Проектирование тяговой подстанции на железнодорожном участке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

1. Схема расположения подстанции

2. Тяговая нагрузка подстанции

= 370 A

= 330 A

Число питающих линий контактной сети - 6

3. Данные нетяговых потребителей

№	Потребители	Р уст,кВт	Кс	Cosц	Категория электроприёмников
1	Текстильная фабрика	4 500	0,63	0,92	первая
2	Машиностроительный завод	6 000	0,55	0,93	первая
3	Пищевая промышленность	3 000	0,51	0,92	первая

Нетяговые потребители, питающиеся по линии ДПР от шин 27,5кВ:

S_ДПР = 500кВА

Общая мощность трансформатора собственных нужд

S_ТСН = 400кВА



4. Параметры питающей линии

ИП1, SКЗ1, МВА	ИП2, SКЗ2, МВА
2 300	800

5. Длина участков линии, км

Л1	Л2	Л3
95	68	25

6. Характеристика района

Грунт - суглинок

Климатическая зона - вторая

Стержневой электрод:

длина 1,8 м

глубина залегания 0,5 м

Графическая часть

1. Схема электрическая принципиальная тяговой подстанции

2. Измерительные трансформаторы

3. Виды испытаний измерительных трансформаторов

4. Охрана труда



Содержание

Введение

Значение электрификации, преимущества электроэнергии перед другими видами энергии, перспективы развития

1. Эксплуатационная часть

1.1 Общие сведения о тяговых подстанциях

1.2 Характеристика основного оборудования тяговых подстанций

2. Техническая часть

Выбор оборудования трансформаторной подстанции

2.1 Разработка принципиальной схемы электрических соединений тяговой подстанции

2.2 Расчет мощности тяговой нагрузки

2.3 Расчет мощности нетяговой нагрузки

2.4 Расчет максимальных рабочих токов

2.5 Расчет параметров короткого замыкания

2.6 Выбор токоведущих частей и электрического оборудования тяговой подстанции

2.7 Расчет заземления

3. Технологическая часть. Измерительные трансформаторы. Обслуживание, ремонт и испытание

3.1 Измерительные трансформаторы

3.2 Нормы приемо-сдаточных испытаний измерительных трансформаторов - испытание измерительных трансформаторов

3.2.1 Объем приемо-сдаточных испытаний

3.2.2 Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции

3.2.3 Испытание повышенным напряжением промышленной частоты

3.2.4 Измерение тока холостого хода

3.2.5 Снятие характеристик намагничивания магнитопровода трансформаторов тока

3.2.6 Измерение коэффициента трансформации

3.2.7 Определение погрешности.

3.2.8 Проверка уплотнений трансформаторов тока

3.2.9 Испытание трансформаторного масла.

4. Экономическая часть

Определение заработной платы работников подстанции

5. Вопросы охраны труда и экологии. Электробезопасность

Заключение

Список использованной литературы

Приложения



Введение

Электричество играет огромную роль в нашей жизни. Электроэнергия легко передается на расстояние, дробится на части и с высоким коэффициентом полезного действия (КПД) преобразуется в другие виды энергии. Получение электроэнергии из других видов энергии возможно, но с меньшим КПД: на тепловых электростанциях (ТЭС) 35...40%; на атомных электростанциях (АЭС) 30...33%; на гидроэлектростанциях (ГЭС) 90...92%.

Накапливать электрическую энергию в больших количествах сегодня практически нельзя, и поэтому с помощью современных автоматических средств управления постоянно поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией.

Масштабы и темпы развития электроэнергетики страны в рыночных условиях в период до 2020 г. будут определяться Основными направлениями социально-экономического развития РФ на долгосрочную перспективу и Энергетической стратегий России на период до 2020 г.

В соответствии с этими документами развитие электроэнергетики России ориентировано на сценарий экономического развития страны, предполагающий форсированное проведение социально-экономических реформ с темпами роста производства валового внутреннего продукта 5-6% в год и соответствующим устойчивым ростом электропотребления порядка 3% в год. В результате, потребление электроэнергии достигнет в 2020 г. 1545 млрд.кВт.ч. Соответственно уровень максимального потребления электроэнергии 1990 г. будет превышен на 6% уже на уровне 2010 г..

Намеченные уровни электропотребления учитывают проведение активного энергосбережения, как за счет структурной перестройки экономики, так и за счет проведения организационных и технических мероприятий в промышленности.

В 2000 г. достигли предельной наработки 34 млн.кВт или 16% мощности электростанций России, в том числе ГЭС - 22 млн.кВт, ТЭС - 12 млн.кВт. В дальнейшем ситуация со старением основного энергетического оборудования будет ухудшаться, так к 2005 г. 74 млн.кВт, а к 2010 г. 104 млн.кВт или около 50% действующего в настоящее время оборудования ТЭС и ГЭС выработает свой ресурс, а к 2020 г. - 150 млн.кВт, что составит около 70%.

Обновление мощности и обеспечение прироста потребности в генерирующей мощности возможно как за счет ввода новых мощностей, так и за счет продления срока эксплуатации действующих ГЭС и значительного количества ТЭС с заменой только основных узлов и деталей следующих основных мероприятий, однако наиболее эффективным является ввод нового технически прогрессивного оборудования.

С учетом роста нагрузки, расширения экспорта электроэнергии, обеспечения нормативного резерва и других факторов масштабы вводов мощности на электростанциях России за период 2001-2020 гг. оцениваются величиной порядка 175 млн.кВт, в том числе на ГЭС и ГАЭС - 35 млн.кВт, на АЭС - 36 млн.кВт, на ТЭС - 105 млн.кВт (из них ПГУ и ГТУ - 32 млн.кВт). При этом объемы вводов на замену устаревшего оборудования должны составить около 56 млн.кВт, в том числе ТЭС - 30 млн.кВт, ГЭС - 22,5 млн.кВт. Ежегодные объемы вводов генерирующей мощности в этом варианте изменяются от 4 млн.кВт в год в пятилетку 2001-2005 гг. до 14 млн.кВт в год в период 2016-2020 г.

Существует несколько критериев для выбора способа передачи энергии: ее удельная стоимость, географические условия, желательная пропускная способность, технические характеристики и влияние на окружающую среду.

