电力牵引供电系统课程设计
专 业：电气工程及其自动化
班 级： 电气10-02
姓 名： 吴进桐
学 号： 201009152
指导教师： 李彦哲
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013 年7月 12日
目 录
1 设计原始题目............................................................................................................... 1
1.1 具体题目............................................................................................................ 1
1.2 要完成的内容.................................................................................................... 1
2 设计课题的计算与分析............................................................................................... 1
2.1 计算的意义........................................................................................................ 1
2.2 详细计算............................................................................................................ 2
3 根据计算结果并作出总结........................................................................................... 6
3.1 短路电流的计算结果分析................................................................................ 6
3.2 牵引变电所各元件价格的统计分析................................................................ 6
4 牵引变压器主接线图(见附录).................................................................................... 9
5 小结............................................................................................................................. 10
参考文献......................................................................................................................... 11
附录................................................................................................................................. 12
1 设计原始题目
设计一种终端牵引变电所主接线（变电所容量为20MVA），至少给出两种方案，并进行经济比较。
1.1 具体题目
终端牵引变电所主接线方式采用双T结线和外桥结线并做简单的经济比较。
1.2 要完成的内容
(1) 设计出主接线采用双T型，外桥结线的终端牵引变电所。
(2) 根据查阅的资料，20MVA的牵引变电所所供电的单线区间通过能力及其相关参数，进行安装检验计算，对牵引变压器配备方式作出合理选择。
(3) 根据短路计算，得出短路点冲击电流，着重点对断路器和隔离开关进行设备选型。
(4) 根据设备的价格进行经济比较。
2 设计课题的计算与分析
2.1 计算的意义
(1) 变压器的容量校验计算时为了验证已知的牵引变电所容量，最大通过车次是馈线侧的有效电流和平均电流。也为进一步的的各种损耗计算做准备（在本设计中不着重计算）。只是对变压器的配备方式作出合理选择。
(2) 在该牵引变电所中，也是按照一般运行规律。最常见的短路方式为单相接地短路，短路后果最不严重的是两相接地短路，其中三相接地短路的短路电流最大。因此在进行断路器电流通断能力选择时参考三相接地短路电流。
图2-1 牵引变电所短路线路示意图
该牵引变电所线路中可能出现的短路点可以归结为三种：牵引变电所高压侧发生三相接地短路，位置记作
；牵引变电所低压侧发生三相接地短路，位置记作
；牵引变电所动力用电侧发生三相接地短路短路，位置记作
；
铁路变电所作为一级牵引负荷，在设计中有两个独立电源供电，发电场距离牵引变电所距离分别为60kM和20kM，线路单位阻抗为0.4。其中短路电压百分制
%=10.5；在该计算中也考虑电压降。
2.2 详细计算
(1) 牵引变电所的容量进行检验计算
假设该终端牵引变电所供电区段参数如下：近期年运量=1000万吨，牵引定数G=2150吨，
取0.705，波动系数
=1.2，储备系数
=1.2，非平行列车运行图区间通过能力
