0

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………….. 5

1. КРАТКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГЛАВНОЙ СХЕМЫ КОММУТАЦИИ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ, ВЫБОР ЧИСЛА, ТИПА И МОЩНОСТИ РАБОЧИХ И РЕЗЕРВНЫХ ТЯГОВЫХ АРГРЕГАТОВ И ТРАНСФОРМАТОРОВ………………………………………… 6

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ШИНАХ РУ………………………… 9

2.1. Составление однолинейной расчетной схемы и выбор расчетных точек короткого замыкания…………………………………………………………………………………………. 9

2.2. Расчет токов короткого замыкания на шинах 110 кВ (точка К-1)………………………... 9

2.2.1. Расчет токов трехфазного КЗ в точке К-1………………………………………………... 9

2.2.2. Расчет токов двухфазного КЗ в точке К-1……………………………………………….. 13

2.2.3. Расчет токов однофазного КЗ в точке К-1……………………………………………….. 14

2.3. Расчет токов короткого замыкания на шинах 10 кВ (точка К-2)…………………………. 15

2.3.1. Расчет токов трехфазного КЗ на шинах 10 кВ…………………………………………… 15

2.3.2. Расчет токов двухфазного короткого замыкания на шинах 10 кВ……………………... 16

2.4. Расчет токов короткого замыкания на выводах вентильной обмотки

трансформатора (точка К-3)……………………………………………………………………... 17

2.5. Расчет токов короткого замыкания на шинах РУ-3,3 кВ (точка К-4)……………………. 18

2.6. Расчет токов короткого замыкания на шинах собственных нужд (точка К-5)………….. 18

2.6.1. Расчет токов трехфазного КЗ на шинах собственных нужд……………………………. 18

2.6.2. Расчет токов двухфазного КЗ на шинах собственных нужд (точка К-5)………………. 20

2.6.3. Расчет токов однофазного КЗ на шинах собственных нужд (точка К-5)………………. 20

3. ВЫБОР, РАСЧЕТ И ПРОВЕРКА ШИН, ОСНОВНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ

АППАРАТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ……………………………… 22

3.1. Выбор шин РУ……………………………………………………………………………….. 22

3.1.1. Выбор шин ОРУ-110 кВ…………………………………………………………………… 22

3.1.2. Выбор шин ЗРУ-10 кВ…………………………………………………………………….. 22

3.1.3. Выбор шин ЗРУ-3,3 кВ……………………………………………………………………. 23

3.2. Выбор высоковольтных выключателей переменного тока……………………………….. 25

3.2.1. Выбор выключателей первичной обмотки понижающего трансформатора (110 кВ)… 25

3.2.2. Выбор выключателей транзитной перемычки…………………………………………… 26

3.2.3. Выбор выключателя ввода РУ-10 кВ…………………………………………………….. 26

3.2.4. Выбор секционного выключателя РУ-10 кВ…………………………………………….. 26

3.2.5. Выбор выключателей преобразовательного трансформатора………………………….. 27

3.3. Выбор быстродействующих автоматических выключателей постоянного тока 3,3 кВ... 28

3.3.1. Выбор выключателя выпрямительного агрегата………………………………………… 28

3.3.2. Выбор выключателя фидера контактной сети…………………………………………… 28

3.3.3. Выбор запасного выключателя фидера контактной сети……………………………….. 28

3.4. Выбор разъединителей………………………………………………………………………. 28

3.4.1. Выбор разъединителей ввода 110 кВ…………………………………………………….. 28

3.4.2. Выбор разъединителей транзитной перемычки…………………………………………. 29

3.4.3. Выбор разъединителей первичной обмотки понизительного трансформатора……….. 29

3.4.4. Выбор разъединителей ввода РУ-10 кВ………………………………………………….. 29

3.4.5. Выбор разъединителей выводов выпрямительного агрегата (3,3 кВ)…………………. 29

3.4.6. Выбор разъединителей ячеек фидеров контактной сети……………………………….. 30

3.5. Выбор измерительных трансформаторов тока…………………………………………….. 32

3.5.1. Выбор трансформаторов тока первичной обмотки понижающего трансформатора…. 33

3.5.2. Выбор трансформатора тока транзитной перемычки РУ-110 кВ………………………. 33

3.5.3. Выбор трансформатора тока ввода РУ-10 кВ……………………………………………. 33

3.5.4. Выбор трансформатора тока секционного выключателя РУ-10 кВ……………………. 34

3.5.5. Выбор трансформатора тока ячейки преобразовательного трансформатора…………. 35

