Расчет тяговой подстанции переменного тока

Самарская Государственная  Академия Путей Сообщения 
 

Кафедра Электроснабжение железных дорог 
 
 

Курсовой  проект

по  дисциплине

ТЯГОВЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ 
 
 
 
 
 

Выполнила:

Проверил:  
 
 
 
 

Самара 2006 

Содержание 

1 Исходные данные            3

2 Составление схемы главных электрических соединений подстанции     5

3 Определение  мощности тяговых агрегатов и  трансформаторов    8

  4 Выбор токоведущих частей и электрической аппаратуры                                  10

5 Расчет токов короткого замыкания                                                                        14

6 Проверка оборудования  тяговой подстанции                                                       23

7 Выбор компенсирующего устройства                                                                   41

8 Выбор аккумуляторной батареи, зарядного и подзарядного агрегатов            44

9 Расчет заземляющего устройства                                                                          47

10 Экономическая часть проекта                                                                              51

11 Библиографический  список                                                                                  53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Исходные данные

Род тока ТП –  переменный;

Представление сопротивлений при расчете токов к.з. – в относительных единицах;

 Тип ТП  и ее номер – отпаечная  №3;

Мощность к.з. на вводах опорных подстанций 1 и 5, связывающих  их с энергосистемой –

S_кзI=1600 МВ·А S_кзII=1400 МВ·А;

Число фидеров, питающих контактную сеть – 4;

Число фидеров  районных потребителей – 6;

Наибольшая мощность, передаваемая по одному фидеру – 800 кВ·А;

Номинальная мощность установки поперечной емкостной  компенсации – 3000 кВар;

Количество энергии, отпускаемой за год на тягу поездов – 100·10⁶ кВт·ч;

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.1 Схема присоединения  подстанции к системе внешнего энергоснабжения 

Время действия релейных защит t_з, с:

• на вводах 110 кВ – 1,6;
• на вводах 35 кВ – 1,0;
• на вводах 27,5 кВ – 0,9;
• на фидерах 35; 27,5 кВ – 0,5

Постоянный ток  нагрузки аккумуляторной батареи – 5 А;

Временный ток  нагрузки аккумуляторной батареи – 10 А;

Площадь, занимаемая территорией тяговой подстанции S, м² – 8000

Удельное сопротивление  земли ρ, Ом·м - 135 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Составление однолинейной схемы главных электрических

соединений  ТП

     Схема РУ 110 кВ отпаечных тяговых подстанций во многом аналогична схеме РУ транзитной подстанции, однако в ней отсутствует ремонтная перемычка, выключатель в рабочей перемычке и трансформатор напряжения. Такое упрощение схемы вызвано следующими причинами. При работающих трансформаторах, питающихся каждый от своей ВЛ, необходимость в какой-либо перемычке отпадает, поскольку и без нее обеспечивается равномерная загрузка ВЛ. В режиме короткого замыкания на одной из ВЛ, когда необходимо перевести оба трансформатора на питание от другой ВЛ, вполне достаточно обычной перемычки с двумя разъединителями. Наличие двух разъединителей обеспечивает возможность безопасного осмотра и ремонта каждого из них. В этом варианте отпадает необходимость в определении направления мощности через перемычку, что на транзитной подстанции требовалось для определения поврежденного участка ВЛ с целью отключения соответствующего разъединителя. Поэтому отпаечные подстанции не имеют трансформатор напряжения на стороне 110 кВ. с целью индустриализации монтажных работ при сооружении подстанции, РУ 35 кВ выполняется из стандартных блоков присоединений, ввода отходящей линии, трансформаторов, секционного выключателя и т.д. Вводы 1 и 2 подстанции питают соответственно первую и вторую секции шин РУ 35 кВ от независимых источников. В качестве ввода использованы типовые блоки типа II.(рис 187,2). Блок содержит те же элементы, что и блок ввода, но в нем оба разъединителя выполнены с одним заземляющим ножом. Схема РУ может нормально эксплуатироваться как при разомкнутом, так и при замкнутом выключателе. Трансформаторы тока предназначены для питания приборов учета энергии, поэтому класс точности одной из обмоток должен быть 0,5. Встроенные в выключатель трансформаторы тока обычно не имеют такого класса точности и, следовательно, для указанной цели непригодны. Для питания районных фидеров, так же как и для вводов РУ 35 кВ использованы блоки типа II с соответствующей схемой вторичных соединений. Каждая секция шин имеет свой трансформатор напряжения, вторичное напряжение которого подается на вольтметры контроля напряжения на шинах секции, приборы учета энергии на вводах и отходящих линий и шин, в схеме трансформатора напряжения используется блок типа VI (рис. 187). При сооружении РУ 27,5 кВ применяются стандартные блоки КРУН (рис. 192,2). Вводы РУ 27,5 кВ подают напряжение на 1 и 2 секции сборных шин от тяговых трансформаторов, для которых используются блоки 01 (рис. 192,2). В схеме блоки с обеих сторон выключателя установлены разъединители с заземляющими ножами, дающие возможность производить работу на выключатели блока при отключении только тяговой обмотки понижающего трансформатора. При этом две другие его обмотки включения и питания районных потребителей не прерывается. Выносные трансформаторы тока блока используются для подключения защит РУ 27,5 кВ и тягового трансформатора, а также для измерений токов по вводам РУ27,5 кВ.

