Проектирование ТТП(1)

αР – коэффициент заполнения суточного графика нагрузки фидера;

SМ j/i – расчетная максимальная нагрузка i-го фидера j-го напряжения.

Нагрузка каждого фидера складывается из нагрузки промышленных предприятий, сельскохозяйственной и коммунально-бытовой. Максимум промышленной нагрузки приходится на утренние часы, а сельскохозяйственной и коммунально-бытовой – на вечерние. Поэтому расчетный максимум нетяговой нагрузки одного фидера находят по двум следующим выражениям и из полученных значений выбирают наибольшее [16]:

Зная значения установленной мощности РУ для каждого вида нетяговой нагрузки и принимая значение коэффициента спроса kС промышленной нагрузки равным 0,5…0,55 [16], а для сельскохозяйственной и коммунально-бытовой нагрузки — 0,58…0,62 [16], можно определить максимальную мощность, потребляемую отдельными нетяговыми потребителями по рассматриваемому фидеру

cos ϕП(СК)

11

где cosφ – коэффициент мощности промышленной или сельскохозяйственной и коммунально-бытовой нагрузки, его значение принимается равным 0,9 в обоих случаях [16].

Коэффициент заполнения суточного графика нетяговой нагрузки фидера определяется выражением

Необходимо отметить, что если в формулах (3.1), (3.2) и (3.4) результат получается меньше одного из слагаемых, то за окончательное значение должна быть принята величина этого слагаемого. Кроме того, если в формулах (3.1), (3.2) и (3.4) участвует только одно слагаемое, то и производить умножение на коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов нагрузок kР , не следует.

3.2Трансформаторная мощность тяговой подстанции переменного тока

Расчетная трансформаторная мощность ТП переменного тока для совместного питания тяговой нагрузки и нетяговых потребителей S (рисунок 2.1) определяется по формуле

ной мощности ТП переменного тока, необходимой для питания нетяговой нагрузки напряжением 35 и (или) 10 и (или) 6 кВ;

12

kР – коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов нагрузок, принимается равным 0,95…0,98 [10].

Трансформаторная мощность SΣ27,5 находится по выражению (3.2), где j – напряжение 27,5 кВ.

Величину трансформаторной мощности, необходимой для питания тяговой нагрузки на подстанции переменного тока SТЯГИ 27,5 , можно рассчитать по формуле (3.3). Значение cos φT для электрической тяги переменного тока следует принять равным 0,8 [10].

Фидеры, по которым получают питание нетяговые потребители от РУ 27,5 кВ, называются фидерами ДПР – «два провода – рельс», так как по ним напряжения двух фаз подаются по двум проводам воздушной линии, которые располагаются с полевой стороны опор контактной сети, а напряжение третьей фазы – по рельсу. Чтобы определить трансформаторную мощность, передаваемую по этим фидерам SФ27,5 , можно воспользоваться методикой, изложенной в подразделе 3.1, выражения (3.4) – (3.8).

Трансформаторная мощность ТП переменного тока, необходимая для питания нетяговой нагрузки напряжением 35 и (или) 10 и (или) 6 кВ, находится по выражению

где SФ35(10)(6) – значение трансформаторной мощности, необходимой для питания фидеров нетяговой потребителей

от РУ с напряжением 35 или 10, или 6 кВ;

SФ10(6) – значение трансформаторной мощности, необходимой для питания фидеров нетяговой потребителей от РУ с напряжением 10 или 6 кВ, которые в свою очередь получают питание от РУ 35 кВ или РУ 10 кВ.

Мощности SФ35(10)(6) и SФ10(6) можно определить, воспользовавшись методикой, изложенной в подразделе 3.1, выражения (3.4)–(3.8).

Если в формулах (3.9) и (3.10) результат получается меньше одного из слагаемых, то за окончательное значение должна быть принята величина этого слагаемого. Если в этих формулах участвует только одно слагаемое, то и производить умножение на коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов нагрузок kР, не следует.

13

Пример 3.1

Определим трансформаторную мощность ТП переменного тока по структурной схеме, изображенной на рисунке 3.1.

Фидеры НТП РУ 10 кВ Рисунок 3.1 – Структурная схема ТП переменного тока

РУ 27,5 кВ

Трансформаторная мощность для питания тяговой нагрузки – STЯГИ=18000/0,8 = 22500 кВА.

αР = ( 0,8 · 833,3 + 0,6 · 1000 ) / 1833 =0,691;

SФ 27,5/1 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,691) · 1833 = 1395 кВА.

14

Фидер 2 — SФ 27,5/2 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,711) · 2687 = 2069 кВА. Фидер 3 — SФ 27,5/3 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,727) · 1760 = 1368 кВА.

Все фидеры ДПР — SФ 27,5 = (1395 + 2069 + 1368) · 0,95 = 4590 кВА. Трансформаторная мощность для питания всего РУ 27,5 кВ —

SΣ 27,5 = (22500+ 4 · 400+ 4590) · 0,95 = 27256 кВА.