=24对/日。
牵引计算结果：
供电臂1：n=3,
供电臂2：n=3,
对于三相V,v结线牵引变压器：
第一步：计算列车对数
(2-1)
第二部：计算
，
，
，
(A) (2-2)
(A)
(2-3)
(2-4)
(A) (2-5)
(A)
第三步：容量计算
(kVA)
(2-6)
第四步：校核容量
计算对应于的重负荷供电臂1的最大电流
：
查附录图C-5,曲线
(A)
(A)
计算对应于的轻负荷供电臂2的有效电流：
=80 (A)
=62 (A)
(A)
三相V,v结线牵引变压器最大容量：
= 
=15804 (kVA)
校核容量分别为：
(kVA)
(2-7)
根据计算结果应采用完全备用，即2
20MVA
(2) 关于短路电流的计算
1） 牵引变电所高压侧（
）发生三相接地短路：取电力系统基准容量为500MVA,
;内阻抗
线路阻抗标幺值：
短路点次态电流标幺值：
短路点基准电流：
(kVA)
短路点的起始次暂态电流的有名值：
(kVA)
短路冲击电流：
(kVA)
2) 牵引变电所低压侧（27.5kV）发生三相接地短路
变压器电抗标幺值：
线路上电抗标幺值同上，没有变化；
电压标幺值：
线路和线路的并联阻抗标幺值：
短路点的起始次暂态电流标幺值：
短路点处的基准电流：
(kA)
短路点的起始次暂态电流有名值：
(kA)
短路点的冲击电流：
(kA)
3) 牵引变电所动力用电（
）侧发生三相接地短路短路
变压器的标幺值：
短路点的起始次暂态电流标幺值：
短路点处的基准电流：
(kA)
短路点的起始次暂态电流的有名值：
(kA)
短路点的冲击电流：
(kA)
3 根据计算结果并作出总结
3.1 短路电流的计算结果分析
表3-1 短路点起始暂态电流和冲击电流的统计
因此可以得到断路器和隔离开关的通过能力：
;
3.2 牵引变电所各元件价格的统计分析
本设计中所涉及的元件市场价格参考“西门子西北变压器销售网”报价。并了解到，变压器的价格与型号是没有必然关系，容量、耐温等级，制造工艺和价格相关性很大。根据短路点的冲击电流查阅资料的到断路器的型号，并作出市场价格估算。
(1) 在本设计中，牵引变电所的主接线型式采用双T型结线，因此在变压器高、低压侧线路上采用的断路器个数相同（除了牵引所用电部分）。
(2) 本设计中注重于牵引变电所修建时的的费用，经济比较不涉及运行时的电能损失，实则牵引网电能损失占总的电能损失比重大，这就涉及到其它设计问题。
(3) 在本设计中，主要做了断路器、变压器、避雷器、电流互感器、电压互感器和SCADA系统的价格比较。建造过程中其余用到的材料在两种结线方式比较中视为用料相同，价格相等。
(4) 本文涉及到的价格计算，均以人民币（RMB）元作为单位。
(5) 各个部分元件使用数量及价格比较详细如下：
表3-2 变压器的价格比较
表3-3 氧化锌避雷器的价格比较
表3-4 SCADA系统的价格比较
表3-5 氧化锌避雷器的价格比较
表3-6 断路器的价格比较
双T结线方式时断路器的总价格：
外桥结线方式时断路器的总价格：
表3-7 高压隔离开关的价格比较
表3-8 电流互感器的价格比较
表3-9 电压互感器的价格比较
元件价格的比较结果：
=185000+4800000+186000+15750+448000+27000+175000
=7411750
= 185000+4801000+186000+24500+47600+54000+1750000
= 7876500
价格差
7876500-7411750=464750
故单一的考虑经济性角度出发考虑，该终端牵引变电所的主接线应该选择双T型结线。
4 牵引变压器主接线图(见附录一、二)
关于本设计中采用的两种接线方式的简单分析比较：
(1) 双T结线该。采用此种接线方式的一般是分接式牵引变电所。变电所内设置两台三相V,v结线变压器，固定完全备用。110kV侧可不设置电压互感器，电力系统一般不要在高压侧计费，节省费用。27.5kV侧母线上均有电压互感器，以供测量和继电保护的需要。
这种结线与桥型结线相比，需用的高压电气更少，配电装置结构简单，线路继电保护也简单。
馈线侧采用了馈线断路器100%备用的的接线方式。
(2) 外桥结线。采用此种接线的一般是通过式牵引变电所。这里使用了外桥接线方式，适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合。110kV侧因有系统穿越功率通过母线，110kV侧设有机电保护装置，故110kV侧装有单相式三相电压互感器。这种接线方式方便于变压器的投入以及切除，而切除一条线路时，需要断开两台变压器，造成一台变压器短时停电。即倒闸操作较前者复杂。
27.5kV侧采用馈线断路器100%备用的单母线接线。
5 小结
根据计算结果，该牵引变电所的修建时使用双T结线方式节省费用，经济效果显著。
但在以后的使用过程中，两种结线方式各有利弊。使用外桥接线的牵引变电所，高压元件频繁操作，会造成寿命缩短，更换频率高，大大地降低其经济性。
终上所述，从经济性角度考虑，该牵引变电所主接线应该采用双T型结线。
参考文献
[1] 李彦哲,王果等.电气化铁道供电系统与设计[M].兰州:兰州大学出版社,2006:167-186.
[2] 贺威俊,高仕斌等.电力牵引变电技术[M].西安:西南交通大学出版社,2002:122-245.
[3] 马国杰,包鹏鉴,雷永斌等.电气化铁道施工手册[M].北京:中国铁道出版社,2004:98-105.
[4] 于永源,杨绮雯.电力系统分析[M].北京:中国电力出版社,2007:86-97.
附录一
附图一 采用双T结线的单线三相V,v终端牵引变电所主接线图
附图二
附图二 采用外桥接线的单线三相V,v终端牵引变电所主接线图