Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Обоснование схемы главных электрических соединений тяговой подстанции. Выбор числа, типа и мощности тяговых агрегатов (трансформаторов и выпрямителей)

1.1 Тяговые подстанции постоянного тока

2. Расчет рабочих и аварийных токов

2.1 Расчет тока короткого замыкания на шинах ОРУ-110 кВ

2.2 Определение трехфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-2 РУ-10 кВ

2.3 Определение трехфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-3

2.4 Определение трехфазного тока и мощности короткого замыкания в точке К-4

2.5 Определение трехфазного тока и мощности короткого замыкания в точке К-5

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

3.1 Выбор шин РУ

3.2 Выбор высоковольтных выключателей переменного тока

3.3 Выбор высоковольтного выключателя PУ-3,3 кВ

3.4 Выбор разъединителей

3.5 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

4. Подбор аппаратуры и схем питания собственных нужд подстанции

4.1. Выбор аккумуляторной батареи

4.2. Выбор зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ)

5. Расчет контура заземления подстанции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Энергию на тягу поездов получают от энергосистем через их высоковольтные линии и районные подстанции и, непременно, через специальные тяговые подстанции, являющиеся элементами системы электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Насыщенность тяговых подстанций разнообразной по назначению аппаратурой существенно выше, чем равных по мощности и классу первичного питающего напряжения подстанций энергосистем. Это объясняется многофункциональностью тяговых подстанций - от них получают питание не только электрические поезда, но также районные и нетяговые потребители железных дорог.

К схемам и конструкциям тяговых подстанций предъявляют определенные технические требования. Так, установленная мощность их трансформаторов и преобразователей должна соответствовать спросу потребителей электроэнергии, коммутационная и вспомогательная аппаратура обеспечивать бесперебойное питание потребителей электроэнергии на требуемом уровне надежности. Очень важно также, чтобы качество электрической энергии соответствовало установленным нормам.

Электрическая подстанция - это электроустановка или совокупность электрических устройств для преобразования электрической энергии по напряжению, роду тока или частоте и распределению ее между потребителями.

Тяговая подстанция - электрическая подстанция, предназначенная для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От тяговой подстанции получают питание и другие потребители. Тяговые подстанции различают по следующим признакам:

- обслуживаемой системе электрической тяги: переменного тока 27,5 кВ или 2 25 кВ, постоянного тока 3,3 кВ и стыковые;

- значению питающего напряжения - 6, 10, 35, 110, 220 кВ;

- схеме присоединения к сети внешнего электроснабжения - опорные, промежуточные и концевые;

- системе управления: телеуправляемые и не телеуправляемые;

- способу обслуживания: без дежурного персонала, с дежурством на дому и постоянным дежурным персоналом;

- типу: стационарные и передвижные.

Иногда тяговые подстанции совмещают с другими устройствами электроснабжения: с районными подстанциями, дистанциями контактной сети или их дежурными пунктами. Такие подстанции называют совмещенными.

Опорная тяговая подстанция - ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения по трем или более линиям электропередач 110 или 220 кВ.

Промежуточная тяговая подстанция - ТП, получающая питание от сети внешнего электроснабжения и осуществляющая питание тяговой сети электрифицированной железной дороги между опорными ТП. Существуют два типа промежуточных ТП - на ответвлениях и транзитные. Тяговая подстанция на ответвлениях получает питание по двум линиям электропередач 110 или 220 кВ глухими ответвлениями, транзитная - по одной линии электропередач 110 или 220 кВ. Концевая тяговая подстанция получает питание по двум радиальным линиям электропередачи 110 или 220 кВ от другой подстанции.

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать отпаечную тяговую подстанцию постоянного тока. Для питания тяговых потребителей на данной подстанции применяем двойную трансформацию, то есть от питающей подстанции напряжением 110 кВ при помощи двух понизительных трансформаторов поступает питание на РУ - 10 кВ, а также РУ районной нагрузки. С РУ - 10 кВ питание поступает на выпрямительные агрегаты и далее к тяговым потребителям. Тяговая подстанция состоит из: понизительных, тяговых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд, а также высоковольтных выключателей, разъединителей, сборных шин и т.д.

Оборудование тяговых подстанций непрерывно совершенствуется.

1. Обоснование схемы главных электрических соединений отпаечной тяговой подстанции. Выбор числа, типа и мощности тяговых агрегатов (трансформаторов и выпрямителей)

Краткое обоснование тяговой подстанции РУ 110 кВ. Схема РУ-110 кВ промежуточной тяговой подстанции рассчитана на два преобразовательных трансформатора. На такой подстанции ВЛ от которой получает питание данная тяговая подстанция проходит через территорию тяговой подстанции, где секционируется высоковольтным выключателем и разъединителями. Выключатель и разъединитель нормально включены и образуют рабочую цепь, по которой осуществляется передача мощности с одного участка ВЛ на другой. Чтобы не прерывать передачу этой мощности при ревизии и ремонте выключателя, рабочая цепь шунтируется резервной, образованной двумя разъединителями с заземляющими кожухами и участками шин с выносными трансформаторами тока.

РУ-10 кВ. Напряжение 10 кВ используется для питания линий промышленных потребителей. Для питания всех указанных потребителей на тяговой подстанции используется схема с рабочей системой шин секционирующихся выключателем. В целях устранения нежелательных влияний на устройства СЦБ питание этих фидеров производится от источника переменного тока.

РУ-3,3 кВ. Схема РУ имеет рабочую, минусовую и запасную шины. К минусовой шине подключают реакторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Рабочую шину соединяют с контактной сетью, а минусовую с рельсом. В цепь каждого фидера контактной сети устанавливают два последовательно включенных выключателя ВАБ-49. Для защиты оборудования РУ-3,3 кВ от перенапряжений на каждом фидере установлены разъединители РКЖ-3,3/3000

1.1 Тяговые подстанции постоянного тока

Определение числа и мощности выпрямителей тяговой подстанции постоянного тока

Необходимое число рабочих выпрямителей определяется по формуле

, (1)

где средний ток подстанции, А;

номинальный ток выпрямителя, А.

