1、目 錄第1章 牽引變電所設計原則及要求11 概述112 電氣主接線設計依據213 電氣主接線基本要求314 原始資料的收集與分析515 主變壓器型式、臺數及容量的選擇516 主接線方式選擇與技術經濟比較5第2章 牽引變電所電氣主接線圖設計說明.7第3章 短路計算.831短路計算的相關概念,目的.832線路的短路計算.8第4章 高壓電氣設備選擇及校驗1041母線的選擇和校驗1142支柱絕緣子和穿墻導管的選取1343高壓斷路器的選擇1544隔離開關的選擇1645高壓熔斷器的選擇.1746互感器的選擇1847避雷器的選擇19參考文獻后記電氣設備一覽表附圖：供變電系統主接線圖第1章 牽引變電所設計原則

2、及要求11概述供電系統牽引變電所等供電裝置電氣主接線的設計是鐵道電氣化設計的重要組成部分。它是關系到供電系統及其裝置主要電氣設備的部署、運行方式以及對鐵路其它設施綜合供電方式的全局性問題；也牽涉到電氣化區段整個供電系統和供電裝置運行的可靠性、靈活性和經濟性問題。從提高供電質量、保證運行安全可靠的要求出發，在調查研究的基礎上分析各種原始資料，根據具體情況或技術經濟方案比較，以確定合理的電氣主接線方案。牽引變電所電氣主接線也是構成電力系統的重要環節。它是指由主變壓器、斷路器、隔離開關等各種電器元件及其連接導線所組成的接受和分配電能的電路。它反映出牽引變電所的基本結構和功能。在運行中，它能表明電能的

3、輸送和分配的關系以及變電所一次設備的運行方式，成為實際運行操作的依據。在設計中，主接線的確定對電力系統整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經濟性密切相關，并且對電氣設備的選擇、配電裝置布置、繼電保護和控制方式的擬定有較大影響。因此，必須正確處理好各方面的關系，全面分析有關影響因素，通過技術經濟比較，合理確定主接線方案。1、2電氣主接線設計依據在選擇電氣主接線時的設計依據：1、 變電所在電力系統中的地位和作用電力系統中的變電所有系統樞紐變電所、地區重要變電所和一般變電所三種類型。一般系統樞紐變電所匯集多個大電源，進行系統功率交換和以中壓供電，電壓為330500KV；地區重要變電所，電壓為220

4、330KV；一般變電所多為終端和分支變電所，電壓為110KV，但也有220KV。2、 變電所的分期和最終建設規模變電所根據十幾年電力系統發展規劃進行設計。一般裝設兩臺主變壓器；當技術經濟比較合理時，330500KV樞紐變電所也可裝設34臺主變壓器；終端或分支變電所如只有一個電源時，可只裝設一臺主變壓器。3、負荷大小和重要性 對于一級負荷必須有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證對全部一級負荷不間斷供電。 對于二級負荷一般要有兩個獨立電源供電，且當任何一個電源失去后，能保證全部或大部分二級負荷的供電。4、系統備用容量大小 裝有兩臺及以上主變壓器的變電所，其中一臺事故斷開，其余主變壓器

5、的容量應保證該所70%的全部負荷，在計及過負荷能力后的允許時間內，應保證一級和二級負荷。 系統備用容量的大小將會影響運行方式的變化。例如：檢修母線或斷路器時，是否允許線路、變壓器停運；故障時允許切除的線路、變壓器的數量等。設計主接線時應充分考慮這個因素。5、系統專業對電氣主接線提供的具體資料 出線的電壓等級、回路數、出線方向、每回路輸送容量和導線截面等。 主變壓器的臺數、容量和型式；變壓器各側的額定電壓、阻抗、調壓范圍及各種運行方式下通過變壓器的功率潮流。各級電壓母線的電壓波動值和諧波含量值。 電容補償裝置和電抗器等型式、數量、容量和運行方式的要求。 系統的短路容量或歸算的電抗值。注明最大、最

