《供变电技术》课程设计指导书

text-indent: 2em; margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; -ms-text-justify: inter-ideograph;">若L一定，则

若S一定，则

连接导线的计算长度L与互感器至仪表的实际安装距离L(m)之间的关系按参考书

P.400图9.22及相应公式确定。

6) 校验热稳定

条件      

式中   — 互感器1秒钟热稳定倍数(查附录表13)；

t — 热稳定电流通过时间(t＝1S)。

7) 检验动稳定

条件    

式中   Kes— 动稳定倍数(查附录表13)

电流互感器选择例题见参考书P.401～402

注：课程设计中，110V电流互感器的二次负荷见图3。图中3中：电流表3只ITl一A； 三相瓦特表1只1D1－W；单相有功电度表3只DS1；单相无功电度表3只DX1。

说  明

一、牵引变电所设计步骤

设计部门对牵引变电所的设计分为三个阶段，即初步设计、技术设计和施工设计。

在初步设计之前设计部门要进行方案报告、可行性研究，进行初测。这些完成后才能搞初步设计。

初步设计就是根据上级下达的任务书，以及初测资料确定的主要设计原则、技术标准、主要方案(含比较方案)，并且画出主接线图、交流直流系统图，编写设计说明书，以及画出变电所房屋平面图，最后还须列出三表；主要设备表、主要材料表和主要工程数量表。

在初步设计后，便开始技术设计，这一阶段主要任务是画出图纸。如一次部分高压室设备平面图，墙上母线布置图，防雷接地平面图等。

最后是施工设计，除出上述图纸以外，还增加详细的安装大样图。

对于一个牵引变电所的设计又可具体分为以下五个步骤：

首先，选择所址，这项工作主要考虑交通条件、生活方便情况、工程量、进出线方便情况等；

第二，外部电源的选取，一般采用不同方向两路同时能供电的独立电源；

第三，主接线设计及总平面布置；

第四，主要设备选型，这些设备包括：主变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、隔离开关等；

第五，二次接线设计，它包括集中控制、测量、保护、信号等设计。

二、课程设计原则

因受时间限制，供变电技术课程设计仅做电气部分初步设计，所需原始资料均已给出。

三、设计说明书内容及要求

课程设计说明书内容应包括设计所需的所有计算、图表等。书写设计说明书应注意以下几点：

l.说明书除封面和正文外，还须对正文编页号，列目录。

2.书写必须工整、认真，图表文字用正楷书写。

3.在稿纸上完成设计，经老师审阅同意后，方可抄写。

四、设计指导书的使用

本文编写旨在配合教材《轨道交通电力牵引供变电技术》(下文中均称参考书)第八章“轨道交通牵引变电所设计”，着重指导设计步骤及方法。因此，使用本书时应根据要求相应地阅读参考书中有关章节，然后可按本书中步骤进行设计，为便于学习，书中各节均有或指出例题参阅。

第一章 课程设计的原始资料

1.1 牵引变电的设计的原始资料

牵引变电所设计所需的原始资料包括下列内容：

1. 牵引变电所供电的区间线路近期、远期运量；

2．电力系统提供的电源：

1) 电力系统容量；

2) 变电所一次侧短路容量，或者系统的网络结构；

3) 可提供独立电源情况。

3．地区负荷

地区负荷包括铁路企业、车站、沿线附近地方负荷。

4．地形与气象

1) 变电所的地形，进线、馈线方向；

2) 气象：水位、风、冰雪、雷电日、土壤电阻率。

5．供电计算结果：

1) 牵引变压器容量

2) 馈线负荷大小

3) 供电方式

4 )变电所进线方式

5) 电容补偿等等。

1.2 课程设计原始资料

课程设计所需提供的原始资料有电源、变电所进线方式、变压器接线型式、牵引负荷计算容量、馈线负荷及数量、地区负荷等等。详细情况见课程设计任务书。

这些资料可按下列方式整理说明。

[例题] 牵引变电所设计原始资料说明

本设计负责B牵引变电所，原始资料主要有：

1．电力系统提供的电源接线及变电所馈线情况如图1所示。

图中，、均为火电厂，容量分别为2×300MW、3×50MW，COS=0.85。B变电所一次系统综合电抗标么值为O.125(＝100MVA)，进线采用桥式接线，馈线二路，两侧供电臂均为20Km，两方向年货运量分别为1700、1600万吨，换算系数0.2，单位能耗

