4. Выбор оборудования тяговых подстанций

К основному оборудованию тяговых подстанций постоянного тока относятся выпрямительные агрегаты, преобразовательные и понижающие трансформаторы.

4.1. Определение числа и мощности тяговых агрегатов подстанции постоянного тока

Число агрегатов определяется по мощности на тягу

, (4.1)

Число выпрямительных агрегатов без учета резерва определяется по формуле

, (4.2)

где P_ВН – номинальная мощность агрегата. Для выпрямителя типа В-ТПЕД-3,15к-3,3к-21-У1 P_ВН = 10400 кВт.

В качестве преобразовательного трансформатора выбираем трансформатор типа ТРДП – 16000/10 - ЖУ1 с номинальной мощность 16000 кВт.

4.2. Число и мощность понижающих трансформаторов

Число и мощность понижающих трансформаторов определяется по суммарной мощности на тягу и районные потребители:

Мощность понизительного трансформатора определяется по формуле

, (4.3)

где мощность на тягу;

мощность районной нагрузки, принимаемая в пределах до 0,25 мощности на тягу;

коэффициент, учитывающий разновременность максимумов тяги и районной нагрузки, принимаемый равным 0,97.

(4.4)

где λ – коэффициент мощности тяговой подстанции постоянного тока

Подставив численные значения, получим:

(кВт).

(кВт).

Выбираем для подстанции трансформатор ТДН-16000/110, параметры которого приведены табл. 7.

Таблица 7 - Основные параметры трехфазного двухобмоточного трансформатора ТДН-16000/110

Номинальная мощность, МВА	Uн, кВ		Потери, кВт		Напряжение КЗ м/у обмотками ВН-НН,%	Ток х.х., %
	ВН	НН
16,0	110	11	ХХ	КЗ	10,5	0,7
			19	85

Число понижающих трансформаторов определяется формулой:

, (4.5)

где S_пт,н  номинальная мощность трансформатора;

к_пер  коэффициент перегрузки трансформатора, к_пер = 1,3.

.

Согласно правилам устройства системы тягового электроснабжения железных дорог бесперебойность питания нагрузок на подстанциях постоянного тока обеспечивается установкой не менее 2х выпрямительных агрегатов. Число понижающих трансформаторов с учётом резерва n_пт = 2. Резервный трансформатор выбран того же типа, что и основной.

5. Расчет токов короткого замыкания и выбор уставок токовых защит

В тяговых сетях существует опасность того, что токи короткого замыкания могут быть соизмеримы с максимальными рабочими токами, поэтому необходимо рассчитать минимальные токи короткого замыкания для двух точек – на посту секционирования и на шинах соседней подстанции.

Расчет токов короткого замыкания производится по расчетной схеме рис. 4 и схеме замещения рис. 5

Расчётная схема

Рис. 4.

Схема замещения

Для точки К1 Для точки К2

Рис. 5.

Для тяговой сети постоянного тока минимальный ток короткого замыкания в точке К1:

, (5.1)

где U_d0  напряжение холостого хода на шинах тяговой подстанции, равное 3650 В;

р  возможное снижение напряжения в первичной сети, р=0,05;

- падение напряжения в дуге в месте короткого замыкания, принимаемое равным 150-200 В;

l_k  расстояние до точки короткого замыкания, равное при расположении поста секционирования посередине L/2;

ρ – внутреннее сопротивление тяговой подстанции;

R₀ – сопротивление линии отсоса; определяется из условия, что сечение отсоса должно быть не менее трех сечений тяговой сети, а длина в пределах от 0,2 до 0,5 км;

R_П – сопротивление питающего фидера, может быть рассчитано из условия, что сечение фидера не менее сечения подвески, а длина в пределах от 0,2 до 0,5 км.

Внутреннее сопротивление тяговой подстанции

, (5.2)

где:

S_КЗ – мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения тяговой подстанции;

n_ПТ – число параллельно работающих понижающих трансформаторов;

u_КПТ% - напряжение короткого замыкания понижающего трансформатора;

u_КВТ% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора;

n_ВТ – число параллельно работающих преобразовательных трансформаторов;

I_dн - номинальный ток агрегата;

U_dн - номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции, равное 3300 В;

А – коэффициент наклона внешней характеристики агрегата, равный 0,26 для двенадцатипульсовых схем выпрямления;

n_В – число параллельно работающих выпрямительных агрегатов;

(А)

При коротком замыкании в точке К2 отключится фидер подстанции Б3 и место КЗ будет питаться по трем фидерам. В этом случае минимальный ток короткого замыкания можно определить по формуле:

(5.3)

где Rк – общее сопротивление до точки КЗ.

(5.4)

(5.4)

(5.4)

(А)

На постоянном токе уставка быстродействующего выключателя фидера тяговой подстанции должна соответствовать условию:

Уставка быстродействующего выключателя поста секционирования должна соответствовать условию:

Очевидно, что вышеприведённые условия при таких токах уставок выполняются.