课程名称：供变电工程课程设计
设计题目：牵引变电所电气主接线设计
院 系：专 业： 电气工程及其自动化
年 级：
姓 名：
指导教师：
2010 年 月
日
课 程 设 计 任 务 书
专 业 电气工程及其自动化 姓 名 学 号
开题日期：2010 年 3 月 10 日 完成日期：2010 年 4 月19 日
题 目 牵引变电所电气主接线设计
一、设计的目的
通过该设计，使学生初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计
步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的
绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的
二、设计的内容及要求
1、按给定供电系统和给定条件，确定牵引变电所电气主接线。
2、选择牵引变电所电气主接线中的主要设备。如：母线、绝缘子、隔离开
关、熔断器、断路器、互感器等。 选择时应优先考虑采用国内经鉴定的新产品、新技术。
3、提交详细的课程设计说明书和牵引变电所电气主接线图。
三、指导教师评语
四、成 绩
指导教师 (签章)
年 月 日
牵引变电所课程设计原始资料
1、电力系统及牵引变电所分布图
图例： ：电力系统，火电为主
：地方220/110kV区域变电所
：地方110/35/10kV变电站
—— ：三相高压架空输电线
图中：
L1：220kV 双回路 150kM LGJ-300
L2：110kV 双回路 10kM LGJ-120
L3：110kV 20kM
L4：110kV 40kM ：铁道牵引变电所
L5：110kV 60kM
L6：110kV 双回路 20kM
L7：110kV 30kM
L8：110kV 50kM
L9：110kV
L10：110kV 未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：
A：2×3.15万kVA B：2×3.15万kVA
C：2×3.15万kVA D：2×1.5万kVA
E：2×1.5万kVA F：2×1.5万kVA
2、电力系统对各牵引变电所的供电方式及运行条件
[1] 甲站对A所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。A所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[2] 甲站对B所供电时，110kV线路还需经B所送至丙站。正常运行时B所内有系统功率穿越。当甲站至B的输电线路故障时，B所由丙站供电，丙站内110kV母线分段运行，输电线L4、L5分别接入不同的分段母线上。正常运行时，丙站内110kV母线分段断路器断开。B所提供甲站至丙站的载波通道。
B所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[3] C所由丙站送出的两回110kV线路供电。但正常运行时，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV线路（L6）平时不向牵引负荷供电。只经过C所的110kV母线转接至某企业110kV变电站。
C所内采用两台变压器，固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区10kV 负荷供电（一回）。C所内设有27.5/10kV 1000kVA动力变压器一台。10kV高压间内设有4路馈线，每路馈线设有：电流表、电压表、有功电度表、
无功电度表。设有电流速断和接地保护，继电保护动作时间0.1秒。10kV高压间设在27.5kV高压室一端，单独开门。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[4] 牵引变电所D、E、F由乙站供电。正常运行时，110kV线路在E所内断开，不构成闭合环网。E所内的牵引变压器正常运行时，接入由D所送来的电源线L8上，L8故障时可转接至F所由L9供电。D、F所均可能有系统功率穿越。但正常运行时，F所无系统功率穿越。
D所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电有地方10kV可靠电源。
[5] E入所内。27.5kV室内，电抗器室外。所用电采用在110kV进线隔离开关内侧接入（3）/0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。
[6] F所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。该地区无地方10kV电源。
[7] 牵引变电所A、C、E 110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F 27.5kV侧要求计费，采用低压侧(27.5kV侧)计费时，110kV侧仍需设电压监视。
[8] 各变电所设计时，一律按海拔h≤1000m，I级污秽地区，盐密δ≤0.1毫克/厘米2，最高环境温度+40℃考虑。
[9] 各牵引变电所均设置避雷针三座。
[10] 牵引变电所B、D 110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E 110kV线路采用横向相对引入方式；A、F 110kV线路采用T字型引入方式。
[11] 假定各牵引变电所馈线主保护动作时间tb=0.1秒，27.5kV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。
[12] 各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为220V。
目录
第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求 ............... - 7 -
1.1概述 ........................................ - 7 -
1.2电气主接线基本要求 ........................... - 7 -
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤 .......... - 7 -
第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 ............... - 9 -
第三章 短路计算- 10 -
3.1- 10 -
3.2短路点的选取 ............................... - 10 -
3.3短路计算 ................................... - 10 -
第四章 设备及选型 ................................. - 14 -
4.1母线的选择及校验............................ - 14 -
4.1.1 110KV侧母线采用软母线 ................. - 14 -
4.1.2 27.5KV侧母线选用矩形铝母线 ............. - 15 -
4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验 ............ - 17 -
4.2.1 110kV侧支柱绝缘子选取 ................. - 17 -
4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取 ................ - 17 -
4.2.3 27.5KV侧穿墙套管选取 .................. - 18 -
4.3 高压断路器选取及校验 ....................... - 18 -
4.3.1 110KV侧断路器选取 ..................... - 18 -
4.3.2 27.5kV侧断路器选取 .................... - 19 -
4.4 高压熔断器的选取及校验 ..................... - 20 -
4.4.1 27.5kV侧高压熔断器.................... - 20 -
4.4.2 230V处的熔断器 ....................... - 20 -
4.5 隔离开关的选取及校验 ....................... - 21 -
4.5.1 110kV侧隔离开关选取 ................... - 21 -
4.5.2 27.5KV侧户外隔离开关选取 .............. - 21 -
4.5.3 27.5KV侧户内隔离开关选取 ..............
4.6 电压互感器选取 .............................
4.6.1 110KV侧电压互感器选取 .................
4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取 ...............
4.7 电流互感器选择 .............................
4.7.1 110KV侧电流互感器选择 .................
4.7.2 110KV侧中性点接地电流互感器 ............
4.7.3 27.5KV侧电流互感器选择 ................
4.8避雷器的选取 ...............................
