НОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЯГОВЫХ И

ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

ОМСК 2005

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

_________________

НОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЯГОВЫХ И

ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Учебное пособие

Рекомендовано учебно-методическим объединением в качестве учебного пособия для студентов вузов железнодорожного транспорта

Омск 2005

УДК 621.332:621.311.4(07)

ББК 39.217.1я7

Н76

Новое оборудование для проектирования тяговых и трансформатор-ных подстанций: Учебное пособие / Г. С. Магай, Е. Ю. Салита, Т. В. Комякова, А. М. Сапельченко, Т. В. Ковалева, В. А. Кващук; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. 81 с.

Приведены сведения о новом электрооборудовании, выпускаемом ведущими предприятиями и фирмами-изготовителями для тяговых и трансформаторных подстанций. Рассмотрены высоковольтные элегазовые и вакуумные выключатели переменного тока на напряжение 6 - 220 кВ, разъединители переменного тока, трансформаторы тока и напряжения с литой изоляцией, элегазовые ячейки, автоматические быстродействующие выключатели постоянного тока, дугогасительные камеры для быстродействующих выключателей, разъединители постоянного тока, ограничители перенапряжения, приборы учета электрической энергии, аккумуляторные батареи, блочно-модульные тяговые подстанции. Даны основные технические характеристики перечисленного выше оборудования и рекомендации по его установке и применению.

Учебное пособие предназначено для студентов очного и заочного обучения специальности 101800 – «Электроснабжение железных дорог» - при выполнении курсового проектирования по дисциплинам «Тяговые и трансформаторные подстанции», «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении», «Основы электрической тяги и производства энергии», при дипломном проектировании, а также может быть полезным при проведении занятий со слушателями Института повышения квалификации и переподготовки.

Библиогр.: 6 назв. Табл. 41.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Л. Григорьев,

зам. начальника службы Э Западно-Сибирской ж. д. С. П. Кореков,

начальник отдела ЦТех ОАО «РЖД» А. М. Василянский.

ISBN 5-94941-030-0

_______________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ………………………………………………………………………….. 5

1. Высоковольтное оборудование переменного тока …………………………. 6

1.1. Высоковольтные выключатели переменного тока……………………….. 6

1.1.1. Высоковольтные выключатели на напряжение 110 – 220 кВ…………. 6

1.1.2. Высоковольтные выключатели на напряжение 27,5 и 35 кВ…………. 11

1.1.3. Высоковольтные выключатели на напряжение 10 кВ………………… 14

1.2. Разъединители переменного тока………………………………………… 18

1.3. Трансформаторы тока……………….……….……………………………. 23

1.4. Трансформаторы напряжения……………………..………………………. 27

1.5. Элегазовые ячейки…………………………………………………………. 28

2. Высоковольтное оборудование постоянного тока……..……………………. 32

2.1. Выключатели автоматические быстродействующие……………………. 32

2.2. Дугогасительные камеры ПК для автоматических быстродействующих

выключателей………………………………………………………………. 37

2.3. Разъединители постоянного тока ..……………………………………….. 38

3. Оборудование для защиты от перенапряжения……………………………… 39

4. Приборы контроля качества и учета электрической энергии..……….…….. 53

5. Аккумуляторные батареи……………………….…………………………….. 65

6. Блочно-модульные тяговые подстанции…………………………………….. 70

7. Компоновка оборудования тяговых подстанций…………………………… 77

Заключение………………………………………………………………………. 79

Библиографический список ……………………………………………………. 80

Введение

В настоящее время электроэнергетика находится в стадии крупных структурных преобразований, коренного изменения условий ее развития, появляется большое количество нового оборудования, возникли новые требования к устройству и эксплуатации электроустановок. В XXI в. должна произойти замена устаревшей маслонаполненной аппаратуры на новое коммутационное электрооборудование (вакуумное, элегазовое или др.).

Тяговые и трансформаторные подстанции являются электроустановками, оснащенными современной силовой (трансформаторы, выпрямители, инверторы), коммутационной (выключатели переменного и постоянного тока, разъединители), измерительной и защитной аппаратурой (новые типы трансформаторов тока и напряжения, ограничители перенапряжений), а также новыми типами аккумуляторных батарей, счетчиков электроэнергии. Номенклатура технического оборудования становится все более разнообразной, а техническое исполнение – все более сложным и дорогим.