При строительстве линий электропередачи (ЛЭП) требуется создание полосы отчуждения -- в среднем 3 га на 1 км линии передачи, а если напряжение 500кВ и выше, -- то в 2 раза больше. Сильные электромагнитные поля оказывают вредное биологическое влияние на живые организмы, появляются акустические шумы, происходит озонирование и образуются окислы азота, возникают радиопомехи.

Экологически важен вопрос о месте строительства электростанций и их мощности.

Существующая энергетическая база страны при ее надлежащей работоспособности позволяет обеспечить ожидаемую потребность в электроэнергии в целом по России на всю обозримую перспективу до 2020 года и реализовать указанный экспортный потенциал. На территории Российской Федерации сосредоточено свыше 38% разведанных мировых запасов газа, 13% нефти, 12% угля.



1. Эксплуатационная часть

1.1 Общие сведения о тяговых подстанциях

На магистральных железных дорогах в системах тягового электроснабжения используются тяговые подстанции (ТПС) - электроустановки, обеспечивающие преобразование электроэнергии и питание тяговых сетей, нетяговых ж.-д. потребителей и потребителей района, прилегающего к железной дороге. Тяговые подстанции различают по следующим признакам: по обслуживаемой системе электрической тяги - подстанции переменного тока, постоянного тока и стыковые; по способу управления - телеуправляемые и нетелеуправляемые; по способу обслуживания - с постоянным дежурным персоналом, с дежурством на дому, без дежурного персонала; по конструктивному исполнению - стационарные, в т. ч. комплектно-блочные, и передвижные; по способу присоединения к сети внешнего электроснабжения и назначению - опорные и промежуточные.

Внешнее электроснабжение тяговых подстанций осуществляется, как правило, от двух независимых источников, т.к. электрифицированная ж. д. относится к потребителям 1-й категории. Допускается радиальное питание тяговой подстанции от одного источника по двум ЛЭП, которые могут иметь напряжение; 10; 35; 110; 150 и 220кВ. Линии электропередачи соединяют сеть внешнего электроснабжения с распределительными устройствами (РУ) тяговых подстанций.

Тяговая подстанция является одним из основных объектов системы электроснабжения железных дорог. Это сложная техническая система, состоящая из более, чем 20 принципиально различных групп оборудования, аппаратов и других электротехнических устройств.

Основными производственными технологическими процессами на тяговой подстанции являются:

ѕ прием, преобразование и распределение электроэнергии;

ѕ техническое обслуживание и ремонт устройств, обеспечивающих нормальное электроснабжение.

Вспомогательные производственные процессы:

ѕ эксплуатация, ТО и ремонт вспомогательного оборудования и устройств - отопление, сантехника и т.д.;

ѕ ремонт и поддержание в надлежащем состоянии здания и территории ОРУ и т.д.;

ѕ изготовление, ремонт и восстановление инструмента, приспособлений, защитных средств и т.д.

К обслуживающим производственным процессам на ТП относят:

ѕ транспортировка из ЭЧ на подстанцию необходимого оборудования, запчастей и материалов;

ѕ внутриподстанционные перемещения оборудования, приспособлений, испытательной аппаратуры и т.д.;

ѕ доставка бригады и всего необходимого для работы на ПС и ППС.

Целью данного дипломного проекта является проектирование тяговой подстанции 230/27,5/11. Для достижения поставленной задачи необходимо построить однолинейную схему и план - разрез данной тяговой подстанции, выбрать коммутационную и контрольно - измерительную аппаратуру и токоведущие части, а именно: разъединители, высоковольтные выключатели, гибкие и жесткие шины, изоляторы, трансформаторы тока и напряжения и ОПНы. Необходимо выбрать измерительные трансформаторы (рассмотреть их обслуживание, ремонт и испытание), а также произвести расчет заземляющих устройств.

А также научиться эксплуатировать оборудование тяговой подстанции, уметь наблюдать и анализировать происходящие в нем процессы, при необходимости наметить пути усовершенствования отдельных узлов и иметь уверенность в том, что их осуществление возможно только после тщательного целенаправленного изучения принципа действия и устройства всего того единого целого, что объясняется названием тяговая подстанция.

1.2 Характеристика основных типов и оборудования тяговых подстанций

Распределительные устройства тяговой подстанции выполняются в соответствии с требованиями строительных, противопожарных, ведомственных норм и ПУЭ. К основным требованиям следует отнести высокую надежность работы оборудования, безопасность обслуживания, экономичность. В рассматриваемом проекте необходимо компоновать оборудование открытых распределительных устройств класса 110 (220)х10 (35) и 27,5кВ.

Конструктивные элементы ОРУ изготовляются из железобетона. Минимальные расстояния от токоведущих частей до заземленных конструкций должны соответствовать требованиям ПУЭ. ОРУ компонуют из отдельных ячеек, в которых устанавливается оборудование присоединение (фидера).

Ограждение ОРУ устанавливается на расстоянии не менее 3 метров от границы контуров защитного заземления.

Компоновка оборудования проектируемой подстанции выполняется в соответствии с требованиями ПУЭ и рекомендациями типовых проектных разработок.

К основным элементам тяговой подстанции относятся:

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения. Для компенсации колебания напряжения в питающей сети, трансформаторы оборудуют устройством для регулирования напряжения под нагрузкой.

Высоковольтные выключатели переменного тока - предназначены для включения и отключения высоковольтных цепей переменного тока в нормальном и аварийном режимах работы.

Разъединители - аппараты, применяемые в электроустановках выше 1000В и предназначенные для коммутации предварительно обесточенных электрических цепей, а также для создания видимого разрыва цепи, обеспечивающего безопасность работы персонала.

Трансформаторы тока - предназначены для преобразования электрической энергии по уровню тока с целью уменьшения первичного тока до значений наиболее удобных для питания измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения - предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения с целью понижения первичного напряжения до величины, удобной для питания приборов и реле, а также для изоляции цепей обмоток вольтметров, счётчиков, реле и других приборов от сети первичного напряжения.