6、小運行方式的正、負、零序電抗值，為了進行非周期分量短路電流計算，尚需系統的時間常數不或電阻、電抗值。 變壓器中性點接地方式及接地點的選擇。 系統內過電壓數值及限制內過電壓措施。 為保證大系統的穩定性，提出對大機組超高壓電氣主接線可靠性的要求。 初期及最終變電所與系統的連接方式及推薦的初期和最終主接線方案。1.3電氣主接線設計的基本要求電氣主接線應滿足可靠性、經濟性和靈活性三項基本要求：1、可靠性牽引供電系統首先應可靠地保證對電力牽引負荷和地區負荷供電的要求。由于牽引負荷為一級負荷，中斷供電將造成運輸阻塞，在經濟上、政治上的影響很大，除了用雙回輸電線或環形電源供電外牽引變電所應在電路轉換，設備檢

7、修和事故處理等情況下保證可靠的供電。對于地區負荷應根據用戶的重要程度，容量與饋電回路數量來考慮相應的結線型式。其具體要求如下： 斷路器檢修時，不宜影響對系統的供電。 斷路器或母線故障以及母線檢修時，盡量減少停運的回路數和停運時間，并保證對一級負荷及全部或大部分二級負荷的供電。 盡量避免變電所全部停運的可能性。 大機組超高壓電氣主接線應滿足可靠性的特殊要求。2、經濟性在滿足可靠性的基礎上，就要考慮經濟性。盡量減少投資和運行費用（即維修和能耗費）。經濟性主要決定于主接線母線的形式與套數（一套或兩套等），斷路器的數目以及機配電裝置結構的型式，后期的維護、改造和管理等。、主接線應力求接線簡單、明顯，以

8、節省斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備。、要能使繼電保護和二次回路不過于復雜，以節省二次設備和控制電纜。、要能限制短路電流，以便于選擇價廉的電氣設備或輕型電器。、如能滿足系統安全運行及繼電保護要求，110KV及以下終端或分支變電所可采用簡易電器。、主接線設計要為配電裝置布置創造條件，盡量使占地面積減少。、經濟合理地選擇主變壓器的種類、容量、數量，要避免因兩次變壓而增加電能損失。此外，在系統規劃設計中，要避免建立復雜的操作樞紐，為簡化主接線，變電所接入系統的電壓等級一般不超過兩種。3、靈活性主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性，保證運行靈活、檢修維護安全方便。、調度時，應可

9、以靈活地投入和切除變壓器和線路，調配電源和負荷，滿足系統在事故時運行方式、檢修運行方式以及特殊運行方式下的系統調度要求。、檢修時，可以方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不致影響電力網的運行和對用戶的供電。、擴建時，可以容易地從初期接線過度到最終接線。在不影響連續供電或停電時間最短的情況下，投入新裝機組、變壓器或線路而不互相干擾，并且對一次和二次部分的改建工作量最少。總的來說，對主接線的要求主要是可靠性和經濟性兩個方面。在主接線設計中，為了提高供電的可靠性并在檢修和維護設備時保證工作人員的安全，有時必須增加一定數量的電氣設備，如為了檢修斷路器時的安全而又不致中斷供電，必須設有

10、備用斷路器及其轉換電路。但是過多的增加設備，會影響主接線的經濟性，而且由于設備增多，操作轉換步驟趨于繁瑣，也會增加產生事故的可能性，以致降低主接線的可靠性。，同樣，在經濟性方面，必須是在保證可靠性的前提下考慮經濟性問題。而過分的強調減少設備、節約投資，往往會降低可靠性，其后果是反而是不經濟的。因此，要正確處理可靠性和經濟性的關系，必須從實際出發，根據具體條件和要求，在電源與電力系統的組成及其運行方式、牽引變電所與系統的聯系（有無功率通過一次母線）、保護自動化技術的應用、主變壓器類型、接線方式和備用方式，以及電氣化鐵路的年運量和發展遠景等方面，做出綜合分析和比較方案，以期得到合理的主接線結構。