Необходимыми условиями подготовки инженерных кадров для электрических железных дорог являются изучение работы подстанций, современного силового и коммутационного оборудования, их эксплуатационных характеристик и конструкций, умение правильно выбрать при проектировании различное оборудование и аппаратуру.

В настоящем учебном пособии рассмотрены высоковольтные элегазовые и вакуумные выключатели переменного тока на напряжение 6  220 кВ, разъединители переменного тока, трансформаторы тока и напряжения с литой изоляцией, элегазовые ячейки, во второй части – автоматические быстродействующие выключатели постоянного тока, дугогасительные камеры для быстродействующих выключателей, разъединители постоянного тока, ограничители перенапряжений, приборы учета электрической энергии, аккумуляторные батареи, блочно-модульные тяговые подстанции.

Учебное пособие должно помочь студентам и слушателям Института повышения квалификации и переподготовки в правильном выборе оборудования при проектировании тяговых и трансформаторных подстанций, отвечающего современным требованиям мирового уровня, предъявляемым к устройствам электроснабжения.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1.1. Высоковольтные выключатели переменного тока

Высоковольтные выключатели служат для включения и отключения высоковольтных цепей в нормальных и аварийных режимах работы электро- установок.

К выключателям предъявляются следующие основные требования: надежность в работе и безопасность в обслуживании, минимальное время отключения, удобство и простота монтажа в эксплуатации, возможность после отключения автоматического повторного включения (АПВ), малые габариты и масса.

По принципу гашения дуги и роду дугогасящей среды выключатели подразделяются на масляные, воздушные, электромагнитные, элегазовые и вакуумные. На тяговых и трансформаторных подстанциях находится в эксплуатации еще достаточно большое количество масляных выключателей, однако в последнее время широкое распространение получают элегазовые и вакуумные выключатели, выпуск которых освоила отечественная промышленность.

1.1.1. Высоковольтные выключатели на напряжение 110  220 кВ

В открытых распределительных устройствах напряжением 110  220 кВ малообъемные масляные выключатели типа ВМТ-110 (220) заменяют морально устаревшие и отслужившие свой срок многообъемные выключатели. Основные характеристики выключателей серии ВМТ-110 (220) приведены в табл. 1.

В последние годы начинается широкое внедрение элегазовых выключателей. Гашение дуги в элегазовых выключателях происходит в среде шестифтористой серы SF₆, плотность элегаза превышает в пять раз плотность воздуха. Достоинства элегазовых выключателей по сравнению с масляными: пожаро- и взрывобезопасность, быстрота действия, высокая отключающая способность, малый износ дугогасительных контактов, возможность создания серий с унифицированными узлами.

Выключатели элегазовые серии ВГТ предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с номинальным напряжением 110 и 220 кВ.

Таблица 1

Основные характеристики маломасляных выключателей серии ВМТ

Параметр	Тип выключателя
	ВМТ-110Б- 25/1250 УХЛ1	ВМТ-220Б- 25/1250 УХЛ1	ВМТ-110Б- 40/2000 УХЛ1	ВМТ-110Б- 40/2000 УХЛ1
1	2	3	4	5
Номинальное напряжение, кВ	110	220	110	220
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126	252	126	252
Номинальный ток, А	1250 25 65 25 25 3		2000 40 102 40 50 3
Номинальный ток отключения, кА
Параметры сквозного тока к. з., кА: наибольший пик начальное действующее значение периоди- ческой составляющей ток термической стой- кости время протекания тока термической стойкос-ти, с
Параметры тока включения, кА: наибольший пик начальное действующее значение периодической составляющей Собственное время отключения, с	65 25 0,035		102 40 0,03
Окончание табл. 1
1	2	3	4	5
Полное время отключения, с	0,06		0,05
Собственное время включения, с Номинальное напряжение постоянного тока электромагнитов управления привода, В	0,13 110 или 220
Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с Тип привода	0,3 Электромагнитный
Масса выключателя с приводом без масла, кг	1700	5800	1950	6200
Масса масла, кг	250	730	340	930