Ограничители перенапряжений - предназначены для защиты изоляции электрических цепей, электрооборудования и аппаратуры от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Токоведущие части - неизолированные и изолированные проводники, предназначенные для соединения источников с приёмниками энергии через различные переключающие аппараты.

Изоляторы - электротехнические устройства предназначенные для электрической изоляции и механического крепления электроустановок или их отдельных частей, находящихся под разными электрическими потенциалами.

ТСН - предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения до значения 380/220 В и для питания собственных нужд тяговой подстанции.

Рассмотрим основные типы тяговых подстанций и устанавливаемое на них оборудование.

Распределительные устройства

Распределительные устройства на ТПС выполняют открытыми (ОРУ), расположенными на открытой площадке, или закрытыми (ЗРУ), размещенными в здании. Закрытые РУ более надежны, удобны в обслуживании, безопасны; однако их стоимость на 10-25% выше стоимости соответствующих открытых. РУ 35, НО и 220кВ на всех тяговых подстанциях обычно выполняют открытыми. На ТПС постоянного тока закрытыми выполняют РУ 3,3 и 10кВ, на ТПС переменного тока - только РУ собственных нужд.

В открытом РУ ПО или 220кВ опорной подстанции применяется двойная или одинарная (секционированная или несекционированная) система сборных шин с обходными шинами или без них. В случае присоединения к РУ ПО или 220кВ более пяти питающих ЛЭП его выполняют с двойной системой рабочих шин и обходными шинами, при пяти и менее питающих ЛЭП - с одинарной системой секционированных сборных шин и обходными шинами. В зависимости от вида тяговой подстанции РУ первичного электроснабжения имеет высоковольтные выключатели в каждом присоединении, либо одновременно высоковольтные выключатели, отделители и короткозамыкатели, либо отделители и короткозамыкатели. На опорных ТПС обычно в каждом присоединении к ЛЭП установлен высоковольтный выключатель. Иногда понижающие трансформаторы тяговой подстанции (Tрl, Тр2) присоединяют к сборным шинам быстродействующими отделителями. В этом случае при повреждении любого из трансформаторов релейная защита отключает линии, присоединяющие ЛЭП к секции сборных шин поврежденного трансформатора, и секционный выключатель РУ 110-220кВ. После этого в бестоковую паузу отключают отделитель, т. е. локализуют поврежденный трансформатор, а затем включают по АПВ (устройство автоматического повторного включения) выключатели питающих линий и секционный выключатель.

Опорные тяговые подстанции

Опорные тяговые подстанции, получающие питание по трем и более ЛЭП, сооружают через 150-200 или 250-300 км при напряжении питающих ЛЭП соответственно НО или 220кВ; наличие таких подстанций снижает потери напряжения в сетях внешнего электроснабжения и повышает надежность электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Тяговые подстанции переменного тока Тяговые подстанции переменного тока напряжением 27,5кВ и 2Ч25кВ получают питание от сети внешнего электроснабжения 110 или 220кВ. На ТПС 27,5кВ (рис. 1.1) для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 110 (220)кВ в однофазный 27,5кВ преимущественно применяют трехфазные трехобмоточные трансформаторы. Тяговая обмотка такого трансформатора напряжением 27,5кВ соединена по схеме треугольника, от двух вершин которого напряжение подается в контактную сеть, а третья присоединяется к тяговой рельсовой сети. От другой обмотки, выполненной на напряжения 6 (10)кВ или 35кВ, получают питание районные потребители. От РУ 27,5кВ подается питание в тяговую сеть, нетяговым ж.-д. потребителям по линиям ДПР (два провода-рельс), к трансформаторам собственных нужд, фидерам плавки гололеда на ЛЭП НО или 220кВ; на ряде тяговых подстанций в РУ 27,5кВ применяют устройства поперечной емкостной компенсации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1 Принципиальная схема тяговой подстанции переменного тока:

МВ - масляный выключатель; ОД - быстродействующий отделитель; КЗ - короткозамыкатель; Тр - понижающий трансформатор; РУ - распределительное устройство; БВ - быстродействующий выключатель.

На ТПС переменного тока (кроме стыковых подстанций и совмещенных с подстанциями энергосистем) РУ 27,5кВ имеет двухфазную рабочую систему сборных шин, третья фаза понижающего трансформатора подключена к контуру заземления ТПС и рельсам подъездного пути, соединенным с воздушной отсасывающей линией. На тяговых подстанциях заземляется фаза «С» обмотки 27,5кВ понижающего трансформатора, что учитывается схемой фазировки подстанций. На вновь сооружаемых и реконструируемых тяговых подстанциях в РУ 6; 10; 27,5 и 35кВ применяют вакуумные выключатели.

На ТПС системы электроснабжения 2Ч25кВ устанавливают однофазные трансформаторы с расщепленной обмоткой низшего напряжения, понижающие напряжение ПО или 220кВ (сеть внешнего электроснабжения) до 55кВ.

Обмотки высшего напряжения этих трансформаторов соединены по схеме открытого треугольника. Обмотки для питания тяги имеют по три вывода. Напряжение между крайними выводами составляют 55кВ, между крайними и средними - 27,5кВ. Средние выводы обмоток трансформаторов электрически объединены и присоединены к тяговому рельсу, крайние - к РУ 2Ч25кВ открытого исполнения, содержащему четыре рабочие и две запасные (обходные) шины. От рабочих шин РУ 2 х 25кВ, соединяемых с крайними выводами тяговой обмотки трансформатора, отходят фидеры контактной сети.

Как правило, на всех ТПС переменного тока 2 х 25кВ кроме двух рабочих трансформаторов устанавливают третий (резервный) трансформатор. Для питания районных потребителей предусматриваются отдельные трехфазные трансформаторы, преобразующие напряжение 110 и 220кВ в напряжение 6 (10) или 35кВ.

Распределительные устройства 27,5кВ и 2х25кВ сооружают индустриальными методами с применением блоков КРУН или комплектно-блочных устройств.