3.6. Выбор трансформаторов напряжения……………………………………………………… 35

3.6.1. Выбор трансформаторов напряжения РУ-110 кВ………………………………………. 36

3.6.2 Выбор трансформаторов напряжения РУ-10 кВ…………………………………………. 37

4. ПОДБОР АППАРАТУРЫ И СХЕМ ПИТАНИЯ СОБСТВЕННЫХ

НУЖД ПОДСТАНЦИИ………………………………………………………………………….. 38

4.1. Выбор аккумуляторной батареи……………………………………………………………. 39

4.2. Выбор зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ)…………………………………………... 40

5. РАСЧЕТ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ……………………………………… 42

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………………… 45

СПЕЦИФИКАЦИЯ………………………………………………………………………………. 46

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………….. 47

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является разработка тяговой подстанции постоянного тока. Несмотря на то, что в настоящее время предпочтение при электрификации отдается системе переменного тока 25 кВ промышленной частоты, на участках постоянного тока осуществляется значительная доля грузооборота. В то же время устройства электроснабжения этих участков во многом устарели. На таких учатсках ведется модернизация старых тяговых подстанций и сооружение новых. Кроме этого, на постоянном токе электрифицируются учатски прилегающие к ранее электрифицированным. Не стоит забывать и о ведущихся в настоящее время разработках систем постянного тока повышенного напряжения – 12 и 24 кВ. Таким образом проектирование тяговых подстанций постоянного тока вовсе не утратило своей актуальности.

Тяговые подстанции являются ключевым звеном в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог. От того, насколько правильно выбрана схема подстанции, ее основное оборудование, зависит качество энергии, передаваемой в контактную сеть, надежность, а также экономичность всей системы тягового электроснабжения, и, в конечном итоге, точность соблюдения графика движения поездов. Все это требует подходить к проектированию тяговых подстанций с особой тщательностью и вниманием. Данный курсовой проект позволяет познакомиться с методикой и особенностями расчета тяговых подстанций, а также способствует углублению знаний по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции».

В учебном курсовом проекте нет возможности выполнить в полном объеме электрические и механические расчеты, обосновать конструктивные и схемные решения, поэтому проект содержит следующие части:

1. Краткое обоснование главной схемы тяговой подстанции и выбор числа, типа и мощности рабочих и резервных тяговых агрегатов и трансформаторов.

2. Расчет токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств.

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

4. Подбор аппаратуры и схем питания собственных нужд подстанции.

5. Расчет контура заземления тяговой подстанции.

1. Краткое обоснование главной схемы коммутации тяговой подстанции, выбор числа, типа и мощности рабочих и резервных тяговых аргрегатов и трансформаторов

Согласно требованиям ПУЭ, тяговая подстанция, как потребитель первой категории, должна получать питание от двух независимых вводов. В соответствии с заданием, первичное напряжение подстанции составляет 110 кВ. Проектируемая подстанция должна обеспечивать электроснабжение тяговой нагрузки напряжением 3 кВ постоянного тока, а так же нетяговых потребителей напряжением 10 кВ. Для обеспечения требуемого уровня надежности подстанции ее схема должна предусматривать резервирование основного оборудования.

Для проектируемой тяговой подстанции постоянного тока выбрана схема с двойной трансформацией напряжения. Такая схема является на данный момент типовой для подстанций с первичным напряжением 110 кВ, она хорошо отработана и широко распространена. При такой схеме на подстанции устанавливаются два главных понижающих трансформатора. В зависимости от напряжения питания нетяговых потребителей могут использоваться как трех-, так и двухобмоточные трансформаторы. Мощность главных понижающих трансформаторов должна иметь стопроцентный резерв для тяги и нетяговых потребителей первой категории. От главных понизительных трансформаторов получают питание шины РУ-10 кВ. От шин РУ-10 кВ питаются преобразовательные трансформаторы, трансформаторы собственных нужд подстанции и нетяговые потребители. Выводы вторичной обмотки преобразовательных трансформаторов подключены к выпрямительным преобразователям. От выпрямительных преобразователей получают питание шины РУ-3,3 кВ. От РУ-3,3 кВ питаются фидеры контактной сети.

