Тяговые и трансформаторные подстанции

Курсовой проект

где Ку — ударный коэффициент для высоковольтных цепей тяговой подстанции равен 1,8, а для низковольтных 1,3.

Действующее значение ударного тока

Расчёт тока к.з. на шинах 3,3 кВ. Установившийся ток к.з. на шинах 3,3 кВ определяется по выражению:

  • Idн — номинальный выпрямленный ток выпрямительного агрегата;

— Uк — напряжение к.з. преобразовательного трансформатора, %.

№ точки к.з.

Трёхфазное к.з.

Двухфазное к.з.

Однофазное к.з.

I(3)к, кА

Sкз, кВ•А

iу, кА

Iу, кА

I(2)к, кА

I (1)к, кА

К1(115кВ)

2,395

447,05

6,097

3,616

2,074

1,317

К2(10кВ)

3,703

67,345

9,426

5,591

3,207

К3(0,4кВ)

9,238

6,4

16,984

10,035

8

К5(10кВ)

0,061

1,109

0,155

0,092

0,053

Выбранное по условиям длительного режима оборудование тяговой подстанции следует проверить на электродинамическую и термическую стойкость.

Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппараты и проводники, защищённые предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А, а также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

  • (2.44)

Непосредственно такой подход реализуется только для проверки жёстких шин. Для остальной типовой электрической аппаратуры используется косвенный подход, при котором заводы-изготовители приводят гарантийный ток к.з., при котором обеспечивается электродинамическая стойкость, т.е. должно соблюдаться условие:

, (2.45)

где iу — расчётное значение ударного тока к.з.; iдин(пред.скв) — каталожное нормируемое значение динамического (предельного сквозного) тока к.з.

При проверке на термическую стойкость оборудования также используется косвенный подход, при котором определяется не температура нагрева оборудования, а характеризующие её показатели.

Для шин проверка на термическую стойкость заключается в определении наименьшего сечения qнаим. , термически устойчивого при к.з.

, (2.46)

где qш — выбранное по Iр.наиб. сечение шин.

Для остальной аппаратуры проверка на термическую стойкость заключается в сравнении расчётного теплового импульса тока к.з. BК с нормируемым значением ВН:

  • (2.47)
  • (2.48)

Расчётный тепловой импульс может быть определен по выражению

, (2.49)

где IП0 — начальное значение периодической составляющей тока к.з.; Ta — постоянная времени апериодической составляющей тока к.з. (принять Ta = 0,05 с).

Время, в течение которого проходит ток к.з., равно

, (2.50)

где tз — время действия защиты рассматриваемой цепи, (табл.1.4 задания); tв — полное время отключения выключателя до погасания дуги, /8, с.46-57/.

В РУ-10 кВ сборные шины и ошиновка выполняются жёсткими алюминиевыми проводниками, а при напряжении 27,5 кВ и выше — гибкими сталеалюминевыми проводами с площадью сеченияне менее70 мм2 (по условиям механической прочности и коронообразования).

Гибкие провода ОРУ на электродинамическую стойкость не проверяют в виду большого расстояния между фазами.

Жесткие алюминиевые шины РУ-3,3 кВ на электродинамическую устойчивость не проверяют, так как полное время отключения к.з. в цепях постоянного тока очень мало (сотые доли секунды), и при этом ток к.з. не достигает установившегося значения.

Проверка шин на термическую устойчивость производится по выражению (2.46).

При этом наименьшее сечение qнаим., при котором протекание тока к.з. не вызывает нагрев проводника выше кратковременно допустимой температуры, определяется по выражению:

, (2.51)

Распределительное устройство 110 кВ

Распределительное устройство 10 кВ

где: Bк — тепловой импульс к.з.;

  • где: Iпо — начальное значение периодической составляющей тока к.з.

Tа — постоянная времени апериодической составляющей тока к.з.

tоткл — время, в течении которого проходит ток к.з.

tоткл=tз+tв,

tз — время действия защит цепи

tоткл=0,9+0,04=0,94 с

На динамическую стойкость:

Изгибающий момент:

Момент сопротивления:

Механические напряжения в материале шин:

Распределительное устройство 0,4 кВ

На термическую стойкость:

tоткл=0,6 с

Максимальный рабочий ток:

Шина 60х6=360 мм2Iдоп=870 А

На динамическую стойкость:

l — длина пролёта между опорными изоляторами.