РУ 10 кВ

Трансформаторная мощность для питания фидеров НТП.

Фидер 1 — SФ 10/1 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,762) · 880 = 698 кВА. Фидер 2 — SФ 10/2 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,649) · 1232 = 914 кВА. Все фидеры нетяговых потребителей РУ 10 кВ —

SФ 10 = (698 + 914) ·0,95 = 1531 кВА.

РУ 35 кВ

Трансформаторная мощность для питания фидеров НТП.

Фидер 1— SФ 35/1 = 0,5 · 0,9 ·(1 + 0,723) · 3007 = 2331 кВА.

Все фидеры нетяговых потребителей РУ 35 кВ – SФ 35 = SФ 35/1 = = 2331 кВА.

Трансформаторная мощность для питания всего РУ 35 кВ (фи-

деры НТП РУ 35 кВ и НТП РУ 10 кВ) — SΣ 35 = (2331 + 1531) · 0,95 = = 3669 кВА.

Общая расчетная трансформаторная мощность ТП —

S = (27256 + 3669) · 0,95 = 25893 кВА.

4 Выбор силовых трансформаторов

4.1 Повышающие трансформаторы электростанций

Генераторы на электростанциях вырабатывают электроэнергию с напряжением 6, 10, 15 или 20 кВ. Чтобы передать эту энергию потребителям на достаточно большие расстояния, необходимо повысить напряжение до 110 кВ или выше. Для этого на электростанциях после генераторов устанавливают повышающие двухобмоточные трансформаторы. Число таких трансформаторов равно числу генераторов, а мощность одного трансформатора должна быть не ниже мощности одного генератора [13]. Следовательно,

15

где SТГ – номинальная мощность повышающего трансформатора, установленного после генератора;

SНГ – номинальная мощность одного генератора.

Параметры повышающих двухобмоточных трансформаторов приведены в таблице А.1. Более подробные данные о них можно получить в [11–16].

Пример 4.1

Задание. Выбрать повышающий трансформатор, установленный после генератора, для линии с напряжением UЛ = 110 кВ, если РНГ = 100 МВт, сosϕГ = 0,85.

Решение. Определяем полную (кажущуюся) номинальную мощность генератора SНГ

По таблице А.1 исходя из U1Н = 110 кВ выбираем трансформатор ТДЦ-125000/110У1, условие (4.1) выполняется (125000≥ 117600 кВА). Число трансформаторов будет равно заданному числу генераторов.

4.2. Головные понижающие трансформаторы подстанций

Согласно [1], на ТП (кроме подстанций слабозагруженных линий) устанавливают два головных понижающих трансформатора, которые на подстанциях переменного тока одновременно являются и тяговыми. При этом должна быть обеспечена возможность как параллельной, так и раздельной работы трансформаторов. В последнем случае работающий трансформатор должен обеспечивать питание тяговой нагрузки при заданных размерах движения поездов, а также питание нетяговых потребителей I-й и II-й категории.

Поэтому мощность каждого трансформатора выбирается из условия

S — расчетная трансформаторная мощность ТП (раздел 3).

На ТП слабозагруженных линий кроме подстанций, питающих консольные участки, разрешается устанавливать один голов-

16

ной трансформатор [1]. Его мощность определяется по выражению (4.3).

Параметры двухобмоточных понижающих трансформаторов приведены в таблицах А.1 – А.3, а трехобмоточных – в таблице А.4. Более подробные данные о них можно получить в [11–16].

Пример 4.2

Задание. Выбрать понижающий трансформатор для подстанции постоянного тока, если U1 = 220 кВ, U2 = 35 кВ, U3 = 6 кВ, S = 21500 кВА.

Решение. Определяем необходимую единичную мощность головного трансформатора SГТ из условия 4.3

SГТ ≥ 21500 кВА.

По таблице А.4 выбираем трехобмоточный трансформатор ТДТН25000/220У1 (U1 = 220 кВ, U2 = 35 кВ, U3 = 6 кВ, SГТ = 25000 кВА).

4.3 Дополнительные трансформаторы для питания районных потребителей

Если на расчетной тяговой подстанции необходимо установить дополнительные двухобмоточные трансформаторы для питания нетяговых районных потребителей, то число их выбирается равным двум, а необходимая единичная мощность определяется из условия [4]

Параметры двухобмоточных трансформаторов приведены в таблицах А.1 – А.3. Более подробные данные о них можно получить в [11-16].

Пример 4.3

Задание. Выбрать дополнительный трансформатор для пита-

ния районных потребителей напряжением 10 кВ от шин РУ 35 кВ.

17

Расчетная трансформаторная мощность для питания потребителей

SФ10 = 1500 кВА.

Решение. Определяем необходимую единичную мощность допол-

нительного трансформатора SДТ из условия (4.3)

SДТ ≥ 1500 кВА.

По таблице А.1 выбираем трансформатор ТМН-1600/35У1 (U1 = 35 кВ, U2 = 11 кВ, SДТ = 1600 кВА).