В связи с тем, что выбрали схему выпрямления двенадцатипульсовую, выбираем выпрямительный агрегат типа: ТПЕД-3150-3,3К-У1. Паспортные данные выпрямительного агрегата ТПЕД-3150-3,3К-21-У1 представлены в табл. 1

Таблица 1

Паспортные данные выпрямителя

Тип выпрямительного агрегата	Номинальный выпрямленный ток	Номинальное выпрямленное напряжение	Тип вентилей	Схема выпрямления	Число вентилей в плече, соединенных последовательно	Число вентилей в плече, соединенных параллельно	Общее количество вентилей
ТПЕД-3150-3,3К--У1	3150	3300	ДЛ-133-500-14	Двенадцатипульсовая последовательного типа	4	6	288

.

Принимаем с учетом резерва.

Определение типа и мощности преобразовательного и понизительного трансформаторов

Мощность тяговой нагрузки определяется по формуле

, (2)

где номинальное выпрямленное напряжение, В;

номинальный выпрямленный ток, А.

кВА

По рассчитанной мощности тяговой нагрузки выбирается два преобразовательных трансформатора типа ТРДП-12500/10ЖУ1. Паспортные данные преобразовательного трансформатора типа ТРДП-12500/10ЖУ1 представлены в табл. 2

Таблица 2

Паспортные данные преобразовательного трансформатора

Тип трансформатора

Мощность сетевой обмотки, МВА

Напряжение сетевой обмотки, кВ

Схема и группа соединения обмоток

Схема выпрямления преобразователя

Номинальное фазное напряжение вентильной обмотки, В

Потери короткого замыкания, кВт

Потери холостого хода, кВт

Напряжение короткого замыкания, %

Ток холостого хода, %

Масса, т

Номинальное напряжение преобразователя, кВ

Номинальный ток преобразователя, кА

ТРДП-12500/ 10ЖУ1

11,4

10

Д/ДУ-0-11

m=12 посл.

755

71,5

16

7,5

0,9

22,5

3,3

3,2

Для тяговых подстанций постоянного тока типовым решением является так называемая двойная трансформация напряжения с первичного 110 кВ на напряжение, необходимое для питания районной нагрузки - обычно 10 или 35 кВ, а также напряжение для питания тяги - 3,3 кВ.

Наибольшая расчетная мощность, по которой выбирается понижающий трансформатор, определяется по формуле

, (3)

где мощность тяговой нагрузки, кВА;

мощность районной и нетяговой нагрузки, кВА;

мощность трансформатора собственных нужд; принимается при отсутствии специального задания на ее расчет 250 или 400 кВА по указанию преподавателя;

коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов тяговой и нетяговой нагрузок; принимается .

кВА.

По справочным данным и выбирается два рабочих понижающих трансформатора с номинальной мощностью по условию

> , (4)

10 000 кВА > 8 217,5 кВА.

Выбирается понижающий трансформатор типа ТДНГ-10000/110. Паспортные данные понижающего трансформатора представлены в табл. 3

Таблица 3

Паспортные данные понижающего трансформатора

Тип трансформатора	, МВА	Потери	, %	, %
		, кВт	, кВт		ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
ТДНГ-10000/110	10	14	58	0,9	-	10,5	-

Для собственных нужд тяговой подстанции выбирается трансформатор собственных нужд типа ТС-400/10. Паспортные данные трансформатора собственных нужд типа ТС-400/10 представлены в табл. 4

Таблица 4

Паспортные данные трансформатора собственных нужд

Тип трансформатора	Sном, кВА	ДРх, Вт	Uк, %
ТС - 400/10	400	1150	6

2. Расчет рабочих и аварийных токов

Для выбора электрооборудования тяговой подстанции рассчитываются токи трехфазного, двухфазного и однофазного короткого замыкания максимальных значений. При расчетах, связанных с выбором релейных защит, нужно узнать минимальное значение тока короткого замыкания.

Для заданной схемы внешнего электроснабжения составляется однолинейная расчетная схема рис. 1, включая упрощенную схему заданной тяговой подстанции. На схеме указываются номинальные параметры (напряжения, мощности, сопротивления) отдельных элементов, учитываемых при расчетах.

Однолинейная расчетная схема

Система №1 Система №2

S_c= 2000 кВА S_c= 2500 кВА

~ в = 1,2

121кВ ВЛ-110кВ 121 кВА

30км К-1 40км

110кВ №1 №2 №3 №4 №5 110кВ

20км 20км 20км 25км

Т6 Т1 Т2

ТСН

10 кВ Q К-2

Т3 Т4 Т5-ТСН

К-3 0,4 кВ К-5

К-4 3,3 кВ

+ Главная шина

+ Запасная шина

-

Рис. 1

2.1 Расчет тока короткого замыкания на шинах ОРУ-110 кВ

Расчет тока короткого замыкания производится методом относительных единиц. Основой метода является приведение всех сопротивлений схемы к базисным условиям. Выбираем базисные условия:МВА; при коротком замыкании в точке К-1 кВ.

Базисный ток определяется по формуле

(5)

кА.

Для этих условий вычисляются относительные сопротивления элементов схемы замещения.

Определение относительных сопротивлений элементов схемы замещения

Так как для большинства элементов , то учитывается только индуктивное сопротивление элементов. Составляется эквивалентная схема замещения до точки К-1 рис. 3.2

 Система№1 Система№2

1 12

0,05 4 5 9 0,04

0,13 0,06 0,076

2 10 11

0,24 0,24 0,12 0,12

6 7 8

0,06 0,06 0,136

К-1

№1 U_б = U_cр №2 ТП №3 №4 №5

Рис. 2

;

;

;

;

;

.

