110KV牵引变电站电气一次系统的设计

张猛

【摘 要】为了满足电气化铁路发展的需求，有些线段需要要新增加牵引变电所。本文按照现行的变电站电气部分的设计规范，针对110KV牵引供电系统以及供变电工程进行设计和研究，完成了变电站电气主接线、变压器的选择及电气设备的选择等工作，解决了地铁电车的电力供应问题。

【关键词】主接线设计；短路电流；电气设备选择

0.引言

随着城市的快速发展人口的极速增加给交通带来的压力越来越大，城市不可避免的需要建设更多公共交通工具来缓解压力，其中地铁电车作为一种绿色的交通方式，能够减少能耗和对城市的污染，安全便利能有效缓解交通压力更是成为了建设首选，但也不可避免的给供电设施带来了新的要求，本文进行了牵引变电所电气一次系统的设计首先通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV主接线，确定了站用变压器的容量及型号，并根据最大持续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，从而完成110kV变电所电气一次系统的设计。

1.原始资料的分析

该110kv牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量S为750MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.10和0.12； 在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和0.14。对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。图中，L1、L2、L3长度分别30km、50km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4Ω/km， 平均零序电抗X0为1.2Ω/km。

表1 牵引变电所基本设计数据

2.方案的拟定和变压器的选择

110KV变电所主接线方案的比较。

方案一：110KV采用双母带旁路母线接线方式，27.5KV也采用双母带旁路母线接线， 110KV进出线为4回路，两回路一级负荷都为大型工厂供电，考虑到110KV侧的特殊性，装设专用母联断路器和旁路断路器。

27.5KV母线出线为6个回路，有2回路连接27.5KV电源，为了保证供电的可靠性和检修时的灵活性，特装设专用母联断路器和旁路断路器。

10KV母线出线为10回路，预留2回路，可采用单母分段接线方式。

其接线特点：

（1）110KV、27.5KV都采用双母带旁母，并设专用的旁路断路器，其经济性相对来是降低了，但是保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，而且也不会破双母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。并且设计专用的旁路断路器，即使断路器检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致停电，保证供电可靠性。

（2）10KV虽然负荷较低，但出线有10回。如采用单母接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点。但如果某一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电，将影响全所的照明及操作电源、控制电源保护等。

10KV采用单母线分段运行时，操作灵活、可靠。

方案二：

110KV、27.5KV都采用双母不带旁路，断路器检修或故障时，会造成停电，严重情况时：主变压器进线断路器检修或故障时，影响供电可靠性。

10KV虽然负荷较低，但出线有10回，为了满足所用电的可靠性，有用装设两台所用变压器，为互备方式运行，其接线方式为单母分段接线方式。

其接线方式的特点：

（1）双母不带旁路，其经济性相对来是提高了，但是各段出线断路器检修和事故会影响供电的情况下，会破双母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即降低了。

（2）10KV为了保证所用电可以从不同段两出线取得电源，同时一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。

以上二种方案相比较，方案一的可靠性略高于方案二，其经济性略低于方案二，操作灵活性居于方案二之上，根据原始资料，方案一满足要求，而且根据可靠性、灵活性、经济性，只有方案一更适合于本次设计切身利益，故选择方案。

3.短路电流的计算

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

图1 系统的电路图等效电路

因为系统在最大运行方式下计算，所以选取系统2沿线路L3向电网供电；又因为系统在正常运行和三相短路时只有正序分量，无零序分量，故L3的电抗标么值为：

本文的27.5kv短路电流计算如下：

变压器电抗标么值：

短路电流标么值：

基准电流：

次暂态短路电流：

短路电流最大有效值：

冲击电流：

4.电气设备的选择

（1）根据以上计算结果，进行110kV，27.5kV，10kV侧所有短路器以及隔离开关的选型和动稳定、热稳定校验。

表2 开关电器的选择

（2）室内27.5kV硬母线选型及校验

由I=1365A，S=76.882，可初步选型LMY—100X8平放的硬铝母线。

动稳定性校验：三相短路时间电动力

满足要求，选用LMY—100X8平放的硬铝母线

5.结论

本文完成了110kv牵引变电站电气一次系统的设计。根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电提供更加稳定高效的供电环境。

【参考文献】

[1]张少强.地铁牵引供电系统的接地分析[J].电气化铁路，2012，2（3）：47-51.

[2]于利民.牵引变电所地下引线选择[J].电气化铁路，2012，2（8）：4-9.

[3]宋继成.变电所二次接线设计[M].中国电力出版社，2006.