При проектировании использование схемы с двойной трансформацией напряжения позволяет воспользоваться типовыми решениями для РУ-110 кВ и РУ-10 кВ, а также использовать широкую номенклатуру оборудования, разработанного для этой схемы. Напряжение районной нагрузки, заданное равным 10 кВ, позволяет использовать двухобмоточные понижающие трансформаторы 110/10 кВ и отказаться от сооружения дополнительного РУ 35 кВ, упростив таким образом схему тяговой подстанции.

Определение числа выпрямителей производится по величине среднего тока . Необходимое число рабочих выпрямителей определяется по формуле:

, (1)

где - средний ток подстанции, А;

- номинальный ток выпрямителя, А.

Для проектируемой подстанции принимаем выпрямительный агрегат типа В-ТПЕД-3,15К-3,3К-21-У1, собранный по двенадцатипульсовой мостовой схеме. Основные характеристики выпрямителя приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Основные параметры выпрямительного агрегата В-ТПЕД-3,15К-3,3К-21-У1

Номинальный выпрямленный ток, ,А	Номинальное выпрямленное напряжение, , В	Тип вентилей	Схема выпрямления	Число вентилей в плече, соединенных последовательно	Число вентилей в плече, соединенных параллельно	Общее число вентилей
3150	3300	ДЛ153-2000-20	Двенадцати-пульсовая, последовательного типа	2	2	48

Двенадцатипульсовые выпрямители позволяют значительно повысить энергетические характеристики преобразователей и получить экономию электрической энергии до 0,5 % по каждому агрегату подстанции.

Таким образом, принимаем число рабочих выпрямителей тяговой подстанции равным одному.

Кроме рабочего, на тяговой подстанции постоянного тока предусматривается один резервный выпрямительный агрегат.

Для выбранного преобразователя подбирается тяговый трансформатор, номинальная мощность которого соответствует мощности потребляемой для тяги поездов. Для данного выпрямительного преобразователя выбран трансформатор ТРДП-12500/10ЖУ1. Основные характеристики выбранного трансформатора приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Характеристики преобразовательного трансформатора ТРДП-12500/10ЖУ1.

Мощность сетевой обмотки, МВА	Напряжение сетевой обмотки, кВ	Схема и группа соединения обмоток	Схема выпрямления преобразователя	Номинальное фазное напряжение вентильной обмотки, кВ	Потери короткого замыкания, кВт	Потери холостого хода, кВт	Напряжение короткого замыкания, %	Ток короткого замыкания, %	Масса, т	Номинальное напряжение преобразователя, кВ	Номинальный ток преобразователя, кА
11,4	10		, послед.	755	71,5	16	7,5	0,9	22,5	3,3	3,2

Наибольшая расчетная мощность, на основании которой выбирается главный понижающий трансформатор, определяется формулой:

, (2)

где - мощность тяговой нагрузки, кВА; ;

- мощность нетяговой нагрузки, кВА;

- мощность трансформатора собственных нужд, кВА;

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

кВА;

кВА.

Таким образом, выбираем для проектируемой подстанции двухобмоточный трансформатор ТДНГ-10000/110, параметры которого приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные параметры понизительного трансформатора

Номинальная мощность, МВА	Потери		Ток холостого хода , %	Напряжение короткого замыкания, , %
	холостого хода , кВт	короткого замыкания , кВт
10	14	58	0,9	10,5

Так как рассматриваемая подстанция является транзитной, то ее мощность определяется формулой

, (3)

где - суммарная мощность понизительных трансформаторов подстанции, МВА;

- транзитная мощность подстанции, МВА;

- коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов нагрузок на подстанциях, принимается в диапазоне 0,6 –0,8.

Так как транзитная мощность не задана то, принимая во внимание схему внешнего электроснабжения, будем считать, что от рассматриваемой подстанции питается одна подстанция, по мощности равная проектируемой.

МВА.

Трансформатор собственных нужд подстанции выбирается в соответствии с заданной мощностью . Для данной подстанции выбран сухой трансформатор ТС-250/10, основные параметры которого приведены в табл. 4. Упрощенная однолинейная схема проектируемой подстанции приведена на рис. 1.

Таблица 4.

Основные параметры сухого трансформатора ТС-250/10

Номинальная мощность , кВА	Потери холостого хода , Вт	Напряжение короткого замыкания, , %
250	950	4

У прощенная однолинейная схема тяговой подстанции.

Рис. 1