版社4、電氣化鐵道施工手冊：牽引變電所 鐵道部電氣化工程局第一工程處編 中國鐵道出版社5、交流電氣化鐵道牽引供電系統譚秀炳、劉向陽等主編 西南交大出版社6、電氣化鐵道并聯綜合補償及其應用李群湛主編 鐵道出版社7、供變電工程課程設計指導書學校教材科六、設計題目參考答案1、供變電工程課程設計指導書的牽引變電所A參考供變電工程課程設計指導書。2、供變電工程課程設計指導書的牽引變電所B參考供變電工程課程設計指導書。3、某牽引變電所位于大型編組站內，向兩條復線電氣化鐵路干線的四個方向供電區段供電，已知列車正常情況的計算容量為10000kVA（三相變

14、壓器），并以10KV電壓給車站電力照明機務段等地區負荷供電，容量計算為3750kVA，各電壓側饋出數目及負荷情況如下：25KV回路（1路備）：兩方向年貨運量與供電距離分別為，。10kV共12回路（2路備）。供電電源由系統區域變電所以雙回路110kV輸送線供電。本變電所位于電氣化鐵路的中間，送電線距離15km，主變壓器為三相接線。參考答案：（1）分析負荷及原始資料由上述資料可知，本牽引變電所擔負著重要的牽引負荷供電任務（一級負荷）、饋線數目多、影響范圍廣，應保證安全可靠的供電。10千伏地區負荷主要為編組站自動化駝峰、信號自動閉塞、照明及其它自動裝置等一部分為一級負荷、其他包括機務段在內均為二級負

15、荷，應有足夠可靠性的要求。本變電所為終端變電所，一次側無通過功率。（2）牽引變壓器臺數和容量的選擇三相牽引變壓器的計算容量是由牽引供電計算求出的。本變電所考慮為固定備用方式，按故障檢修時的需要，應設兩臺牽引用主變壓器，地區電力負荷因有一級負荷，為保證變壓器檢修時不致斷電，也應設兩臺。根據原始資料和各種負荷對供電可靠性要求，主變壓器容量與臺數的選擇，可能有以下兩種方案：方案A:2×10000千伏安牽引變壓器+2×6300 kVA地區變壓器，一次側同時接于110 kV母線，（110千伏變壓器最小容量為6300 kVA）。方案B:2×15000千伏安的三繞組變壓器，因1

16、0千伏側地區負荷與總容量比值超過15%，采用電壓為11027.510.5 kVA，結線為兩臺三繞組變壓器同時為牽引負荷與地區電力負荷供電。各繞組容量比為100:100:50。(3)各種方案主接線的擬定按110 kV進線和終端變電所的地位，考慮變壓器數量，以及各種電壓級饋線數目、可靠供電的需要程度選擇結線方式。（1）對于上述方案A，因有四臺變壓器，考慮110 kV母線檢修不致全部停電，采用單母線用斷路器分段的結線方式，如圖2（a），每段母線連接一臺牽引變壓器和地區變壓器。由于牽引饋線斷路器數量多，且檢修頻繁，牽引負荷母線采用帶旁路母線放入單母線分段（隔離開關分段）結線方式，10 kV地區負荷母線

17、同樣采用斷路器分段的單母線結線系統。自用電變壓器分別接于10 kV兩段母線上（兩臺）。（2）對于方案B，共用兩臺三繞組主變壓器、兩回路110 kV進線，線路太長，但應有線路繼電保護設備，故以采用節省斷路器數量的內橋結線較為經濟合理，如圖2（b）。牽引負荷母線結線和10千伏母線結線與方案（A）的結線相同。（a）方案（A）主接線（b）方案（B）主接線圖2各方案主接線圖(4)技術經濟比較因地區負荷占比例較大，且有部分為一級負荷，應保證必要的電壓質量，主要應檢驗電壓不對稱系數。然后進行兩種方案的經濟比較。I電壓不對稱系數的計算a）由已知牽引負荷容量，25kV側額定電流及每饋電區電流、，見圖3（a），分