4.9避雷针的选取 ............................... 电气设备一览表 ................................... 参考书目 ......................................... 后记 ............................................. 附电气主接线图
- 22 - - 23 - - 23 - - 23 - - 23 - - 23 - - 25 - - 25 - - 26 - - 27 - - 29 - - 30 - - 31 -
第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求
1.1概述
牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图，称为电气主结线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外，电气主结线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。
1.2电气主接线基本要求
电气主接线应满足安全性、可靠性、经济性和方便性四项基本要求。
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤
在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤：
1. 应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针政策和有关的技术政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。
2. 主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术
经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。
3. 根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电
所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。
4. 新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。
第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 根据原始资料易知，已站对E所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。E所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧不需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
牵引变电所A110kV侧要求计费，故低压（二次）侧需设电压互感器，高压侧同样需设电压互感器，按正常运行方式选择变压器容量。
该主结线图高压侧采用外桥结线，两回进线中，采用一回主供，一回备用。变压器采用两台三相主变压器，其绕组联结形式为YNd-11变压器，二次绕组有一相接地并与钢轨连接。由于该变电所的供电方式是单线双边供电，馈线有两条，考虑到经济性，牵引负荷母线不采用带旁路母线的单母线分段接线方式，但为了保证馈线供电的可靠性，采用100%备用断路器馈线接线方式，每回馈线接两台断路器，一台运行，另一台备用。每个分段母线都设有单相电压互感器和避雷器，以便某分段母线检修或故障停电时，它们不致中断工作。
该牵引变电所的运行方式如下：
1．一次侧
两路110KV进线，一路工作，一路备用，变压器相同，1B工作，2B全备用。当110KV进线1发生故障时，只需合上外跨桥上的隔离开关。1B发生故障时，若采用110KV进线1工作，也合外跨桥上的隔离开关。设备的检修相同。
2．二次侧
当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，27.5KV的馈线能继续工作。断路器及其他设备发生故障或检修相同。但馈线上的断路器采用100%的备用，所以该断路器发生故障或检修时，只需合上另外一个。
第三章 短路计算
3.1短路计算的相关概念、内容和目的
1．短路,是指供电系统正常运行情况外的，导电相与相或相与地之间负荷支路被旁路的直接短路或经过一个很小的故障点阻抗短接。
2．短路计算的主要内容是确定短路电流的大小，即最大短路电流的大小。 3．短路计算的目的，是通过短路过程的研究及计算短路电流的量值，从而达到供电系统合理设计和安全可靠运行的重要因素。
3.2短路点的选取
因短路计算的主要内容是确定最大短路电流的大小，所以对一次侧设备的选取一般选取110KV高压母线短路点作为短路计算点；对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取27.5KV低压母线短路点作为短路计算点。
3.3短路计算
电路简化图如图 3-1所示
图3-1
额定电压与平均电压之间的关系如表3-1所示：
表3-1
Ⅰ、上图系统电力变压器的总容量为：S降=63000⨯2+15000⨯2=156000KVA
系统供电电源容量：S系=10000MVA
S降S系
=
156000
⨯100%=1.56%
10000000
因此，在降压变压器低压侧发生短路时，供电电源视为无限大容量供电状态。 Ⅱ、在上述前提条件下，周期分量电流有效值的标幺值IZ*=
1
,其中X∑*为线X∑*
路总阻抗的标幺值，与线路的长度成正比，IZ*与线路的长度成反比，因此选取线路L7、L8，而不取线路L9、L10。取其中较大的作为选择断路器的参考依据。
Ⅲ、取Sj=100MVA, UX-Xj=UP ① 发电机：X1*=X1∙
SjSFe
=0.01∙
100
=1⨯10-4(可忽略) 10000
② 220KV输电线：X2*=X∙L∙
1100=⨯0.4⨯150⨯=0.05671 2UP22302
Sj
③ 220/110KV变压器：X3*=
Ud%Sj17100∙=∙=0.2698 100Sbe10063
Ud%Sj17100
∙=∙=0.2698 ④ 220/110KV变压器：X4*=
100Sbe10063
⑤ 1100KV输电线：X5*=X∙L∙
Sj
2UP
=0.4⨯80⨯
100
=0.2419 2
115
Ud%Sj10.5100
∙'=∙=0.7 ⑥ 110/27.5KV变压器：X6*=
100Sbe10015
⑦ 110/27.5KV变压器：X7*=
Ud%Sj10.5100
∙'=∙=0.7 100Sbe10015
⑧ 由于其次边230V处接有一熔断器，因此其次边短路时会自动熔断，且其次
边并未与变压器构成环网，于是计算时可以不予考虑。 Ⅳ、计算
ⅰ、d1处发生三相短路时，等值计算网络图3-2如下：
图3-2
11
① X∑*=0.05671+⨯0.2698+0.2419+⨯0.7=0.7835
22
② 周期分量电流有效值的标幺值：IZ*=
11
==1.276 X∑*0.7835
③
周期分量电流有名值：IZ=IZ*∙Ij=1.276④ 取Kch=1.8，则有：
=2.679KA
冲击电流ich=1.05⨯1.8⨯IZm=1.05⨯1.8Z=7.160KA
''
Ich=1.61IZ=1.61IZ=1.61⨯2.679=4.313KA
ⅱ、d2、d3、d4处发生三相短路时，等值计算网络图3-3如下：
图3-3
① 由于d2、d3、d4都是直接在110KV侧短路，且属于并联运行，于是此三
处短路电流值相同 (此处计算d2) 。
1
② X∑*=0.05671+⨯0.2698+0.2419=0.4335
2③ 周期分量电流有效值的标幺值：IZ*=
11==2.307 X∑*0.4335
④
周期分量电流有名值：IZ=IZ*∙Ij=2.307④ 取Kch=1.8，则有：
=1.158KA
冲击电流ich=1.05⨯1.8⨯IZm=1.05⨯1.8Z=3.095KA
''
Ich=1.61IZ=1.61IZ=1.61⨯1.158=1.864KA
Ⅲ、对牵引变电所主变压器：
110KV
侧额定电流：Ie1=
=
=78.73A
=314.92A
27.5KV
侧额定电流：Ie2=
=
短路计算值一览表见表3-2：
表3-2
第四章 设备及选型
4.1母线的选择及校验
4.1.1 110KV侧母线采用软母线
1．按最大长期工作电流选择母线截面
根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于Ixu，即Ixu≥Ig.max；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，
则
Ig.max=1.3Ie===102.35A 由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线（LMR型）15×3的允许载流量为156A（环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选15×3=45mm2截面的铝母线（单条平放）。