, (2.52)

Изоляторы РУ-3,3 кВ на термическую стойкость не проверяются.

Проверка изоляторов:

Распределительное устройство 0,4 кВ

ОФ-6-375

где: Fрасч — расчётная нагрузка на изолятор;

  • Fразр — разрушающая нагрузка на изолятор.

Распределительное устройство 110 кВ

Гирлянда состоит из 9 изоляторов.

9·42=378кгс

Высоковольтные выключатели переменного тока. Помимо проверки на электродинамическую и термическую стойкость в соответствии с выражениями (2.45) и (2.47) высоковольтные выключатели проверяются ещё на отключающую и включающую способность.

, (2.53)

где tз.наим. — наименьшее время действия релейной защиты, принимается 0,01 с; tсв — собственное время отключения выключателя, время от момента подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов, принимается по каталогу .

Тогда условие проверки на симметричный ток отключения имеет вид:

, (2.54)

где Iн.откл — номинальный ток отключения выключателя (берётся по каталогу).

Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з. производится по условию:

, (2.55)

, (2.56)

где Та = 0,05 c; iа.ном — номинальное нормируемое значение апериодической составляющей тока к.з.

Значение iа.ном находится по выражению:

, (2.57)

  • (2.58)

Проверку выключателя по параметрам восстанавливающего напряжения обычно не производят, так как в подавляющем большинстве случаев реальные условия восстановления напряжения на контактах выключателя соответствуют условиям испытания выключателя.

, (2.59)

iвкл.ном — амплитудное значение номинального тока включения (даётся в каталогах).

Распределительное устройство 110 кВ

На электродинамическую стойкость:

На термическую стойкость:

tоткл=1,7+0,06=1,76с

На отключающую способность:

МКП-110М-1000/630-20

На электродинамическую стойкость:

На термическую стойкость:

tоткл=1.7+0.055=1,755с

На отключающую способность:

ВМГ-133-III-20/1000

На электродинамическую стойкость:

На термическую стойкость:

На отключающую способность:

ВМП-10-20/630

На электродинамическую стойкость:

На термическую стойкость:

На отключающую способность:

tсв — собственное время отключения выключателя, время от подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов.

Тогда условие проверки на симметричный ток отключения имеет вид:

где: Iн.откл — номинальный ток отключения выключателя (берётся по каталогу).

Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з. производится по условию:

iа.ном — номинальное нормируемое значение апериоди-ческой составляющей тока к.з.

ВБЭС7-10-20/1000У1

На электродинамическую стойкость:

tоткл=1,7+0,06=1,76с

На термическую стойкость:

На отключающую способность:

Проверка разъединителей производится по условиям (2.45) и (2.47).

Разъединители РУ-3,3 кВ на электродинамическую и термическую стойкость не проверяются.

На электродинамическую стойкость:

На электродинамическую стойкость:

На электродинамическую стойкость:

На электродинамическую стойкость:

Быстродействующие выключатели (БВ) постоянного тока. Проверяются на отключающую способность по условию

, (2.60)

где Iк.наиб. — установившийся ток к.з. на шинах 3,3 кВ, определяется по выражению (2.43); Iоткл.наиб. — наибольший ток отключения БВ /2, с. 213-242/.

На электродинамическую и термическую устойчивость БВ не проверяются.

ВАБ-43-4000/30-Л-У4

Применяем сдвоенные БВ.

На отключающую способность:

ВАБ-49-3200/30-Л-УХЛ4

Применяем сдвоенные БВ.

На отключающую способность:

Применяем сдвоенные БВ.

На отключающую способность:

Трансформаторы тока (ТА).

Выбираются по общим условиям выбора (2.13) и (2.14) и проверяются на электродинамическую и термическую стойкость.

Дополнительно ТА проверяются на соответствие классу точности для номинальной нагрузки. Порядок и условие такой проверки приводятся, например, в /7, с.113-116; 10, с.108-116/. Необходимый класс точности определяется типом и назначением присоединённых приборов. Если к трансформатору тока будут подключены счётчики электроэнергии, то он должен иметь класс точности 0,5 и выше, а для подключения реле защит и щитовых приборов достаточно иметь класс точности 1 или 3.

