Проектирование тяговой подстанции

1. Выбор числа и типа силовых и тяговых агрегатов

2. Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ

3. Выбор, расчет проверка шин, основных коммутационных аппаратов и измерительных трансформаторов

Приложение

Заключение

Библиографический список

Введение

Тяговые подстанции — это комплекс электротехнических устройств, предназначенных для питания электрической тяги поездов, устройств автоблокировки, не тяговых потребителей продольного электроснабжения и районных потребителей (нагрузок).

В ходе выполнения данного проекта, согласно выданному заданию, производится разработка эскизного проекта тяговой подстанции 35/10/ 3,3 кВ. Для проектирования тяговой подстанции выполняется:

1. Краткое обоснование главной схемы тяговой подстанции и выбор числа, типа и мощности рабочих и резервных тяговых агрегатов и трансформаторов.

2. Расчет токов к. з. на шинах РУ.

3. Выбор, расчет и проверка шин, основных коммутационных аппаратов, измерительных трансформаторов.

1. Выбор числа и типа силовых и тяговых агрегатов

На тяговой подстанции постоянного тока устанавливают два понижающих трансформатора, а также два тяговых трансформатора и две выпрямительных установки. Трансформатор вместе с выпрямительной установкой называется преобразовательным агрегатом. Т.к. железная дорога является потребителем первой категории (т.е. перерыв в ее электроснабжении может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов или причинить ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом), принимаем два выпрямительных агрегата и понижающих трансформатора, из которых один является резервным.

Необходимое число выпрямителей определяется по следующей формуле:

(1)

где средний ток подстанции, А;

номинальный ток выпрямителя, А.

Следовательно, принимаем число рабочих выпрямителей равное 1.

Максимальная расчётная мощность определяется по следующей формуле:

(2)

где S_T -мощность тяговой нагрузки, кВА;

S_РП -мощность районных потребителей, кВА;

S_СН -мощность трансформатора собственных нужд, принята 250 кВА;

S_ПЭ— мощность продольного электроснабжения, кВА;

k_Р -коэффициент, учитывающий равномерность наступления максимумов тяговой и не тяговой нагрузки, принимаем 0,98.

Мощность тяговой нагрузки определяется по формуле:

(3)

В соответствии с мощностью тяговой нагрузки подобран тяговый трансформатор ТРДП-12 500/35ЖУ1, параметры которого приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры тягового трансформатора

На основании расчетной мощности выбирается понижающий трансформатор.

Расчетная мощность определяется по следующей формуле

(4)

В соответствии с расчетной мощностью подобран понижающий трансформатор типа ТМ-4000/35/10У1, параметры которого приведены в таблице 2.

силовой тяговой агрегат импульс ток Таблица 2

Параметры понижающего трансформатора

По мощности собственных нужд S_сн = 250 кВА выбирается трансформатор собственных нужд типа ТМ-250−35/0,4, параметры которого приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметры трансформатора собственных нужд

2. Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ

Для выбора электрооборудования тяговой подстанции необходимо определить максимальные токи трехфазного, однофазного к. з.

Для заданной схемы внешнего электроснабжения составлена расчётная схема замещения, с указанием всех точек короткого замыкания, которая представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема замещения Для удобства расчетов схема замещения преобразуется в более простой вид. Преобразование схемы замещения представлено на рис. 2.

Рис. 2 Преобразование схемы замещения

Преобразуем схему замещения в более простую относительно точки к1.

Определяем удельное полное сопротивление:

Определение результирующего сопротивления относительно точки К1:

Определение сопротивления понижающего трансформатора:

Определение полного сопротивления относительно точки К2:

Определение трехфазного тока короткого замыкания для точек К1 и К2

Определение сопротивления обмоток трансформатора собственных нужд. При мощности 250кВА напряжение к.з. U_кз характеризует полное сопротивление трансформатора.

Определение активного сопротивления в мОм:

(5)

где Р_К— потери короткого замыкания ТСН, кВт;

U_осн— напряжение основной ступени, В;

S_номТСН— номинальная мощность ТСН.

