Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Ярославский филиал федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Московский государственный университет путей сообщения»

Проект допущен к защите: ______________________________ Зам. директора техникума по УПР Н.В. Замурий ______________________________ (дата, подпись)

Проект защищен с оценкой: ______________________________ ______________________________ (дата, подпись)

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

ДП 140409 18.00 ПЗ

Основная профессиональная образовательная программа по специальности 140409 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ (по отраслям)

Форма обучения – ОЧНАЯ

Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Разработал	Н.М.Хомутова
Руководитель проекта	Н.М.Шахарова
Нормоконтроль	Л.В.Буйлова
Председатель ЦК специальных дисциплин	И.А.Кипцевич

2014

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение		5
1	Создание схемы внешнего электроснабжения	8
2	Расчет мощности подстанции	9
2.1	Определение мощности районных потребителей	10
2.2	Схема питания и секционирования контактной сети	11
2.3	Расчет мощности собственных нужд	12
2.4	Расчетная мощность для выбора главных понижающих трансформаторов	12
2.5	Расчет мощности главных понижающих трансформаторов	13
2.6	Определение полной мощности подстанции	14
2.7	Создание принципиальной схемы	15
3	Расчет максимальных рабочих токов	16
4	Расчет параметров короткого замыкания	19
4.1	Создание расчетной схемы для определения параметров короткого замыкания	20
4.2	Расчет относительных сопротивлений элементов цепи короткого замыкания	22
4.3	Схема замещения	23
5	Выбор и проверка электрического оборудова6ия подстанций по режиму короткого замыкания	27
6	Расчет контура заземления	29
7	Выбор аккумуляторной батареи	31
8	Расчет молниезащиты	33
9	Потребители собственных нужд	34
9.1	Расчет осветительной и силовой низковольтной сети подстанции	38
10	Охрана труда и Электробезопасность при выполнении ремонта оборудования	42
11	Пожарная безопасность	47
11.1	Содержание территории ,зданий, помещений, сооружений	51
11.2	Требования к энергетическому оборудованию	52
12	Расчет годовых эксплуатационных расходов на содержание тяговых подстанций	56
Заключение		61
Список используемых источников		63

ВВЕДЕНИЕ

Высокая оценка электрической энергии в развитии общества объясняется большим преимуществом ее перед всеми другими видами энергии, а именно транспортабельностью на большие расстояния, дробимостью и легкостью превращения в другие виды энергии, что позволяет применить ее для самых разных нужд общественного производства и потребностей населения.

Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Удовлетворение потребностей железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется в основном путем присоединения железнодорожных установок к районным сетям энергосистемы.

Энергию на тягу поездов получают от энергосистемы через их высоковольтные линии и районные подстанции и, непременно, через специальные тяговые подстанции. Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением, оснащенным мощной современной силовой аппаратурой (трансформаторы, автотрансформаторы, полупроводниковые преобразователи, батареи конденсаторов, разъединители, короткозамыкатели) и усилительной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме телеуправления.

Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, трамваев и троллейбусов. Как известно первой тягой, которая применялась на железных дорогах, была тепловозная. В дальнейшем увеличение грузовых и пассажирских перевозок привело к тому, что встал вопрос об использовании электрической тяги. Это было верное направление. Отсутствие загрязнения окружающей среды, больший, по сравнению с тепловозной тягой, коэффициент полезного действия, снижение себестоимости перевозок – это одни из положительных сторон электрической тяги.

29 августа 1929 года была завершена электрификация первого участка Москва – Мытищи на постоянном токе. Сначала электрификация осуществлялась напряжением 1,5 кВ, но из-за больших потерь его увеличили до 3 кВ.

Следующим этапом стала электрификация на переменном токе напряжением 27,5 кВ. К этому времени часть дорог была электрифицирована на постоянном токе. Это привело к необходимости строительства станций стыкования. Эти станции включают в себя устройства и оборудование как постоянного, так и переменного тока и имеют высокий уровень оснащенности.

Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 25—50 км. Это расстояние зависит, как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—500 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство.

Далее электроэнергия поступает на понижающий трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат (выпрямитель) - при работе контактной сети на постоянном токе. С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока железнодорожных тяговых подстанций нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3300В.

Тяговые подстанции переменного тока имеют то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением того, что в них отсутствуют преобразовательные агрегаты для выпрямления тока. Расстояние между подстанциями составляет 50-120 км. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27500 В. Подстанции переменного тока питаются по линиям напряжением 110 или 220 кВ. Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, нейтраль заземляется. Вторичные обмотки соединены в треугольник, фаза

C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подается в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР ("Два Провода -- Рельс") для питания нетяговых потребителей. Как правило, силовые трансформаторы имеют третью обмотку — 6, 10, реже 35 кВ, так как на железной дороге имеется множество других потребителей, кроме электровозов. Во-первых, это автоматика и телемеханика дороги — светофоры, стрелки, связь. Эти потребители требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23(0,4)/6(10) кВ от сети собственных нужд подстанции.