Распределительное устройство 110 кВ

ТФНД-110М

Коэффициент электродинамической стойкости Кд=150;

  • Коэффициент термической стойкости Кт=75;
  • Номинальный первичный ток Iн1=300 А;

На электродинамическую стойкость:

Распределительное устройство 10 кВ

На электродинамическую стойкость:

На соответствие классу точности для номинальной нагрузки:

Класс точности 0,5 т.к. к трансформатору тока подключают счётчики электроэнергии.

Длина соединительных проводов l=3 м, т.к. приборы и релейная защита на лицевой стороне ячейки.

S2=Sа+Sсч.а+Sсч.р+Sконт+Sпров=1,5+2,5+2,5+2,5+0,68=9,68 ВА

где: S2 — потребляемая приборами мощность от вторичной обмотки;

  • Sконт — мощность теряемая в контактах цепи приборов;
  • Sпров — мощность, теряемая в соединительных проводах.

q — сечение соединительных проводов, мм2.

Трансформаторы напряжения (TV).

Распределительное устройство 10 кВ

Проверяем по условию:

S2н=300 ВА

тяговый трансформаторные подстанции ток

Таблица 2

Прибор

Тип

Число катушек напряжения в приборе на одну фазу

Число приборов на одну фазу

Потребляемая мощность параллельными катушками, ВА

COSприб

SINприб

Мощность

Одного прибора

Всех приборов

Pприб,

Вт

Qприб, Вар

Счётчик активный

САЗУ

1

8

4

32

0,38

0,93

12,15

29,8

Счётчик реактивный

СРЗУ

1

8

4

32

0,38

0,93

12,15

29,8

Вольтметр с переключателем

Э30

1

1

5

5

1

0

5

Реле напряжения

РН-54/160

1

2

1

2

1

0

2

Итого:

Pприб=31,3

Qприб=59.6

Условие удовлетворяется, т.к. S2н=300 ВА S2=67,319 ВА

Выбор сглаживающего устройства тяговых подстанций постоянного тока.

В соответствии с «Правилами защиты устройств связи от влияния тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока» рекомен-дуется на тяговых подстанциях применять двухзвенные резонансно-апе-риодические сглаживающие устройства по схемам, предложенным ВНИИЖТом и Западно-Сибирской железной дорогой.

Сглаживающее устройство рассчитано на сглаживание гармоник с частотой свыше 600 Гц. Для сигнализации о ненормальном режиме работы в цепи фильтров включают трансформатор тока катушечного типа ТКЧ, от которого питается токовое реле, замыкающее цепи сигнализации при возникновении гармоник 300Гц.

Рис. 6-СУ

Выбор аккумуляторной батареи и зарядно-подзарядного устройства.

Выбор аккумуляторной батареи заключается в определении типового номера батареи, состоящей из свинцово-кислотных аккумуляторов стационарного типа (СК), расчёте числа последовательно включенных элементов, выборе зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ).

Расчетный ток длительного разряда в аварийном режиме:

  • где: . Iпост — ток постоянной длительной нагрузки, подключенной к АБ до возникновения аварийного режима в электроустановке;
  • Iав — ток аварийной нагрузки;

Расчетный ток кратковременного разряда:

где: Iвкл — ток, потребляемый приводом при включении одного наиболее мощного выключателя (на 110кВIвкл=85 А)

;

Расчетная мощность батареи

Номер батареи выбирают по емкости, соответствующей току длительного разряда аварийного режима:

  • где: 1,1 — коэффициент, учитывающий уменьшение емкости батареи после нескольких лет эксплуатации;
  • QN=1 — емкость единичного аккумулятора при длительности разряда, равной длительности аварии. ДляСК-1 при tав=2ч , QN=1=22Ач.

,принимаем N=5

Проверяем по току кратковременного разряда

Iкр.разр.N46, т.е. NIкр.разр/46,

где: N46 — кратковременно допускаемый разрядный ток аккумулятора СК-1, не вызывающий его разрушения.

, принимаем N=4

Окончательно СК-10.

Полное число последовательных элементов батареи определяется наименьшим целесообразным напряжением разряда Umin одного элемента принимаемые для СК-10равен2В

где: Uш — напряжение на шинах, принимаемое 115 В для подстанций 110 кВ и выше.

Число аккумуляторных элементов, нормально питающих шины при режиме постоянного подзаряда определяют по напряжению подзаряда, принимаемому равным 2,15 В.