2. q=100度／万吨·公里。

图1  电源接线

2．牵引负荷总计算容量为13000KVA，地区负荷容量为2×750KVA。

第二章  牵引变电所主接线设计

2.1 本章应完成任务

1．设计两种方案的主接线型式

1) 一般选其中一种方案，主变压器采用Y／△接线，另一种方案主变压器采用Y／△／△接线；

2) 主变压器选型；

3) 一次侧和二次侧的接线型式设计。

2．技术比较

计算电压不对称系数，并进行两种方案的比较。

3．经济比较

1) 变压器和配电装置的一次投资比较；

2) 全年运行费用比较。

4．综合技术经济比较，选出其中一种方案的主接线。

2.2 阅读参考书(P207～214)

2.3 设计步骤

1．分析原始资料(确定一、二次侧接线型式)；

2. 主变压器台数和容量的选择；

3．各种方案主接线的拟定；

4．简单的技术经济比较。

2.4 设计举例  (见参考书P.402～409)

第三章 牵引变电所短路计算

3.1 本章应完成任务

1. 计算牵引变电所110kV侧母线发生三相短路时的短路电流: 、、、、；

2. 计算27.5kV牵引侧两台主变压器并列运行时母线上发生三相短路(两相接地)电流： 、、、；

3. 计算牵引变压器并列运行时10.5kV侧母线生发三相短路时的电流: 、、、。

3.2 阅读参考书

P. 378～279第四节；有关查曲线计算对称短路电流的章节。

3.3 计算步骤及举例

以10.5kV侧短路计算为例，其它计算步骤相同。

已知一次系统总电抗标幺值X＝0.157(S=100MVA, u=u), S=300MVA，汽轮机；选取的主变：15000KVA，110/27.5kV，=10.5；地区变压器：1600kVA，27.5/10.5kV， u%=6.5。计算、I、I、。

