Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматизированное проектирование тяговых и трансформаторных подстанций. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
С. М. КУЗНЕЦОВ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВЫХ
И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ
ПОДСТАНЦИЙ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2022
1
УДК 621.33(075.8)
К 891
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Е. Г. Порсев,
д-р техн. наук, профессор З. С. Темлякова
Работа подготовлена
на кафедре электротехнических комплексов
Кузнецов С. М.
К 891 Автоматизированное проектирование тяговых и трансформа-
торных подстанций : учебное пособие / С. М. Кузнецов. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2022. – 144 с.
ISBN 978-5-7782-4713-0
В учебном пособии изложены рекомендации по автоматизированному
проектированию устройств электроснабжения железнодорожного, городского, трубопроводного транспорта и их инфраструктуры. Рассмотрены
основы автоматизации процесса проектирования с использованием современных технических и программных средств, в целом представляющие собой системы автоматизированного проектирования (САПР), методики расчета токов нагрузки и токов короткого замыкания, используемые в
программ, а также электрические схемы распределительных устройств тяговых и трансформаторных подстанций. Особое внимание уделено автоматизированной технологии проектирования устройств электроснабжения
электротранспорта и нефтегазового комплекса.
Учебное пособие рекомендуется для самостоятельной и аудиторной
работы студентов, обучающихся на дневной, заочной и дистанционной формах подготовки специалистов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика.
Электротехника» и 15.03.04 «Автоматизация
и производств», а также при выполнении расчетно-графических и выпускных квалификационных работ. Пособие может быть полезно магистрантам
и инженерам, работающим в области электроснабжения электрического
и трубопроводного транспорта.
ISBN 978-5-7782-4713-0 © Кузнецов С. М., 2022
© Новосибирский государственный
технический университет, 2022
технологических процессов
УДК 621.33(075.8)
пакетах
2
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВЛ – высоковольтная линия (воздушная, кабельная или СИП);
ЕСКД – Единая система конструкторской документации;
ЕСПД – Единая система программной документации;
ИЭ – источник энергии;
ИТ – информационные технологии;
КВ – кремниевый выпрямитель;
КД – конструкторские документы (документация);
КИМП – комплектующие изделия межотраслевого применения;
КС – контактная сеть;
ЛЭП – линия электропередачи;
МГС – Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии
и сертификации;
ММ – математическая
НД – нормативные документы;
НИР – научно-исследовательская работа;
ОКР – опытно-конструкторская работа;
ОПС – общая оперативная сигнализация;
ОПУ – общее оперативное управление;
ОРУ – открытое распределительное устройство;
ПД – проектная документация;
ПТ – преобразовательные подстанции;
РЗ – релейная защита;
РЗА – релейная защита и автоматика;
РКД – рабочая конструкторская документация;
РП – районная (распределительная) подстанция;
РПД – рабочая проектная документация;
РУ – распределительное устройство;
САПР – система автоматизированного проектирования;
модель;
3
СИ – специальные изделия для ремонта;
СИП – силовой изолированный провод напряжением до10 кВ;
СЦБ – устройства регулирования и безопасности движения;
СЧ – составная часть;
СЭС – система электроснабжения;
ТД – техническая документация;
ТЗ – техническое задание;
ТП – тяговая подстанция;
ТПД – техническая и проектная документация;
ТПр – техническое предложение;
ТПП – трансформатор посторонних потребителей;
ТС – тяговая сеть;
ТСН – трансформатор собственных
нужд;
ЦПП – центральная понизительная подстанция;
ЭД – эксплуатационная документация;
ЭМСЕ – электронная модель сборной единицы;
ЭП – эскизный проект;
ЭПС – электрический подвижной состав;
ЭСИ – электронная структура изделия;
ЭТ – электрический транспорт.
4
ВВЕДЕНИЕ
Электроснабжение – один из основных производственных процессов
в инфраструктуре российских железных дорог, горнодобывающих
предприятий, а также холдингов в области добычи, подготовки и транспортирования нефти и газа. От эффективности управления ими зависит
функционирование инфраструктуры в целом, энергопотребление,
надежность и экономика. В то же время энергетические объекты – это
достаточно дорогостоящий компонент, потому здесь
тимизации инвестиций, в том числе и на стадии проектирования.