Определение индуктивного сопротивления в мОм:

(6)

Определение полного сопротивления ТСН:

Определение трехфазного тока короткого замыкания для точки К4:

Расчет максимального тока короткого замыкания на шинах выпрямленного напряжения в точке К3:

(7)

Результаты расчетов токов к.з. представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Результаты расчетов токов короткого замыкания

3. Выбор, расчет и проверка шин, основных коммуникационных аппаратов и измерительных трансформаторов

Определение теплового импульса тока короткого замыкания:

(8)

где t_РЗ— время срабатывания релейной защиты, c;

t_СР — время срабатывания реле, t=0,1c;

t_СР — собственное время выключателя, t=0,09c;

Т_а— время затухания апериодической составляющей Т_а=0,05с.

Для ввода 35 кВ:

Для понижающего трансформатора и ввода в РУ-10 кВ:

Для ПВА:

Для районной нагрузки и ПЭ:

Основные параметры для каждого присоединения представлены в таблице 5.

Таблица 5

Параметры присоединений ОРУ-35 и ЗРУ-10кВ

Выбор и проверка токоведущих частей

Токоведущие части в ОРУ-35 кВ выполняются проводами АС площадью поперечного сечения 240 мм².

В ЗРУ-10 кВ токоведущие части — алюминиевые полосы 50×6.

Условие выбора токоведущих частей по нагреву

(9)

Выбор токоведущих частей представлен в таблице 6.

Таблица 6

Выбор токоведущих частей

Проверка токоведущих частей на термическую стойкость:

Условие проверки:

q_min? q_расч (10)

Для ввода 35 кВ q_расч=240 мм²

Для ввода 10 кВ q_расч=50×6=300 мм²

q_расч определено по выбранной токоведущей части.

(11)

где В_к—значение теплового импульса, кА²· с;

С—коэффициент учитывающий материал шин, для АС-С=80, для А-С=90.

Токоведущие части на вводе в РУ -35 кВ:

— условие выполнено q_min=95,45 мм²? q_расч=240мм²

Токоведущие части на вводе в ОРУ-10-кВ

условие выполнено q_min=285,19 мм²? q_расч=300мм²

Выбранные токоведущие части проходят по условиям термической устойчивости.

Проверка токоведущих частей на электродинамическую устойчивость:

Условие проверки:

G_расч? G_доп (12)

где G_расч— расчетное механическое натяжение в материале шины, МПа;

G_доп— допускаемое напряжение для материала шин, МПа для алюминиевых шин G_доп=65 МПа Расчетное механическое натяжение в материале шин определено по формуле:

(13)

где М — изгибающий момент, Нм;

W — момент сопротивления шин, см³.

Изгибающий момент определен по следующей формуле:

(14)

где i_y—значение ударного тока, кА²· c;

l —длина пролета (расстояние между двумя опорными изоляторами) l=1м;

а —расстояние между осями токоведущих частей, а=0,5 м Момент сопротивления шин определен по формуле:

(15)

где b —толщина шины, см;

h —ширина шины, см Ввод в ЗРУ-10 кВ: А-50Ч6 (b = 0,5 см; h = 6 см).

G_расч=39,76 МПа < G_доп=65 МПа Токоведущие части термически и динамически устойчивы.

Выбор и проверка выключателей переменного и постоянного тока Выбор и проверка выключателей переменного тока осуществляется исходя из условий выбора, то есть из соотношения паспортных и расчётных величин. Условие выбора:

U_ном? U_раб (16)

I_ном? I_рабmax (17)

Выполнение условий (16) и (17) гарантирует работу выключателя в нормальном режиме.

Надежная работа выключателей при к.з. обеспечивается проверкой:

— на электродинамическую устойчивость

i_Скв? i_y (18)

— на термическую устойчивость:

I_т² · t_т? В_к (19)

— на отключающую способность:

I_{ном. откл}? I_к (20)

где i_Скв— амплитудное значение предельного сквозного тока выключателя, кА;

i_y-ударный ток к.з.;

I_Т и t_Т— ток и время термической стойкости, соответственно в кА и с;

В_К— тепловой импульс тока к.з., проходящего через выключатель;

I_{ном. откл}— номинальный ток отключения выключателя (действ. значение), кА;

Выбор выключателей переменного тока представлен в таблице 7

Таблица 7

Выбор выключателей переменного тока Выбор и проверка выключателей постоянного тока производится исходя из принципа сопоставления рабочих параметров схемы и номинальных параметров быстродействующего выключателя, предлагаемого для установки.