11、1.4 原始資料的收集與分析牽引變電所等供電裝置主接線設計的原始資料主要包括：電源與電力系統供電的情況；供電本身的設計規模與發展；供電系統供電方式和主變壓器接線方式；控制調度方式；現場場地的自然情況；地區供電負荷的情況等。1、電源與電力系統供電狀況、系統容量的近期與遠期發展規劃、對牽引變電所的供電方式、與電壓等級中心牽引變電所在系統中的地位，短路計算資料以及有無地方獨立電源作為操作控制電源。2、牽引變電所等供電裝置的規模與發展要求，運量大小和鄰近線路電氣化的可能性，供電計算提供的牽引變壓器容量、饋線負荷計算資料、牽引供電系統供電方式和主變壓器的接線形式及其備用方式，接觸網分段及其接線情況，供電

12、系統急裝置的調度控制方式，自動化程度與-調壓、電容補償要求。3、對變電所場地等進行現場調查與踏勘，了解地形條件、進出線位置，交通及鐵路岔線出線情況，饋線數目、當地的氣象、水文資料、雷電活動與土壤電阻系數等資料。4、地區負荷情況，包括鐵路企業、樞紐站以及牽引變電所鄰近的工業企業、農村用戶的供電容量、電壓等級以及負荷性質，出線回路、供電的重要程度、功率因數和負荷的同時系數等，地區負荷容量及電壓等級對確定主變壓器型式和主接線結構有重要作用。此外，對電氣設備產品的技術特性，特別是主變壓器、斷路器和避雷器等的特性和類型進行初步選型落實，也是主接線設計中原始資料的一個組成部分。1.5主變壓器型式、臺數及容

13、量的選擇主變壓器是供電系統和牽引變電所的重要電氣設備，它的類型和結構是由整個供電系統和供電方式技術經濟設計方案的全面比較確定的。按照對電氣主接線的構成產生影響的情況，不同主變壓器的類型和臺數一般考慮不同。主變壓器總容量的選擇按設計規程的計算條件，通過供電系統的電計算進行。1.6主接線方式選擇與技術經濟比較由于牽引變電所電氣主接線的結構比較復雜，它是由一次電壓側、牽引負荷側和地區（或區域）負荷側的各部分接線組成的。其他供電裝置的電氣接線都較簡單，因此，重點分析牽引變電所電氣主接線的選擇問題。確定牽引變電所各電壓接線應考慮的原則與因素，以及基本接線方式選擇應用的場合，歸納為以下幾點：1、一次側接線

14、方式，考慮牽引變電所與電力系統的連接方式，當用雙回路專用輸電線供電時，較多的采用雙T接線，在環網供電回路中采用橋型接線，另一方面，牽引變電所在系統中的作用和地位不同，接線方式也不同。但遇到線路發生故障時有穿越功率通過，則對電氣接線的可靠性要求更高。2、電壓等級、進線（出線）數量與斷路器的備用方式：電壓越高、傳輸功率越大；進（出）線數量越多，供電的面越廣都對母線系統可靠性的要求越高。線斷路器達到一定數量時，由于斷路器跳閘若干次后檢修的概率增大，為解決斷路器檢修備用問題，需采用較復雜的母線系統。因而，對110220KV系統，在進（出）線為三回路時采用單母線分段的電氣接線，四回路以上則采用單母線帶旁

15、路母線的接線方式。牽引負荷系統，饋線在三回路以上，以采用單母線帶旁路母線的接線為宜。3、地區或區域負荷的容量大小和重要程度對電氣主接線的影響也很大，地區負荷容量較小時地區變壓器可直接由牽引母線供電，容量較大時則采用三繞組變壓器供電。 在選擇牽引變電所主接線以及主變壓器型式、臺數和地區負荷供電方式的過程中，通常可以提出若干個不同的接線方案，通過技術經濟上的比較分析，再集中少數幾個能同時滿足運行要求、技術上最合理的方案，進行全面的技術經濟比較，才能得到正確的結論。 第2章 牽引變電所電氣主接線圖設計說明牽引變電所D、E、F由乙站供電。正常運行時，110kV線路在E所內斷開，不構成閉合環網。E所內的