В настоящее время инжиниринговые центры и проектные институты
используют дорогостоящие вычислительные комплексы и сети, автоматизируют процесс проектирования, внедряя системы автоматизированного проектирования (САПР) в отдельных случаях до 95 % от объема
проектных работ. При этом технические решения принимаются в
ме диалога проектировщика с ЭВМ на основе математического моделирования объектов проектирования. Это позволяет повысить точность
и исключить ошибки в расчетах, обеспечить выбор оптимального варианта и ускорить подготовку проектной документации.
САПР – это автоматизированная система, реализующая информа-
ционные технологии (ИТ) выполнения функций проектирования.
Она представляет собой организационно-техническую систему, пред
назначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую
из персонала и комплекса технических, программных и других средств
автоматизации его деятельности. Система дает возможность создавать
технологическую и конструкторскую документацию на крупные объекты, сооружения и изделия. В англоязычной литературе программы
этого класса обычно называют CAD/CAM-системы (computer-aided
design / computer-aided manufacturing, что в переводе означает «система автоматизированного проектирования
/ производства»).
важно достичь оп-
режи-
-
5
Цели и задачи САПР могут варьироваться в зависимости от назна-
чения объекта проектирования и его сложности. В настоящее время
САПР – это инструментарий проектировщика, включающий в себя
техническое, математическое, лингвистическое, программное, информационное, методическое и организационное обеспечение и предназначенный для автоматизации проектирования объектов на всех этапах
жизненного цикла – от выдачи технического
задания до передачи проекта изготовителю. При этом технические решения принимаются в режиме диалога проектировщика с ЭВМ на основе математического
моделирования объектов проектирования. Это позволяет повысить
точность и исключить ошибки в расчетах, обеспечить выбор оптимального варианта и ускорить подготовку проектной документации.
Цели и задачи САПР могут варьироваться в
зависимости от назначе-
ния объекта проектирования и его сложности.
Автоматизированное проектирование имеет целый ряд преиму-
ществ перед ручным способом:
возможность практического использования принципиально но-
вых методов проектирования, а именно математического моделирования, методов оптимизации, методов принятия решений и др.;
использование сложных, но более точных моделей объектов про-
ектирования;
возможность анализа большого числа вариантов проектных ре-
шений;
исключение ошибок в расчетах;
формирование более качественной проектной документации;
многократный рост производительности труда проектировщиков
и повышение качества проектов.
В рамках жизненного цикла транспортных, промышленных, энергетических объектов и изделий САПР решает задачи автоматизации
работ на стадиях проектирования, подготовки производства
и последующего сопровождения. Основная цель САПР – повышение эффективности труда технических специалистов благодаря следующим возможностям:
сокращению трудоемкости проектирования и планирования, сро-
ков изготовления, себестоимости;
6
уменьшению затрат на строительно-монтажные работы и эксплу-
атацию;
повышению качества и технико-экономического уровня резуль-
татов проектирования;
автоматизации оформления документации;
информационной поддержке и автоматизации процесса принятия
решений.
В состав САПР обычно входят системы автоматизированных расчетов, трехмерного моделирования, черчения, подготовки чертежей по
трехмерным моделям, вспомогательные программные
комплексы.
САПР выполняет все необходимые электротехнические расчеты:
электрических нагрузок;
токов одно-, двух- и трехфазного короткого замыкания, петли
«фаза-ноль»;
кабеля на невозгорание;
токов утечки через изоляцию;
падения напряжения и потери энергии в сети;
грозозащиты и заземления.
По результатам работы САПР формируются следующие проектные
документы
:
планы расположения оборудования и прокладки кабельных
трасс;
принципиальные схемы распределительной и питающей сети;
спецификация оборудования, изделий и материалов;
кабельный журнал;
отчеты с результатами электротехнических расчетов;
отчеты с результатами технических расчетов;
экономические расчеты и сметы;
перечень ЗИП согласно нормативам;
другие документы согласно
контракту.
В учебном проектировании выполняют отдельные позиции требований СНиП и ГОСТ с соблюдением требований и форм по оформлению проектной документации.
7
1. МАРШРУТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА
Маршрут проектирования объекта – это последовательность этапов и (или) проектных процедур, используемых для проектирования
объекта. Маршрут называется типовым, если он применяется для многих объектов определенного класса.
Ниже перечислены примеры названий возможных типовых маршрутов проектирования.
1. Система электроснабжения (СЭС) электрического транспорта.
2. СЭС нефтегазового комплекса.
3. СЭС депо, ремонтной базы
4. СЭС устройств интервального регулирования.
5. СЭС компрессорной станции, куста скважин, пункта сбора про-
дукта добычи.