Промежуточные тяговые подстанции

Промежуточные тяговые подстанции получают питание по двум вводам. По способу присоединения к сети внешнего электроснабжения такие подстанции могут быть транзитными или отпаечными (на ответвлениях). Транзитные подстанции включают в рассечку одной цепи ЛЭП 110 или 220кВ; при этом на подстанции устанавливают секционный высоковольтный выключатель и ремонтную перемычку, включаемую на время ревизии или ремонта секционного выключателя для сохранения транзита мощности. Для защиты понижающих трансформаторов применяют на стороне высшего напряжения высоковольтные выключатели либо быстродействующие отделители с короткозамыкателями. Концевая тяговая подстанция (тупиковая) получает питание по двум радиальным линиям 6, 10, 35кВ или по двум ЛЭП НО или 220кВ от другой (тяговой или районной) подстанции.

Открытые РУ ПО или 220кВ промежуточных ТПС выполняются рамной конструкции. Опоры порталов гибкой ошиновки связывают металлическими поперечинами, образуя жесткие рамы, на которых размещается оборудование ОРУ, за исключением высоковольтных выключателей, устанавливаемых на отдельных фундаментах. На ряде промежуточных подстанций оборудование ОРУ 220кВ (кроме высоковольтных выключателей) установлено на бесфундаментных конструкциях, что позволяет сократить объем земляных работ на 90%. На опорных подстанциях оборудование РУ ПО или 220кВ устанавливают на отдельных конструкциях с фундаментами (заглубленными либо поверхностными). РУ 110 или 220кВ транзитных ТПС выполняют по мостиковой схеме с рабочей и ремонтной перемычками, а отпаеч-ных и тупиковых тяговых подстанций - по аналогичной схеме, но с разъединителями вместо выключателя в рабочей перемычке и без ремонтной перемычки. РУ 35кВ предназначены для питания районных потребителей и фидеров плавки гололеда на ЛЭП НО или 220кВ. РУ 6 (10) или 35кВ выполняют, как правило, с одинарной, секционированной выключателем, системой сборных шин. Для этих РУ применяют шкафы наружной установки типа КРУН, либо функциональные модули РУ 6 или 10кВ комплектно-блочных тяговых подстанций, либо блоки КРУН 35кВ. От РУ 6 или 10кВ, кроме районных потребителей, могут получать питание трансформаторы собственных нужд подстанций переменного тока.

Тяговые подстанции постоянного тока Тяговые подстанции постоянного тока, получающие питание от ЛЭП 110 или 220кВ, выполняют с двойной или одинарной трансформацией напряжения (рис. 1.2): сначала его понижают промежуточные трех-обмоточные трансформаторы Т1 до 10 или 6кВ, а затем трансформаторы Тр2 преобразовательных агрегатов - до 3,3кВ. От третьей обмотки трехобмоточных трансформаторов обычно подается напряжение 35кВ для питания районных нетяговых потребителей. При питании ТПС от ЛЭП 6; 10 и 35кВ осуществляется одиночная трансформация напряжения до 3,3кВ. В этом случае от РУ 35кВ могут также получать питание районные и другие нетяговые потребители, а иногда от них подается питание на смежные ТПС.

РУ 3,3кВ ТПС постоянного тока содержит две плюсовые (рабочую и запасную) и минусовую шины. На фидерах контактной сети применяют поляризованные выключатели, но чаще неполяризованные быстродействующие автоматические (особенно на вновь сооружаемых и реконструируемых ТПС), что позволяет обеспечить более эффективное отключение цепей при коротких замыканиях в контактной сети. РУ 3,3кВ, размещаемые в капитальных зданиях, сооружают индустриальными методами. Для этого применяют камеры и ячейки заводского изготовления, в которых установлены разъединители силовой цепи 3,3кВ, рукоятки управления, измерительные приборы и щиток управления.

Рис. 1.2 Принципиальная схема тяговой подстанции постоянного тока:

МВ - масляный выключатель; ОД - быстродействующий отделитель; КЗ - короткозамыкатель; Тр - понижающий трансформатор; HE - распределительное устройство;кВА - кремниевый выпрямительный агрегат; БВ - быстродействующий выключатель; Р - реактор; СУ - сглаживающее устройство.

Ячейки представляют собой сборную конструкцию, состоящую из камеры разъединителей, щита с дверями и ограждения.

Преобразователь тяговой подстанции постоянного тока состоит из преобразовательного трансформатора, выпрямительной или выпрямительно-инверторной установки и вспомогательной аппаратуры - коммутационные аппараты, устройства управления и сигнализации, защиты от токов перегрузки, короткого замыкания, перенапряжений, устройства охлаждения.

Выпрямительные агрегаты, осуществляющие преобразование переменного тока в постоянный, выполняют на кремниевых силовых диодах (неуправляемых вентилях). На ТПС применяют выпрямители с различными видами охлаждения: УВКЭ-1, ПВЭ-2, ПВЭ-3, ПВК-6 с принудительным воздушным охлаждением, ПВК-2, ПВК-3, ПВЭ-5АУ1 наружной установки с естественным воздушным охлаждением. Наиболее широко применяют преобразователи с естественным воздушным охлаждением в связи с простотой их обслуживания и высокими технико-экономическими показателями. Выпрямительные агрегаты указанных типов собраны по 6-пульсовой (3-фазной) схеме. Для повышения коэффициента мощности, уменьшения высших гармоник токов в напряжении питающей сети, а также в выпрямленном напряжении применяют 12-пульсовые (12-фазные) схемы выпрямления. С этой целью осуществляют параллельное или последовательное соединение двух выпрямителей, выполненных по 3-фазной мостовой схеме.

Выпрямительно-инверторные агрегаты (ВИП иликВА) используются для преобразования постоянного тока рекуперации (избыточный ток, возникающий при торможении ЭПС) в переменный, возвращаемый во внешнюю систему электроснабжения. Первый инвертор на тиристорах был выполнен передвижным и введен в работу на Закавказской железной дороге в 1969 г. В дальнейшем были разработаны стационарные выпрямитель-но-инверторные агрегаты ВИПЭ-1 (инвертор и выпрямитель выполнены на тиристорах) и ВИПЭ-2УЗ (инвертор на тиристорах, выпрямитель на диодах). Выпрямитель или инвертор в зависимости от режима работы, который задается датчиком переключения, подключается к шинам ТПС быстродействующими выключателями, которые одновременно обеспечивают защиту агрегата при перегрузках, коротких замыканиях и опрокидываниях. Частые переключения ВИП (40-50 раз в сутки) неблагоприятно сказываются на коммутационной аппаратуре, приводя к различным отказам преобразователя. В связи с этим на базе ВИП-2УЗ был разработан агрегат с бесконтактным переключением режимов (т. н. переключаемый ВИП), управляемый импульсами, подаваемыми на тиристоры.