2．校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线Aθ=f(θ)，找出对应的AS值，再由
1
Qd=AZ-AS求出AZ，再次利用曲线Aθ=f(θ)找出对2S
应的θZ，Aθ=f(θ)曲线如图4-1所示。
图4-1 短路发热的Aθ=f(θ)曲线
Ig.max2
θs=θ0+()(θxu-θ0)=25︒+()2(80︒-25︒)=48.67︒C
Ixu短路电流计算时间tjs=tb+tg=0.1+0.2=0.3s
⎛⎫2
IZ+10⨯ Itd⎪+It2
d
1.1582+10⨯1.1582+1.15822QZ=⨯td=⨯0.3=0.4023kA2⋅S
1212
2
Qfi=IZ⋅Tfi=1.1582⨯0.064=0.0858KA2⋅S
2
式中Tfi根据《电力系统分析》书表6-3取得。
短路电流热效应：Qd=QZ+Qfi=0.4023+0.0858=0.4881KA2⋅S
由θs=48.67︒C，在《电力牵引供变电技术》图6.6中查得铝曲线As=0.35⨯104
1
Az=As+2(Qz+Qfi)=0.35⨯104+2⨯0.4881⨯106=0.3741⨯104
S45
在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得Az=0.4104⨯104，对应铝母线曲
0︒
︒
，表明所选截面的母线能满足热稳定性。
4.1.2 27.5KV侧母线选用矩形铝母线（室内选硬母线）
1．按最大长期工作电流选择母线截面
根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于Ixu，即Ixu≥Ig.max；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，则
Ig.max=1.3Ie===409.39A
由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线40×4的允许载流量为456A（环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选40×4=160mm2截面的铝母线（单条平放）。
2．校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线Aθ=f(θ)，
找出对应的AS值，再由应的θZ。
1
Qd=AZ-AS求出AZ，再次利用曲线Aθ=f(θ)找出对S2
母线在最大负荷时的温度；
Ig.max2
θs=θ0+()(θxu-θ0)=25︒+()2(70︒-25︒)=61.27︒C
xu⎛⎫2
IZ+10⨯ Itd⎪+It2
d
2.6792+10⨯2.6792+2.6792⎝2⎭QZ=⨯td=⨯0.3=2.153KA2⋅S
1212
2
⋅Tfi=2.6792⨯0.064=0.4593KA2⋅S Qfi=IZ
2
短路电流热效应：Qd=QZ+Qfi=2.153+0.4593=2.612KA2⋅S
由θs=61.27︒C，在《电力牵引供变电技术》图6.6中查得铝曲线As=0.39⨯104
1
Az=As+2(Qz+Qfi)=0.39⨯104+⨯2.612⨯106=0.4002⨯104 2
S160
在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得Az=0.4002⨯104，对应于铝母线曲线的纵坐标为65︒，即θz=65︒
3．校验母线的机械稳定性
设母线采用水平排列平放，则冲击电流 ich=7.160kA 已知：a=40cm，l=120cm，h=40mm，b=4mm则
a-b400-4
==9>>2 b+h4+40
∴Kx=1
︒
，表明所选截面的母线能满足热稳
三相短路时，相间电动力为：
F(3)=1.73i(3)2⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯106⨯⨯10-7=266.07Nch
母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
11
W=bh2=⨯0.004⨯0.042=1.067⨯10-6m3
66
母线的计算应力：
MF⋅l266.07⨯1.2⨯106
σ====29.924⨯106pa
W10W10⨯1.067
由《电力牵引供变电技术》表6.4知，铝母线的允许应力为69⨯106Pa，
σ
2
4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验
由于牵引变压器安装在室外，而110KV进线是直接接到牵引变压器上的，所以不用穿墙导管，故对于110KV侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙导管。而27.5KV侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内，所以对27.5KV侧既需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙导管。
4.2.1 110kV侧支柱绝缘子选取
1．按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变压器110KV侧额定电压
Ue=110KV考虑。
查附表11可以初选型号为ZS-110/3的绝缘子，其技术数据见表4-1：
表4-1
2.支柱绝缘子机械稳定性校验： 绝缘子受力(取L=120cm,a=40cm)
2
Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯3.0952⨯1⨯106⨯⨯10-7=4.972N
4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取
1．按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器27.5KV侧额定电压
Ue=27.5KV考虑。
查附表11可以初选型号为ZA-35Y的绝缘子，其技术数据见表4-2：
表4-2
2.支柱绝缘子机械稳定校验：由计算知27.5kV三相短路的相间电动力为：
2
Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯1⨯106⨯⨯10-7
a40
=26.61N
故能满足机械稳定要求
4.2.3 27.5KV侧穿墙套管选取
1．按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie===409.39A 可初选CLB-35/600型穿墙，其技术数据见表4-3：
表4-3
2.穿墙套管热稳定校验：
2
Qxu=Irt⨯t=122⨯5=720KA2⋅S>Qd=2.612 KA2⋅S 故其满足热稳定性要求.
3.穿墙套管机械稳定性校验：
由前面计算知27.5kV三相短路的相间电动力为
2Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯1⨯106⨯
⨯10-7
a40
=26.61N
故其满足机械稳定性要求
4.3 高压断路器选取及校验
交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设计110KV侧选用SF6断路器，27.5KV侧选用真空断路器。
4.3.1 110KV侧断路器选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie=Ug=110KV
==102.35A
初选额定电流为1000A的SW4-110/1000型少油断路器，其技术数据见表4-4：
表4-4
2．短路关合电流的校验
极限通过电流为ieg=55KA，而icj=3.095KA，所以ieg≥icj，故满足要求。 3．校验短路时的热稳定性 由前面选择硬母线处可得：
Qd=QZ+Qfi=0.4023+0.0858=0.4881KA2⋅S
2
⋅t=212⨯5=2205KA2⋅s 而Q4=Irt
所以Qd
所以，选用额定电流为1000A的SW4-110/1000型少油断路器。
4.3.2 27.5kV侧断路器选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
初选额定电流为1000A的LN1-27.5型的SF6断路器，其技术数据见表4-5：
表4-5
2.短路关合电流的校验
极限通过电流为ieg=25KA，而icj=7.160KA，所以ieg≥icj，故满足要求。 3.校验短路时的热稳定性 由前面选择27.5KV母线处可得：
Qd=QZ+Qfi=2.153+0.4593=2.612KA2⋅S，
2
而Q4=Irt⋅t=8.52⨯4=289KA2⋅S
所以Qd
