1、石家庄铁道大学毕业设计Design on Yangquan North Traction Substation System for Passenger Dedicated Line of Shijiazhuang-Taiyuan2013 届 电气与电子工程学院 专 业 电气工程及其自动化 完成日期 2013 年 6 月 10 日石太客专阳泉北牵引变电所系统设计jiji 计毕 业 设 计 成 绩 单学生姓名 学 号 20092434 班 级 0901-4 班 专 业 电气工程及其自动化毕业题目 石太客专阳泉北牵引变电所系统设计指导教师姓名指导教师职称 教授评 定 成 绩指导教师 得 分评阅人
2、得 分答辩小组组长 得 分成 绩：系主任 签字：年 月 日毕业设计任务书题 目 石太客专阳泉北牵引变电所系统设计学生姓名 吴长在 学号 20092434 班级 0901-4 班 专业 电气工程及其自动化承担指导任务单位 电气与电子工程学院 导师 王硕禾 导师职称 教授一、主要内容本 次 设 计 主 要 是 按 给 定 的 石 太 客 专 既 有 条 件 ， 学 习 专 业 资 料 及 相 关 技 术 规 范 并 结 合 实际 情 况 来 进 行 阳 泉 北 牵 引 变 电 所 的 设 计 ， 本 设 计 包 括 ： 通过负荷、短路计算，选择供配电方式、变压器容量，完成高低压设备和导线的选型，绘
3、制主接线图、用电平面布置图，各个所平面布置图等。二、基本要求1 熟 悉 牵 引 供 电 系 统 基 本 知 识 以 及 石 太 客 专 相 关 技 术 规 范 ；2 自 主 完 成 石 太 客 专 阳 泉 北 牵 引 变 电 所 设 计 ， 包 括 设 计 图 纸 及 外 文 翻 译 。三 、 主 要 技 术 指 标 和 设 计 任 务1 参 考 电 气 化 铁 路 牵 引 供 变 电 设 计 规 范 。2 进 行 供 电 方 案 比 较 ， 完 成 变 压 器 容 量 计 算 、 短 路 保 护 计 算 、 选 择 牵 引 电 气 设 备 。3 绘 制 CAD 牵 引 变 电 所 主 结 线
4、 图 、 变 压 器 原 理 图 等 相 关 图 纸 。4 计 算 说 明 清 晰 完 整 ， 外 文 翻 译 正 确 引 用 。四 、 应 收 集 的 资 料 及 参 考 文 献1工厂供电.刘介才.M北京 :机械工业出版社 2 电 力 牵 引 供 变 电 技 术 .贺 威 俊 .M西 南交 通 大 学 出 版 社 3 电力牵引供变电技术.陈海军.M 中国铁道出版社 4 牵 引 供 电 系 统分 析 .李 群 湛 .M西 南 交 通 大 学 出 版 社 五 、 进 度 计 划1. 3 月 4 日3 月 9 日 熟悉设计背景及编写设计报告、任务书；2. 3 月 10 日3 月 31 日 收集资料
5、，撰写摘要，熟悉 AutoCAD 软件；34 月 1 日4 月 30 日 完成相关计算和初步设计，并绘出工程图草图，交由导师审阅；45 月 1 日5 月 30 日 完成全部设计，绘出工程图；56 月 1 日6 月 13 日整理设计书，准备答辩。研室主任签字 时 间 年 月 日毕 业 设 计 开 题 报 告题 目 石太客专阳泉北牵引变电所系统设计学生姓名 吴长在 学号 20092434 班级 0901-4 班 专业 电气工程及其自动化一、选题背景石太客运专线作为我国铁路“四纵四横”快速客运网的重要组成部分，连接石家庄和太原两大铁路枢纽，本次设计是进行阳泉北牵引变电所的设计满足系统性能目标和可靠性
6、、可用性、安全性和可维修性要求。本设计根据国内牵引供电系统发展现状，采用分段供电，外加无功补偿，经济有效的解决压降问题。二、国内外发展动态国内外电气化铁路在不断发展，铁路电气化已成为世界范围内铁路技术革命方向。目前开行时速 200 公里以上高速列车的国家已有日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国、美国、俄罗斯，正在积极建设或规划建设的还有瑞士、奥地利、丹麦、加拿大、澳大利亚、韩国、印度等国。近几年来我国电气化建设飞速发展，主要有：1969-1977 年，我国宝成线的凤州 成都段、阳安线两条电气化铁路建成投入运行，共计约 940km。1980-1990 年，我国电气化铁路建成
7、投入共计约 5940km，是 1958-1961 年的 63 倍，是1969-1977 年的六倍多。截止到 2008 年十月我国电气化铁路总里程达到 26000km，点气化率达 32.7%。 三、课题研究要求及内容本 次 设 计 主 要 是 按 给 定 的 石 太 客 专 既 有 条 件 ， 学 习 专 业 资 料 及 相 关 技 术 规 范并 结 合 实 际 情 况 来 进 行 阳 泉 北 牵 引 变 电 所 的 设 计 ， 本 设 计 内 容 主 要 包 括 ： 进行负荷计算选择变压器容量、经过短路计算进行保护，选择供配电方式，完成高低压设备和导线的选型，绘制主接线图、用电平面布置图等。四
8、、预期结果通过本次设计使石太客专阳泉北牵引变电所系统的设计各方面数据计算准确，有较强可行性。并且进一步理解交流电气化铁路牵引供电系统的相关知识，增加实践性，为以后的工作打下一个坚实的基础。指导教师签字 时 间 年 月 日摘 要目前我国基础化铁路建设已经基本建成，现在以及将来的短时间内的主要任务就是进行高铁、地铁等城市轨道交通的建设。中国也已经在高速铁路的研究领域拥有了自己的一套独立的设计、建设方法。牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变化成适合电力机车使用的电能。而电气主接线反映牵引变电所设施的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数以及在