Стыковые ТПС

Стыковые ТПС обеспечивают попеременную подачу напряжения постоянного или переменного тока в контактную сеть фидерных зон, примыкающих к станциям стыкования. Такие ТПС имеют РУ как постоянного, так и переменного тока, от которых отходят фидеры соответствующего рода тока, передающие электроэнергию в контактную сеть через пункты группировки, где установлены специальные переключатели рода тока. Стыковые ТПС применяются также на участках, электрифицированных на переменном токе по системам 25кВ и 2 х 25кВ; их вторичные РУ присоединяют соответственно к обмоткам трехфазного трансформатора напряжением 27,5кВ или однофазного трансформатора с расщепленной обмоткой 2 х 25кВ.

Цепи собственных нужд

Цепи собственных нужд на ТПС постоянного и переменного тока получают питание через трансформаторы собственных нужд, от которых напряжение подается в РУ 10кВ устройств СЦБ, в цепи электрического отопления зданий, в системы подогрева высоковольтных выключателей наружной установки, приточно-вытяжной вентиляции и в зарядно-подзарядные устройства аккумуляторной батареи, а также в сеть внутреннего и наружного освещения подстанции. Часть осветительных приборов получает напряжение от сети аварийного освещения, которая в нормальных условиях питается от трансформаторов собственных нужд, а при исчезновении напряжения на шинах собственных нужд переменного тока автоматически переключается на питание от аккумуляторной батареи, установленной в отдельном помещении. Получили распространение кислотные (открытые, закрытые с пониженными вредными выделениями или герметичные батареи) для питания электромагнитных приводов выключателей, цепей автоматики, управления, защиты, сигнализации и блокировки, телемеханики, сети аварийного освещения. Как правило, они работают в режиме постоянного подзаряда. В ряде случаев применяют комбинированные источники питания, состоящие из аккумуляторной батареи незначительной емкости и емкостного накопителя энергии.

Комплектно-блочные тяговые подстанции

Комплектно-блочные тяговые подстанции представляют собой установки полной заводской готовности. Первые такие ТПС были укомплектованы металлическими блоками заводского изготовления в открытом и закрытом исполнении, в которых было установлено электрооборудование. ОРУ ПОкВ имеет рамную конструкцию; ОРУ 35кВ выполнено с применением блоков КРУН 35кВ открытого исполнения с аппаратурой управления, защиты и сигнализации, расположенной в неутепленном металлическом навесном шкафу, РУ 6 и 10кВ выполнены с применением шкафов КРУН; оборудование РУ 3,3кВ размещено в закрытых блоках заводского изготовления, причем блоки выполнены в двух вариантах - на один и на два фидера. На отечественных ж. д. первая такая подстанция сооружена в 1965 г. для системы переменного тока на ст. Пады Приволжской железной дороги. Опыт применения первых комплектно-блочных ТПС показал их недостаточную надежность и трудность эксплуатации.

В дальнейшем были созданы ТПС модульного типа полной заводской готовности. Отдельные модули выполнены из антикоррозионных материалов, защищены от атмосферных воздействий, имеют многослойную ограждающую конструкцию.

Внутри модулей размещено смонтированное на предприятии-изготовителе отрегулированное и испытанное электротехническое оборудование и аппаратура. Модули оснащены унифицированными соединительными узлами, позволяющими быстро и надежно вести их сборку по требуемой схеме на строительной площадке. Использование модульных конструкций позволяет при монтаже подстанций сократить затраты труда на производство строительных, электромонтажных и пуско-наладочных работ, обеспечить удобство эксплуатации, не иметь на подстанции постоянного обслуживающего персонала. Минимальный срок ввода в действие составляет 2-3 недели; уменьшаются капитальные и эксплуатационные расходы; размер земельных площадей, отчуждаемых под тяговые подстанции, сокращается в 2-2,5 раза.

Параметры модулей позволяют использовать их на подстанциях любого назначения и любой мощности, а также при сооружении других электроустановок (автотрансформаторных пунктов питания, постов секционирования и т.п.). Комплектно-блочные тяговые подстанции или отдельные функциональные модули могут применяться в качестве резервных при ремонте, модернизации или реконструкции стационарных тяговых подстанций.

Первые комплектно-блочные ТПС постоянного тока, разработанные и изготовленные Научно-исследовательским институтом электрической аппаратуры (НИИЭФА) при участии Октябрьской железной дороги и ЦНИИС, внедрены на участке Волховстрой-Свирь. В состав комплектно-блочной тяговой подстанции с напряжением внешнего электроснабжения 10кВ могут входить следующие функциональные модули: выпрямительных преобразователей; РУ 10кВ для СЦБ; РУ 10кВ; модуль СН (собственных нужд); модули РУ 3,3кВ; модуль аккумуляторных батарей АБ-15; модуль ДГА; модуль ОПУ; служебно-технические модули. В качестве фундаментов для установки модулей используются ж.-д. рельсовые плети, уложенные на дренирующую подсыпку. Кабельные каналы поверхностного типа из бетонных коробов уложены вдоль обеих сторон ряда модулей.

Комплектно-блочные модульные тяговые подстанции постоянного тока на строительной площадке сооружаются одной бригадой электромонтажников с применением подъемного крана. ТПС могут эксплуатироваться в суровых условиях Крайнего Севера, Сибири и северных районов Европейской части России.

Передвижные тяговые подстанции

Передвижные тяговые подстанции предназначены для обеспечения питания контактной сети электрифицированных ж. д. при выходе из строя стационарных ТПС, а также могут быть использованы для временной замены одного выпрямительного преобразователя или понижающего трансформатора стационарных подстанций при авариях, капитальном ремонте или реконструкции. Их можно устанавливать на перегоне между стационарными тяговыми подстанциями. Передвижные ТПС могут работать самостоятельно и совместно со стационарными ТПС, т.к. укомплектованы всем необходимым силовым оборудованием и соответствующими вторичными устройствами. На дистанциях электроснабжения предусматривается одна передвижная подстанция на шесть-восемь стационарных. Устанавливаемое на платформах оборудование передвижных ТПС должно вписываться в габарит подвижного состава и находиться в постоянной готовности к вводу в действие.