所以，选用额定电流为1000A的LN1-27.5型的SF6断路器。
4.4 高压熔断器的选取及校验
熔断器是用以切断过载电流和短路电流，选择熔断器时首先应根据装置地点和使用条件确定种类和型式；对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需要按额定电压和断流容量两项来进行选择。
4.4.1 27.5kV侧高压熔断器选用RW1-35Z型户外高压熔断器，其技术
数据见表4-6：
表4-6
eg②熔断器开断电流校验
Iek=8KA>ICj=2.679KA
所以RW1-35Z高压熔断器满足要求
4.4.2 230V处的熔断器也可选用RW1-35Z型。
4.5 隔离开关的选取及校验
由于在所设计的电气主结线中，110KV侧隔离开关在室外，而27.5KV侧既有室内的也有室外的，所以对110KV侧只需选择室外的，而27.5KV侧要选择室内和室外的。
4.5.1 110kV侧隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=110KV
==102.35A
而要满足Ue≥Ug,Ie≥Igmax，可初选型号为GW4-110/600的隔离开关。其技术数据见表4-7：
表4-7
2．校验短路时的热稳定性
Ier=14KA，I=1.158=283.65A 所以Ier>I 所以110KV侧隔离开关选用型号为户外GW4-110/600。
4.5.2 27.5KV侧户外隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
而Ue≥Ug,Ie≥Igmax，所以初选型号为GW2-35/600户外隔离开关。其技术数
据见表4-8：
表4-8
2．户外隔离开关的校验
Ier=14KA，I=1.158=283.65A 所以Ier>I 所以27.5KV侧户外隔离开关选用型号GW2-35/600。
4.5.3 27.5KV侧户内隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
而Ue≥Ug,Ie≥Igmax，所以初选型号为GN2-35T/600户内隔离开关。其技术数据见表4-9：
表
4-9
2．校验短路时的热稳定性
Ier=25KA，I=2.679=656.21A 所以Ier>I 所以27.5KV侧户内隔离开关选用型号为GN2-35T/600。
4.6 电压互感器选取
4.6.1 110KV侧电压互感器选取
供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为3级。 供110kV侧计费的电压互感器选择：准确级0.5级。
由于电压互感器装于110kV侧用于计费，并不需要起保护作用，因为如果110kV侧发生故障或事故时，其地方的电力系统会启动继电保护装置跳闸，将其故障或事故切除，因此选用JCC6-110型准确级0.5级，额定容量500VA的电压互感器便可以满足要求。其技术数据见表4-10:
表4-10
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取
由于电压互感器装于27.5kV侧要起到保护作用，用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故，故其准确级需要3级，因此选用JDJJ-35型准确级3级，额定容量600VA的电压互感器可以满足要求。其技术数据见表4-11：
表4-11
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
4.7 电流互感器选择
4.7.1 110KV侧电流互感器选择
1．最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=UE1=110KV，
==102.35A， 而U1e≥UE1,I1e≥Igmax，可初选型号为LCW-110的电流互感器，测量计费用0.5级，保护用1级。其技术数据见表4-12：
表4-12
电流互感器二次负载统计表见表4-13：
表4-13
由最大一相（B相）负载为依据进行计算。
22
取W2=W2e=I2e∙Z2=5⨯1.2=30VA
式中Z2为此型号流互1级的二次负荷。 则可得导线电阻为 Rd=-0.1=0.97Ω
52因铜导线ρ=0.018Ω.mm2/m，L=l, 则其截面 S=
ρL
==0.9278mm2 d因此，选择截面为1.0mm2的铜导线，可满足要求。 3．校验热稳定性
(I1e⨯Kt)2⨯t=(0.6⨯75)2⨯1=2025KA2⋅S>Qd= 3.243 KA2⋅S
——式中I1e为流互一次额定电流。
因此满足热稳定性要求 4．校验机械稳定性
1e⨯Ku≥ich的条件校验机械稳定性
1e⨯Ku=0.6⨯150=127.28kA>ich=3.095kA
校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力：
设相间距离a=40cm，互感器瓷套帽到最近支柱绝缘子间距离L=1.2m 则作用于瓷套帽上的机械应力为 ：
2
F=⨯1.73⨯⨯ich⨯10-7=⨯1.73⨯⨯30952⨯10-7
2a20.4 =2.486N
说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的LCW—110型电流互感器能满足要求。
4.7.2 110KV侧中性点接地电流互感器
同110KV流互要求相同，选型号LCW—110型电流互感器，也分为测量、保护，等级同上。
4.7.3 27.5KV侧电流互感器选择
1．最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：
Ig.max=1.3Ie=UE2=27.5KV
==409.39A ，
而U2e≥UE2,I2e≥Igmax，可以初选型号为LZBJ1-27.5的电流互感器，继电保护采用3级。其技术数据见表4-14：
表4-14
电流互感器二次负载统计表见表4-15：
表4-15
由最大一相（B相）负载为依据进行计算，取W2=W2e=5⨯0.8=20V.A
-0.1=0.57Ω 则可得导线电阻为： Rd=2
5
铜导线ρ=0.018Ω
.mm2/m，L=l,则其截面S=因此，选择截面为2.0mm2的铜导线，可满足要求。
3．校验热稳定性
ρL
==1.579mm2d22
（I1e⨯Kt）⨯t=（0.7⨯84）⨯1=3457.4KA2.S>Qd=2.612KA2.S
满足热稳定性要求 4．校验机械稳定性
1e⨯Ku≥ich的条件校验机械稳定性
2I1e⨯Ku=2⨯0.7⨯94=93.056KA>ich=7.160KA
校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力：
设相间距离a=40cm，互感器瓷套帽到最近支柱绝缘子间距离L=120cm，则作用于瓷套帽上的机械应力为 ：
2F=⨯1.73⨯⨯ich⨯10-7=⨯1.73⨯⨯71602⨯10-7
2a20.4 =13.30N
说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的LZBJ1-27.5型电流互感器能满足要求。
4.8避雷器的选取
1．50%击穿电压U50%是指在该电压下进行多次试验，气隙击穿概率为50%。
110kV为1410/1200kA；27.5kV为700/350kA
2．选择交流磁吹阀式避雷器FCZ-110型避雷器作为主变压器中性点的避雷保护，该避雷器的参数如下表4-16(查《高电压技术附表2.2》)：
表4-16
查《高电压技术附表2.4》，参数如表4-17：
表4-17
4．27.5KV侧的避雷器选用FZ—30J普通阀式避雷器,用来保护相应电压等级，电气设备免受大气过电压和某些操作过电压的危害，查《高电压技术附表2.1》，参数如表4-18：
表4-18
表4-19
4.9避雷针的选取
按设计要求需要3避雷针三座，以单支避雷针考虑，参考《高电压技术》中
的计算可知，避雷针对所内最高室外设备(不高于10m)的计算保护半径：
取避雷针高度h=30m，在10m高度上的保护半径为：
r10=(1.5h-2h10)P=(1.5⨯30-2⨯10)⨯1=25m
在地面上的保护半径为：r0=1.5h=45m 因此，三座此高度避雷针足以保护此变电所。
电气设备一览表
参考书目
1、 贺威俊.电力牵引供变电技术.成都:西南交通大学出版社.2004 2、 简克良.电力系统分析.成都:西南交通大学出版社.1993 3、 杨保初.高电压技术.重庆大学出版社.
4、 于松伟.城市轨道交通供电系统设计原理及应用.西南交通大学出版社. 5、 冯仁杰.电气化铁道供电系统.中国铁道出版社 6、 林秀海.电气化铁道供变电工程.中国铁道出版社
后记
