ЛабРаб_ТТП_2006
.pdf
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электроснабжение транспорта»
Ю.П. Неугодников Т.А. Несенюк
ТЯГОВЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
ПОДСТАНЦИИ
Методическое руководство к лабораторным работам
Посвящается 50-летию УЭМИИТ-УрГАПС-УрГУПС
Екатеринбург
2006
15
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Электроснабжение транспорта»
Ю.П. Неугодников Т.А. Несенюк
Тяговые и трансформаторные подстанции
Методическое руководство к лабораторным работам для студентов специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог»
Посвящается 50-летию УЭМИИТ-УрГАПС-УрГУПС
Екатеринбург
2006
16
УДК 621.331:621.311.4
К89
Руководство предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции» для студентов специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог» всех форм обучения
В руководство включено шесть лабораторных работ, которые содержат все основные части дисциплины. В каждой работе приводятся краткие теоретические сведения, сделаны ссылки на учебники и справочники,
приведен порядок выполнения работ. Данное руководство разработано на основе современного силового оборудования учебной лаборатории «Тяговые и трансформаторные подстанции». Текстовая часть руководства составлена в соответствии с ГОСТ 2.105-95.
Авторы: Ю.П. Неугодников, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта» УрГУПС, канд. техн. наук, доцент;
Т.А. Несенюк, ассистент кафедры «Электроснабжение транспорта» УрГУПС
Рецензент: А.С. Низов, профессор кафедры «Электроснабжение транспорта» УрГУПС, канд. техн. наук, доцент
Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС),2006Ю.П.Неугодников, Т.А. Несенюк, 2006
17
Содержание
Лабораторная работа № 1. Высоковольтное оборудование тяговых подстанций………………………………….. 4
Лабораторная работа № 2. |
Распределительное устройство |
27,5 |
кВ |
|
|
тяговой подстанции переменного тока …… |
|||
Лабораторная работа № 3. |
Распределительное |
устройство |
3,3 |
кВ |
|
тяговой подстанции постоянного тока …… |
|||
Лабораторная работа № 4. |
Исследование режимов работы и схем |
|||
|
включения трансформаторов тока ………. |
|||
Лабораторная работа № 5. |
Быстродействующие выключатели ……… |
|||
Лабораторная работа №6 |
Полупроводниковые |
преобразовательные |
||
|
агрегаты В-ТПЕД тяговых подстанций |
|||
|
постоянного тока………………………….. |
|||
Список использованных источников……………………………………..
15
21
28
34
41
49
18
Лабораторная работа №1 ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ
1.1Цель работы – изучить типовые схемы соединения высоковольтного оборудования, конструкции и принципы действия высоковольтных аппаратов и элементов распределительных устройств (РУ) тяговых подстанций.
1.2Краткие теоретические сведения
Учебная тяговая подстанция состоит из ячеек РУ-10кВ, ячейки фидера постоянного тока РУ-3,3кВ, ячейки фидера переменного тока РУ-27,5кВ, тягового преобразовательного агрегата, показанных на рисунке 1.1.
Питание подстанции осуществляется по вводу 10кВ (ячейка 1). Напряжение 10кВ по кабелю от распределительной подстанции подаётся через силовой разъем QS1-10, выключатель Q1-10, силовой разъем QS2-10 на сборные шины РУ-10кВ. К шинам РУ-10кВ подключены трансформаторы напряжения (TV) ЗНОЛ.06-10 (ячейка № 3) через предохранители FU и разъем QS5-10. Для защиты обмоток трансформатора установлен ограничитель перенапряжений (ОПН) FV. Со сборных шин 10кВ через силовой разъем QS3-10 ячейки 2, вакуумный выключатель (Q2-10) ВВЭ-М- 10-20 и разъем QS4-10 напряжение подается на тяговый агрегат, состоящий из двухобмоточного трансформатора (Т) ТС-63/04 и шестипульсового выпрямителя (UD) В-ТПЕМ-1,6к-825. Преобразовательный трансформатор имеет схему соединения обмоток "звездатреугольник" для шестипульсовой мостовой схемы выпрямления. От выводов вторичных обмоток преобразовательного трансформатора напряжение подается на выпрямительную установку UD.
Напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя через шины поступает в ячейку № 4 фидера КС РУ-3,3кВ. В РУ–3,3кВ применены жесткие шины: главная "плюс" шина (+ГШ), запасная "плюс" шина (+ЗШ) и минусовая шина (-Ш).
Ячейка фидера 3,3кВ представляет собой модуль, включающий камеру разъединителей РВРЗ-1Б-10/4000 М У3, шкаф управления и камеру автомата, где установлены два быстродействующих выключателя типа ВАБ-49 с РДШ3000, датчики тока (ДТ) КА и напряжения (ДН) KV.
Питание контактной сети осуществляется от главной "плюс" шины через шинный разъединитель QS1.1-3,3, быстродействующие выключатели QF1, QF2, линейный разъединитель QS1.2-3,3 и мачтовый разъединитель QS3-3,3 с моторным приводом (имитируется реле). Обходной разъединитель QS2-3,3 предназначен для обеспечения питания контактной сети при выводе в ревизию оборудования ячейки 3,3кВ. В ячейке также устанавливается ОПН FV4 для защиты РУ-3,3кВ от перенапряжений.
19
Ячейка № 1 (ВВ) |
|
Ячейка № 3 (ТН) |
|
|
|||
Ввод 10 кВ |
|
TV |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗНОЛ.06-10 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
QSG |
|
|
|
|
|
|
ТЛК10-64 |
|
|
|
|
|
|
TA1 |
TA2 |
TA3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FU |
|
|
|
|
|
|
|
ПН01-10 УЗ |
|
|
QS1-10 |
|
|
QS5-10 |
FV3 (ОПН) |
|
||
FV1(ОПН) |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
Q1-10 |
|
|
|
|
|
|
|
ВВЭ-М-10-20 |
|
|
|
|
QSG |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
QS2-10 |
|
|
|
|
|
|
|
РУ-10кВ |
|
|
|
|
|
|
|
Ячейка № 2 |
(ПВА) |
|
Ячейка № 4 (фидера РУ-3,3кВ) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
+ГШ |
|
QS3-10 |
|
|
3,3кВ |
|
|
+ЗШ |
|
|
Q 2-10 |
|
|
|
QS2-3,3 |
- Ш |
|
|
ВВЭ-М-10-20 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
QS4-10 |
FV2(ОПН) |
|
|
|
РВРЗ-1Б-10/4000МУ3 |
|
|
|
|
|
QS1.2-3,3 |
QS1.1-3,3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
FV4 |
|
|
|
|
|
|
|
ОПН |
|
|
KAW1 |
|
|
|
|
|
|
QSG |
|
|
TA 4 |
TA5 |
|
|
|
(РДШ-3000) |
||
|
|
|
|
||||
|
ТЛК10-64 |
|
|
|
QF1 ВАБ-49-3200/30-Л |
||
|
QSG |
|
|
|
FU1 |
KV1 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
PA |
|
RS |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
75мВ 1000А |
|
|
Тяговый агрегат |
|
|
QS3-3,3 |
|
|
QF2 ВАБ-49-3200/30-Л |
|
|
Т |
|
|
|
|
KA W2 |
|
|
|
|
|
|
(РДШ-3000) |
||
|
ТС - 63/0,4 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
KA (ДТ) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В-ТПЕДМ-1,6к-825 |
Фидер |
|
|
FU2 |
|
|
UD |
контактной сети |
|
|||||
KV2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ДН) |
|
|
|
|
Ячейка № 5 |
(фидера к.с. РУ-27,5кВ) |
|
||
|
|
|
Обходная шина |
|
|
|
|
|
|
А (В) шины 27,5кВ |
|
|
RS |
PA2 |
|
|
|
|
|
|
РРЗ-35/1000 УЗ |
|
PV |
|
QS1.1-27,5 |
|
FV5 (ОПН) |
|
|
|
||
Rд |
|
|
|
Q3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ВБЦО-27,5 |
|
|
|
TA6 |
ТПЛ-35-1000 УХЛ 2 |
|
|
|
|
|
К главной (+) |
К (-) шине |
QS1.2-27,5 |
|
QS2-27,5 |
|
|
|
||
шине РУ-3,3 кВ |
|
|
|
РРЗ-35/1000 УЗ |
|
|
|
|
|
|
|
|
В конт. сеть |
|
Рисунок 1.1 – Однолинейная схема учебной тяговой подстанции
20
С целью изучения особенностей тяговых подстанций переменного тока установлена ячейка 5 «Фидера к.с. РУ-27,5 кВ». В этой ячейке размещено следующее высоковольтное оборудование: вакуумный выключатель ВБЦО27,5, два разъединителя РРЗ-35/1000 У3, проходной трансформатор тока ТПЛ- 35-1000 УХЛ 2, ОПН, проходной изолятор на напряжение 27,5 кВ. От главной шины фазы А (В) через шинный разъединитель QS1.1-27,5, выключатель Q1-27,5, линейный разъединитель QS1.2-27,5 напряжение подается в контактную сеть. Для вывода в ревизию фидерного выключателя без перерыва питания в контактной сети служит обходной разъединитель QS2-27,5, подключенный к обходной шине (имитируется реле).