Во-вторых, прочие потребители — отопление и освещение станций, переездов и так далее, а также сторонние потребители. Для их подключения используются либо фидеры ДПР напряжением 27,5 кВ, либо специальные линии ПЭ (Продольное Электроснабжение) на напряжении 6 или 10 кВ.

1 Создание схемы внешнего электроснабжения

Э

лектроснабжение проектируемой подстанции осуществляется от воздушных линий 110 кВ (ВЛ1 – 110кВ, ВЛ2 – 100кВ), которые соединяют две электроустановки (энергосистему ГРЭС мощностью 200МВА и районную подстанцию мощностью 126 МВА). По схеме присоединения подстанции к энергосистеме был определен тип тяговой подстанции – отпаечная.

Рисунок 1.1- Схема внешнего электроснабжения

2 Расчет мощности подстанции

Подстанция получает питание по вводам от сети внешнего электроснабжения. Питающие напряжение подается на первичные обмотки главных понижающих трехобмоточных тр-ов. Вторичные обмотки тр-ов напряжением 27,5кВ запитывают ОРУ-27,5кВ,которое служит для обеспечения электрической энергии железной дороги по фидерам к.с. От третьей обмотки запитывается КРУН-10кВ для питания нетяговых потребителей.

Целью расчета является определение суммарной мощности всех потребителей для определения расчетной мощности главных понижающих трансформаторов и выбора их типов, а также определение полной мощности подстанции.

Ввод-1 110кВ Ввод-2 110кВ

ОРУ – 110кВ

Т-1

Т-2

110

10

110

10

27,5

27,5

КРУН-10кВ

ОРУ -27,5кВ

27,5

27,5

ТСН-1

ТСН-2

Нетяговые

потребители

0,4

0,4

ДПР-1

ДПР-2

Фидеры контактной сети

РУ-0,4кВ

КРУН-10кВ СЦБ

0,4

Ф1СЦБ

Ф2СЦБ

10

Т СЦБ

Рисунок 2.1- Структурная схема тяговой подстанции переменного тока 110 кВ

2.1 Определение мощности районных потребителей

Для определения полной мощности указанных потребителей используют следующую формулу:

S_max = P_ц*К_с/ cosα,кВА, (2.1)

где P_ц- активная мощность;

К_с – коэффициент спроса;

cosα – коэффициент мощности .

S_max = 2000*0.8/0.8=2000кВА

Полная мощность остальных потребителей определяется аналогично и полученные данные записываются в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Мощности районных потребителей

Потребители	Тип, длина линии	Р, кВт	Кс	cosφ	Smax,кВА/ Iрmax,А
ОРУ-10кВ
ТП-10/0,4	Каб.5км	2000	0,8	0,8	2000
ТП-10/0,4	Каб.8км	1500	0,9	0,8	1687,5
ТП-10/0,4	Каб.1км	1000	0,7	0,8	875
КТП-10/0,4	Каб.3км	600	1	0,8	750
КТП-10/0,4	Каб.2км	400	0,6	0,8	300
ОРУ-27,5кВ
ДПР-1	Вл-40км	5000	1	0,8	625
ДПР-2	Вл-40км	7000	1	0,8	8750
КРУН СЦБ
Ф1 СЦБ	Вл-40км	80	1	0,85	94,11
Ф2 СЦБ	Вл-40км	75	1	0,85	88,23

2.2 Схема питания и секционирования контактной сети

ТП

Ф4

Ф5

П2

Ф3

I₁

Ф1

I₃

А

В

5

3

к

I

II

4

6

Г

Б

I₄

П1

I₂

Рисунок 2.2 – Схема питания и секционирования контактной сети

I₁=300А I₄=2700А

I₃=400А I₂=200А

Токи, потребляемые поездами, определяются расчетом параметров тяговой сети переменного тока и в данном курсовом проекте взяты за основу для определения мощности на тягу.

S_тяг=(2 S′_тяг+0,65 S″_тяг)*Кр*Кк*К_м, ВА, (2.2)

где Кр=0,9- коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки фаз тр-ра;

Кк=0,93-коэффициент,учитывающий влияния компенсации реактивной мощности;

Км=1,45-коэффициент,учитывающий влияние внутрисуточной неравномерности движения на износ обмоток тр-ра(для двухпутного участка);

S′_{тяг=11….13мВА;}

S″_{тяг=7….8мВА.}

S_тяг=(2*11000+0,65*7000)*0,9*0,93*1,45=32222,3 ВА