牽引供電課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、 題目1</b></p><p>　　二、 題目分析及解決方案框架確定1</p><p>　　2.1 變壓器容量和臺(tái)數(shù)選擇1</p><p>　　2.2 主接線方案擬定2</p><p&g

2、t;<b>　　三、 設(shè)計(jì)過程3</b></p><p>　　3.1 電壓不對(duì)稱系數(shù)計(jì)算3</p><p>　　3.2 變壓器與配電裝置的一次投資與折舊維修費(fèi)6</p><p>　　3.3 各方案的電能損耗7</p><p>　　四、 設(shè)計(jì)方案分析10</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)

3、12</p><p><b>　　一、 題目</b></p><p>　　某牽引變電所位于大型編組站內(nèi)，向兩條復(fù)線電氣化鐵路干線的三個(gè)方向饋電區(qū)段供電，已知列車正常情況的計(jì)算容量為12000kVA（三相變壓器），并以10kV電壓給車站電力照明機(jī)務(wù)段等地區(qū)負(fù)荷供電，容量計(jì)算為3850kVA。各電壓側(cè)饋出線數(shù)目及負(fù)荷情況如下：</p><p>　

4、　25kV回路（1路備）：兩方向年貨運(yùn)量與供電距離分別為Q1L1=33×60Mt.Km;</p><p>　　Q2L2=31×25Mt.Km，KR=0.2，△q=100KWh/Kt.Km 。</p><p>　　10kV回路（2路備）：供電電源由系統(tǒng)區(qū)域變電所以雙回路110KV輸送線供電。</p><p>　　本變電所是終端變，送電線距離10kM

5、。</p><p>　　主變壓器為三相接線，要求：畫出變電所得電氣主接線。（包括變壓器容量計(jì)算；各種方案主接線的比較；主設(shè)備的選擇；）</p><p>　　二、 題目分析及解決方案框架確定</p><p>　　2.1 變壓器容量和臺(tái)數(shù)選擇</p><p>　　由題意知，本牽引變電所擔(dān)負(fù)著重要的牽引負(fù)荷供電任務(wù)（一級(jí)負(fù)荷）、饋線數(shù)目多、影響范圍

6、廣，應(yīng)保證安全可靠持續(xù)性的供電。10千伏地區(qū)負(fù)荷主要為編組站自動(dòng)化駝峰、信號(hào)自動(dòng)閉塞、照明及其自動(dòng)裝置等一部分為一級(jí)負(fù)荷、其他包括機(jī)務(wù)段在內(nèi)的自用電和地區(qū)三相負(fù)載等均為二級(jí)負(fù)荷，也應(yīng)滿足有足夠安全可靠供電的要求。本變電所為終端變電所，一次側(cè)無通過功率。</p><p>　　三相牽引變壓器的計(jì)算容量是由牽引供電計(jì)算求出的。本變電所考慮為固定備用方式，按故障檢修時(shí)的需要，應(yīng)設(shè)兩臺(tái)牽引用主變壓器，地區(qū)電力負(fù)荷因有一級(jí)負(fù)

7、荷，為保證變壓器檢修時(shí)不致斷電，也應(yīng)設(shè)兩臺(tái)。</p><p>　　因沒有校核容量，只考慮計(jì)算容量來選擇變壓器，牽引變壓器計(jì)算容量為12000kVA,故選擇容量為12500kVA的變壓器，而地區(qū)變壓器選擇6300kVA變壓器。</p><p>　　根據(jù)原始資料和各種負(fù)荷對(duì)供電可靠性要求，主變壓器容量與臺(tái)數(shù)的選擇，可能有以下兩種方案：</p><p>　　方案A:2&#

8、215;12500kVA牽引變壓器+2×6300kVA地區(qū)變壓器，一次側(cè)同時(shí)接于110kV母線，（110千伏變壓器最小容量為6300kVA）。</p><p>　　方案B:2×16000kVA的三繞組變壓器，因10千伏側(cè)地區(qū)負(fù)荷與總?cè)萘勘戎党^15%，采用電壓為110／25／10.5kVA，結(jié)線為兩臺(tái)三繞組變壓器同時(shí)為牽引負(fù)荷與地區(qū)電力負(fù)荷供電。各繞組容量比為100:100:50。</p

9、><p>　　2.2 主接線方案擬定</p><p>　　按110kV進(jìn)線和終端變電所的地位，考慮變壓器數(shù)量，以及各種電壓級(jí)饋線數(shù)目、可靠供電的需要程度選擇結(jié)線方式。</p><p>　?。?）對(duì)于上述方案A，因有四臺(tái)變壓器，考慮110kV母線檢修不致全部停電，采用單母線用斷路器分段的結(jié)線方式，如圖2-1，每段母線連接一臺(tái)牽引變壓器和地區(qū)變壓器。由于牽引饋線斷路器數(shù)量多