Выключатели серии ВГТ имеют следующие преимущества:

высокая надежность работы, достигаемая благодаря пониженным усилиям оперирования выключателем, использованию в соединениях двойных уплотнений с обеспечением пониженного уровня естественных утечек, который составляет не более 1 % в год, современным технологиям и конструкторским решениям и применению надежных комплектующих, в том числе высокопрочных изоляторов зарубежных фирм;

высокая заводская готовность, простой монтаж и быстрый ввод в эксплуатацию;

высокая коррозийная стойкость покрытий, применяемых для стальных конструкций выключателя;

отсутствие необходимости в сложном техническом обслуживании и ремонтах при нормальных условиях эксплуатации, высокие механический и коммутационный ресурсы, повышенные сроки службы уплотнений и комплектующих, обеспечивающих 20-летний межремонтный период;

возможность отключения токов нагрузки при потере избыточного давления элегаза в выключателе;

сохранение электрической прочности изоляции выключателя при напряжении, равном 1,15 от наибольшего фазного напряжения в случае потери избыточного давления элегаза в выключателе;

отключение емкостных токов без повторных пробоев, низкие перенапряжения;

отсутствие феррорезонанса в сетях при эксплуатации выключателя ВГТ-220;

низкий уровень шума при срабатывании соответствует высоким природоохранным требованиям;

низкие динамические нагрузки на фундаментные опоры;

полная взаимозаменяемость (по габаритно-установочным размерам и приводам) с маломасляными выключателями серии ВМТ.

Основные технические характеристики элегазовых выключателей серии ВГТ приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики элегазовых выключателей серии ВГТ

Параметр	Тип выключателя
	ВГТ-110- 40/2500 У1		ВГТ-220- 40/2500 У1
1	2		3
Номинальное напряжение, кВ	110		220
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126		252
Номинальный ток, А	2500
Номинальный ток отключения, кА	40
Параметры сквозного тока к. з., кА: наибольший пик начальное действующее значение перио- дической составляющей ток термической стойкости время протекания тока термической стой- кости, с Тип привода Номинальное напряжение постоянного тока электромагнитов управления привода, В	102 40 40 3 Пружинный 110 или 220
	Окончание табл. 2
1	2
Параметры тока включения, кА: наибольший пик начальное действующее значение перио- дической составляющей	102 40
Собственное время отключения, с	0,035
Полное время отключения, с	0,055
Собственное время включения, с	0,1
Минимальная бестоковая пауза при АПВ, с	0,3
Масса выключателя, кг	1650	5600
Масса элегаза, кг	6,3	20

Выключатель элегазовый баковый серии ВЭБ-110 также обладает рядом достоинств: срок эксплуатации 35 лет; период между капитальными ремонта-ми – 15 лет; минимальные затраты на обслуживание; транспортировка в собранном виде (отсоединен только привод); основной монтаж заключается в установке выключателя на раму и присоединении привода; не требуется отдельно стоящих трансформаторов тока; экономия площади ячейки ОРУ-110 кВ за счет малых габаритов выключателя.

Основные технические характеристики выключателя ВЭБ-110 приведены в табл. 3.

Таблица 3

Основные технические характеристики выключателя ВЭБ-110

Параметр	Значение параметра
1	2
Номинальное напряжение, кВ	110
Номинальный ток, А	2000
Номинальный ток отключения, кА	40
Ток термической стойкости (3 с), кА	40
Ток электродинамической устойчивости, кА	102
Собственное время отключения, с	0,03
Собственное время включения, с	0,1
Номинальное давление элегаза, мПа	0,4
Окончание табл. 3
1	2
Номинальный вторичный ток трансформаторов тока, А	5
Количество трансформаторов тока на полюс, шт.: измерительных защитных	2 4
Тип привода	Пружинный
Напряжение питания электродвигателя привода и электронагревателей полюсов, В	380
Масса выключателя с приводом, кг	3500
Масса элегаза, кг	15