石家庄铁道大学四方学院毕业设计
牵引网由馈(电)线、接触网、轨(地)、回流线等组成，是牵引供电网(回路)，完成对电力机车的送电任务。牵引网供电方式按分区所运行状态分为单边供电、双边供电，按牵引网设备类型分为直接供电、BT供电、AT供电和CC供电方式。
电力系统与牵引变电所的连接方式称为外部电源的供电方式，它取决于牵引负荷的用电等级和电力系统的分布情况。电力牵引为一级负荷，牵引变电所应有两路电源供电，当任一路故障时，另一路仍正常供电。外部电源以保证供电可靠性为原则，可分为环形(双侧)单回路供电方式、环形(双侧)双回路供电方式、单电源(单侧)双回路供电方式、放射供电供电方式。
1.4 本次设计研究的主要内容
本次设计的题目是某中心牵引变电所电气系统设计。 (1)确定牵引供电方案。
(2)确定牵引变压器的容量、台数及型式。
(3)进行短路计算。为选择变电所中的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备以及母线选型、防雷与接地装置的选择及校验提供依据。
(4)对设计的变电所进行继电保护整定计算。 (5)对变电所进行防雷与接地系统设计。
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第2章 牵引变压器的容量计算和选择
2.1 牵引变压器的容量计算
2.1.1 牵引变压器容量计算的步骤
牵引变压器容量的计算一般分为以下三个步骤：
(1)根据任务书中给定的计算条件求出供应牵引负荷所必须的容量，称为计算容量。
(2)根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力，计算出校核容量，这是确保变压器安全运行所必须计算的容量。
(3)根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式等)，并按实际变压器系列产品的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。
本次设计采用单相Vv接线的形式，根据任务书中给出的数据，计算式如下：
Sa?U2NI?a (2-1) Sb?U2NI?b (2-2)
2.1.2 变压器计算容量和校核容量的计算
(1)设右供电臂计算容量为Sa，左供电臂的计算容量为Sb。由以上公式得单相Vv接线变压器的计算容量分别为：
Sa?U2NI?a?27.5?620?17050kV?A
Sb?U2NI?b?27.5?410?11275kV?A (2)Vv接线变压器最大负荷为：
Sa.max?2U2NIa.max?2?27.5?880?48400kV?A Sb.max?2U2NIb.max?2?27.5?720?39600kV?A 由公式
S校?Smaxk可得两台变压器的校核容量分别为：
(其中k=1.8) (2-3)
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S校a? S校bSa.max48400??26888.89kV?A 1.81.8S39600?b.max??22000kV?A 1.81.82.1.3 功率补偿后的计算容量和校核容量
牵引负荷功率因数为0.85，对其进行无功补偿，设cos?'?0.900。计算如下：
cos??(1)右供电臂有功功率为：
Pa?Sacos??17500?0.85?14492.5kV?A 无功补偿装置的容量为：
Qca?Patan??tan?'?14492.5??0.62?0.484??1970.98kvar 取 Qca?2000kvar 则补偿后右供电臂的计算容量为： S'?P2?aa补偿后的功率因数为： cos?'?(2)左供电臂有功功率为：
Pb?Sbcos??11275?0.85?9583.75kV?A 无功补偿装置的容量为：
Qcb?Pbtan??tan?'?9583.75??0.62?0.484??1303.39kvar 取 Qcb?1400kvar 则补偿后左供电臂的计算容量为： S'?P2?bb补偿后的功率因数为： cos?'?
PS (2-4)
???S2a?Pa2?Qca?2?16086.5kV?A
Pa14492.5??0.901 '.5Sa16086???S2b?P?Qcb2b?2?10604.485kV?A
Pb9583.75??0.904 '.485Sb106044
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(3)右供电臂补偿后的校核容量为：
P校a?S校acos??26888.89?0.85?22855.56kV?A
无功补偿装置的容量为：
Qc校a?P校atan??tan?'?22855.56??0.62?0.484??3108.356kvar 取 Qc校a?3200kvar 则补偿后右供电臂的校核容量为： S'校a???P2校a??S2校a?P2校a?Qc校a?2?25349.5kV?A
补偿后的功率因数为： cos?'?P校a'S校a?22855.56?0.902
25349.5 (4)左供电臂补偿后的校核容量为：
P校b?S校bcos??22000?0.85?18700kV?A
无功补偿装置的容量为：
Qc校b?P校btan??tan?'?18700??0.62?0.484??2543.2kvar 取 Qc校b?2600kvar
则补偿后左供电臂的校核容量为： S'校b???P2校b??S2校b?P2校b?Qc校b?2?20748.399kV?A
补偿后的功率因数为： cos?'?P校b'S校b?18700?0.901
20748.3992.1.4 中期牵引负荷增长后的计算容量及校核容量
右供电臂的计算容量和校核容量分别为：
'''Sa?1.2Sa?1.2?16086.5?19303.8kV?A
.5?30419.4kV?A S校a?1.2S校a?1.2?25349左供电臂的计算容量和校核容量分别为：
'''
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.485?12725.382kV?A Sb?1.2Sb?1.2?10604'''?1.2S.399?24898.079kV?A S校b校b?1.2?20748'''2.1.5 变压器安装容量的计算
由以上计算结果结合实际变压器系列产品的规格，可得重负荷供电臂即右供电臂选取的变压器容量为31.5MVA，轻供电臂即左供电臂选取的变压器容量为25MVA。
2.2 牵引变压器的选择
2.2.1 牵引变压器备用方式的选择
牵引变压器有固定备用和移动备用两种备用方式。在我国，多数情况下采用固定备用的方式。
2.2.2 牵引变压器连接组别的选择
我国牵引变压器采用三相、三相——两相和单相三种类型。常用的牵引变压器主要有单相接线变压器、单相Vv接线变压器、三相Vv接线变压器、三相YNd11双绕组变压器、斯科特接线变压器。 (1)单相接线变压器
优点：容量利用率可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资少。 缺点：不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电，在电力系统中，单相牵引负荷产生的负序电流较大，对接触网的供电不能实现双边供电。
适用于：电力系统容量较大，电力网比较发达，三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。 (2)单相Vv接线变压器
优点：主接线较简单，设备较少，投资较省。牵引变压器容量利用率可达到100%。对电力系统的负序影响比单相接线少。对接触网的供电可实现双边供电。
缺点：当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左右两边供电臂的牵引网。这就需要一个倒闸过程。在这一倒闸过程完成前，故障变压器原来供电的供电臂牵引网中断供电，这种情况可能会影响行车。即使这一倒闸过程完成后，地区三相电力供应也要中断。牵引变电所三相自用电必须改用劈相电或单相——三相自用变压器供电，实质上变成了单相接线牵引变电所，对电力系统的负序影响也随之增大。
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