Мощность ЗПУ выбирают исходя из формовочного разряда батареи и одновременного питания потребителей.

Величина формовочного разряда зависит от номера батареи

, для СК-10

Заряд считается законченным, если происходит одновременное газообразование во всех банках и имеется устойчивое напряжение 2,15 В.

Мощность ЗПУ:

Напряжение зарядного агрегата:

Номинальный ток ЗПУ должен удовлетворять условию:

Расчёт защитного заземляющего устройства.

В целях выравнивания электрического потенциала на территории тя-говой подстанции на глубине tг=0,5-0,7 м прокладывают продольные и поперечные горизонтальные заземлители и соединяют их между собой в заземляющую сетку.

По плану расположения электрооборудования в соответствии с нормативными требованиями к расположению продольных и поперечных горизонтальных заземлителей определяют общую длину горизонтальных заземлителей.

где S — площадь территории тяговой подстанции, м2.

Длина вертикального заземлителя может быть принята lВ = 7 м. Для снижения эффекта взаимного экранирования вертикальные заземлители следует размещать по периметру горизонтальной заземляющей сетки на расстоянии друг от друга. Число вертикальных заземлителей определяется выражением

Сопротивление заземляющего устройства R состоящего из горизонтальной сетки и вертикальных заземлителей, определяется выражением:

Где А — коэффициент, учитывающий влияние вертикальных электродов:

lB/ 0,03 0,08 0,12 0,24 0,5

A 0,42 0,39 0,36 0,32 0,26

tотн — относительная глубина погружения в землю вертикальных электродов:

Общее сопротивление заземляющего устройства Rз следует определять с учётом естественных заземлителей Rе, сопротивление которых можно принять равными 2 — 3 Ом.

Тогда значение Rз будет равно:

Проверяем выполнение условия Rз ? 0,5 Ом.

, условие выполняется.

В заключении определяется потенциал заземления в аварийном режиме и сравнивается с допустимым значением /14, c.104/:

где Iз(1) — ток однофазного короткого замыкания в РУ-110 кВ, кА.

Особенности защитного заземления РУ-3,3 кВ тяговых подстанций постоянного тока.

При перекрытии изоляции в РУ-3,3 кВ ток к.з. достигает десятков килоампер. Ток к.з. стекает через заземляющее устройство в землю и через рельс по цепи отсоса возвращается на «минус» шину. Такой режим представляет опасность как для обслуживающего персонала, так и для подземных коммуникаций (кабели, трубы водоснабжения и канализации и др.).

Иногда такое повреждение может длительно не устраняться со стороны данной или смежной подстанций, что особенно опасно. Поэтому с целью снижения капитальных затрат заземляющее устройство оборудуется специальной быстродействующей защитой, называемой земляной, отключающей подстанцию по постоянному току со всех сторон при перекрытии изоляции в РУ-3,3 кВ. При этом с мощностью короткозамыкателя контур заземления подстанции соединяется с рельсовым фидером, что приводит к увеличению тока к.з., так как из цепи к.з. исключается реактор.

  • (2.67)

Годовые потери электроэнергии в понизительном трансформаторе, подлежащие оплате можно определить по формуле:

, (2.68)

Кф=1,4;

Wр=12535548кВтч

Cрем=200000 руб

=12*(28430+4*18228+13000+19900)+40%=1,611+106

Годовой фонд заработной платы зависит от штата работников тяговой подстанции и их должностных окладов. В связи с этим в проекте для заданной тяговой подстанции по /7, табл.31.6/ следует выбрать метод её оперативного обслуживания, а по /7, табл.31.7/ соответствующую численность персонала тяговой подстанции.

Усреднённые значения должностных месячных окладов работников подстанции задаются преподавателем.

B годовой фонд заработной платы необходимо включить средства материального поощрения в размере 40 % от заработной платы.

, (2.69)

где Wгод — количество переработанной за год электроэнергии.