Производятся последовательные преобразования исходной схемы рис. 2 в упрощенную схему рис. 3

Система№1 Система№2

X_*б4 Х_*б15

0,13 0,12

Х_*б13 Х_*б14 Х_*б8 Х_*б16

0,095 0,19 0,136 0,14

К-1

№1 №3 №5

Рис. 3

;

;

;

Производятся последовательные преобразования исходной схемы рис. 3 в упрощенную схему рис. 4

 Система№1 Система№2

Х_*б17 К-1 Х_*б18

0,172 0,204

№3

Рис. 4

;

;

Определение электрической удаленности точки короткого замыкания К-1, от источников питания

Электрическая удалённость к.з. определена исходя из следующего соотношения:

(6)

где номинальный ток источника, А;

начальное значение периодической составляющей тока к.з.

Для первого источника:

кА

Из этого неравенства следует, что точка k1 удалена от первого источника.

Для второго источника:

Из этого неравенства следует, что точка k1 удалена от второго источника.

Система№ 1, 2

Х _*б.рез

0,093

К-1

№3

Рис. 5

Определение трехфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-1

Начальный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (7)

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (8)

Мощность короткого замыкания определяется по формуле

, (9)

Определение двухфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-1

Начальный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (10)

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (11)

Мощность короткого замыкания определяется по формуле

, (12)

Определение однофазного тока короткого замыкания в точке К-1

Для определения однофазного тока короткого замыкания определяются сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности

Определение сопротивления прямой последовательности

Сопротивление прямой последовательности элементов схемы замещения рис. 3.2 определяется аналогично пункту 3.2.1

.

Определение сопротивления обратной последовательности

Сопротивление обратной последовательности принимается равным результирующему сопротивлению схемы замещения рис. 2

.

Определение сопротивления нулевой последовательности

Сопротивления нулевой последовательности определяются по расчетной схеме рис. 2

;

;

;

;

;

;

.

;

;

;

;

;

Полное результирующее сопротивление нулевой последовательности в точке К-1 определяется по расчетной схеме рис. 3.8

Х _*рез(0) Х _Т1

0,408 1,05

Рис. 6



Сопротивление понизительного трансформатора определяется по формуле

, (13)

Для максимального режима

.

Для минимального режима

.

Начальный ток короткого замыкания в точке К-1 вычисляется для максимального и минимального режимов и определяется по формулам

, (14)

, (15)

;

.

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (16)

Мощность короткого замыкания определяется по формуле

, (17)

2.2 Определение трехфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-2 РУ-10 кВ

Трехфазный ток короткого замыкания в точке К-2 вычисляется по расчетной схеме рис. 3.9 и определяется для максимального и минимального режимов.

Х _*рез

0,093

Х _Т1 Х _Т2

1,05 1,05

К-2

Рис. 7

Сопротивление понизительного трансформатора

Базисный ток в точке К-2

 кА.

Начальный ток короткого замыкания в точке К-2 определяется по формулам

, (18)

, (19)

Ударный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

Определение двухфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-2

Двухфазный ток короткого замыкания в точке К-2 определяется для максимального и минимального режимов

Начальный ток короткого замыкания

;

.

Ударный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

2.3 Определение трехфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-3

Трехфазный ток короткого замыкания в точке К-3 вычисляется по расчетной схеме рис. 3.10 и определяется для максимального и минимального режимов.

Х _*рез

0,093

Х _Т1 Х _Т2

1,05 1,05

Х _Т3 Х _Т4

0,65 0,65

К-3

Рис. 8

Сопротивление преобразовательного трансформатора определяется по формуле

, (20)

.

Базисный ток в точке К-3 определяется по формуле

 , (21)

где ;

кВ;

кА.

Начальный ток короткого замыкания в точке К-3 определяется по формулам

, (22)

, (23)

Ударный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

Определение двухфазных токов и мощности короткого замыкания в точке К-3

Двухфазный ток короткого замыкания в точке К-3 определяется для максимального и минимального режимов

Начальный ток короткого замыкания

;

.

Ударный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

2.4 Определение трехфазного тока и мощности короткого замыкания в точке К-4

Начальный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (24)

где номинальный выпрямленный ток одного выпрямительного преобразователя подстанции, А;

количество выпрямительных преобразователей на подстанции;

номинальная мощность всех трансформаторов выпрямительных преобразователей, МВА;

мощность короткого замыкания на шинах, от которых питаются трансформаторы выпрямительных преобразователей, МВА;

напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора.

кА.

Ударный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

Определение двухфазного тока и мощности короткого замыкания в точке К-4

2.5 Определение трехфазного тока и мощности короткого замыкания в точке К-5

Трехфазный ток короткого замыкания в точке К-5 определяется по расчетной схеме рис. 9(а), схеме замещения рис. 9 (б) и преобразования рис. 9 (в и г)



QS

Х _Т

Q

r_Т

TCH Х

Х _К

r_К r

К-5

QF

Х _КA в)

r_КA

TA

Х _ТT

r_ТT

r Z

К-5 К-5 К-5

а) б) г)

Рис. 9

Для определения сопротивлений элементов цепи короткого замыкания в точке К-5 предварительно рассчитывается максимальный рабочий ток вторичной обмотки трансформатора

Максимальный рабочий ток вторичной обмотки трансформатора собственных нужд определяется по формуле

, (25)

.

Трансформатор ТСН присоединяется к шинам 0,4/0,23 кВ тремя кабелями ААГ-3185 + 150-1.

Определение максимального допустимого тока кабеля

Максимальный допустимый ток кабеля определяется по формуле

, (26)

где количество параллельно включенных кабелей;

длительно допускаемый ток для принятого сечения кабеля, А;

коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения кабелей, проложенных рядом, .

.

