22 ТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И РЕЖИМАМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

2.1 Расчет токов короткого замыкания

Так как подстанция Шокпар является стыковой, необходимо рассчитать мощность для различных систем электроснабжения.

На электрифицируемых участках железных дорог по системе 2х25 кВ применяют однофазные унифицируемые трансформаторы с расщепленной обмоткой на две секции по 27,5 кВ.

Каждое плечо питается от отдельного трансформатора или группы параллельно соединенных трансформаторов. Это позволяет регулировать напряжение в контактной сети устройством регулирования напряжения (РПН) независимо от нагрузки соседнего плеча питания.

При проектировании трансформаторов на тяговых подстанциях, предполагаем питание районной и тяговой нагрузок осуществлять от общих трансформаторов. Таким образом, мощность трансформаторов необходимо определять с учетом тяговой и районной нагрузок. В качестве резервного используется дополнительный трансформатор с возможностью подключения его в схему любого вышедшего из строя трансформатора.

Обмотки 10 кВ всех трансформаторов соединяются в трехфазную схему от которой и осуществляется отбор мощности для питания трехфазной районной сети.

Для вычисления токов КЗ составим однолинейную расчетную схему с указанием всех элементов цепи КЗ и их номинальных напряжений. Сопротивления элементов короткозамкнутой цепи, в общем случае состоящие из активных и реактивных сопротивлений, могут быть вы­ражены или в именованных единицах (Ом), или в относительных еди­ницах. Под относительным сопротивлением понимают отношение абсолют­ного падения напряжения на элементе цепи КЗ к среднему напряжению цепи [2].

Рассчитаем параметры элементов схемы замещения (рис. 1.1).

Относительное сопротивление системы, приведенное к базисной мощности S_б=100 МВА:

. (1.1)

где S_КЗ =750 МВА– мощность к.з. на шинах 220 кВ подстанции.

.

Относительные сопротивления обмоток трансформаторов Тр1 и Тр2:

(1.2)

где u_k – условное напряжение КЗ обмотки трансформатора; S_НОМ.тр- номинальная мощность трансформатора

Рисунок 1.1. Расчётная схема и схема замещения для расчёта

сопротивлений цепи К.З.

Для каждой обмотки трёхобмоточного трансформатора параметр u_k определяется по выражению:

u _kв=0,5(u _{kI -II} +u _{kI - III} -u _{k II -III})

u _kс=0,5(u _{kI - II} +u _{k II -III} –u _{k I -III}) (1.3)

u _kн=0,5(u _{kI - III} +u _{k II -III} –u _{k I -II})

где u _{kI –II}=22,4%, u _{kI – III}=14,2%, u _{k II –III}=8% – напряжение КЗ между обмотками

u _kв=0,5(22,4+14,2-8)=14,3%

u _kс=0,5(22,4+8-14,2)=8,1%

u _kн=0,5(14,2+8-22,4)= -0,1%

Определим относительное сопротивление однофазного трансформатора:

Определим суммарные сопротивления до точек КЗ согласно рисунка 1.1

0,133

Ток КЗ определяется по выражению:

I _k =I _б / х _{*б к,} (1.4)

где I _б–базисный ток, кА, определяется по выражению:

I _б = S_б / _{с р}, кА (1.5)

где _{с р}– среднее напряжение на шинах, кВ.

Ударный ток и мощность короткого замыкания:

i _y =2,55^. I _k, (1.6)

S _k =S _б / х _{*б к ,} (1.7)

Точка К1

I _{б 1}= S_б / _{с р 1}= 100/ ^.231= 0,250 кА;

I _{k 1}=I _б1 / х _{*б к1}= 0,250 / 0,133= 1,88 кА;

i _{y 1}=2.55^. I _k1=2,55^.1,88=4,79 кА;

S _{k 1}=S _б1 / х _{*б к 1}= 100 / 0,133= 750 МВ^.А;

Точка К2

I _{б 2}= S_б / _{с р 2}= 100/ ^.52,5=1,1 кА;

I _{k 2}=I _{б 2} / х _{*б к 2}= 1,1 / 0,553=1,99 кА;

i _{y 2}=2.55^. I _{k 2}=2,55^. 1,99=5,07 кА;

S _{k 2}=S _б2 / х _{*б к 2}= 100 / 0,553= 187,6 МВ^.А;

Точка К3

I _{б 3}= S_б / _{с р 3}= 100/ ^.26,2= 2,2 кА;