16、牽引變壓器正常運行時，接入由D所送來的電源線L8上，L8故障時可轉接至F所由L9供電。D、F所均可能有系統功率穿越。但正常運行時，F所無系統功率穿越。D所內采用兩臺牽引變壓器固定全備用。所內不設鐵路岔線。27.5kV側設室外輔助母線，每相饋線接電容補償裝置二組，電容器室內，電抗器室外。所用電有地方10kV可靠電源。由于高壓側要求有電壓監視，低壓側要求計費，故低壓（二次）側需設電壓互感器，高壓側同樣需設電壓互感器，按正常運行方式選擇變壓器容量。因D所可能有系統功率穿越，并且還向E所供電，所以選用橋型結線方式的電氣主結線。該主結線圖高壓側采用外橋結線，兩回進線中，采用一回主供，一回備用。變壓器采用

17、兩臺三相主變壓器，其繞組聯結形式為YN/接線阻抗匹配平衡變壓器，二次繞組有一相接地并與鋼軌連接。由于該變電所的供電方式是單線雙邊供電，饋線數目較少，每相只有兩條饋線，考慮到經濟性，牽引負荷母線單母線不分段接線方式，但為了保證饋線供電的可靠性，采用50%備用斷路器饋線接線方式，每回饋線接兩臺斷路器，一臺運行，另一臺備用。每個分段母線都設有單相電壓互感器和避雷器，以便某分段母線檢修或故障停電時，它們不致中斷工作。該牽引變電所的運行方式如下：1）一次側兩路110KV進線，一路工作，一路備用，變壓器相同，1B工作，2B全備用。當110KV進線1發生故障時，只需合上外跨橋上的隔離開關。1B發生故障時，若

18、采用110KV進線1工作，也合外跨橋上的隔離開關。設備的檢修相同。2）二次側當變壓器發生故障或檢修時，合上分段母線上相應的隔離開關，27.5KV的饋線能繼續工作。斷路器及其他設備發生故障或檢修相同。但饋線上的斷路器采用50%的備用，所以該斷路器發生故障或檢修時，只需合上另外一個。第3章 短路計算3.1短路計算的相關概念,目的所謂短路,是指供電系統正常運行情況外的，導電相與相或相與地之間負荷支路被旁路的直接短路或經過一個很小的故障點阻抗短接，其主要內容是確定短路電流的大小，即最大短路電流的大小。短路計算的目的，是通過短路過程的研究及計算短路電流的量值，從而達到供電系統合理設計和安全可靠運行的重要

19、因素。3.2線路的短路計算因短路計算的主要內容是確定最大短路電流的大小，所以對一次側設備的選取一般選取高壓母線短路點作為短路計算點；對二次側設備和牽引饋線斷路器的選取一般選取低壓母線短路點作為短路計算點。電力系統網絡接線圖：如圖31 圖31短路電流按最大運行方式來計算, 系統電路簡化圖如圖32： 圖32 電路簡化圖取110KV側點發生短路，短路回路總阻抗為：周期分量有效值為：若取時，電路中最大沖擊電流為Kch沖擊系數短路電流最大有效值為處短路時，即處短路：周期分量有效值為：若取時，電路中最大沖擊電流為短路電流最大有效值為側額定電流：側額定電流：短路計算值如下表31： 表31 短路計算值額定電流

20、短路電流沖擊電流最大短路電流有效值側78.73703.118771132側314.91487.637552223對環境校核：海拔h1000m，I級污穢地區，鹽密0.1毫克/厘米2，最高環境溫度+40考慮，所以所有參數可以直接引入計算。第4章 高壓電氣設備選擇及校驗4.1母線的選擇和校驗一、側母線的選取：1.按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮：由附表3查出鋁母線的允許載流量為156A，大于最大工作電流102.4A，故初步確定選用截面的鋁母線。表41 15×3鋁母線規格導體尺寸h×b單 條平 放豎 放15×31561652.校驗母線的短路熱穩定