Определение сопротивления обмоток трансформатора

Определяя сопротивление обмоток трансформатора собственных нужд (ТСН), принимается во внимание тот факт, что при мощностях до 1000 кВА включительно напряжение короткого замыкания характеризует полное сопротивление трансформатора, поэтому определяются активное и индуктивное сопротивления обмоток трансформатора.

Активное сопротивление обмоток трансформатора определяется по формуле

, (27)

где потери короткого замыкания ТСН, кВт;

напряжение основной ступени, В;

номинальная мощность ТСН, кВА.

.

Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора определяется по формуле

, (28)

.

Определение активного и индуктивного сопротивления кабеля

Активное сопротивление кабеля определяется по формуле

, (29)

где длина кабеля, м;

активное сопротивление жил кабеля при 20С, Ом/км

.

Индуктивное сопротивление кабеля определяется по формуле

, (30)

где длина кабеля, м;

индуктивное сопротивление жил кабеля, Ом/км

.

Определение активного и индуктивного сопротивления автоматического выключателя

Активное сопротивление автоматического выключателя определяется по формуле

, (31)

где активное сопротивление катушки автоматического выключателя, мОм

переходное сопротивление контактов автоматического выключателя, мОм.

.

Индуктивное сопротивление автоматического выключателя определяется по формуле

где индуктивное сопротивление катушки автоматического выключателя, мОм

.

Определение активного и индуктивного сопротивления трансформатора тока

Активное сопротивление трансформатора тока принимается равным .

Индуктивное сопротивление трансформатора тока принимается равным .

Эти данные берутся из справочника

Определение активного сопротивления рубильника

Активное сопротивление рубильника принимается равным .

Определение суммарного активного и индуктивного сопротивления цепи короткого замыкания

Суммарное активное сопротивление определяется по формуле

, (32)

.

Суммарное индуктивное сопротивление определяется по формуле

, (33)

.

Определение полного сопротивления до точки короткого замыкания К-5

Полное сопротивление до точки короткого замыкания К-5 определяется по формуле

, (34)

.

Определение начального, ударного тока и мощности короткого замыкания в точке К-5

Начальный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (35)

.

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

, (36)

.

Мощность короткого замыкания

Определение двухфазного тока короткого замыкания в точке К-5

Определение однофазного тока короткого замыкания в точке К-5

Однофазный ток короткого замыкания в точке К-5 определяется по формуле

, (37)

где фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора ТСН, В;

сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании, мОм

.

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

Мощность короткого замыкания определяется по формуле

, (38)

Результаты расчетов токов короткого замыкания в точках К-1 … К-5 приведены в табл. 5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 5

Результаты расчета токов к.з.

Точка к.з.	Трехфазное к.з.	Двухфазное к.з.	Однофазное к.з.
	, кА	, кА	, кА	, МВА	, кА	, кА	, кА	, МВА	, кА	, кА	, кА	, МВА
К-1 ОРУ - 110 кВ	5,36	-	13,67	1070,35	4,66	-	8,8	686,4	3,61	3,15	9,21	718,21
К-2 РУ - 10 кВ	8,9	4,81	22,7	161,7	7,74	5,79	25,6	182,6	-	-	-	-
К-3 Анодная цепь	50,24	26,42	128,11	106,04	43,71	27,9	131,2	108,48	-	-	-	-
К-4 РУ - 3,3 кВ	32,23	-	28,04	184	28,04	-	24,4	160	-	-	-	-
К-5 ТСН шины 0,4 кВ	9,32	-	15,72	16,12	8,06	-	20,55	14,02	3,53	-	9	1,4

короткий замыкание шина трансформатор

3. ВЫБОР, РАСЧЕТ И ПРОВЕРКА ШИН, ОСНОВНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

3.1 Выбор шин РУ

Выбор шин ОРУ - 110 кВ

Шины ОРУ - 110 кВ выполняются гибкими проводами АС (сечением не менее 70 мм2 ).

Сечение сборных шин выбирается по условию

, (38)

где дополнительно допускаемый ток для шин данного сечения и материала, А;

Максимальный рабочий ток на вводе тяговой подстанции определяется по формуле

, (39)

где коэффициент перспективы развития потребителей, ;

мощность понизительного трансформатора, кВА;

номинальное напряжение на вводе подстанции, кВ.

.

.

Принимаем шины выполненные проводом АС-70/11 (Iдоп =265А)

Выбранные шины проверяются на термическую устойчивость воздействию тока короткого замыкания, а также определяется минимальное термически стойкое сечение

Минимальное термически стойкое сечение определяется по формуле

, (40)

где тепловой импульс короткого замыкания;

функция, зависящая от перегрева; для алюминиевых и стальных компонентов шин численно равна, С=90.

Тепловой импульс короткого замыкания определяется по формуле

, (41)

где начальный ток короткого замыкания в точке К-1;

полное время отключения высоковольтного выключателя;

постоянная времени отключения цепи - для тяговых подстанций постоянного тока можно принимается равной 0,05 с.

Время отключения высоковольтного выключателя определяется по формуле

, (42)

где время отключения выключателя;

время действия релейной защиты.

;

;

.

Термическая устойчивость обеспечивается, если выполняется условие

,

.

Выбор шин ЗРУ - 10 кВ

Шины ЗРУ - 10 и 3,3 кВ выполняются из алюминия жесткими, прямоугольного сечения.

Сечение сборных шин выбирается по условию

(43)

где Sн.тр --номинальная мощность трансформатора, Sн.тр=10000 кВА;

Uн --номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора,

Uн =10 кВ;

Крн--коэффициент перегрузки, Крн =0,7.

.