9、电气上是如何连接的，高压侧有几回进线、几台牵引变压器，有几回接触网馈电线。通过电气主接线可以了解牵引变电所等设施的规模大小、设备情况。石太客运专线是我国铁路“四纵四横”快速客运网的重要组成部分，能够连接石家庄和太原两大铁路枢纽。线路位于河北、山西省境内，横穿太行山山脉，区间隧道、桥梁众多，设计需要考虑山路坡度大的问题。本设计的任务是完成石太客专阳泉北牵引变电所系统设计：首先，经过方案比较确定本段牵引供电方案，区段供电方式，变压器接线方式。其次，进行通过既有数据进行负荷计算，来选择主变压器安装容量以及台数。然后，进行短路计算，包括一次侧短路计算、二次侧短路计算。并以此来进行保护选择，以及变电所中
10、的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等电气设备必须依据短路计算的结果。最后,进行牵引变电所的谐波的分析和无功功率补偿分析。关键词: 石太客专 牵引变电所 负荷计算 牵引供电方案 短路计算AbstractAt present our country basic railway construction has been basically completed, the present and the future in a short period of time is the main task of the high speed rail, subway, etc. The const
11、ruction of urban rail transit. China has also on the study of high-speed railway has its own set of independent design, the construction method.Traction substation is the heart of the electrified railway traction power supply system, its main task is to transfer electrical power system of three-phas
12、e high voltage changes into electrical energy for use in electric locomotive. And reflect the main electrical wiring traction substation facilities the main electrical equipment and the equipment specification, type, technical parameter and how is in electrical connection, high side there are a few
13、back into line, several sets of traction transformer, a few back to the catenary feeder. Through the main electrical wiring can understand traction substation facilities such as size, equipment.The Shijiazhuang-Taiyuan passenger dedicated railway line is an important part of “four vertical four hori
14、zontal” fast passenger transport network in our country. The aim of the graduate design is to finish the design of Yangquanbei traction substation for the Shijiazhuang-Taiyuan dedicated railway line:Firstly, determine the traction power supply scheme.This design uses the AT power supply mode, double
15、 track power and the connection form of three-phase Vv.Secondly, the load calculation is done to determine the main traction transformer capacity and the numbers. Traction substation main transformer is the core equipment, Charging with the supply of the power system into a 220kV three-phase power c
16、onversion using the 27.5kV electric locomotive for power.Then, the short-circuit calculation is done which including the calculation of the high-pressure side of the transmission line short circuit, low-pressure side of the bus short-circuit and short circuit of traction.On the one hand, select subs