21、性短路電流計算時間短路電流熱效應由得，所以 所以由，從圖中查得則由得：再由，查得，而 (見表6.1)，即：，滿足熱穩定性要求。所以應選擇15×3的軟鋁母線。（二）27.5KV側母線的選取：1、按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮由附錄二表3查出鋁母線的允許載流量為456A，大于最大工作電流409.4A，故初步確定選用截面的鋁母線。2.校驗母線的短路熱穩定性要求短路最終溫度，應先求出起始溫度，根據，利用曲線，找出對應的值，再由求出，再次利用曲線找出對應的。短路電流計算時間短路電流熱效應由查汽輪發電機計算曲線，可得：，所以 由，從圖中查得則由得：再由，查得，而 (見

22、表6.1)，即：，滿足熱穩定性要求。所以應選擇40×4的鋁母線。3.校驗母線的機械穩定性設母線采用水平排列平放，已知：a=40cm，l=120cm，h=40mm，b=4mm則三相短路時的相間電動力為母線平放及水平排列時，其抗彎模量為：母線的計算應力為：由表6.4鋁母線的允許應力為，即：，滿足機械應力穩定性要求。故最后確定選擇截面為的鋁母線。表42 母線選取型號及最大工作電流母線型號(A)三相短路時的相間電動力110KV102.47.31727.5KV409.44.2支柱絕緣子和穿墻導管的選取支柱絕緣子與穿墻套管在配電裝置中用以固定母線和導體，并使導體與地或與已處在其它電位下的設備絕緣

23、。所以支柱絕緣子與穿墻套管應具有足夠的電強度和機械強度，并能夠熱。屋外用的支柱絕緣子和窗墻套管應具有防潮和濕閃耐壓的能力，以及在污穢區應符合防塵和加強絕緣泄露比距的要求。選擇時首先應根據使用地點和電壓等級污穢等級確定它們的類型和型號。對于穿墻套管，由于有導體在其中貫穿，應按最大長期工作電流選擇導體截面，并與選擇母線的方式相同進行短路時熱穩定和機械穩定性校驗，而支柱絕緣子只須校驗短路的機械穩定性。由于牽引變壓器安裝在室外，而進線是直接接到牽引變壓器上的，所以不用穿墻導管，故對于側只需選擇支柱絕緣子而不需要選擇穿墻導管。而側的設備既有安裝在室外的也有安裝在室內，所以對側既需要選擇支柱絕緣子，也需要

24、選擇穿墻導管。一、側支柱絕緣子的選取：1、按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側額定電壓考慮，由附錄二表11.1查出支柱絕緣子的型號為ZS-110/3，初選破壞荷重為3的支柱絕緣子。2、校驗支柱絕緣子的機械強度由于短路時中間相中間位置的絕緣子受力為，故，滿足機械穩定性要求。二、側支柱絕緣子的選取：1、按最大工作電壓選擇支柱絕緣子可按變壓器側額定電壓考慮 由附錄二表11.1查出支柱絕緣子的型號，初選型號為ZA-35Y的支柱絕緣子。2、校驗支柱絕緣子的機械強度由附錄二表11.中查得ZA-35Y型支柱絕緣子允許的抗彎破壞荷重為3750N，而短路時中間相中間位置的支柱絕緣子受力為，故能滿足要求。三、