4.4 Трансформаторы для питания собственных нужд подстанций

На тяговых подстанциях цепи собственных нужд (СН) переменного тока напряжением 380/220 В получают питание от трансформатора собственных нужд (ТСН). На подстанциях постоянного тока ТСН подключают к шинам питания преобразовательных трансформаторов (6, 10, 35 кВ), а на подстанциях переменного тока — к шинам питания тяговой нагрузки (27,5 кВ).

На опорных подстанциях устанавливают четыре ТСН, а на всех остальных — два. В соответствии с [8] на вновь проектируемых подстанциях следует применять ТСН мощностью 400 кВА.

Параметры ТСН приведены в таблицах А.1–А.3. Более подробные данные о них можно получить в [11–16].

Пример 4.4

Задание. Выбрать число и тип ТСН для опорной тяговой подстанции переменного тока, если собственные нужды подстанции должны питаться от напряжения 380 В.

Решение. На опорной ТП переменного тока устанавливается четыре ТСН мощностью 400 кВА, получающих питание от шин РУ 27,5 кВ.

По таблице А.1 (SТСН = 400 кВА, U1 ТСН = 27,5 кВ; U2 ТСН = 0,38 кВ) выбираем трансформатор ТМ-400/35 с U1 = 27,5 кВ; U2 = 0,4 кВ.

18

4.5 Преобразовательные трансформаторы

Преобразовательные трансформаторы устанавливаются на подстанциях постоянного тока и кроме обеспечения гальванической развязки служат для согласования напряжений питающей и контактной сети. Их число и тип определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции.

В настоящее время на тяговых подстанциях применяются 6-пульсовые нулевые, 6-пульсовые мостовые и 12-пульсовые преобразователи. Электрические параметры этих преобразователей представлены в таблице Б.1. Электрические параметры трансформаторов для 6-и 12-пульсовых преобразователей приведены в таблицах А.5, А.6 и А.7. На рисунках А.1 и А.2 показаны принципиальные схемы соединения обмоток этих трансформаторов. Более подробные данные о них можно получить в [8–12, 19–22]. На рисунках Б.1 и Б.2 представлены принципиальные схемы наиболее распространенных 12пульсовых выпрямителей – В-МПП-Д и В-МПЕ-Д (рисунок Б.1) и В-ТПЕД-3,15к-3,3к и БСЕ1-4В (рисунок Б2). Данные по другим выпрямителям и выпрямительно-инверторным преобразователям можно получить в [8–12, 19–22].

Необходимо отметить, что в настоящее время выпуск 6-пульсовых преобразователей и трансформаторов для них прекращен. Поэтому для новых разработок выбирать 6-пульсовые преобразователи не следует.

Последовательность выбора числа преобразовательных трансформаторов следующая.

Определяется число выпрямителей NВ. Для этого находится значение выпрямленного тока подстанции Id ТП , исходя из заданного значения мощности для питания тяговой нагрузки РТЯГИ

где UdH – номинальное выпрямленное напряжение на шинах подстанции, равное 3,3 кВ.

По заданному типу выпрямителей находится их число NВ РАСЧ:

19

где IdH – номинальный выпрямленный ток заданного выпрямителя (таблица Б.1).

Полученное значение NВ РАСЧ необходимо округлить до большего целого и увеличить на единицу, то есть принять один резервный выпрямитель. Для ТП слабозагруженных линий допускается резервный выпрямитель не устанавливать.

Вопросы резервирования числа выпрямителей на ТП решаются исходя из совместного рассмотрения полученных значений NВ РАСЧ для всех подстанций проектируемого участка. Установка резервного выпрямителя при этом предусматривается не на всех ТП. При рассмотрении в рамках проекта одной подстанции, в соответствии с [1], упрощенно можно принять, что на ТП участка, исключая слабозагруженные линии, должно быть установлено не менее двух выпрямителей.

Если электрифицируемый участок расположен в горных районах, то на ТП кроме выпрямителей следует устанавливать инверторы, которые преобразуют энергию постоянного тока, вырабатываемую рекуперирующим электровозом, в энергию переменного тока и передают ее в питающую сеть. Практически все инверторы конструктивно совмещены с выпрямителями, а их число на ТП обычно меньше или равно числу выпрямителей. Поэтому, если количество выпрямителей и инверторов на проектируемой ТП в результате расчета получилось одинаковым, например два, то устанавливают два выпрямительно-инверторных преобразователя. Если же требуемое количество инверторов оказалось меньше, чем выпрямителей, то на ТП устанавливают необходимое число выпрямительно-инверторных преобразователей и еще один выпрямитель.

Число инверторов NИ определяется по выражениям, аналогичным (4.5) и (4.6). Если при этом мощность, поступающая на вход инвертора из тяговой сети, не задана, то ее приближенно можно найти по следующей формуле:

Затем этого по рассчитанному числу и заданному типу преобразователей при помощи таблиц А.5–А.7 выбираются типы преобразовательных трансформаторов.

При дальнейших расчетах величину трансформаторной мощности для питания тяговой нагрузки SТЯГИ следует принимать из следующих соотношений:

20