通过6周对牵引供变电系统的课程设计，我进一步掌握了牵引供变电系统设计中应注意的一些原则以及选择牵引供电系统主接线方式的问题,其中包括短路计算、设备的选择及校验。这次设计，是在结合了上学期学习的几门专业课的基础上完成的，设计中发现自己存在很多的问题，特别是对供电与继电保护之间的联系上还很不足。虽然，在规定时间内完成了设计，但是总体上来说，质量不高，可以说，通过设计所学到的东西比设计本身要多，而体现在设计中的创造性的东西几乎没有，毕竟个人的知识面和水平还很有限。从另一个方面来说，这也是一种鞭策，虽然我们现在还谈不上创新，但是至少我们已经有这方面的想法，更重要的是我们正朝着这方面在不断的努力。我相信过程和结果是同等重要的。
课程名称：供变电工程课程设计
设计题目：牵引变电所电气主接线设计
院 系：专 业： 电气工程及其自动化
年 级：
姓 名：
指导教师：
2010 年 月
日
课 程 设 计 任 务 书
专 业 电气工程及其自动化 姓 名 学 号
开题日期：2010 年 3 月 10 日 完成日期：2010 年 4 月19 日
题 目 牵引变电所电气主接线设计
一、设计的目的
通过该设计，使学生初步掌握交流电气化铁道牵引变电所电气主接线的设计
步骤和方法；熟悉有关设计规范和设计手册的使用；基本掌握变电所主接线图的
绘制方法；锻炼学生综合运用所学知识的能力，为今后进行工程设计奠定良好的
二、设计的内容及要求
1、按给定供电系统和给定条件，确定牵引变电所电气主接线。
2、选择牵引变电所电气主接线中的主要设备。如：母线、绝缘子、隔离开
关、熔断器、断路器、互感器等。 选择时应优先考虑采用国内经鉴定的新产品、新技术。
3、提交详细的课程设计说明书和牵引变电所电气主接线图。
三、指导教师评语
四、成 绩
指导教师 (签章)
年 月 日
牵引变电所课程设计原始资料
1、电力系统及牵引变电所分布图
图例： ：电力系统，火电为主
：地方220/110kV区域变电所
：地方110/35/10kV变电站
—— ：三相高压架空输电线
图中：
L1：220kV 双回路 150kM LGJ-300
L2：110kV 双回路 10kM LGJ-120
L3：110kV 20kM
L4：110kV 40kM ：铁道牵引变电所
L5：110kV 60kM
L6：110kV 双回路 20kM
L7：110kV 30kM
L8：110kV 50kM
L9：110kV
L10：110kV 未标注导线型号者均为LGJ-185，所有导线单位电抗均为牵引变压器容量如下（所有Ud%=10.5）：
A：2×3.15万kVA B：2×3.15万kVA
C：2×3.15万kVA D：2×1.5万kVA
E：2×1.5万kVA F：2×1.5万kVA
2、电力系统对各牵引变电所的供电方式及运行条件
[1] 甲站对A所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。A所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[2] 甲站对B所供电时，110kV线路还需经B所送至丙站。正常运行时B所内有系统功率穿越。当甲站至B的输电线路故障时，B所由丙站供电，丙站内110kV母线分段运行，输电线L4、L5分别接入不同的分段母线上。正常运行时，丙站内110kV母线分段断路器断开。B所提供甲站至丙站的载波通道。
B所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。27.5kV侧需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[3] C所由丙站送出的两回110kV线路供电。但正常运行时，由甲站送至丙站（L5）再由丙站送至C所的一回110kV线路（L6）平时不向牵引负荷供电。只经过C所的110kV母线转接至某企业110kV变电站。
C所内采用两台变压器，固定全备用。所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。牵引侧除向两个方向的牵引网供电外，还要向电力机务段供电（两回）和地区10kV 负荷供电（一回）。C所内设有27.5/10kV 1000kVA动力变压器一台。10kV高压间内设有4路馈线，每路馈线设有：电流表、电压表、有功电度表、
无功电度表。设有电流速断和接地保护，继电保护动作时间0.1秒。10kV高压间设在27.5kV高压室一端，单独开门。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
[4] 牵引变电所D、E、F由乙站供电。正常运行时，110kV线路在E所内断开，不构成闭合环网。E所内的牵引变压器正常运行时，接入由D所送来的电源线L8上，L8故障时可转接至F所由L9供电。D、F所均可能有系统功率穿越。但正常运行时，F所无系统功率穿越。
D所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。所用电有地方10kV可靠电源。
[5] E入所内。27.5kV室内，电抗器室外。所用电采用在110kV进线隔离开关内侧接入（3）/0.23kV单相变压器，以提高向硅整流装置供电的可靠性。
[6] F所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。该地区无地方10kV电源。
[7] 牵引变电所A、C、E 110kV侧要求计费，牵引变电所B、D、F 27.5kV侧要求计费，采用低压侧(27.5kV侧)计费时，110kV侧仍需设电压监视。
[8] 各变电所设计时，一律按海拔h≤1000m，I级污秽地区，盐密δ≤0.1毫克/厘米2，最高环境温度+40℃考虑。
[9] 各牵引变电所均设置避雷针三座。
[10] 牵引变电所B、D 110kV线路采用纵向平行引入方式；C、E 110kV线路采用横向相对引入方式；A、F 110kV线路采用T字型引入方式。
[11] 假定各牵引变电所馈线主保护动作时间tb=0.1秒，27.5kV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=40cm，母线跨距l=120cm；10KV母线采用矩型截面硬铝母线，母线间距a=25cm；母线跨距l=100cm。
[12] 各牵引变电所主控制室均采用一对一集中控制方式，直流电源电压均为220V。
目录
第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求 ............... - 7 -
1.1概述 ........................................ - 7 -
1.2电气主接线基本要求 ........................... - 7 -
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤 .......... - 7 -
第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 ............... - 9 -
第三章 短路计算- 10 -
3.1- 10 -
3.2短路点的选取 ............................... - 10 -
3.3短路计算 ................................... - 10 -
第四章 设备及选型 ................................. - 14 -
4.1母线的选择及校验............................ - 14 -
4.1.1 110KV侧母线采用软母线 ................. - 14 -
4.1.2 27.5KV侧母线选用矩形铝母线 ............. - 15 -
4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验 ............ - 17 -
4.2.1 110kV侧支柱绝缘子选取 ................. - 17 -
4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取 ................ - 17 -
4.2.3 27.5KV侧穿墙套管选取 .................. - 18 -
4.3 高压断路器选取及校验 ....................... - 18 -
4.3.1 110KV侧断路器选取 ..................... - 18 -
4.3.2 27.5kV侧断路器选取 .................... - 19 -
4.4 高压熔断器的选取及校验 ..................... - 20 -
4.4.1 27.5kV侧高压熔断器.................... - 20 -
4.4.2 230V处的熔断器 ....................... - 20 -
4.5 隔离开关的选取及校验 ....................... - 21 -
4.5.1 110kV侧隔离开关选取 ................... - 21 -
4.5.2 27.5KV侧户外隔离开关选取 .............. - 21 -
4.5.3 27.5KV侧户内隔离开关选取 ..............