25、側穿墻導管的選取：按最大長期工作電流選擇絕緣套管應滿足 其中：分別為絕緣套管的額定電流和安裝絕緣套管的電路中最大長期工作電流。按最大長期工作電流選擇母線的截面可按變壓器過載1.3倍考慮由附錄二表11.1查出穿墻導管的型號，初選型號為CLB-35/600的支柱絕緣子。2、校驗穿墻導管的熱穩定性由前面選擇硬母線處可得，而，所以，故穿墻導管滿足熱穩定性。表43 支持絕緣子型號及穿墻導管支持絕緣子型號穿墻導管110KV27.5KV4.3高壓斷路器的選取對于開斷電路中負荷電流和短路電流的高壓斷路器，首先應按使用地點和負荷種類及特性選擇斷路器的類型與型號、即戶內或戶外式，以及滅弧介質的種類。交流牽引負荷側

26、由于故障跳閘頻繁，操作次數多，從減少運行維修工作量考慮，本設計側選用斷路器，側選用真空斷路器。一、側斷路器的選取1、最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮由附錄二表6.2查出斷路器的型號為，額定電流選取1250A。2、校驗短路時的熱穩定性由前面選擇硬母線處可得，而，所以，故滿足熱穩定性。所以斷路器選取型號為，額定電流為1250A。 二、側真空斷路器的選取1、最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮由附錄二表6.3查出真空斷路器的型號為，額定電流選取600A。2、短路關合電流的校驗由附錄二表6.2查出型號的真空斷路器的極限通過電流為，而，所以，滿足要求。3、校驗短路時的熱穩定性由，而，所以，故

27、滿足熱穩定性。所以真空斷路器選取型號為，額定電流選取600A。表44 斷路器選取型號110KV斷路器27.5KV真空斷路器4.4高壓熔斷器的選取高壓熔斷器用以切斷過負荷電流和短路電流，選擇時應首先應考慮裝置的種類與形式，由于在所設計的電氣主結線中，只有側才有高壓熔斷器，所以只需選擇側的高壓熔斷器。1、按額定電壓選擇由于，而，所以選擇型號為的高壓熔斷器。2、熔斷器開斷電流的校驗，而，即，滿足要求。3、熔斷器切斷流容量的校驗，而，即，滿足要求。故選擇的高壓熔斷器。4.5隔離開關的選取隔離開關選擇的條件如表45：表45項目名稱按工作電壓選擇按工作電流 選擇短路關合電流熱穩定校驗動穩定校驗負荷開關隔離

28、開關 由于在所設計的電氣主結線中，側隔離開關在室外，而側既有室內的也有室外的，所以對側只需選擇室外的，而側要選擇室內和室外的。一、側隔離開關的選取1、最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而，所以由附錄二表9.2查出隔離開關的型號為GW4-110/600。2、校驗短路時的熱穩定性，所以，故滿足熱穩定性。所以側隔離開關的型號為戶外GW4-110/600。 二、側隔離開關的選取1、最大長期工作電流按變壓器過載1.3倍考慮而，所以由附錄二表9.1查出戶外隔離開關的型號為GW2-35G/600，戶內隔離開關的型號為GN2-35T/600。2、校驗短路時的熱穩定性1）、戶內隔離開關的校驗，所以，故滿足

29、熱穩定性。所以側隔離開關的型號為戶內GN2-35T/600。 2）、戶外隔離開關的校驗，所以，故滿足熱穩定性。所以側隔離開關的型號為戶外GW2-35G/600。 4.6互感器的選取由于電壓互感器是并接在主回路中，當主回路發生短路時，短路電流不會流過互感器，因此電壓互感器不需要校驗短路的穩定性。一、側電壓互感器的選取由附錄二表12查出電壓互感器的原線圈額定電壓為，副線圈額定電壓為，故確定選用的型號為的電壓互感器。二、側電壓互感器的選取由附錄二表12查出電壓互感器的原線圈額定電壓為，副線圈額定電壓為，故確定選用的型號為的電壓互感器。三、側電流互感器的選取1、最大長期工作電流可按變壓器過載1.3倍考慮， 而，由附錄二表13.2查出電流互感器LCW-110的額定電壓為，額定電流比為，故初步確定選用的型號為LCW-110的電流互感器。2、短路熱穩定性校驗，故，滿足熱穩