10、，且檢修頻繁，牽引負(fù)荷母線采用帶旁路母線放入單母線分段（隔離開關(guān)分段）結(jié)線方式，10kV地區(qū)負(fù)荷母線同樣采用斷路器分段的單母線結(jié)線系統(tǒng)。自用電變壓器分別接于10kV兩段母線上（兩臺(tái)）。</p><p>　?。?）對(duì)于方案B，共用兩臺(tái)三繞組主變壓器、兩回路110kV進(jìn)線，線路太長(zhǎng)，但應(yīng)有線路繼電保護(hù)設(shè)備，故以采用節(jié)省斷路器數(shù)量的內(nèi)橋結(jié)線較為經(jīng)濟(jì)合理，如圖2-2。牽引負(fù)荷母線結(jié)線和10千伏母線結(jié)線與方案A的結(jié)線相同。

11、</p><p>　　圖2-1 方案A主接線</p><p>　　圖2-2 方案B主接線</p><p><b>　　三、 設(shè)計(jì)過程</b></p><p>　　3.1 電壓不對(duì)稱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　發(fā)生地因地區(qū)負(fù)荷占比例較大，且有部分為一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)保證必要的電壓質(zhì)量，主要應(yīng)檢驗(yàn)電壓不對(duì)

12、稱系數(shù)。然后進(jìn)行兩種方案的經(jīng)濟(jì)比較。</p><p>　　由已知牽引負(fù)荷容量，25kV側(cè)額定電流及每饋電區(qū)電流、，見圖3-1，分別為（其中電流不對(duì)稱引入的系數(shù)k=0.655）：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b

13、>　　（3-3）</b></p><p>　　圖3-1 三角形繞組中電流分配</p><p>　　圖3-2 每項(xiàng)牽引負(fù)荷電流與電壓向量圖</p><p>　　兩饋電區(qū)電流在△形繞組中分配后，每相繞組電流為</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p><b

14、>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　電流與電壓的相量關(guān)系如圖3-2其中以為基準(zhǔn)相。</p><p>　　10千伏電壓側(cè)為三相對(duì)稱負(fù)荷，設(shè)則其額定電流和△形繞組中每相電流分為：</p><p><b>　?。?-7）</b>&

15、lt;/p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　同理</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　110kV高壓繞組中的電

16、流，不計(jì)勵(lì)磁電流時(shí)，即為負(fù)荷電流歸算到高壓側(cè)的值。</p><p>　　對(duì)于方案A僅考慮牽引負(fù)荷</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><

17、p>　　對(duì)于方案B，應(yīng)為牽引負(fù)荷宇地區(qū)負(fù)荷電流相量和，其值為</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　（3-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　　其中電壓變換系數(shù) &l

18、t;/b></p><p>　　高壓110千伏繞組中的阻抗壓降，已知參數(shù)為：</p><p>　　三繞組16000千伏安變壓器=106kW，%=10.5；</p><p>　　雙繞組12500千伏安變壓器=63kW，%=10.5。</p><p>　　按式(3-17)和(3-18)分別求得高壓繞組的電阻及電抗為</p>

19、;<p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　三繞組變壓器=2.51Ω=79.47Ω</p><p>　　雙繞組變壓器=3.81Ω=127.1Ω</p><p>　　高壓各相繞組阻抗壓降，由各相阻抗壓降三角形可

20、知：</p><p><b>　　對(duì)于三繞組變壓器</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　（3-20）</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><p><

21、;b>　　對(duì)于雙繞組變壓器</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　（3-23）</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　高壓110kV繞組感應(yīng)電勢(shì)E及不對(duì)稱系數(shù)，按下式計(jì)算&

22、lt;/p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　?。?-26）</b></p><p><b>　　（3-27）</b></p><p>　　正序分量 </p><p>　　負(fù)序分量 </p&

23、gt;<p>　　電壓（勢(shì)）不對(duì)稱系數(shù) </p><p>　　將各方案計(jì)算結(jié)果如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 各主接線方案技術(shù)參數(shù)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　從上述比較可知，在保證電壓質(zhì)量方面，方案A和方案B的值在允許范圍以內(nèi)。</p><p>　　3.2 變壓器與配電裝置的一次投資與折舊維修費(fèi)</

24、p><p>　　方案A：2×12500+2×6300kVA變壓器四臺(tái)，多增加110kV斷路器四組，按SW3-110少油斷路器計(jì)算，共需（以萬元計(jì)）</p><p>　　2×80+2×50+4×（11+1.9+2×0.95）=274.8萬元 </p><p>　

25、?。拷M斷路器包括斷路器及機(jī)構(gòu)1臺(tái)、電流互感器1臺(tái)，及兩側(cè)隔離開關(guān)2臺(tái)，分別為11萬元、1.9萬元和2×0.95萬元）</p><p>　　方案B：2×16000kVA三繞組變壓器2臺(tái)，另增加變壓器前面和跨條隔離開關(guān)（110kV）4組共需（以萬元計(jì)）</p><p>　　2×96+4×0.95=195.8萬元</p><p>

26、　　A方案110kV配電間隔數(shù)增加，其占地費(fèi)不計(jì)，每年折舊維修費(fèi)，按取一次投資的8%計(jì)算則：</p><p>　　方案A：=274.8×0.08=21.98（萬元)</p><p>　　方案B：=195.8×0.08=15.66（萬元）</p><p>　　3.3 各方案的電能損耗</p><p>　　a）方案A采用2&#