Передвижные ТПС постоянного тока оборудованы полупроводниковыми выпрямительными преобразователями с естественным воздушным охлаждением. Подстанции бывают с первичным напряжением 35 и 10кВ. Оборудование размещают на трех платформах и в вагоне. На одной (первой) платформе установлены шкаф КРУН 10кВ ввода с трансформаторами напряжения, трансформатор собственных нужд, разрядник, реактор сглаживающего устройства и разъединитель отсоса. На второй платформе расположены трансформаторы выпрямительных преобразователей, на третьей - полупроводниковый выпрямительный преобразователь. В вагоне находятся оборудование РУ 3,3кВ, стойки управления и сигнализации, релейной защиты, автоматики и блокировки, контуры сглаживающего устройства, разрядники, линейные разъединители фидеров, а также салон дежурного персонала.

На передвижных ТПС переменного тока на первой платформе установлены отделитель, короткозамыкатель, разрядники, заземляющие разъединители, присоединяемые к двум фазам, однополюсный разъединитель для заземления нулевого вывода понижающего трансформатора. На второй платформе размещен понижающий трансформатор со встроенными трансформаторами тока, на третьей - трехполюсный разъединитель с двумя заземляющими ножами, трансформаторы тока для питания дифференциальной защиты понижающего трансформатора, два фидера контактной сети и один фидер ДПР, трансформатор собственных нужд и два однофазных трансформатора напряжения. В вагоне размещены устройства автоматики, управления, защиты, сигнализации и блокировки, устройства СЦБ и собственных нужд постоянного и переменного тока; аккумуляторная батарея расположена в ящиках под рамой вагона. В вагоне находится также купе-салон на четыре места для обслуживающего персонала. Фаза «С» понижающего трансформатора соединяется с тяговым рельсом шинами или кабелем. Все оборудование подстанции заземлено на металлические рамы подвижного состава.



2. Выбор оборудования трансформаторной подстанции

2.1 Разработка принципиальной схемы электрических соединений тяговой подстанции

Рис. 2.1 Структурная схема тяговой подстанции 110/27,5/10кВ

Разработка однолинейной схемы тяговой подстанции

Согласно ПУЭ электрифицированные железных дороги относится к потребителям первой категории, для которых перерыв в электроснабжении не допускается, поэтому схемы электроснабжения выполняют таким образом, что при повреждении или ремонте любого элемента обеспечивалось непрерывное питание ЭПС.

Конфигурация и основные особенности схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций зависят от значения питающего напряжения и надежности элементов системы, в частности ЛЭП и коммутационных аппаратов.

Однолинейная схема определяет состав необходимого высоковольтного оборудования, а дальнейшие расчеты позволяют выбрать тип оборудования.

Проектируемая транзитная подстанция переменного тока имеет три распределительных устройства напряжением 110, 2х27,5 и 10кВ.

РУ 110 (220)кВ. РУ построено по схеме «мостик с выключателем» (включенной в рассечку ВЛ 110 (220)кВ.

Рис. 2.2 Схема главных электрических соединений РУ 110кВ, включенной в рассечку ВЛ 110 (220)кВ

РУ, схема которого приведена на рис. 2.2 , имеет ремонтную и рабочую перемычки между вводами. Разъединители ремонтной перемычки 1 включают для обеспечения транзита мощности энергосистемы при отключении выключателя рабочей перемычки 5. Трансформаторы тока 2 и напряжения 4 устанавливают для подключения релейной защиты линии. Ремонтная перемычка используется также в схеме плавки гололёда линий 110 (220)кВ. в этом случае к ней присоединяют фидер плавки гололеда от РУ 10; 27,5кВ и разъединители 1 оборудуют двигательными фидерами.

Линии 110 (220)кВ присоединяют разъединителями 3 с двигательными приводами. В цепи каждого понижающего трансформатора Тр установлены разъединитель 6 с двигательным приводом, быстродействующий отделитель 7 с короткозамыкателем 8. В районах с интенсивным гололёдообразованием, в которых работа отделителей недостаточно надёжна, отделитель и короткозамыкатель заменяют выключателем. При этом разъединитель 6 имеет ручной привод. Использование разъединителей с двигательными приводами на присоединениях линии и понижающих трансформаторов позволяет выполнять переключения по телеуправлению.

Более целесообразно использовать трехобмоточные однофазные понижающие трансформаторы типа ОРДТНЖ-40000/110 или ТДТНЖ-40000/110, обеспечивающих получение трехфазного напряжения 38,5 или 11кВ для питания нетяговых потребителей и однофазного напряжения 27,5кВ для питания тяговой нагрузки.

РУ 27.5кВ. Это РУ предназначено для питания тяговой сети переменного тока, нетяговых линейных железнодорожных потребителей по линиям ДПР, ТСН и, при необходимости, трансформаторов подогрева, а также фидера плавки гололеда на ВЛ 110 (220)кВ.

РУ 27.5кВ имеет двухфазную рабочую, секционированную разъединителями, и запасную систему шин. Третья фаза (обычно С) обмоток понижающего трансформатора соединяется с контуром заземления и с рельсами подъездного пути, которые соединены с воздушной отсасывающей линией. Фидеры, питающие контактную сеть одного направления, присоединяются к одной секции шин, а фидеры другого направления - к второй секции шин. Запасной выключатель с помощью разъединителей может быть присоединен к любой из секций, обеспечивая питание любого фидера контактной сети при отключении выключателя этого фидера.