4.6 电压互感器选取 .............................
4.6.1 110KV侧电压互感器选取 .................
4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取 ...............
4.7 电流互感器选择 .............................
4.7.1 110KV侧电流互感器选择 .................
4.7.2 110KV侧中性点接地电流互感器 ............
4.7.3 27.5KV侧电流互感器选择 ................
4.8避雷器的选取 ...............................
4.9避雷针的选取 ............................... 电气设备一览表 ................................... 参考书目 ......................................... 后记 ............................................. 附电气主接线图
- 22 - - 23 - - 23 - - 23 - - 23 - - 23 - - 25 - - 25 - - 26 - - 27 - - 29 - - 30 - - 31 -
第一章 牵引变电所主结线设计原则及要求
1.1概述
牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，是指由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。用规定的设备文字符号和图形代表上述电气设备、导线，并根据他们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图，称为电气主结线图。它不仅标明了各主要设备的规格、数量，而且反映各设备的连接方式和各电气回路的相互关系，从而构成变电所电气部分主系统。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。此外，电气主结线及其组成的电气设备，是牵引变电所的主体部分。
1.2电气主接线基本要求
电气主接线应满足安全性、可靠性、经济性和方便性四项基本要求。
1.3电气主接线设计应遵循的主要原则与步骤
在电气主结线的设计中，应遵循的主要原则与步骤：
1. 应以批准的设计任务书为依据，以国家经济建设的方针政策和有关的技术政策、技术规范和规程为准则，结合工程具体特点和实际调查掌握的各种基础资料，进行综合分析和方案研究。
2. 主结线设计与整个牵引供电系统供电方案、电力系统对电力牵引供电方案密切相关，包括牵引网供电方式、变电所布点、主变压器接线方式和容量、牵引网电压水平及补偿措施、无功、谐波的综合补偿措施以及直流牵引系统电压等级选择等重大综合技术问题，应通过供电系统计算进行全面的综合技术
经济比较，确定牵引变电所的主要技术参数和各种技术要求。
3. 根据供电系统计算结果提供的上述各种技术参数和有关资料，结合牵引变电
所高压进线及其与系统联系、进线继电保护方式、自动装置与监控二次系统类型、自用电系统，以及电气化铁路当前运量和发展规划远景等因素，并全面考虑对主结线的基本要求，做出综合分析和方案比较，以期设计合理的电气主结线。
4. 新技术的应用对牵引变电所主结线结构和可靠性等方面，将产生直接影响。
第二章 牵引变电所电气主接线图设计说明 根据原始资料易知，已站对E所正常供电时，两回110kV线路中，一回为主供电源，另一回备用。E所内采用两台牵引变压器固定全备用。所内不设铁路岔线。27.5kV侧不需设室外辅助母线，每相馈线接电容补偿装置二组，电容器室内，电抗器室外。
牵引变电所A110kV侧要求计费，故低压（二次）侧需设电压互感器，高压侧同样需设电压互感器，按正常运行方式选择变压器容量。
该主结线图高压侧采用外桥结线，两回进线中，采用一回主供，一回备用。变压器采用两台三相主变压器，其绕组联结形式为YNd-11变压器，二次绕组有一相接地并与钢轨连接。由于该变电所的供电方式是单线双边供电，馈线有两条，考虑到经济性，牵引负荷母线不采用带旁路母线的单母线分段接线方式，但为了保证馈线供电的可靠性，采用100%备用断路器馈线接线方式，每回馈线接两台断路器，一台运行，另一台备用。每个分段母线都设有单相电压互感器和避雷器，以便某分段母线检修或故障停电时，它们不致中断工作。
该牵引变电所的运行方式如下：
1．一次侧
两路110KV进线，一路工作，一路备用，变压器相同，1B工作，2B全备用。当110KV进线1发生故障时，只需合上外跨桥上的隔离开关。1B发生故障时，若采用110KV进线1工作，也合外跨桥上的隔离开关。设备的检修相同。
2．二次侧
当变压器发生故障或检修时，合上分段母线上相应的隔离开关，27.5KV的馈线能继续工作。断路器及其他设备发生故障或检修相同。但馈线上的断路器采用100%的备用，所以该断路器发生故障或检修时，只需合上另外一个。
第三章 短路计算
3.1短路计算的相关概念、内容和目的
1．短路,是指供电系统正常运行情况外的，导电相与相或相与地之间负荷支路被旁路的直接短路或经过一个很小的故障点阻抗短接。
2．短路计算的主要内容是确定短路电流的大小，即最大短路电流的大小。 3．短路计算的目的，是通过短路过程的研究及计算短路电流的量值，从而达到供电系统合理设计和安全可靠运行的重要因素。
3.2短路点的选取
因短路计算的主要内容是确定最大短路电流的大小，所以对一次侧设备的选取一般选取110KV高压母线短路点作为短路计算点；对二次侧设备和牵引馈线断路器的选取一般选取27.5KV低压母线短路点作为短路计算点。
3.3短路计算
电路简化图如图 3-1所示
图3-1
额定电压与平均电压之间的关系如表3-1所示：
表3-1
Ⅰ、上图系统电力变压器的总容量为：S降=63000⨯2+15000⨯2=156000KVA
系统供电电源容量：S系=10000MVA
S降S系
=
156000
⨯100%=1.56%
10000000
因此，在降压变压器低压侧发生短路时，供电电源视为无限大容量供电状态。 Ⅱ、在上述前提条件下，周期分量电流有效值的标幺值IZ*=
1
,其中X∑*为线X∑*
路总阻抗的标幺值，与线路的长度成正比，IZ*与线路的长度成反比，因此选取线路L7、L8，而不取线路L9、L10。取其中较大的作为选择断路器的参考依据。
Ⅲ、取Sj=100MVA, UX-Xj=UP ① 发电机：X1*=X1∙
SjSFe
=0.01∙
100
=1⨯10-4(可忽略) 10000
② 220KV输电线：X2*=X∙L∙
1100=⨯0.4⨯150⨯=0.05671 2UP22302
Sj
③ 220/110KV变压器：X3*=
Ud%Sj17100∙=∙=0.2698 100Sbe10063
Ud%Sj17100
∙=∙=0.2698 ④ 220/110KV变压器：X4*=
100Sbe10063
⑤ 1100KV输电线：X5*=X∙L∙
Sj
2UP
=0.4⨯80⨯
100
=0.2419 2
115
Ud%Sj10.5100
∙'=∙=0.7 ⑥ 110/27.5KV变压器：X6*=
100Sbe10015
⑦ 110/27.5KV变压器：X7*=
Ud%Sj10.5100
∙'=∙=0.7 100Sbe10015
⑧ 由于其次边230V处接有一熔断器，因此其次边短路时会自动熔断，且其次
边并未与变压器构成环网，于是计算时可以不予考虑。 Ⅳ、计算
ⅰ、d1处发生三相短路时，等值计算网络图3-2如下：
图3-2
11
① X∑*=0.05671+⨯0.2698+0.2419+⨯0.7=0.7835
22
② 周期分量电流有效值的标幺值：IZ*=
11
==1.276 X∑*0.7835
③
周期分量电流有名值：IZ=IZ*∙Ij=1.276④ 取Kch=1.8，则有：
=2.679KA
冲击电流ich=1.05⨯1.8⨯IZm=1.05⨯1.8Z=7.160KA
''
Ich=1.61IZ=1.61IZ=1.61⨯2.679=4.313KA
ⅱ、d2、d3、d4处发生三相短路时，等值计算网络图3-3如下：
图3-3
① 由于d2、d3、d4都是直接在110KV侧短路，且属于并联运行，于是此三
处短路电流值相同 (此处计算d2) 。
1
② X∑*=0.05671+⨯0.2698+0.2419=0.4335
2③ 周期分量电流有效值的标幺值：IZ*=
11==2.307 X∑*0.4335
④
周期分量电流有名值：IZ=IZ*∙Ij=2.307④ 取Kch=1.8，则有：
=1.158KA
冲击电流ich=1.05⨯1.8⨯IZm=1.05⨯1.8Z=3.095KA
''
Ich=1.61IZ=1.61IZ=1.61⨯1.158=1.864KA
Ⅲ、对牵引变电所主变压器：
110KV
侧额定电流：Ie1=
=
=78.73A
=314.92A
27.5KV
侧额定电流：Ie2=
=
短路计算值一览表见表3-2：