27、215;SF1-QY-12500／110型和2×S7-6300／110型三相變壓器，其參數(shù)為：</p><p>　　牽引變壓器 =12.5千瓦，=63千瓦，=1.3，=10.5；</p><p>　　地區(qū)變壓器 =11.6千瓦，=41千瓦，=1.1，=10.5。</p><p>　　按已知條件，可求牽引負(fù)荷的最大功率損耗時(shí)間為：</p>

28、<p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　地區(qū)負(fù)荷=4500小時(shí)，=0.9，用插入法得，（地區(qū)負(fù)荷）=2750小時(shí)。</p><p>　　牽引變壓器和地區(qū)變壓器的年能量損耗和分別由式</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p><b>　

29、?。?-30）</b></p><p>　　求得（取無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量=0.1）</p><p>　　其中 各值已在前面求出</p><p>　　故=446760+241985.6=688745.6 kW·h</p><p>　　牽引用電按每度0.16元計(jì)，則年電能損耗費(fèi)：</p><p>　　

30、=688745.60.16=11.02(萬元）</p><p>　　工業(yè)用電按每度0.10元計(jì)則每年能損耗電費(fèi)</p><p>　　=375094.30.10+3.75(萬元）</p><p>　　方案A：年電能總損耗費(fèi)</p><p>　　=+=14.77（萬元)</p><p>　　b）方案B采用2×SF

31、S7-16000／110型三項(xiàng)三繞組變壓器，其參數(shù)為：各繞組容量比100：100：50；=28kW，=1.1，=106kW，各繞組短路電壓=10.5，=6.5，=0。則依下式</p><p><b>　　（3-31）</b></p><p><b>　　可求得年電能損耗為</b></p><p><b>　　其中

32、</b></p><p>　　已知==4000小時(shí)，==2750小時(shí)，則</p><p><b>　　代入上述各值后，得</b></p><p><b>　　年電能損耗費(fèi)</b></p><p>　　=10985490.12=13.18（萬元）（綜合用戶取平均電價(jià)為0.12元/度）<

33、;/p><p>　　年運(yùn)行費(fèi)用為年折舊維修費(fèi)與年電能損耗費(fèi)之和。</p><p><b>　　方案A：</b></p><p>　　=+=21.98+14.77=36.75（萬元/年）</p><p><b>　　方案B：</b></p><p>　　=+=15.66+13.18

34、=28.84(萬元/年）</p><p>　　經(jīng)濟(jì)比較表以方案B為基數(shù)，則方案A增數(shù)為，如表3-2</p><p>　　表3-2 經(jīng)濟(jì)比較表</p><p>　　c）由技術(shù)經(jīng)濟(jì)全面比較表明，在保證同樣可靠性的前提下，方案B對(duì)地區(qū)負(fù)荷供電電壓質(zhì)量較好，且投資和年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用都較低，又節(jié)省占地面積，故推薦方案B。</p><p><b>　

35、　四、 設(shè)計(jì)方案分析</b></p><p>　　綜上所述設(shè)計(jì)方案A和方案B主接線圖如圖4-1和圖4-2。</p><p>　　方案A，因有四臺(tái)變壓器，考慮110kV母線檢修不致全部停電，采用單母線用斷路器分段的結(jié)線方式，每段母線連接一臺(tái)牽引變壓器和地區(qū)變壓器。由于牽引饋線斷路器數(shù)量多，且檢修頻繁，牽引負(fù)荷母線采用帶旁路母線放入單母線分段（隔離開關(guān)分段）結(jié)線方式，10kV地區(qū)負(fù)

36、荷母線同樣采用斷路器分段的單母線結(jié)線系統(tǒng)。自用電變壓器分別接于10kV兩段母線上（兩臺(tái)）。</p><p>　　方案B，共用兩臺(tái)三繞組主變壓器、兩回路110kV進(jìn)線，線路太長(zhǎng)，但應(yīng)有線路繼電保護(hù)設(shè)備，故以采用節(jié)省斷路器數(shù)量的內(nèi)橋結(jié)線較為經(jīng)濟(jì)合理。牽引負(fù)荷母線結(jié)線和10千伏母線結(jié)線與方案A的結(jié)線相同。</p><p>　　由電壓不對(duì)稱系數(shù)知，兩種方案都滿足可靠性要求，方案B采用三繞組變壓器效

37、率更高，并且沒有地區(qū)變壓器所以經(jīng)濟(jì)性更好，故建議采用方案B。</p><p>　　圖4-1 方案A主接線</p><p>　　圖4-2 方案B主接線</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李彥哲,胡彥奎,王果,張蕊萍.電氣化軌道供電系統(tǒng)與設(shè)計(jì)[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社，2006

38、.</p><p>　　[2] 賀威俊,高仕斌.電力牽引供變電技術(shù)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[3] 鐵道部電氣化局電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)院,電氣化鐵路設(shè)計(jì)手冊(cè)-牽引供電系統(tǒng)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,1987.</p><p>　　[4] 鐵道部電氣化工程局第一工程處,電氣化鐵道施工手冊(cè)-牽引變電所[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，19