6. СЭС других объектов инфраструктуры транспорта (нефтегазово-
го комплекса).
Системы проектирования до полной автоматизации (САПР) прошли несколько этапов:
ручное проектирование – начальный этап развития проектирования;
частично автоматизированное проектирование – с применением
ЭВМ на промежуточных этапах для вычислительных процедур, частично размножения чертежей (возможно для сравнительно несложных объектов и при наличии типовых проектов);
САПР – проектирование, при котором все проектные процедуры
и операции или их значительную часть выполняют путем взаимодействия человека и ЭВМ: техническое задание (ТЗ); необходимые расчеты, в том
по базам данных и в Интернете; выполнение чертежей; оформление
и выдачу рабочей проектной и конструкторской документации (РПД
и РКД); сопровождение объекта в течение всего жизненного цикла.
числе математическое моделирование; выбор оборудования
, ремонтного завода.
8
При автоматизированном проектировании реализуется диалоговый
(интерактивный) итерационный режим проектирования.
В процессе проектирования необходимо выполнить множество
проектных процедур и операций; в результате будет создана проектная
и рабочая документация, т. е. проект. Большинство операций выполняют с помощью САПР (до 95 %), основными из них для учебного
проектирования (РГР, ВКР) являются следующие:
1) проект
2) структурная схема проектируемой подстанции;
3) план подстанции или фотоплан;
4) однолинейная схема проектируемой подстанции (прообраз);
5) структурная декомпозиция подстанции;
6) характеристика устройств подстанции (пояснительная записка);
7) необходимые корректировки и повторные выполнения процедур
и операций вследствие итерационного характера процесса проектирования;
8) необходимые электротехнические расчеты и рисунки.
В учебном пособии в разделах 2–17 рассмотрены основные проектные процедуры с краткими пояснениями.
технического задания (ТЗ);
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
(пример по ГОСТ 15.016–2016)
1. Наименование и область применения.
Система электроснабжения поездов на участке трамвая на обособленном полотне по ул. Волочаевская (г. Новосибирск). Протяженность – 3,5 км, ПК1 – начало, 1 км; ПК6 – конец , 4 км (протяженность
3,5 км не соответствует расчетной межподстанционной зоне и ПТЭ,
необходимо дополнительно установить новую тяговую подстанцию).
2. Основание для разработки
Письмо Департамента транспорта г. Новосибирска № ... от … в соответствии с постановлением Правительства РФ № … от … (номер
и дата указывают на источник финансирования проектных работ и последующее строительство).
Цель: реконструкция ул. Волочаевская с выделением трамвайных
путей на обособленное полотно улучшенной конструкции, позволяющая повысить скорость сообщения
ТЗ. Цели разработки.
и безопасность движения.
9
3. Тип, назначение и область применения ТЗ разрабатывае-
мого объекта. Источники разработки.
Тяговая подстанция для электроснабжения трамвая и троллейбуса
с установкой дополнительно устройств для зарядки аккумуляторов автономного транспорта.
Специалисты НИИЭФА-ЭНЕРГО разработали и широко применяют комплектно-блочную технологию строительства тяговых подстанций. Основными элементами предложенной технологии являются:
комплектно-
блочное исполнение оборудования;
надежные компоненты;
цифровые интеллектуальные системы управления объектом.
4. Технические требования заказчика и параметры оборудо-
вания.
1) Технические требования к оборудованию подстанции.
В проекте использовать типовые решения Главтранспроекта, предложения ООО НИИЭФА-ЭНЕРГО (г. Санкт-Петербург), базы данных
ООО «КПМ», расчеты тягового блока выполнить в программном комплексе
КОРТЭС, расчеты и проектирование устройств переменного
тока выполнить с использованием следующих программных комплексов (САПР): GstarCAD Professional и «EnergyCS Электрика».
Другие требования:
проектные решения должны отвечать современному уровню
в области электроснабжения транспорта и электроэнергетики;
первичный источник питания – городские распределительные
сети «Восточные» АО «Новосибирскэнергосбыт»;
основное оборудование и устройства должны соответствовать
СНиП и нормативным документам [5, 13, 14, 19], ГОСТ, клима-
ПУЭ,
тической зоне (+45... –40) °С. Условия эксплуатации – в соответствии
с табл. 1.1;
пропускная способность: в перспективе на 5 и 10 лет преду-
смотреть возможность увеличения скоростей и размеров движения
на 20 % от существующих.
2) Технические требования к комплектной подстанции
(табл. 1.1–1.8).
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]