I _{k 3}=I _б3 / х _{*б к 3}= 2,2 / 0,343=6,41 кА;

i _{y 3}=2.55^. I _k3=2,55^.6,41=16,35 кА;

S _{k 3}=S _б3 / х _{*б к 3}= 100 / 0,343= 291,5 МВ^.А;

Точка К4

I _{б 4}= S_б / _{с р 4}= 100/ ^.10,5= 5,5 кА;

I _{k 4}=I _{б 4} / х _{*б к 4}= 5,5 / 0,492= 11,18 кА;

i _{y 4}=2.55^. I _{k 4}=2,55^.13,06=28,51 кА;

S _{k 4}=S _б1 / х _{*б к 4}= 100 / 0,492= 203,25 МВ^.А;

Точка К5

I _{б 4}= S_б / _{с р 4}= 100/ ^.26,2= 2,2 кА;

I _{k 4}=I _{б 4} / х _{*б к 4}= 2,2 / 0,693= 3,17 кА;

i _{y 4}=2.55^. I _{k 4}=2,55^. 3,17=8,08 кА;

S _{k 4}=S _б1 / х _{*б к 4}= 100 / 0,693= 144,3 МВ^.А.

Поскольку трансформатор собственных нужд (ТСН) имеет сопротивление, значительно превышающее сопротивление системы и силового трансформатора, влияние параметров сети не оказывает существенного влияния на ток короткого замыкания на стороне 0,4кВ.

При расчете этих токов учитываются только параметры самого трансформатора собственных нужд и аппаратуры, подключенной к шинам 0,4кВ. При расчете сопротивлений элементов цепи короткого замыкания, обычно учитывают как активные, так и индуктивные сопротивления обмоток трансформатора и элементов цепи.

Ток к.з. на шинах 0,4 кВ:

(1.8)

где Z-сопротивление цепи к.з.

(1.9)

Где r и х– активная и индуктивная составляющие сопротивлений цепи питания собственных нужд. Определяется согласно таблице 1.1

Таблица 1.1 - Значения активных и индуктивных сопротивлений цепи питания собственных нужд.

Наименование элемента цепи	Активное сопротивление R, мОм	Индуктивное сопротивление Х, мОм
Понижающий трансформатор
Кабель длиной 50 м.
Автоматический выключатель
Трансформатор тока
Рубильник
Сумма

Полное сопротивление до точки короткого замыкания

Трехфазный ток короткого замыкания на шинах 0,4кВ

Двухфазный ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания на шинах 0,4 / 0,23кВ

Ударный ток короткого замыкания

Действующее значение ударного тока

Мощность короткого замыкания на шинах 0,4кВ

Результаты сведём в таблицу 1.2:

Таблица 1.2 - Результаты расчёта аварийного режима

Точка КЗ	Х*бк	IК, кА	iу, кА	Sк, МВА
К1	0,133	1,88	4,79	750
К2	0,553	1,99	5,07	187,6
К3	0,343	6,41	16,35	291,5
К4	0,492	5,5	11,18	203,25
К5	0,693	3,17	8,08	144,3
К6	––––	5,68	14,48	3,73

2.2 Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов

Общие положения. Выбор оборудования заключается в сравнении рабочего напряжения и наибольше длительного рабочего тока той цепи, где предполагается установить данный аппарат, с его номинальными напряжением и током. За наибольший рабочий ток принимают ток с учетом допустимой перегрузки длительностью не менее 0,5ч. сечение токоведущих частей выбирают с учетом перегрузочных способностей аппаратов и оборудования, которые они соединяют.

Все аппараты и токоведущие части электроустановок, выбранные по условиям их длительной работы при нормальном режиме, проверяют по режиму КЗ. Согласно ПУЭ проверке по режиму КЗ не подлежат: аппаратура и проводники, защищенные высокоомными токоограничительными сопротивлениями; провода воздушных линий всех напряжении, проводники к индивидуальным приемникам, за исключением ответственных

Наибольшие рабочие токи, по которым выбираются токоведущие части и аппаратура, определяются с учетом перегрузки:

, А (1.10)

где к_пер=1,3 – коэффициент перегрузки; S_ном – номинальная мощность, протекающая через рассматриваемое РУ.

ОРУ-220кВ

Через данное ОРУ протекает мощность равная сумме мощностей трансформаторов, т.е S=40000+25000=65000 кВА.

ОРУ-2х27,5кВ

ОРУ-27,5кВ

КРУН- 10 кВ

РУ–0,4кВ