Комплектные ячейки РУ-10 кВ
Ячейки РУ-10кВ являются неотъемлемой частью большинства тяговых и трансформаторных подстанций электрических железных. Наиболее распространенные типы ячеек:
КСО – комплектные, сборные, открытые; КРУ – комплектные распределительные устройства;
КРУН – комплектные распределительные устройства наружной установки.
В лаборатории установлены три камеры КРУ серии К-99, стоящие в один ряд: ячейка № 1 ввода (ВВ), ячейка № 2 преобразовательного агрегата (ПВА), ячейка № 3 трансформатора напряжения (ТН).
Рассмотрим однолинейную схему ячейки ВВ по рисунку 1.2. В ячейке ВВ, кроме токоведущих шин и изоляторов, установлено следующее высоковольтное оборудование: вакуумный выключатель со встроенным электромагнитным приводом ВВЭ-М-20/630-У3 (Q1), ограничители перенапряжений ОПН-10/29 (FV1…FV3), трансформаторы тока ТЛК-10-6 У3-100/5 (ТА1…ТА3), силовые разъёмы (QS1…QS2), заземляющие ножи
QSG.
Выкатная конструкция тележки с выключателем и другими элементами обеспечивает безопасность работ при обслуживании и ремонтах. Напряжение на сборных шинах и неподвижном контакте силового разъема сохраняется и закрывается шторкой при переводе тележки в "ремонтное положение".
21
|
|
Линия 10кВ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
QSG |
|
|
Л2 |
Л2 |
|
Л2 |
|
C 411 |
|
|
|
|
|
|
|
B 411 |
|
|
|
|
|
|
|
A 411 |
В шкаф ОПС ( сбор |
|
|
1U2 |
|
1U2 |
1U2 |
|
данных |
|
|
|
|
электропотребления) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1U1 |
|
1U1 |
1U1 |
N 411 |
|
|
ТА1 |
ТА2 |
|
ТА3 |
|
С 421 |
|
ТЛК-10-6У3- |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
В 421 |
|
||
|
100/5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А 421 |
|
|
|
2U2 |
2U2 |
2U2 |
|
В БМРЗ - ВВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2U1 |
|
2U1 |
2U1 |
N 421 |
|
|
|
Л1 |
Л1 |
Л1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FV1...FV3 |
|
QS1-10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q1-10 |
|
|
|
|
|
|
|
ВВЭ-М-10-20/630-У3 |
||
|
QS2-10 |
|
|
|
|
|
|
Шины 10кВ С |
|
|
|
|
|
|
|
Секция 1 |
В |
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.2– Однолинейная схема ячейки № 1ввода (ВВ) |
|||||||
Высоковольтные выключатели
Выключатели служат для включения и отключения высоковольтных цепей при наличии в них токов нагрузки или токов короткого замыкания. С помощью выключателей осуществляется изменение схемы первичной коммутации РУ и защита оборудования при аварийных режимах. Наличие выключателей обеспечивает надежность работы электроустановки (ЭУ). Для успешной работы выключатели должны обладать достаточной отключающей способностью и наименьшим временем отключения.
К выключателям предъявляются следующие требования: надежность в работе и безопасность в обслуживании; минимальное время отключения; малые габариты и масса; удобство, простота монтажа и эксплуатации; возможность после отключения автоматического повторного включения (АПВ).