17、tation circuit breaker, disconnecting switch, current transformers, voltage transformers and other electrical equipment must be based on the results of short-circuit calculation; On the other hand,the verification of the bus mode of low-pressure side,as well as the selection and validation of lightn
18、ing protection and grounding equipment have to rely on the data of short circuit calculation.Finally, the harmonic analysis and reactive power compensation analysis of the traction substation are done. Key words: Passenger Dedicated Line of Shijiazhuang-Taiyuan Traction substation Load calculation T
19、raction power supply scheme short-circuit calculation目 录第 1 章 绪 论 .11.1 设计背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 主要设计内容 .2第 2 章 牵引变电所供电方案及主接线设计 .32.1 外部电源供电介绍 .32.2 接触网的供电方案的确定 .32.3 向电力机车的供电方案 .42.4 牵引变电所主接线方式选择 .42.4.1 电气主接线设计的基本要求 .52.4.2 变压器接线的方案比较 .52.5 牵引变电所位置的确定 .8第 3 章 牵引变压器的选择和负荷计算 .103.1 设计依据 .103.2 计算
20、过程 .103.2.1 供电臂上、下平均电流的计算 .113.2.2 供电臂 1、2 有效电流的计算 .133.2.3 变压器容量的计算 .143.2.4 变压器校核容量的计算 .143.2.5 求变压器的安装容量 .16第 4 章 线路的保护计算 .174.1 短路计算示意图及有关数据 .174.2 短路电流计算 .17第 5 章 开关设备选型及热稳定性校验 .205.1 高压断路器 .205.2 隔离开关 .22第 6 章 互感器的选型校验保护及自动装置配置 .256.1 220kV 电压互感器的选型和校验 .256.2 220kV 电流互感器的选型和校验 .276.3 保护及自动装置配置
21、 .296.3.1 牵引变电所 .296.3.2 分区所、AT 所 .296.3.3 分区所兼开闭所 .29第 7 章 谐波分析无功功率补偿与越区供电能力分析 .307.1 谐波分析 .307.2 无功功率补偿分析 .307.3 越区供电能力分析 .31第 8 章 结论与展望 .328.1 结论 .328.2 展望 .32参考文献 .34致谢 .35附录 A 外文资料及翻译 .36A.1 外文原文 .36A.2 中文译文 .41附录 B 相关设计图纸 .44石家庄铁道大学毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 设计背景及意义铁路是物资运输以及旅客中运输的主要交通工具，它对拉动国民经济以及相关产业链
22、的增长起到积极作用。尤其是干线铁路的快速发展对我国中长期的现代化建设起到了无可替代的作用。在繁忙干线建设客运专线，实现客货分线运输，能够大幅度提高铁路运输能力，分流既有线的大部分客车，缓解既有线运能紧张的局面，同时还可以满足大经济区、大城市的增量运输的需求，腾出既有线用来发展货物重载运输，适应日益增长的运输需要。电气化铁路以电力作为牵引动力。电力牵引具有高效节能、运输成本低、运输能力强、运输速度高等特点。电气化铁路直接产生重大国民经济效益和社会效益。石太客运专线作为我国铁路“四纵四横”快速客运网的重要组成部分，连接石家庄和太原两大铁路枢纽。电气化铁路以电力作为牵引动力。电力牵引具有高效节能、运
23、输成本低、运输能力强、运输速度高等特点。电气化铁路直接产生重大国民经济效益和社会效益。1.2 国内外研究现状随着时代的发展国内外电气化铁路也在不断发展，牵引动力电气化铁路建设已成为世界范围内铁路技术发展的方向。我国电气化铁道于 1961 年 8 月 15 目宝成线宝鸡-凤州段建成通车开始起步，已走过了 44 年不平凡的历程。到 2004 年底电气化总里程已达 19303km，电气化总里程估计将超过德国，跃居世界第二位.我国电气化铁道发展初期。主要局限在隧道多、坡度大的山区铁路.先后建成了宝成线、阳安线、襄渝线襄樊至安康、石太线石家庄-阳泉、宝兰线宝鸡-天水等电气化铁道。到 1980 年底，共建成电气化铁道 1676km。发展速度十分缓慢.改革开放后,国家确定了以经济建设为中心的基本路线，电气化铁道建设迎来了蓬勃发展的春天，开始从山区向平原，由标准低的边远地区铁路向主要长大干线发展.“六五”期间修建了京秦线、成渝线、贵昆线贵阳南至水城西、太焦线长治北至月山等电气化铁道.共计 2506km，比过去 20
