Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

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-12500/35ЖУ1, параметры которого приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры тягового трансформатора

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Потери, кВт	Преобразователь	Ixx, %	Ukз, %
		Pxх, кВт	Pкз, кВт	Напряжение, В	Ток, А
ТРДП-12500/35 Ж-У1	11400	13,5	81	3300	3150	0,9	8

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

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Сочетание напряжений	Потери, кВт	Ixx, %	Ukз, %
		ВН	НН	Pxх, кВт	Pкз, кВт
ТМ-4000/35/10 У1	4000	35	10,5	6,7	33,5	1,0	7,5

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

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Сочетание напряжений	Потери, кВт	Ixx, %	Ukз, %
		ВН	НН	Pxх, кВт	Pкз, кВт
ТМ-250/35/0,4 У1	250	35	0,4	1	3,7	2,6	6,5

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

Точка к.з.	Трехфазные к.з.	Однофазные к.з.
	Imax, кА	Iу, кА	Sк, МВА	Imax, кА	Iу, кА	Sк, МВА
КЗ-1 (35кВ)	5,789	14,76	370,99	-	-	-
КЗ-2 (10кВ)	23,05	58,78	419,20	-	-	-
КЗ-3 (3,3кВ)	-	-	-	112,83	286,88	371,25
КЗ-4 (ТСН)	5,55	14,15	3,85	-	-	-

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

	ОРУ-35кВ	РУ-10кВ
	Ввод 35кВ	ПВА	Т-35/10	Ввод10кВ	ФР	ФПЭ
Sдоп.пр.,кВА	38 772	11 400	4 000	4 000	2 500	230
Iприсоед, А	605	188,10	65,98	230,93	144,33	13,28
Iкз,кА	5,789	31,3	23,05	23,05	5,55	5,55
Iу,кА	14,76	287,72	58,78	58,78	14,15	14,15
Вк, кА2с	58,31	15 786	658,82	658,82	393,20	393,20

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 50х6.

Условие выбора токоведущих частей по нагреву

(9)

Выбор токоведущих частей представлен в таблице 6.

Таблица 6

Выбор токоведущих частей

Наименование присоединения	I присоед, А	I доп, А	Материал и сечение
Ввод 35 кВ	605	610	АС-240
Ввод 10 кВ	230,91	740	А-50х6

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=50х6=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

Наименование присоединения	Тип выключателя	Соотношение паспортных и расчётных параметров
		Uном/Uраб, кВ	Iном/Iраб max, А	iдин /iy, кА	Iном.откл, /Iк, кА	Iт2 ·tт/Вк
Ввод 35 кВ	ВБН-35	35/35	630/605	52/14,76	20/5,8	202·3=1200/58,31
Ввод 10-кВ	BB/TEL-10-25/1600 У2	10/10	1600/230,9	64/58,8	25/23,1	252·3=1875/658,8

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

Наименование присоединений	Тип выключателя	Uном, кВ	Iном, А	Iном откл, кА	Iуст, А
Ввод в РУ-3,3 кВ	ВАБ-49-3200/30-Л-УХЛ4	3,3	3200	35	2000-5000
Фидер контактной сети	ВАБ-49-3200/30-Л-УХЛ4	3,3	3200	35	2000-5000

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

Тип присоединения	Тип разъединителя	Соотношение паспортных и расчётных параметров
Ввод 35кВ	РГ-35/1000УХЛ1	Uном/Uраб, кВ	Iном/Iрабmax, А	iдин/iу, кА	Iт2·tт /Вк, кА2c
		35/35	1000/605	40/14,8	162·1=256/58,31

Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока.

Условие выбора и проверки:

U_ном ? U_раб

I_ном ? I_рабmax

Таблица 10

Выбор измерительных трансформаторов тока

Вид присоединения	Тип трансфор-матора	Соотношение паспортных и расчётных параметров	Мощность ТА, ВА при классе точности	Проверка на стойкость
		Uном/Uраб	Iном/Iраб.m	0,5	10Р	Термическую	Динамическую
						(Iном1·Кт)2·tт?Вк, кА2·с	v2·Iном1·Кд>iу, кА
Ввод 35 кВ	ТОЛ-35	35/35	800/605	20	20	302·3=2700? 58,31	v2·107=151,3> 14,76
ПВА	ТЛК-35	35/35	3000/188,10	20	20	1002·3=30000? 15786,0	v2·250=353,6> 287,72
Т-35/10	ТОЛ-35	35/35	300/65,98	20	20	152·3=675? 658,82	v2·63=89,1> 58,78
Ввод 10 кВ	ТОЛ-10-1	10/10	300/230,9	10	15	31,52·1=992,3? 658,82	v2·81=114,6> 58,78
Фидер районной нагрузки	ТОЛ-10-1	10/10	200/144,33	10	15	202·1=400? 393,20	v2·81=72,12> 14,15
Фидер ПЭ	ТОЛ-10-1	10/10	200/13,28	10	15	202·1=400? 393,20	v2·51=72,12> 14,15

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.

С- удельное 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 кВ- НАМИ-10.

Электрические характеристики трансформаторов напряжения представлены в таблице 11.

Таблица 11

Электрические характеристики трансформаторов напряжения

Тип ТН	Напряжение, В	Номинальная мощность в классе точности, ВА	Схема соединения
	Первичной обмотки	Вторичной обмотки	Дополнительной обмотки	0,5	1	3
ЗНОЛ-35				150	300	600	1/1-0
НАМИ-10	10000	100	-	150	-	-	Y/Y-0

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

Наименование прибора	Тип	Число приборов		Cos ц	Sin ц
Счетчик активной энергии	А-1805	6	3,6	1	1	21,6	21,6
Вольтметр	Э378	1	5	1	0	5	0
Реле напряжения	РН-54	2	2	1	0	4	0

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.

Размещено на Allbest.ru