18、別為：（1）cos=0.8（2）=0.655=138 A（因電流不對稱引入的系數k=0.655）（3）(a)形繞組中電流分配（b）每相牽引負荷電流與電壓向量圖圖3 三相牽引變壓器各繞組中電流分配及相位關系兩饋電區電流在形繞組中分配后，每相繞組電流為A（4）A（5）A（6）電流與電壓的相量關系如圖3（b）其中以為基準相。10千伏電壓側為三相對稱負荷，設cos=0.9則其額定電流和形繞組中每相電流分別為：A（7）（8）同理A（9）A（10）110kV高壓繞組中的電流，不計勵磁電流時，即為負荷電流歸算到高壓側的值。對于方案（A）僅考慮牽引負荷A（11）A（12）A（13）對于方案（B），應為牽引負荷

19、與地區負荷電流相量和，其值為：A（14）A（15）A（16）其中電壓變換系數，。b）高壓110千伏繞組中的阻抗壓降，已知參數為：三繞組16000千伏安變壓器=106 kW，%=10.5；雙繞組10000千伏安變壓器=63 kW，%=10.5。按式(16)和(17)分別求得高壓繞組的電阻及電抗為：(=110 kV)（17）（18）三繞組變壓器=2.51=79.47雙繞組變壓器=3.81=127.1高壓各相繞組阻抗壓降，由各相阻抗壓降三角形可知：對于三繞組變壓器，kV（19）kV（20）kV（21）對于雙繞組變壓器，kV（22）kV（23）kV（24）c）高壓110 kV繞組感應電勢（E）及不對稱

20、系數，按下式計算=-；其中：=kV（25）=-； =kV（26）=-； =kV（27）正序分量=（+a+）kV負序分量=（+a）kV電壓（勢）不對稱系數=100%將各方案計算結果如表1所示。表1 各主接線方案技術參數計算結果方案單位（kV）百分值A4.2%B2.54%從上述比較可知，在保證電壓質量方面，方案（A）和方案（B）的值在允許范圍以內。II變壓器與配電裝置的一次投資與折舊維修費方案A：2×10000+2×6300kVA變壓器四臺，多增加110kV斷路器四組，按SW3-110少油斷路器計算，共需（以萬元計）2×80+2×50+4×（11+

21、1.9+2×0.95）=274.8萬元（28）（每組斷路器包括斷路器及機構1臺、電流互感器1臺，及兩側隔離開關2臺，分別為11萬元、1.9萬元和2×0.95萬元）方案B：2×16000+2×6300kVA三繞組變壓器2臺，另增加變壓器前面和跨條隔離開關（110kV）4組共需（以萬元計）2×96+4×0.95=195.8萬元（29）III各方案的年電能損耗a）方案A采用2×SF1-QY-10000110型和2×SF7-6300110型三相變壓器，其參數為：牽引變壓器 =21千瓦，=76千瓦，%=3.5，%=10.5；

22、地區變壓器 =15千瓦，=55千瓦，%=2.5，%=10.5。按已知條件，可求牽引負荷的最大功率損耗時間為：h（30）地區負荷=4500小時，cos=0.9，用插入法得，（地區負荷）=2750小時。牽引變壓器和地區變壓器的年能量損耗和分別由式求得（取無功經濟當量=0.1）：其中=安；各值已在前面求出；A2故=446760+241985.6=688745.6千瓦時(31)b）方案B采用2×SFS7-16000110型三項三繞組變壓器，其參數為：各繞組容量比100：100：50；=28kW，%=1.1，=106千瓦，各繞組短路電壓%=10.5，%=6.5，%=0。則依下式：可求得年電能損

23、耗為：其中；=8000千伏安；。已知=4000小時，=2750小時，則代入上述各值后，得：千瓦時(32)c）由技術經濟全面比較表明，在保證同樣可靠性的前提下，方案B對地區負荷供電電壓質量較好，且投資和年運營費用都較低，又節省占地面積，故推薦方案B。圖4方案A 電氣主接線圖5 方案B 電氣主接線4、4-6題答案參考第3題。5、某牽引變電所乙采用直接供電方式向復線區段供電，牽引變壓器類型為110/27.5KV，三相接線，兩供電臂電流歸算到27.5kV側電流如下表所示。牽引變電所供電臂長度km端子平均電流A有效電流A短路電流A穿越電流A乙18.321729581814813.3144218637144參考答案：（1）首先計算牽引變壓器的容量主變壓器選定了三相YN,d