Сборные шины каждой фазы выполняют двойным проводом типа АС. Главные понижающие трансформаторы и ТСН присоединяются к шинам HE с помощью трехфазных выключателей ВМУЭ - 35Б-1250-25 с встроенным электромагнитным приводом или С-35М-630-10 с приводои ШПЭ-12 (последние применяются при мощности понижающих трансформаторов S_H = 25 МВА). На фидерах ДПР тоже устанавливаются трехфазные выключатели, что дешевле применения двух однофазных выключателей. На фидерах контактной сети используют однополюсные выключатели ВМУЭ-27,5Б-1250-16 с встроенным приводом. В дальнейшем возможно использование вакуумных выключателей ВВФ-27,5-1600-20. К каждой секции шин присоединяют разрядники РВМ-35. При отсутствии встроенных трансформаторов тока используются трансформаторы ТФЗМ-35А, а на вводе - ТФЗМ-35Б.

Для РУ-27,5 используют одно- или трехфазные разъединители РНДЗ -35 с ручным приводом типа УМПЗ-. Применение последних дает возможность телеуправления разъединителями. На некоторых подстанциях применяют устройство поперечной или продольной емкостной компенсации. устройство продольной компенсации включают последовательно с одной из фаз обмотки 27,5кВ понижающего трансформатора через дополнительную шину, к которой подключены соответствующий ввод трансформатора и один из выводов компенсирующего устройства. Второй вывод компенсирующего устройства присоединяют к основной рабочей шине фазы, от которой питаются фидеры контактной сети.

РУ 10кВ. На ТПС переменного тока РУ-10кВ предназначено для питания нетяговых районных потребителей. РУ 10кВ выполняют с одинарной секционированной выключателем системой шин. В типовой схеме предусмотрено подключение к шинам 4 линий (фидеров).

РУ 10кВ размещают в шкафах наружной установки

РУ 10кВ может получать питание от одного понижающего трансформатора при включенном секционном выключателе и АВР на присоединении второго трансформатора или от двух трансформаторов при отключенном секционном выключателе и АВР на нем.

Для РУ 10кВ предусматривается установка масляных выключателей ВКЭ-10 с встроенным электромагнитным приводом. Разъединители на присоединениях не устанавливают за исключением линий продольного электроснабжения, питающих нетяговые линейные железнодорожные потребители, где используют разъединители типа РЛНД-10, и вводов от главных понижающих трансформаторов, где обычно применяют разъединители типа РНДЗ-35. Применение камер ВВО предусматривает установку разъединителей в цпи трансформаторов напряжения и разрядника. Для подключения защит и электроизмерительных приборов применяют малогабаритные трансформаторы тока типа ТЛМ-10. Все отходящие линии 10кВ имеют защиту от замыкания на землю, для питания которой предусмотрен трансформатор тока ТЗЛМ-УЗ, установленный на кабельной вставке на выходе каждой линии.

Для питания районных и железнодорожных потребителей на напряжении 10кВ применяют специальный понижающий трансформатор, на выходе которого стоят типовые блоки КРУН 10кВ.

Схема главных электрических соединений тяговой подстанции переменного тока 110/27,5/10кВ приведена в графической части (Лист 1)

Схема питания потребителей собственных нужд

Питание потребителей собственных нужд осуществляется от систем сборных шин 0,4кВ комплектных распределительных устройств (КРУН-27,5кВ) устанавливаемых на открытой части тяговой подстанции и шкафа собственных нужд устанавливаемого в здании подстанции.

В системе сборных шин РУ подключают следующие фидеры:

1 и 10 - шкаф собственных нужд в здании подстанции;

обдува понижающих трансформаторов;

фидер линии ВЛ СЦБ;

освещение камер 10кВ и СЦБ;

резервный;

освещение открытой части подстанции;

фидер для подключения базы передвижного масляного хозяйства;

фидер питания здания дистанции контактной сети;

фидер подогрева масла и проводов высоковольтных выключателей, их приводов, ячеек КРУН;

К системе сборных шин шкафа СН подключают фидеры:

1 - станочного оборудования мастерской;

2 - электрических печей обогрева щитовой и подсобных помещений здания подстанции;

3, 4, 5 - питание пультов дистанционного управления разъединителями контактной сети, стоек телемеханики, автоматики;

6 - питание подзарядных устройств;

7 - питание калорифера и вентиляторов аккумуляторной батареи;

8 -питание освещения здания подстанции;

9 - отопление помещения ДГА;

10 - вентиляция помещения ДГА.

Выбираем трансформатор ТМ-400/35-75У1.

В качестве резервного источника электроэнергии СН переменного тока используется дизель-генератор, устанавливаемый в специальном помещении закрытой части тяговой подстанции. Его основное назначение обеспечить питание устройств СЦБ при аварийном выходе из работы трансформаторов СН или снятия напряжения на участке железной дороге. Дизель-генератор имеет следующие номинальные параметры S_н= 50кВт, U_н=400 В, v=50 Гц.

В качестве источника энергии СН постоянного тока используется аккумуляторные батареи. Они работают в режиме постоянного подзаряда.

2.2 Расчет мощности тяговой нагрузки

Мощность понижающих трансформаторов тяговой подстанции переменного тока для испытания тяговой нагрузки определяем по формуле (1):

МВА (2.2.1)

где - напряжение на шинах подстанции 27,5кВ;

- действующее значение тока наиболее и наименее загруженных плеч питания соответственно;

- коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки фаз трансформатора, равный 0,9;

- коэффициент, учитывающий влияние компенсации реактивной мощности, равный 0,93;

- коэффициент, учитывающий влияние внутрисуточной неравномерности движения на износ изоляции обмоток трансформатора, который для двухпутных путей составляет 1,45.

2.3 Расчет мощности нетяговой нагрузки

Результаты определения мощности районных (нетяговых) потребителей

Характерные суточные графики нагрузок предприятий различных отраслей промышленности

При решении вопросов развития распределительной сети, сети внешнего электроснабжения промышленных предприятий, а также при выполнении электрических расчетов сетей в характерных режимах требуются данные о графиках электрических нагрузок предприятий различных отраслей промышленности. На рис. 2.1-2.6 приведены характерные суточные графики активной и реактивной нагрузок предприятий различных отраслей промышленности (заданных в задании).

Расчет нагрузок 10кВ

Электрические нагрузки предприятий являются определяющими для выбора всех элементов системы электроснабжения (СЭС): мощности понижающих трансформаторных подстанций потребителей (ТПП), главной понижающей подстанции (ГПП) или центрального распределительного пункта (ЦРП), распределительной сети.