Таблица 8

Характеристики быстродействующих выключателей

Выбор и проверка разъединителей

Условие выбора и проверки:

U_ном? U_раб

I_ном? I_рабmax

I_дин? i_y

I_т²· t_т? В_к

Выбор разъединителей представлен в таблице 9

Таблица 9

Выбор разъединителей

Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока.

Условие выбора и проверки:

U_ном? U_раб

I_ном? I_рабmax

Таблица 10

Выбор измерительных трансформаторов тока

Проверка трансформатора тока ТОЛ-10 на соответствие классу точности Проверка на соответствие классу точности 0,5.

Трехлинейная схема подключения приборов к ТТ фидера районной нагрузки имеет следующий вид:

Рис. 3

где Wh — счетчик активной энергии типа САЗУ-И670;

Warh — счетчик реактивной энергии СР4-И673;

PA — амперметр типа Э377.

Условие проверки:

S_2ном? S_2расч

S_2ном—по справочнику для выбранного трансформатора тока.

S_2расч=S_a+S_wh+S_varh+S_пров+S_конт (21)

где S_a—мощность потребляемая амперметром, S_a=0,5 ВА

S_wh—мощность потребляемая токовой обмоткой счётчика активной энергии,

S_wh=2,5 ВА

S_varh—мощность, потребляемая токовой обмоткой счётчика реактивной энергии, S_varh=2,5 ВА

S_пров—мощность теряемая в соединительных проводах

(22)

где I_2н -номинальный ток вторичной обмотки измерительного трансформатора тока, I_2н=5 А

l_расч—длина соединительных проводов.

Судельное сопротивление материала проводов,

Y—проводимость соединительных проводов, Y = 32 См

q—сечение соединительных проводов, q = 1,5 мм²

S_конт—мощность, теряемая в контактах;

(23)

где r_конт— переходное сопротивление контактов, 0,12Ом

S_2расч=0,5+2,5+2,5+1,49+1,5=8,49ВА

S_2ном=10 ВА > S_2расч=8,49 ВА Проверка на соответствие в классе точности 10Р Условия проверки:

S_2ном? S_2расч

S_2ном—по справочнику для выбранного измерительного трансформатора тока

S_2расч=УS_КА +S_пров+S_конт, (24)

где УS_КА —суммарная мощность теряемая в реле тока, УS_КА=0,8ВА

S_2расч=4· 0,8+1,49+2,5=7,19 ВА

S_2ном=15 ВА > S_2расч=8,49 ВА Выбранный измерительный трансформатор тока ТОЛ-10 кВ соответствует требуемому классу точности.

Выбор и проверка трансформаторов напряжения

Выбор трансформаторов напряжения произведен по следующим условиям:

— по номинальному напряжению:

— по классу точности (только для фидеров районной нагрузки):

В РУ-35 кВ к установке принят трансформатор напряжения марки ЗНОЛ-35 УХЛ1, В РУ-10 кВНАМИ-10.

Электрические характеристики трансформаторов напряжения представлены в таблице 11.

Таблица 11

Электрические характеристики трансформаторов напряжения

где и — соответственно, активные, Вт и реактивные, вар мощности всех приборов, подключенных к трансформатору напряжения.

Сумма активных мощностей всех приборов, подключенных к трансформатору напряжения, определена по формуле:

(25)

где — полная мощность всех приборов, подключенных к трансформатору напряжения, ВА.

Сумма реактивных мощностей всех приборов, подключенных к трансформатору напряжения, равна:

(26)

Перечень приборов с указанием их активных и реактивных мощностей приведен в таблице 7.

Таблица 12

Приборы, подключенные к трансформатору напряжения

Выбранный трансформатор напряжения соответствует классу точности.

Заключение

Данный проект представляет собой расчёт типовой тяговой подстанции, в котором представлены расчёты четырех точек короткого замыкания, расчёт рабочих максимальных токов, токов короткого замыкания, Произведен выбор тягового и главного понижающего трансформатора, также трансформатора собственных нужд, коммутационного оборудования и измерительных приборов. Все токоведущие части, и оборудование проверены и приняты.

Библиографический список

1. Силовое оборудование тяговых подстанций: Сборник справочных материалов. / Сост. Сапронова Ю. Д., Шарова Л. П., Верховых В. М., Сорофанова В.И.- Л.:Москва, 2006. — 384 с.

2. Прохорский А. А. Тяговые и трансформаторные подстанции. — М.: Транспорт, 1983. — 498 с.