解: 1. 取S=100MVA， =，计算各元件电抗标么值

2. 画等效网络，计算总短路电抗

图2  短路计算等效电路

3．计算

13.764

4．计算短路电流

= 1.198（kA）

冲击电流

注意：此处未查曲线，一般情况下需查曲线。

第四章 主要设备选择

4.1 本章应完成任务

1．母线选择

选择110kV、27.5kV、10kV三种母线，其中27.5kV侧母线进行热稳定性和机械稳定性校验。

2．开关电器选择

选择1l0kV、27.5kV、10kV三种型号的断路器及隔离开关，其中1l0kV断路器和隔离开关进行热稳定性和机械稳定性校验。    ‘

3．仪用互感器的选择

选用110kV、27.5kV、10kV的电压互感器和电流互感器，其中校验1l0kV的电压互感器和电流互感器。

4.2 阅读参考书P.365～378第二节及第三节

4.3 设计步骤

一、母线选择

阅读参考书P.380～391第五节。

1．按正常工作时最大长期工作电流或经济电流密度选母线截面

1) 按最大长期工作电流选母线截面

计算最大长期工作电流

式中— 变压器的额定容量，其作为最大长期工作电流时的容量。

— 变压器的额定电压，亦为母线额定电压

1.3 — 考虑变压器30％过负荷时的系数。

根据条件，从参考书附录表1～3中选母线截面。

注意：① 附录表l～3中查出的电流IXU是根据环境温度为25℃的条件制定的，其它环境温度时，需乘以修正系数，即，而

上式中— 运行的允许温度，对室外＝80℃，室内＝70℃。

② 110kV侧母线为室外，选钢芯铝绞线；27.5kV及10kV母线为室内，选矩形铝导线。

2) 按经济电流密度选母线截面

计算(方法同前)。

根据最大负荷利用小时查参考书中表9.2（P373）得经济电流密度jn（A／)，再计算母线经济截面S：

依此截面查附录表1～3可得相应的规格母线。

2．按短路条件校验母线的热稳定

1) 计算母线最大负荷时温度

式中—环境温度，℃。

2) 计算周期分量热效应

上式中— 短路时间，S。

计算非周期分量热效应

式中 — 起始次暂态短路电流周期分量

― 非周期分量电流的时间常数（见《电力系统分析》P.133表6－3）

3）计算最终热脉冲

由上面求得的，查参考书P.372图9.6，由曲线得，则

上式中 ― 起始热脉冲

S ― 导体截面积，

4）查曲线得短路时最高发热温度

由查参考书P.372图9.6的曲线得。

5）由，可得满足热稳定条件；由可得，不满足热稳定，需加大导体面积，重复上述步骤，再检验热稳定性。

3．按短路条件校验母线的动稳定

动稳定条件：

式中— 短路时母线的最大计算应力

― 母线材料的容许应力（参考书P.383表9.5）

的计算公式：

       （Pa）

式中l — 支持母线的绝缘子间的距离，cm，取l=100cm

a — 母线中心间的距离，cm，取a=30cm

W — 抗弯模量，，其大小与母线形状及放置方式有关。当母线为矩形截面时，放置方式见参考书P.283图9．14，其W的计算公式为a），b）；当母线截面是图形或园管时，则

圆形母线:

式中d 为母线直径，cm。

园管母线：

式中D、d 分别为母线的外径和内径，cm。

— 形状系数，当母线为园形或管截面时，=1；当母线为矩形截面时，由函数曲线来决定（见参考书P.377图9.10）。

注意：室外母线由于其相间距离较大，不校验动稳定。

4．母线截面选择例题(参考书P.384～385)

二、开关设备选择(参考书P.392～395)

1．断路器选择

1) 根据配电装置种类，选户内或户外型。

2) 根据额定电压选择

条件   

即断路器的额定电压≥电网的工作电压

3) 根据电流选择

条件   

即断路器的额定电流≥断路器的最大长期工作电流。

4) 选断路器的构造形式

选多油断路器，少油断路器，还是选六氟化硫、真空断路器。

5) 开断能力校验

条件：。或

上式中  — 断路器的额定切断电流；

— 断路器容量。

的确定：

对非快速动作断路器＝0.2，即；

对快速动作断路器＝O，即。

6) 短路时动稳定的校验

动稳定条件：

式中  — 断路器额定关合电流。

7) 短路条件热稳定校验

热稳定条件：

式中  — 制造厂给出的断路器在t秒内所容许的热稳定电流。

2．隔离开关的选择

1) 根据电压选择

条件：

2) 根据电流选择

条件：

3) 安装环境，选户内或户外型

4) 动稳定校验

动稳定条件：

式中  — 隔离开关的极限通过电流。

5) 热稳定校验

热稳定条件：

三、仪用互感器选择

1．电压互感器的选择(参考书P.395～420)

1) 额定电压

一次侧：

式中  — 互感器一次侧额定电压；

— 电网的工作电区。

二次侧：  =100V

2) 根据安装地点选户内或户外。

3) 根据用途、负载性质选择电压互感器的形式和接线方式。(参考书P.86，图2.62)

4) 作电压互感器二次侧负载的电路图，根据要求确定其精确度。根据下列规定选电压互感器的精确度：

① 供计费的电度表用的互感器选0.5级；

② 供作运行情况监视用的互感器选l级；

③ 供用于估计被测数值的表计的互感器选3级。

5) 根据电路图计算电压互感器二次侧负载容量，使，— 互感器额定二次负载容量。

的计算见参考书P.396～397。

电压互感器选择例题见参考书P.398～399。

注：课程设计中，110kV侧电压互感器的二次负荷如下图所示。图中：三相瓦特表1只1D1一w；单相有功电度表3只DSl；单相无功电度表3只DXl；BC间接电压表1只lTl一V。

图3  互感器接线图

2．电流互感器的选择(参考书P.399～402)

1) 电压

一次侧的电压必须与安装地点电网电压相一致。

2) 电流

一次侧：

式中  —互感器一次侧额定电流；

— 最大长期工作电流。

二次侧：＝5A。

3) 根据安装地点选户内或户外型

4）作出电流互感器的所有负载的三相电路图，根据负载要求确定电流互感器的精确度。精确度等级的确定同电压互感器。

5）根据电路图确定每相线圈所串联的总阻抗欧姆数

上式中    — 继电器和测量仪表线圈的总阻抗；

— 连接导线的电阻；

— 接触电阻，一般取0．1。

电流互感器二次负载容量：

应满足条件：   

二次负载一定时，连接导线长度或截面的确定：

根据

式中   — 导体电阻系数，

L — 连接导体长度，m

S — 导体截面积，