Рис. 2.4 Текстильная фабрика

Рис. 2.5 Машиностроительный завод (станкостроение)

Рис. 2.6 Завод пищевой промышленности

Мощность каждого потребителя определяют исходя из заданного значения его установленной мощности, коэффициентов спроса и мощности, типового графика нагрузки (в курсовом проекте каждый заданный потребитель рассматривается в целом без разделения его нагрузки по цехам, участкам и т.п.). на основании формулы

Рmax = Ру Кс (2.2.2)

где Р_у - установленная мощность потребителя,кВт;

К_с - коэффициент спроса, учитывающий загрузку и КПД оборудования

вычисляют максимальную активную мощность потребителя. Затем определяют реактивную мощность в час максимума.

Q_max = P_max (2.2.3)

Максимальная полная мощность всех потребителей с учетом потерь в сетях выше 1000 В и понижающих трансформаторах потребителей,кВА

S_max = (1 + ) (2.2.4)

где р_пост и р_пер - постоянные и переменные потери в стали трансформаторов и переменные потери в сетях и трансформаторах, принимаемые соответственно равными 1-2% и 6-10%;

- максимальное значение суммарной нагрузки, кВт;

- сумма реактивных мощностей всех n потребителей в час максимума суммарной нагрузки, кВар, рассчитывается по формуле (2.2.2).

В расчетах принимаем следующее:

(2.2.5)

(2.2.6)



где - максимальная мощность потребителя, определенная по выражению (2.2.2);

К_ум - коэффициент участия в максимуме;

для потребителей с неравномерным графиком нагрузки К_ум 0,75 0,8 - потребитель 2.

для предприятий с механическим оборудованием, насосными установками и других потребителей с непрерывным технологическим процессом и с равномерным графиком К_ум 0,90 0,95 - потребитель 1, 4, 6, 8.

Расчеты сведем в таблицу.

Таблица 2.1

Электрические нагрузки

Наименование нагрузки	Pу (кВт)	Категория потребителя	Kс	Км (cosц)	Км (tgц)	Pmax, МВт	Qmax, Вар
Текстильная фабрика	4 500	1	0,63	0,92	0,426	4.14	1.764
Машиностроительный завод	6 000	1	0,55	0,93	0,395	5.58	2.204
Пищевая промышленность	3 000	1	0,51	0,92	0,426	2.76	1.176
	13 500		12,48	5,144

В итоге получаем:

Полная мощность на вторичной обмотке трансформаторов ТПС, необходимая для питания нетяговых потребителей:

S_max2 = = = 12,827 MBA

Максимальная мощность одиночного фидера нагрузки приходится на текстильную фабрику:

S_{max. фидер} = = = 4,275 MBA

на машиностроительный завод:

S_{max. фидер} = = = 5,435 MBA

на пищевое предприятие:

S_{max. фидер} = = = 2,850 MBA

Мощность нагрузки на первичной стороне трансформатора с учетом потерь в нём:

S_max1 = (1 + ) = 14,11 МВА.

S_{max 10кВ} = 14,110 МВА

Выбор понижающих трансформаторов

За номинальную мощность трехобмоточного трансформатора принимается мощность наиболее мощной обмотки. К этой мощности приводятся все напряжения короткого замыкания u_к12, u_к23, u_к13, которые указываются на щитке трансформатора. Для трехфазных трехобмоточных трансформаторов обычно применяется схема соединения обмоток Y₀/Y₀/Д-12-11.

Мощности отдельных обмоток устанавливаются в зависимости от условий эксплуатации.

Наиболее часто встречаются следующие четыре соотношения мощностей отдельных обмоток в процентах от номинальной мощности:



Таблица 2.2

1-я обмотка	2-я обмотка	3-я обмотка
100	100	100
100	100	66,7
100	66,7	100
100	66,7	66,7

Требуемая мощность трансформатора тяговой подстанции определяется как сумма мощностей, необходимых для обеспечения тяговой нагрузки собственных нужд подстанции , дополнительных расходов электроэнергии на непоездную (маневровую) работу электроподвижного состава , а также заданной нагрузки нетяговых и районных потребителей, получающих питание от данного трансформатора, кВ·А:

(2.2.7)

где k_p - коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов районной и тяговой нагрузок, равный =0,7;

S_p - мощность районных потребителей;

S_CH - мощность собственных нужд тяговой подстанции;

S_дм - дополнительная мощность на маневровую работу;

S_H - мощность нетяговых потребителей;

S_m - мощность на тягу;

Если мощность S_дм не задана, то она учитываются приближенно с использованием коэффициента - это коэффициент на собственные нужды и маневры, который принимается равным 1,025 при постоянном токе и 1,033 при переменном токе.

Тогда вместо формулы (2.7) получаем (2.8), по которой произведем расчет:

(2.2.8)

Нетяговые потребители, питающиеся по линии ДПР от шин 27,5кВ: S_ДПР = 500кВА.

С учетом мощности установленного трансформатора собственных нужд S_ТСН = 400кВА = 0,4 МВА

МВА (2.2.9)

Возможен выбор трансформаторов по ГОСТ Р 51559-2000:

ТДТНЖ-40 000/110

Расшифровка трансформаторов по ГОСТ Р 51559-2000

Т - трехфазный

Д - с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла;

Т - трехобмоточный;

Н - регулирование напряжения под нагрузкой;

Ж - для железных дорог, электрифицированных на переменном токе;

40 000 - номинальная мощность, кВ·А;

110 - класс напряжения обмотки ВН,кВ;

У1 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ

Таблица 2.3

Трансформаторы трехфазные понижающие (паспортные данные)

Тип	Sном, МВА	Uном обмоток,кВ	Условное обозначение схемы и группы соединения обмоток	Потери, Вт	Ixx,%
		ВН	СН	НН		PXX кВт	PКЗкВт
ТРДТНЖ-40000/110	40	115	27.5	11	Yн//Д-11-11	39.0	200	0.60
Тип	Напряжение короткого замыкания,%, пары обмоток
	ВН - СН	ВН - НН	СН - НН
ТРДТНЖ-40000/110	10.5	17.5	6,5

Электрические характеристики выбранного ТСН сведены в таблицу 2.4.