     Напряжение к контактной сети  путей подводится по фидерам  контактной сети, для которых используются блоки 02(рис.192,2). Блок 02 однофазный, содержит выключатель, последовательно с которым включена первичная обмотка трансформатора тока; они ограждены с двух сторон разъединителями с заземляющими ножами. За линейным разъединителем со стороны контактной сети к фидеру присоединен обходной разъединитель, соединяющий питаемый участок контактной сети с обходной (запасной) шиной. С помощью этого разъединителя, обходной шины и схемы обходного (запасного) выключателя возможно при необходимости, не прерывая питания контактной сети, вывести из работы любой фидерный выключатель или полностью секцию шин со всеми отходящими от нее фидерами для их осмотра или ремонта. На время осмотра или ремонта выводимые из работы выключатели заменяют обходным. Для запасного выключателя используется блок 05(рис.192,2). В схеме РУ 27,5 кВ предусмотрено двойное секционирование рабочих шин фаз a и b разъединителем. Провод общей «земляной» фазы не секционируется. Это обеспечивает возможность осмотра и ремонта любой секции типа РУ 27,5 кВ и любого из разъединителей со стороны отключенной секции шин.

     Нетяговые потребители железнодорожного  транспорта получают питание по двум фидерам ДПР (два провода рельс). Так как на рельс через фидер РФ подается напряжение от фазы c, в контактную подвеску перегона следует подать напряжение фаз a и b. Для этого в РУ 27,5 кВ используются ячейки №3 и 15, выполненные по типовой схеме блока 03. Блок содержит трехфазный выключатель (одна фаза которого не задействована) и выносные трансформаторы тока на двух фазах, первичные обмотки которых включены последовательно с фазами выключателя, а также разъединители с заземляющими ножами. Выключатели фидеров ДПР не могут быть замещены запасными выключателями, так как для этого нужна двухфазная система запасных шин и выключателей.

     Для питания цепей собственных  нужд подстанции используются  трансформаторы собственных нужд и подогрева ТСН. Присоединения ТСН к шинам 27,5 кВ выполнены по типовой схеме блока 04 (рис.192,2). Блок содержит двухфазный разъединитель с заземляющими ножами, трехфазный выключатель и выносные трансформаторы тока на двух фазах. Присоединение установок поперечной компенсации к шинам 27,5 кВ производится по индуктивным схемам, типового блока для этой цели пока нет. 

Схема главных  электрических соединений приведена на рис.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Выбор числа, типа мощности агрегатов и трансформаторов

     На  тяговых подстанциях переменного  тока устанавливаются трехобмоточные понижающие трансформаторы с первичным напряжением 220 или 110 кВ, имеющие обмотки для питания тяговой и районной нагрузки.

     Расчетная мощность трехобмоточного тягового трансформатора определяется по формуле:

                                             ,     (3.1)

где - коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов тяговой и нетяговой нагрузок, принимаем равным 0,97;

=6·800=4800 кВ·А - мощность нагрузки всех районных потребителей;

  - наибольшая мощность на шинах 27,5 кВ, кВ·А, которая находится по формуле:

                               ,       (3.2)

где - мощность на тягу, кВ·А, которая находится по формуле:

                                     , (3.3)

где W=100·10⁶ - количество энергии, отпускаемой за год на тягу поездов, кВт·ч;

=0,8;

                                      кВ·А

=400 кВ·А - мощность собственных нужд;

=0 – мощность потребителей по системе два провода рельс (ДПР)

С учетом всех величин получим:

       кВ·А;

Таким образом:

                                кВ·А 

Далее по справочным данным выбираем понизительный трансформатор ТДНЭ-25000/110.

Выбор трансформатора собственных нужд

Мощность трансформатора СН может быть определена по формуле:

      ,  (3.4)

где - коэффициент собственных нужд, равный 0,006;

=2 - число понижающих трансформаторов на тяговой подстанции;

=25000 кВ·А – номинальная мощность  понижающего трансформатора;

=40 кВ·А – мощность устройств  автоблокировки;

=20.0 кВ·А – мощность передвижной  базы масляного хозяйства;

Тогда

                         кВ·А

Далее по справочным данным выбираем трансформатор СН типа

ТМ-400/35-75-У1   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 Выбор токоведущих частей и электрической аппаратуры

     Токоведущие части и электрические аппараты (шины, разъединители, выключатели, ТТ, ТН, рубильники, автоматы, ОПНы, изоляторы) выбираются по напряжению электроустановки и наибольшему рабочему току длительного режима работы. При выборе электрической аппаратуры учитываются род установки (наружная или внутренняя), габариты, нагрузка от силы тяжести, удобство размещения и эксплуатации.

     Общие  условия выбора аппаратуры по  длительному режиму заключается в сравнении рабочего напряжения и наибольшего рабочего тока с его номинальным напряжением и током.

                                    

где - рабочее напряжение установки; - номинальное значение напряжения; - наибольший рабочий ток; - номинальный ток.

Определение наибольших рабочих  токов

     Наибольший  рабочий ток для вводов и шин отпаечной подстанции определим по выражению:

                               , (4.1)

где - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора, зависящий от температуры окружающей среды и начальной нагрузки, принимаем равным 1,5;

                                А

Наибольший рабочий  ток на выводах понижающих трансформаторов  определяем по выражению:

                                       (4.2)

 А;

 А;

 А;

 А;

Наибольший рабочий  ток шин СН и НН понижающих трансформаторов  и секционного выключателя может быть определен по выражению: 

                                     , (4.3)

где - коэффициент распределения нагрузки по шинам вторичного напряжения, равный 0,7

                                А;