Принимаем шины ЗРУ - 10 кВ алюминиевые, прямоугольного сечения, окрашенные, выполненные одной полосой, установленные на ребро. Параметры шин представлены в табл. 6

Таблица 6

Параметры шин

Размеры шины, мм	Сечение одной полосы, мм2	Масса одной полосы, кг/м	Допустимый ток, А
А-40 4	160	1,424	480

Выбранные шины проверяются на термическую устойчивость воздействию тока короткого замыкания, а также определяется минимальное термически стойкое сечение

Время отключения высоковольтного выключателя определяется по формуле

,

где время отключения выключателя;

время действия релейной защиты.

;

Тепловой импульс короткого замыкания определяется по формуле

,

где начальный ток короткого замыкания в точке К-1;

полное время отключения высоковольтного выключателя;

постоянная времени отключения цепи - для тяговых подстанций постоянного тока можно принимается равной 0,05 с.

;

Минимальное термически стойкое сечение определяется по формуле

,

де тепловой импульс короткого замыкания;

функция, зависящая от перегрева; для алюминиевых и стальных компонентов шин численно равна, С=90.

;

Термическая устойчивость обеспечивается, если выполняется условие

,

.

Проверка выбранных шин на электродинамическую стойкость

Электродинамическая стойкость шин обеспечивается если выполняется условие

, (44)

где расчетное механическое напряжение в материале шины, Мпа;

допустимое напряжение для материала шин, МПа, для алюминиевых шин Мпа.

Расчетное механическое напряжение в материале шины определяется по формуле

, (45)

где изгибающий момент, в кН, зависящий от силы действующей на шину при коротком замыкании;

момент сопротивления, в м3, зависящий от размеров сечений и способа установки шины.

Изгибающий момент определяется по формуле

, (46)

где максимальная сила, действующая на шины при коротком замыкании, в Н;

расстояние между соседними опорными изоляторами, м.

Максимальная сила, действующая на шины при коротком замыкании определяется по формуле

, (47)

где ударный ток короткого замыкания, кА;

расстояние между осями шин соседних фаз, м.

;

;

Момент сопротивления определяется по формуле

, (48)

где ширина шины, м;

толщина шины, м.

см3;

;

.

Выбор шин ЗРУ - 3,3 кВ

Сечение сборных шин выбирается по условию

Максимальный рабочий ток на главной плюсовой шине РУ - 3,3 кВ тяговой подстанции определяется по формуле

, (49)

где число преобразовательных агрегатов;

номинальный выпрямленный ток преобразователя;

коэффициент нагрузки на шинах

.

.

В связи с тем, что рабочий максимальный ток шин ЗРУ - 3,3 кВ имеет большую величину принимаем шины ЗРУ - 3,3 кВ алюминиевые, прямоугольного сечения, окрашенные, выполненные двумя полосами, установленные плашмя. Параметры шин представлены в табл. 7

Таблица 7

Параметры шин

Размеры шины, мм	Сечение одной полосы, мм2	Масса одной полосы, кг/м	Допустимый ток, А
120 10	1200	10,650	3200

Выбранные шины проверяются на термическую устойчивость воздействию тока короткого замыкания, а также определяется минимальное термически стойкое сечение

Определяем минимальное термически стойкое сечение и тепловой импульс

;

;

;

.

Проверка выбранных шин на электродинамическую стойкость

Определяем максимальную силу, действующую на шины при коротком замыкании

;

Изгибающий момент

;

Момент сопротивления

;

;

;

Электродинамическая стойкость шин обеспечивается если выполняется условие

.

3.2 Выбор высоковольтных выключателей переменного тока

Выбор высоковольтного выключателя ОРУ - 110 кВ

Высоковольтные выключатели выбираются по роду установки, номинальным напряжению и току.

Выбор высоковольтного выключателя по напряжению производится исходя из условия

,

где номинальное напряжение выключателя, кВ;

напряжение цепи где устанавливается выключатель, кВ.

.

Выбор высоковольтного выключателя по току производится исходя из условия

,

где номинальный ток выключателя, А;

максимальный ток цепи где устанавливается выключатель, А.

.

Выполнение выше указанных условий гарантирует работу выключателя в нормальном режиме. По этим условиям выбираем высоковольтный выключатель. Паспортные данные высоковольтного выключателя приведены в табл. 8

Таблица 8

Паспортные данные высоковольтного выключателя

Тип выключателя	, кВ	, А	Ном. ток отключения, кА	Собственное время, с	Мощность подогрева, кВт
				включения	отключения	полюсов	Одного привода
ВМТ-110Б-25/1250УХЛ1	110	1250	25	0,113	0,035	6	1,6

Надежная работа выключателя при коротком замыкании обеспечивается проверкой его на электродинамическую и термическую устойчивость, а также на отключающую способность.

Проверка высоковольтного выключателя на электродинамическую устойчивость выполняется по условию

,

где динамический ток выключателя, кА.

Проверка высоковольтного выключателя на термическую устойчивость выполняется по условию

, (50)

где ток термической стойкости, кА;

время термической стойкости, с.

Определение теплового импульса короткого замыкания

.

Выбор высоковольтного выключателя ЗРУ - 10 кВ

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

Условие выбора:

Uном ? Uраб

10 кВ ? 10 кВ

Iном ? Iрабmax

630 А ? 404,6 А

Исходя из условий выбора, выбираем выключатель типа ВВПЭ-10-20/У3, паспортные данные приведены в таблице 9

Таблица 9

Паспортные данные выключателя

Тип выключателя	Uном, кВ	Iном, А	Номинальный ток отключения, кА	Время короткого замыкания, с	Собственное время отключения выключателя, с, не более	Полное время отключения, с, не более
ВВПЭ-10-20/У3	10	630	20	3	0,06	0,08

Надежная работа выключателя при коротком замыкании обеспечивается проверкой его на электродинамическую и термическую устойчивость, а также на отключающую способность.

Проверка высоковольтного выключателя на электродинамическую устойчивость выполняется по условию

,

где амплитудное значение предельного сквозного тока выключателя, кА.

Проверка высоковольтного выключателя на термическую устойчивость выполняется по условию

,

где ток термической стойкости, кА;

время термической стойкости, с.