Тип выбираемого аппарата

Расчётные данные

Паспортные данные

Результат (годен,

не годен)

Uраб, кВ

Iраб.max, кА

Iп0, кА

iу, кА

Bк, кА2•t

qmin, мм2

Uном, кВ

Iном, кА

Iном.откл, кА

iскв, кА

I2•tТ, кА2•t

qш, мм2

ОРУ-110кВ

Шины АС-185

110

0,431

2,395

6,097

10,35

36

110

0,51

годен

МКП-110М

110

0,431

2,395

6,097

10,35

110

1

20

52

годен

ВМТ-110Б

110

0,138

2,395

6,097

10,35

110

1,25

25

65

годен

ТФНД-110

110

0,138

2,395

6,097

20,07

110

0,3

63,6

годен

ОПН-110

110

0,431

2,395

6,097

110

10

годен

РНДЗ-2-110/1000

110

0,439

2,395

6,097

10,35

110

1

80

годен

РЛНДЗ-1-110/630

110

0,431

2,395

6,097

10,35

110

0,63

80

годен

РНДЗ-1-110/630

110

0,138

2,395

6,097

10,35

110

0,63

80

годен

ТДТГ-10000

2,395

6,097

годен

ТДНГ-15000

2,395

6,097

годен

ПС-70Е

110

0,439

2,395

6,097

годен

ЗРУ-10кВ

Шины А80×10

10

1,44

3,703

9,426

13,57

40,9

10

1,48

годен

ВМГ-133-3

10

1,44

3,703

9,426

14,39

10

1

20

52

годен

ВМГ-133-2

10

1,44

3,703

9,426

14,39

10

0,6

20

52

годен

ВБЭС-10-20

10

1,44

3,703

9,426

24,81

10

1

20

51

годен

ТМ-320/10

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

2ТМР-5600/35

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

ТРДП-12500

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

ЗНОЛ-0,6-10

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

РЛВ-10/1000

10

1,44

3,703

9,426

14,39

10

1

50

годен

РВ-10/400

10

1,44

3,703

9,426

14,39

10

0,4

50

годен

РВП-10

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

ОА-10-375

10

1,44

3,703

9,426

10

годен

ЗРУ-3,3кВ

+ Ш2А100×10

3,3

4,8

25,7

3,3

6,7

годен

-Ш 2А100×10

3,3

6

25,7

3,3

6,7

годен

З.Ш. А100×10

3,3

3

25,7

3,3

3,35

годен

В-ТПЕД-3,15

3,3

3,3

годен

ПВЭ-5АУ1

3,3

3,3

годен

АБ-2/3

3,3

3,5

25,7

3,3

2

40

годен

ВАБ-43

3,3

4

25,7

3,3

4

27

годен

ВАБ-49

3,3

4

25,7

3,3

3,2

35

годен

РВПК

3,3

3,3

годен

ОПН-3,3

3,3

3,3

годен

РВКУ-3,3

3,3

3,3

годен

РВК-3000

3,3

4,8

25,7

3,3

3

годен

РВК-10/3000

3,3

6

25,7

3,3

3

годен

РЛВО-10/2000

3,3

3

25,7

3,3

2

годен

РВ-10/400

3,3

3,3

0,4

годен

РУ-0,4кВ

Шины А60×6

0,4

0,462

9,238

16,984

55,47

82,75

0,4

0,87

ОФ-6-375

0,4

0,462

9,238

16,984

КРУ-СЦБ

Шины А60×6

10

0,00254

0,061

0,155

13,57

40,9

10

0,87

ВМП-10-20

10

0,00254

0,061

0,155

0,005

10

0,63

20

52

ОА-10-375

10

0,00254

0,061

0,155

1. Григорьев В.Л., Гаранин М.А. Методическое руководство к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 190401 — Электроснабжение железных дорог. — Самара.: СамГУПС, 2009. — 37 с.

2. Силовое оборудование тяговых подстанций железных дорог. ОАО РЖД . — М.: «Транпорт», 2004 г. — 384 с.

3. Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции/ Учебник для вузов железнодорожного транспорта.- М.: Транспорт, 1986.- 319 с.

4. Правила устройства электроустановок. Шестое издание. Дополненное с исправлениями. — М.:ЗАО «Энергосервис», 2000, — 608 с.

5. Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 648 с.

6. Справочник по электроснабжению железных дорог.Т.2./ Под ред.

К.Г. Марквардта.- М.: Транспорт, 1981.- 392 с.

7. Пакулин А.Г. Уменьшение потерь и повышение качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения: Учебное пособие. — Самара: СамИИТ, 1991.- 59 с.

8. Почаевец А.Г. Электрические подстанции: Учеб. для техникумов и колледжей ж.д. транспорта.- М.: Желдориздат, 2001.-512 с.