表3-2
第四章 设备及选型
4.1母线的选择及校验
4.1.1 110KV侧母线采用软母线
1．按最大长期工作电流选择母线截面
根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于Ixu，即Ixu≥Ig.max；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，
则
Ig.max=1.3Ie===102.35A 由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线（LMR型）15×3的允许载流量为156A（环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选15×3=45mm2截面的铝母线（单条平放）。
2．校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线Aθ=f(θ)，找出对应的AS值，再由
1
Qd=AZ-AS求出AZ，再次利用曲线Aθ=f(θ)找出对2S
应的θZ，Aθ=f(θ)曲线如图4-1所示。
图4-1 短路发热的Aθ=f(θ)曲线
Ig.max2
θs=θ0+()(θxu-θ0)=25︒+()2(80︒-25︒)=48.67︒C
Ixu短路电流计算时间tjs=tb+tg=0.1+0.2=0.3s
⎛⎫2
IZ+10⨯ Itd⎪+It2
d
1.1582+10⨯1.1582+1.15822QZ=⨯td=⨯0.3=0.4023kA2⋅S
1212
2
Qfi=IZ⋅Tfi=1.1582⨯0.064=0.0858KA2⋅S
2
式中Tfi根据《电力系统分析》书表6-3取得。
短路电流热效应：Qd=QZ+Qfi=0.4023+0.0858=0.4881KA2⋅S
由θs=48.67︒C，在《电力牵引供变电技术》图6.6中查得铝曲线As=0.35⨯104
1
Az=As+2(Qz+Qfi)=0.35⨯104+2⨯0.4881⨯106=0.3741⨯104
S45
在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得Az=0.4104⨯104，对应铝母线曲
0︒
︒
，表明所选截面的母线能满足热稳定性。
4.1.2 27.5KV侧母线选用矩形铝母线（室内选硬母线）
1．按最大长期工作电流选择母线截面
根据正常工作下持续发热容许温升的限制，应使最大长期工作电流小于Ixu，即Ixu≥Ig.max；最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑，则
Ig.max=1.3Ie===409.39A
由《电力牵引供变电技术》附录二附表3查出铝母线40×4的允许载流量为456A（环境温度为25︒时），大于最大工作电流，故初选40×4=160mm2截面的铝母线（单条平放）。
2．校验母线的短路热稳定性
要求短路最终温度θZ，应先求出起始温度θS，根据θZ，利用曲线Aθ=f(θ)，
找出对应的AS值，再由应的θZ。
1
Qd=AZ-AS求出AZ，再次利用曲线Aθ=f(θ)找出对S2
母线在最大负荷时的温度；
Ig.max2
θs=θ0+()(θxu-θ0)=25︒+()2(70︒-25︒)=61.27︒C
xu⎛⎫2
IZ+10⨯ Itd⎪+It2
d
2.6792+10⨯2.6792+2.6792⎝2⎭QZ=⨯td=⨯0.3=2.153KA2⋅S
1212
2
⋅Tfi=2.6792⨯0.064=0.4593KA2⋅S Qfi=IZ
2
短路电流热效应：Qd=QZ+Qfi=2.153+0.4593=2.612KA2⋅S
由θs=61.27︒C，在《电力牵引供变电技术》图6.6中查得铝曲线As=0.39⨯104
1
Az=As+2(Qz+Qfi)=0.39⨯104+⨯2.612⨯106=0.4002⨯104 2
S160
在《电力牵引供变电技术》中查表6.6可得Az=0.4002⨯104，对应于铝母线曲线的纵坐标为65︒，即θz=65︒
3．校验母线的机械稳定性
设母线采用水平排列平放，则冲击电流 ich=7.160kA 已知：a=40cm，l=120cm，h=40mm，b=4mm则
a-b400-4
==9>>2 b+h4+40
∴Kx=1
︒
，表明所选截面的母线能满足热稳
三相短路时，相间电动力为：
F(3)=1.73i(3)2⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯106⨯⨯10-7=266.07Nch
母线平放及水平排列时，其抗弯模量为：
11
W=bh2=⨯0.004⨯0.042=1.067⨯10-6m3
66
母线的计算应力：
MF⋅l266.07⨯1.2⨯106
σ====29.924⨯106pa
W10W10⨯1.067
由《电力牵引供变电技术》表6.4知，铝母线的允许应力为69⨯106Pa，
σ
2
4.2 支柱绝缘子及穿墙套管的选取及校验
由于牵引变压器安装在室外，而110KV进线是直接接到牵引变压器上的，所以不用穿墙导管，故对于110KV侧只需选择支柱绝缘子而不需要选择穿墙导管。而27.5KV侧的设备既有安装在室外的也有安装在室内，所以对27.5KV侧既需要选择支柱绝缘子，也需要选择穿墙导管。
4.2.1 110kV侧支柱绝缘子选取
1．按最大工作电压选择支柱绝缘子时，可按变压器110KV侧额定电压
Ue=110KV考虑。
查附表11可以初选型号为ZS-110/3的绝缘子，其技术数据见表4-1：
表4-1
2.支柱绝缘子机械稳定性校验： 绝缘子受力(取L=120cm,a=40cm)
2
Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯3.0952⨯1⨯106⨯⨯10-7=4.972N
4.2.2 27.5KV侧支柱绝缘子选取
1．按最大工作电压选择支柱绝缘子可按变压器27.5KV侧额定电压
Ue=27.5KV考虑。
查附表11可以初选型号为ZA-35Y的绝缘子，其技术数据见表4-2：
表4-2
2.支柱绝缘子机械稳定校验：由计算知27.5kV三相短路的相间电动力为：
2
Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯1⨯106⨯⨯10-7
a40
=26.61N
故能满足机械稳定要求
4.2.3 27.5KV侧穿墙套管选取
1．按最大长期工作电流选择母线的截面可按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie===409.39A 可初选CLB-35/600型穿墙，其技术数据见表4-3：
表4-3
2.穿墙套管热稳定校验：
2
Qxu=Irt⨯t=122⨯5=720KA2⋅S>Qd=2.612 KA2⋅S 故其满足热稳定性要求.
3.穿墙套管机械稳定性校验：
由前面计算知27.5kV三相短路的相间电动力为
2Fmax=1.73ich⨯kx⨯⨯10-7=1.73⨯7.1602⨯1⨯106⨯
⨯10-7
a40
=26.61N
故其满足机械稳定性要求
4.3 高压断路器选取及校验
交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设计110KV侧选用SF6断路器，27.5KV侧选用真空断路器。
4.3.1 110KV侧断路器选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie=Ug=110KV
==102.35A
初选额定电流为1000A的SW4-110/1000型少油断路器，其技术数据见表4-4：
表4-4
2．短路关合电流的校验
极限通过电流为ieg=55KA，而icj=3.095KA，所以ieg≥icj，故满足要求。 3．校验短路时的热稳定性 由前面选择硬母线处可得：
Qd=QZ+Qfi=0.4023+0.0858=0.4881KA2⋅S
2
⋅t=212⨯5=2205KA2⋅s 而Q4=Irt
所以Qd
所以，选用额定电流为1000A的SW4-110/1000型少油断路器。
4.3.2 27.5kV侧断路器选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
初选额定电流为1000A的LN1-27.5型的SF6断路器，其技术数据见表4-5：
表4-5
2.短路关合电流的校验
极限通过电流为ieg=25KA，而icj=7.160KA，所以ieg≥icj，故满足要求。 3.校验短路时的热稳定性 由前面选择27.5KV母线处可得：
Qd=QZ+Qfi=2.153+0.4593=2.612KA2⋅S，
2
而Q4=Irt⋅t=8.52⨯4=289KA2⋅S
所以Qd
所以，选用额定电流为1000A的LN1-27.5型的SF6断路器。
4.4 高压熔断器的选取及校验
熔断器是用以切断过载电流和短路电流，选择熔断器时首先应根据装置地点和使用条件确定种类和型式；对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需要按额定电压和断流容量两项来进行选择。