Определение теплового импульса короткого замыкания

.

3.3 Выбор высоковольтного выключателя PУ-3,3 кВ

Условие выбора:

Uном ? Uраб

3,3 кВ ? 3,3 кВ

Iном ? Iрабmax

5000 А ? 4410 А

Исходя из условий выбора, выбираем выключатель типа ВАБ-49-5000/30-Л-УХЛ4, паспортные данные приведены в таблице 10

Таблица 10

Паспортные данные выключателя

Тип вык-ля	Номинальный ток, А	Пределы токов уставки, А, при откл. аварийного тока	Наибольшее значение отключаемого тока, А, при при индуктивности	Полное время отключения в цепи с максимальным значением отключаемого аварийного тока, с , не более	Номинальное напряжение
		Ото размагничивающего витка	От реле HLI-1	От реле HLI-2	6….11 мГн	15 мГн	0 мГн	15 мГн
ВАБ-49-5000/30-Л-УХЛ4	5000	4000	-	-	50000	10000	-	-	3,3

3.4 Выбор разъединителей

Выбор разъединителей ОРУ - 110 кВ

Разъединители выбираются по роду установки, номинальным напряжению и току.

Выбор разъединителей по напряжению

.

Выбор высоковольтного выключателя по току

.

Выполнение выше указанных условий гарантирует работу разъединителя в нормальном режиме. По этим условиям выбираем разъединитель, паспортные данные разъединителя ОРУ - 110 кВ приведены в табл. 11.

Надежная работа выключателя при коротком замыкании обеспечивается проверкой его на электродинамическую и термическую устойчивость.

Проверка разъединителя на электродинамическую устойчивость

Проверка разъединителя на термическую устойчивость

Определение теплового импульса короткого замыкания

.

Выбор и проверка разъединителей ЗРУ - 3,3 и 10 кВ приведены в табл. 11

Таблица 11

Результаты выбора и проверки разъединителей ОРУ - 110 кВ и

ЗРУ - 3,3 и 10 кВ

Место установки и тип выбираемого аппарата	Расчетные данные	Паспортные данные
	В	А	кА	кА		В	А	кА	кА
ОРУ - 110 кВ РНД(Б)-110/1000	110	68,3	5,36	13,67	16,38	110	1000	-	80	1452
ЗРУ - 10 кВ РВЗ- 10/630-I(II)	10	404,6	8,9	22,7	45,15	10	630	-	50	1600
ЗРУ - 3,3 кВ РКЖ-3,3/3000 УХЛ1	3,3	4410	32,23	28,04	592,1	3,3	3000	-	50	7500

3.5 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Выбор измерительных трансформаторов тока ОРУ - 110 кВ

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению и номинальному току, а также по роду установки, конструкции и классу точности.

Выбор измерительных трансформаторов тока по номинальному напряжению производится по условию

,

где номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора.

.

Выбор измерительных трансформаторов тока по номинальному току производится по условию

,

где номинальный ток первичной обмотки трансформатора.

.

Выбор измерительных трансформаторов тока по классу точности производится по схеме подключения измерительных приборов к трансформатору тока рис. 10

Схема подключения измерительных приборов к трансформатору тока

Рис. 10

и по условию

, (51)

где номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора, ВА;

мощность, потребляемая приборами измерения и защиты, ВА.

Для определения мощности, потребляемой приборами измерения и защиты, составляется трехлинейная схема подключения к трансформаторам тока всех приборов измерения и защиты.

Мощность, потребляемая приборами измерения и защиты, определяется по формуле

, (52)

где потребляемая приборами мощность,

ток вторичной цепи, равный 5 А;

переходное сопротивление контактов, ;

сопротивление соединительных проводов, Ом.

Сопротивление соединительных проводов определяется по формуле

, (53)

где удельное сопротивление провода, ОМ /мм2;

расчетная длина соединительных проводов, м;

минимальное сечение соединительных проводов, мм2.

Расчетная длина соединительных проводов определяется по формуле

, (54)

где длина проводов, м; равна 3 - 5 м.

;

;

;

.

По полученной мощности выбираем трансформатор тока типа ТОЛ - 110Б -У1, класс точности 0,5. Паспортные данные трансформатора тока ТОЛ - 110Б -У1 приведены в табл. 12

Проверка трансформатора тока на электродинамическую устойчивость выполняется по условию

, (55)

где коэффициент динамической устойчивости трансформатора тока, .

.

Проверка трансформатора тока на термическую устойчивость выполняется по условию

, (56)

где коэффициент термической устойчивости трансформатора тока, .

.

Выбор и проверка трансформатора тока ЗРУ - 10 кВ типа ТОЛ - 1, класс точности 1, приведены в 12

Таблица 12

Результаты выбора и проверки трансформаторов тока ОРУ - 110 кВ и

ЗРУ - 10 кВ

Место установки и тип выбираемого аппарата	Расчетные данные	Паспортные данные
	В	А	кА		В	А	ВА	кА
ОРУ - 110 кВ ТОЛ-110Б-У1	110	68,3	13,67	16,38	110	300	30	63/13	300
ЗРУ - 10 кВ и сборные шины ТОЛ - 1	10	404,6	22,7	45,15	10	600	15	60	31,5
ТСН ТОЛ-1	10	21,04	15,72	49,51	10	100	15	50	31,5

Выбор измерительного трансформатора напряжения ЗРУ - 10 кВ

Трансформатор напряжения выбирают по номинальному напряжению и номинальному току, а также по роду установки, конструкции и классу точности.

Выбор измерительного трансформатора напряжения по номинальному напряжению производится по условию

.