По роду установки различаются выключатели наружной установки (35кВ и выше) и выключатели внутренней установки (35 кВ и ниже).
22
По принципу гашения дуги и роду дугогасящей среды выключатели подразделяются на масляные, воздушные, электромагнитные, элегазовые и вакуумные.
В ячейках РУ-10кВ К-99 учебной лаборатории применены вакуумные выключатели ВВЭ-М-10-20/630-У3 с электромагнитным приводом (рисунок
1.3) [5].
Рисунок 1.3 – Общий вид ячейки выключателя ВВЭ-М-10-20/630-У3
1 – основание; 2 – рама; 3 – изоляционные тяги; 4 – полюсы; 5 – электромагнитный привод; 6 – буфер; 7 – блок сигнализации; 8 – кнопка аварийного отключения; 9 – механизм свободного расцепления; 10 – лицевая крышка; 11 – катки; 12 – вал выключателя; 13 – механизм доводки выключателя в шкаф ячейки; 14 – ножи заземления.
Разъединители
Разъединители – аппараты, предназначенные для размыкания и замыкания предварительно обесточенных электрических цепей.
Создавая видимый разрыв цепи, разъединители обеспечивают безопасность работы персонала при осмотре или ремонте отключенной части ЭУ. Разъединители не имеют устройств для гашения дуги и поэтому не допускают отключения ими цепи под нагрузкой. Для осмотра или ремонта оборудования необходимо сначала отключить выключатель в данной цепи, а затем линейный и шинный разъединители. Включение ЭУ производят в обратном порядке.
Разъединители изготовляют однополюсными и трехполюсными, для наружной и внутренней установок, вертикально-рубящего и горизонтальноповоротного типов.
23
Вячейке № 4 фидера РУ-3,3кВ применены однополюсные разъединители внутренней установки рубящего типа РВЗ-1Б-10/4000МУ3 с двумя заземляющими ножами, которые замыкаются на специальные губки.
Ячейка фидера РУ-27,5 имеет разъединители типа РРЗ-35/1000-УЗ с моторным приводом. Разъединители заземляются губками на корпус ячейки.
Вячейках РУ 10 кВ использованы силовые разъёмы (контактные), заменяющие разъединители.
Изоляторы
Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и изоляции их от заземленных конструкций и других частей электроустановки, находящихся под другим потенциалом.
Изоляторы различают по назначению:
линейные (подвесные) служат для крепления проводов воздушных линий к опорам открытых РУ;
аппаратные для крепления токоведущих частей РУ и аппаратов.
Изоляторы должны сохранять электрическую прочность при рабочих напряжениях, а также при атмосферных и коммутационных перенапряжениях. Они должны быть механически устойчивы при нормальных режимах работы и коротких замыканиях.
По конструкции аппаратные изоляторы делятся на опорные, опорностержневые, опорно-штыревые и проходные.
Опорные изоляторы служат для крепления шин в РУ внутренней установки. В обозначении типа изолятора буквы и цифры отражают конструкцию, изолирующий материал, номинальное напряжение, разрушающую нагрузку и форму фланца. Например, ОФ-10-375 ОВ – опорный фарфоровый, номинальное напряжение 10 кВ, разрушающая нагрузка 375 даН, овальный фланец. Опорно-стержневые и опорноштыревые изоляторы применяют для крепления токоведущих частей в ОРУ.
Проходные изоляторы необходимы при прокладке шин через стены, перекрытия, перегородки между отсеками электроустановок. Пример обозначения проходного изолятора – ИП-10-400-750У1: изолятор проходной, номинальное напряжение 10кВ, номинальный ток 400А, разрушающая нагрузка 750 даН, для районов с умеренным климатом, наружной установки.
Ограничители перенапряжений
Ограничитель перенапряжений (ОПН) служит для защиты оборудования электроустановок от коммутационных и атмосферных перенапряжений. ОПН состоит из нелинейного металлооксидного сопротивления, заключённого в изоляционную покрышку. Сопротивление ОПН включает несколько последовательно соединённых высоконелинейных варисторов.
В отличие от вентильных разрядников, ОПН имеют более выраженную нелинейность вольтамперной характеристики, что повышает эффективность их работы.
24