4.4.1 27.5kV侧高压熔断器选用RW1-35Z型户外高压熔断器，其技术
数据见表4-6：
表4-6
eg②熔断器开断电流校验
Iek=8KA>ICj=2.679KA
所以RW1-35Z高压熔断器满足要求
4.4.2 230V处的熔断器也可选用RW1-35Z型。
4.5 隔离开关的选取及校验
由于在所设计的电气主结线中，110KV侧隔离开关在室外，而27.5KV侧既有室内的也有室外的，所以对110KV侧只需选择室外的，而27.5KV侧要选择室内和室外的。
4.5.1 110kV侧隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=110KV
==102.35A
而要满足Ue≥Ug,Ie≥Igmax，可初选型号为GW4-110/600的隔离开关。其技术数据见表4-7：
表4-7
2．校验短路时的热稳定性
Ier=14KA，I=1.158=283.65A 所以Ier>I 所以110KV侧隔离开关选用型号为户外GW4-110/600。
4.5.2 27.5KV侧户外隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑。
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
而Ue≥Ug,Ie≥Igmax，所以初选型号为GW2-35/600户外隔离开关。其技术数
据见表4-8：
表4-8
2．户外隔离开关的校验
Ier=14KA，I=1.158=283.65A 所以Ier>I 所以27.5KV侧户外隔离开关选用型号GW2-35/600。
4.5.3 27.5KV侧户内隔离开关选取
1．最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=Ug=27.5KV
==409.39A
而Ue≥Ug,Ie≥Igmax，所以初选型号为GN2-35T/600户内隔离开关。其技术数据见表4-9：
表
4-9
2．校验短路时的热稳定性
Ier=25KA，I=2.679=656.21A 所以Ier>I 所以27.5KV侧户内隔离开关选用型号为GN2-35T/600。
4.6 电压互感器选取
4.6.1 110KV侧电压互感器选取
供继电保护用的电压互感器的选择：准确级为3级。 供110kV侧计费的电压互感器选择：准确级0.5级。
由于电压互感器装于110kV侧用于计费，并不需要起保护作用，因为如果110kV侧发生故障或事故时，其地方的电力系统会启动继电保护装置跳闸，将其故障或事故切除，因此选用JCC6-110型准确级0.5级，额定容量500VA的电压互感器便可以满足要求。其技术数据见表4-10:
表4-10
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
4.6.2 27.5KV侧电压互感器选取
由于电压互感器装于27.5kV侧要起到保护作用，用于保护牵引网馈线上所发生的故障或事故，故其准确级需要3级，因此选用JDJJ-35型准确级3级，额定容量600VA的电压互感器可以满足要求。其技术数据见表4-11：
表4-11
由于电压互感器是并接在主回路中，当主回路发生短路时，短路电流不会流过互感器，因此电压互感器不需要校验短路的稳定性。
4.7 电流互感器选择
4.7.1 110KV侧电流互感器选择
1．最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑
Ig.max=1.3Ie=UE1=110KV，
==102.35A， 而U1e≥UE1,I1e≥Igmax，可初选型号为LCW-110的电流互感器，测量计费用0.5级，保护用1级。其技术数据见表4-12：
表4-12
电流互感器二次负载统计表见表4-13：
表4-13
由最大一相（B相）负载为依据进行计算。
22
取W2=W2e=I2e∙Z2=5⨯1.2=30VA
式中Z2为此型号流互1级的二次负荷。 则可得导线电阻为 Rd=-0.1=0.97Ω
52因铜导线ρ=0.018Ω.mm2/m，L=l, 则其截面 S=
ρL
==0.9278mm2 d因此，选择截面为1.0mm2的铜导线，可满足要求。 3．校验热稳定性
(I1e⨯Kt)2⨯t=(0.6⨯75)2⨯1=2025KA2⋅S>Qd= 3.243 KA2⋅S
——式中I1e为流互一次额定电流。
因此满足热稳定性要求 4．校验机械稳定性
1e⨯Ku≥ich的条件校验机械稳定性
1e⨯Ku=0.6⨯150=127.28kA>ich=3.095kA
校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力：
设相间距离a=40cm，互感器瓷套帽到最近支柱绝缘子间距离L=1.2m 则作用于瓷套帽上的机械应力为 ：
2
F=⨯1.73⨯⨯ich⨯10-7=⨯1.73⨯⨯30952⨯10-7
2a20.4 =2.486N
说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的LCW—110型电流互感器能满足要求。
4.7.2 110KV侧中性点接地电流互感器
同110KV流互要求相同，选型号LCW—110型电流互感器，也分为测量、保护，等级同上。
4.7.3 27.5KV侧电流互感器选择
1．最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：
Ig.max=1.3Ie=UE2=27.5KV
==409.39A ，
而U2e≥UE2,I2e≥Igmax，可以初选型号为LZBJ1-27.5的电流互感器，继电保护采用3级。其技术数据见表4-14：
表4-14
电流互感器二次负载统计表见表4-15：
表4-15
由最大一相（B相）负载为依据进行计算，取W2=W2e=5⨯0.8=20V.A
-0.1=0.57Ω 则可得导线电阻为： Rd=2
5
铜导线ρ=0.018Ω
.mm2/m，L=l,则其截面S=因此，选择截面为2.0mm2的铜导线，可满足要求。
3．校验热稳定性
ρL
==1.579mm2d22
（I1e⨯Kt）⨯t=（0.7⨯84）⨯1=3457.4KA2.S>Qd=2.612KA2.S
满足热稳定性要求 4．校验机械稳定性
1e⨯Ku≥ich的条件校验机械稳定性
2I1e⨯Ku=2⨯0.7⨯94=93.056KA>ich=7.160KA
校验作用于互感器绝缘瓷瓶帽上的机械应力：
设相间距离a=40cm，互感器瓷套帽到最近支柱绝缘子间距离L=120cm，则作用于瓷套帽上的机械应力为 ：
2F=⨯1.73⨯⨯ich⨯10-7=⨯1.73⨯⨯71602⨯10-7
2a20.4 =13.30N
说明互感器对机械力的作用是稳定的，故选择的LZBJ1-27.5型电流互感器能满足要求。
4.8避雷器的选取
1．50%击穿电压U50%是指在该电压下进行多次试验，气隙击穿概率为50%。
110kV为1410/1200kA；27.5kV为700/350kA
2．选择交流磁吹阀式避雷器FCZ-110型避雷器作为主变压器中性点的避雷保护，该避雷器的参数如下表4-16(查《高电压技术附表2.2》)：
表4-16
查《高电压技术附表2.4》，参数如表4-17：
表4-17
4．27.5KV侧的避雷器选用FZ—30J普通阀式避雷器,用来保护相应电压等级，电气设备免受大气过电压和某些操作过电压的危害，查《高电压技术附表2.1》，参数如表4-18：
表4-18
表4-19
4.9避雷针的选取
按设计要求需要3避雷针三座，以单支避雷针考虑，参考《高电压技术》中
的计算可知，避雷针对所内最高室外设备(不高于10m)的计算保护半径：
取避雷针高度h=30m，在10m高度上的保护半径为：
r10=(1.5h-2h10)P=(1.5⨯30-2⨯10)⨯1=25m
在地面上的保护半径为：r0=1.5h=45m 因此，三座此高度避雷针足以保护此变电所。
电气设备一览表
参考书目
1、 贺威俊.电力牵引供变电技术.成都:西南交通大学出版社.2004 2、 简克良.电力系统分析.成都:西南交通大学出版社.1993 3、 杨保初.高电压技术.重庆大学出版社.
4、 于松伟.城市轨道交通供电系统设计原理及应用.西南交通大学出版社. 5、 冯仁杰.电气化铁道供电系统.中国铁道出版社 6、 林秀海.电气化铁道供变电工程.中国铁道出版社
后记
通过6周对牵引供变电系统的课程设计，我进一步掌握了牵引供变电系统设计中应注意的一些原则以及选择牵引供电系统主接线方式的问题,其中包括短路计算、设备的选择及校验。这次设计，是在结合了上学期学习的几门专业课的基础上完成的，设计中发现自己存在很多的问题，特别是对供电与继电保护之间的联系上还很不足。虽然，在规定时间内完成了设计，但是总体上来说，质量不高，可以说，通过设计所学到的东西比设计本身要多，而体现在设计中的创造性的东西几乎没有，毕竟个人的知识面和水平还很有限。从另一个方面来说，这也是一种鞭策，虽然我们现在还谈不上创新，但是至少我们已经有这方面的想法，更重要的是我们正朝着这方面在不断的努力。我相信过程和结果是同等重要的。