Выбор измерительных трансформатора напряжения по классу точности производится по схеме подключения измерительных приборов к трансформатору напряжения рис. 11 и по условию

Мощность, потребляемая приборами измерения и защиты определяется по формуле

, (57)

где суммарная мощность всех приборов, подключенных к трансформатору напряжения, определяется по схеме рис. 11

Схема подключения измерительных приборов к трансформатору тока

Рис. 11

Таблица 13

Расчёт мощности приборов

Прибор	Тип прибора	Число приборов	Потребляемая мощность	CosY прибора	SinY прибора	Мощность приборов
			одного	всех			Активная, Вт	Реактивная, вар
Счётчик активной энергии	СА3У	13	4	4·13=52	0,38	0,93	52·cosy=19,76	52siny=48,36
Счётчик реактивной энергии	СР3У	13	4	4·13=52	0,38	0,93	52·соsy=19,76	52·siny=48,36
Вольтметр	Э-30	1	5	5·1=5	1	0	5	0
Реле напряжения	РН-54/60	2	1	2·1=2	1	0	2	0
ИТОГО	46,52	96,72

По полученной мощности выбираем трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66, трехфазный, класс точности 0,5. Паспортные данные трансформатора напряжения НТМИ-10-66приведены в табл. 14

Таблица 14

Паспортные данные трансформатора напряжения

Тип трансформатора	Напряжение, В	Номинальная мощность, ВА, в классе точности	Предельная мощность, ВА
	первичное	вторичное	Дополнительной обмотки НН	0,5	1	3
НКФ-110-57	110 000:v3	100:v3	100	400	600	1200	2000
НТМИ-10-66	10000	100	103:3	120	200	500	960

Выбранные измерительные трансформаторы напряжения соответствует требуемому классу точности и приняты к установке.

4. Подбор аппаратуры и схем питания собственных нужд подстанции

К источникам питания собственных нужд на тяговых подстанциях подключены оперативные цепи (включение выключателей, сигнализации, защиты автоматики, телемеханики), и их привода, питания устройств СЦБ, электрического освещения и электрического отопления, санитарно- технического оборудования, станков в мастерской подстанции. В отдельных случаях от источников собственных нужд получают питание электрические нагрузки совмещенного с тяговой подстанцией дежурного пункта и дистанции контактной сети.

Шины собственных нужд переменного тока выполнены одинарными; секционированы автоматическим выключателем.

В летний период обычно включен один ТСН; системой предусмотрен АВР второго ТСН. В зимний период включены оба ТСН. Мощность каждого трансформатора должна обеспечивать питание всех потребителей собственных нужд. Принципиальная схема питания шкафов собственных нужд представлен на рис.6.1

1,2 -шкафы переменного тока;

3,4,5 - шкаф автоматики подогрева приводов выключателей соответственно 27,5кВ(только для подстанций переменного тока),35 и 110 кВ;

6 - шкаф собственных нужд переменного тока в здании подстанции;

7 - шкаф отопления и вентиляции аккумуляторной батареи;

8 - шкаф собственных нужд переменного тока 220В в РУ-3.3 кВ(только для подстанций постоянного тока);

9 - дизель-генератор(резервное питание);

10 - шкаф освещения подстанции;

11 - щит аварийного освещения подстанции;

12 - шкаф собственных нужд постоянного тока;

13 - зарядно-подзарядный агрегат;

14 - аккумуляторная батарея.

15 - шкаф подогрева масляных выключателей;

16 - шкаф автоматики подогрева приводов выключателей 110кВ.

4.1 Выбор аккумуляторной батареи

Нагрузки рабочего и аварийного режима приведены в табл.15

Таблица 15

Потребители постоянного тока

Потребители	Число одновременно работающих	Ток одного потребителя, А	Нагрузка батареи, А
			Длительная	Кратковременная
1	2	3	4	5	6
Постоянно присоединенные приёмники	Лампы положения выключателей	19	0,068	1,292	--
	Держащие катушки ВАБ -49	15	0,5	7,5	--
	Устройства управления защиты	--	--	7,5	--
Приемники присоединённые при аварийном режиме	Устройства телеуправления и связи	--	--	1,4	--
	Аварийное освещение	--	10	--	--
	Привод ВМТ -110Б	--	--	--	30
ИТОГО:	17,7	30

Определение тока длительного разряда

Ток длительного разряда определяется по формуле

, (58)

где ток постоянной длительной нагрузки, А; ;

ток аварийной нагрузки, А, .

.

Определение расчетного тока кратковременного разряда

Расчетный ток кратковременного разряда определяется по формуле

, (59)

где ток, потребляемый наиболее мощным приводом при включении одного выключателя, А;

.

Определение расчетной емкости батареи

Расчетная емкость батареи определяется по формуле

, (60)

где длительность разряда при аварии, для тяговых подстанций принимается равной 2 ч.

.

Определение номера батареи по расчетной емкости

Номер батареи определяется по формуле

, (61)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий уменьшение емкости батареи после нескольких лет эксплуатации;

емкость аккумулятора первого номера (при ч,) .

Определение номера батареи по кратковременного разряда

Номер батареи определяется по формуле

, (62)

где 46 - кратковременный допустимый ток разряда аккумулятора первого номера.

.

Принимаем номер батареи . Паспортные данные выбранной аккумуляторной батареи приведены в табл. 16

Таблица 16

Тип	Конечное напряжение 1,8 В/элемент
	Время разряда
	3 часа
	Емкость, Ач	Ток разряда, А
28 ОРzS 7000 LA	4677	1559

Определение числа последовательно включенных элементов батареи, питающих шины включения (ШВ) напряжением в режиме подзаряда

Число последовательно включенных элементов батареи определяется по формуле

, (63)

где среднее напряжение элемента в режиме постоянного подзаряда,

шт.

Определение числа элементов, питающих шины управления, (ШУ) напряжением в режиме постоянного подзаряда

Число элементов, питающих шины управления определяется по формуле

, (64)

шт.

4.2 Выбор зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ)

Мощность ЗПУ - полупроводникового выпрямителя выбирают, исходя из первого формовочного заряда батареи и одновременного питания постоянных потребителей.

