交流与直流牵引变电所设计

《交流与直流牵引变电所设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第6章交流与直流牵引变电所设计第1节概述变电所设计涉及的主要内容是变电所高压设备的选择，一般按照以下步骤进行：选择供变电工程的主结线；根据设备的工作正常条件对设备进行初步选择（如额定电压、额定电流、最大工作电流、户内还是户外等）；根据设备工作的异常工作条件对设备进行校验（如根据短路电流进行热稳定校验和动稳定校验、根据过电压进行耐压水平校验等）；如果校验通过，则所选设备可以正常工作，否则要重新选择，注意在选择设备时要注意工程的经济性；在完成高压设备的选择设计后，进行配电装置的设计，绘出平面布置图和断面图；完成配电装置的设计后，进行防雷系统的设计；在完成一次系统的设计后，分别二次系统的控

2、制、测量和保护部分进行设计，完成对二次设备的选择和校验，绘出二次系统展开图；对交流电源和直流电源系统进行设计。上述步骤仅仅是一个一般性的流程，在实际设计中，可能存在某些步骤的反复。对于具体的高压设备来说，设计可归结为：选择、校验，如果校验通过，则选择合格，否则重新选择，在校验。对设备的选择依据通常是工作的正常条件。对设备的检验依据通常是设备工作的异常条件。针对对设备校验，主要从发热和受力两个方面考虑。第2节电器与载流导体的发热和负载能力1、电器与载流导体正常工作下的发热容许温度电器或载流导体中流过的电流将导致其发热，发热的结果可能引起：发热导致金属材料的机械强度下降；发热导致电器设备的

3、绝缘热老化；发热导致电能损耗增加；大电流甚至会烧毁电器（如导体之间的连接处）。为了防止出现以上情况，在电器与载流导体的选择时，要根据负荷电流选择电器的额定电流，根据经济电流密度计算并选择导线截面。2、电器和载流导体在正常工作容许发热下的过载能力发热导致的温度升高，分两种情况：一种是长期发热，另一种是短期发热。导体的散热形式有：传导、辐射和对流。无论是何种发热情况，其热平衡方程式都是：发热量=散热量+导致温度升高所需要的热量。即：热源有：电流流过导体所产生的热量，涡流损耗产生的热量，介质损耗产生的热量等（焦耳）；导体温度升高所吸收的热量：G—导体质量（公斤），C—导体比热（焦耳/公斤/℃

4、）；散热：对于暴露在空气中导体，考虑其散热形式为辐射，K—散热系数（W/平方米/℃），S—散热有效面积，τ—导体温升。注意：温度与温升的差别。上式的解为：其中：为稳态温升，为温度变化时间常数。上式与一阶电路的解具有相似的意义，当发热量与散热量相等时，导体的最终温度将稳定下来，比热、散热系数等可以通过查手册获得。当导线电流减小后，导线温度下降，因此导线的冷却时的温度变化量：对于裸导线，导线电阻为R，导线的最终容许温度为，则导体的容许电流为：设计中采用的导线材料、导线安装方式、导线的运行环境等，对于导线的容许电流有很大的影响。导线的发热和散热计算是很复杂的，因此，按自然冷却条件（环境温度2

5、5℃、导体最高温度70℃）计算和编制了标准截面导线的长期允许电流表，供设计时查用。所以在设计时，对这中情况，一般就是查表。上面的温升计算结果是在导线中电流稳定的情况下获得。由于导线中流过的电流不是一个恒定值，因此导致导线发热计算的复杂化，通常的做法是根据等效发热原则：把日负荷曲线分成若干段（视曲线的形状定），每段曲线中把最大负荷段单独划分出来，把剩下部分根据持续平均电流产生的热量与除最大负荷电流外负荷产生的热量相等的原则，可以计算出等效持续平均电流，则导线温升曲线计算就是其温度上升，然后下降，再上升，在下降，最终找出导线的最高温升。1）计算最大负荷系数：---周期内平均电流值，---周

6、期内最大电流值。2）计算电流过载系数t---一周期时间，---最大负荷电流持续时间。如果》1，则说明该设备可以过负荷运行。该设备的最大允许工作电流为：以上计算的允许工作电流在进行导线和开关选择的时候会用到。第3节短路电流通过导体时的发热和电动力计算1、载流导体短路时的发热计算上面在进行导线温升计算时，并没有考虑一旦出现短路的情况，在导线中流过短路电流时，由于短路发生到消失过程很短暂，因此，可以认为，短路电流产生的热量几乎无法散发到大气中，也就是说，短路电流产生的热量全部为导线吸收。短路电流引起的导体发热，可以不考虑发热过程中的散热，因此导体温度与短路电流产生热量之间的关系为（具体推导过

7、程略）：、分别为短路电流周期分量和非周期分量引起的热效应。、分别为短路起始和终了时的“热脉冲”。2、短路电流周期分量和非周期分量热效应的计算从前面的分析，不难知道：短路电流发热可以分为两部分，一部分是短路电流周期分量的热效应，另一部分是非周期分量的热效应。按理我们可以分别计算出短路电流和非周期分量短路电流的热效应后，获得短路电流的热效应，但是实际上这是不可能的，因为短路电流是时间的函数，而且是非线性函数。当然，通过对短路电流函数的积分来获得结果