Ток заряда для батареи типа 28 ОРzS 7000 LA определяется по формуле

, (65)

Мощность ЗПУ определяется по формуле

, (66)

где зарядное напряжение, В.

, (67)

;

.

По расчетной мощности ЗПУ и зарядному напряжению выбираем зарядно-подзарядное устройство типа ВАЗП - 380/260 - 40/60.

Номинальный ток ЗПУ должен удовлетворять условию

;

Uн.ЗПУ > Uзар;

260 В > 259 В.

Рн.ЗПУ =20,8 кВт > Ррасч.ЗПУ =11,06 кВт

5. РАСЧЕТ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Выбор и расчет системы заземления тяговой подстанции производится исходя из условий безопасности напряжения прикосновения.

5.1 Определение фактического напряжения действующего на человека

Фактическое напряжение, действующее на человека, определяется по формуле

Uч = Uпр - Uс, (68)

где Uc = Iч·Rc -падение напряжение в сопротивлении растеканию с двух ступней человека на землю.

Если принять ступню за диск радиусом 8 см, то

(69)

где удельное сопротивление верхнего слоя земли, Ом м;

r -радиус ступни, r = 0,08 м.

Опасность поражения зависит от тока Iч и длительности его протекания через тело человека. Зная допустимый ток Iчдоп, найдено допустимое напряжение прикосновения:

где Rч - сопротивление тела человека, принято Rч 1000 Ом;

Заземляющее устройство, выполненное по нормам напряжения прикосновения должно обеспечить в любое время года ограничение Uпр до нормированного значения в пределах всей территории подстанции, а напряжение на заземляющем устройстве Uз должно быть не выше 10 кВ.

Сложный заземлитель заменяется расчётной квадратной моделью при условии равенства их площадей S, общей длины L горизонтальных проводников, глубины их заложения t, числа и длины вертикальных заземлителей. В реальных условиях удельное сопротивление грунта неодинаково по глубине. В расчётах многослойный грунт представлен двухслойным: верхний толщиной h1 с удельным сопротивлением , нижний с удельным сопротивлением . Величины ,,h1 приняты на основе замеров с учётом сезонного коэффициента kс.

На рис. 13 представлена схема конфигурации заземлителя

Схема конфигурации заземлителя

t

а

r

S

b

Рис. 13

Напряжение на заземлителе определяется по следующей формуле:

(70)

где kn - коэффициент напряжения прикосновения; для сложных заземлителей определяется по формуле:

(35)

где lв - длина вертикального заземлителя принята lв =5 м;

LГ - длина горизонтального заземлителя, м;

LГ =2·16·80=2560 м;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, принято а = 10м;

S - площадь заземляющего устройства, принята S = 6400 м2 при площади 80Ч80 м.

М - параметр, зависящий от /; принято при /= 7, М = 0,79;

- коэффициент, определяемый по сопротивлению человека Rч и сопротивления растекания тока от ступеней Rс:

Естественных заземлителей нет.



Условие Uз < 10 кВ выполнено.

Так как Uз=Iз·Rз, то сопротивление заземляющего устройства:

Общее сопротивление заземлителя:

где

Для /= 7, а/lв =1.

Определено /= 1,45.

Lв = lв·nв,

где nв - число вертикальных заземлителей.

Lв = 5·32=160.

Что меньше Rз.доп =0,23 Ом.

Найдём напряжение прикосновения:

Что гораздо меньше допустимого значения 115 В.

Заключение

Данный курсовой проект представляет собой расчёт типовой тяговой подстанции постоянного тока. В котором представлены расчёты пяти точек короткого замыкания, выбраны преобразовательный агрегат, тяговый и главный понижающий трансформатор, также трансформатор собственных нужд.

Произведен расчет токов короткого замыкания на шинах ОРУ- 110 кВ, ЗРУ - 10, 3,3 кВ, на шинах 0,4/0,23 кВ и в анодной цепи выпрямительного агрегата. Рассчитаны максимальные рабочие токи основных присоединений отпаечной тяговой подстанции постоянного тока.

Токоведущие части проверены на динамическую и термическую стойкость, коммутационное оборудование выбрано на основе расчётов токов короткого замыкания (отключающая способность) и условий выбора.

Произведены выбор, расчет и проверка шин, основных коммутационных аппаратов и измерительных трансформаторов тока и напряжения во всех РУ тяговой подстанции. В ОРУ -110 кВ применены масляные высоковольтные выключатели типа ВМТ-110Б/25/1250, в ЗРУ - 10 кВ - вакуумные высоковольтные выключатели типа ВВПЭ-10/20, в ЗРУ - 3,3 кВ быстродействующие выключатели типа ВАБ-49-5000/30.

Для питания приводов высоковольтных выключателей, аварийного освещения и других потребителей переключаемых на питание от постоянного тока при исчезновении переменного напряжения выбрана аккумуляторная батарея типа 28 QPzS 7000 LA и зарядно-подзарядное устройство типа ВАЗП - 380/260 - 40/60.

Произведен расчет контура заземления подстанции с разработкой схемы конфигурации заземлителя и определением безопасного напряжения прикосновения. Приведено краткое обоснование главной схемы коммутации и разработана однолинейная схема отпаечной тяговой подстанции постоянного тока.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. Пособие для ВУЗОВ - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.: ил.

2. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т./под общ. Ред. А.А. Федорова. Т. 2. Электрооборудование. - М.: Энергоатомиздат , 1987. - 592с.: ил.

3. Гринберг-Басин М.М. Тяговые подстанции: Пособие по дипломному проектированию: учебное пособие для техникумов ж.-д. транспорта. - М.: Транспорт, 1986. - 168 с..

4.Прохорский А. А. Тяговые и трансформаторные подстанции: учебник для техникумов ж.-д. транспорта. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru