Характеристика главных электрических соединений. Основные параметры питающей энергосистемы. Обоснования выбора силового трансформатора, коммутационной аппаратуры и аппаратуры и токоведущих частей подстанции. Основные расчеты трансформаторов напряжения.
Аннотация к работе
В этой схеме трансформаторы 1,2,3 и 4 подключают к первичным шинам 110 КВ по схеме полного треугольника, для тяги используют вторичные обмотки трансформаторов , обмотки всех трех трансформаторов соединяют в звезду для питания района. Кроме того, в обозначении трансформаторов могут быть следующие буквы: Н - выполнение одной из обмоток с устройствами РПН; А - автотрансформатор (впереди обозначения); Р - трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (после числа фаз); Ж - для железнодорожного транспорта, электрифицированного на переменном токе; Э - трансформаторы, предназначенные для электрификации железных дорог (ставилось ранее в конце общего обозначения). Трехобмоточный трансформатор допускает любое распределение длительных нагрузок по его обмоткам при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим ток перегрузки, а суммарные нагрузочные потери не превысят сумму потерь холостого хода и наибольшего из значений потерь короткого замыкания трех пар обмоток. Обозначение типа трансформатора расшифровывается следующим образом: О - однофазный, Р - с расщепленной обмоткой НН, Д - охлаждение с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, Т - трехобмоточный, Н - с регулированием напряжения под нагрузкой, Ж - для питания переменным током электрифицированных железных дорог; номинальная мощность - 16000 КВА; класс напряжения обмотки ВН - 110 КВ; год выпуска рабочих чертежей 1979; У1 - исполнение для районов с умеренным климатом при размещении на открытом воздухе. Разъединитель предназначен для включения и отключения под напряжением участков электрической цепи при отсутствии тока нагрузки для токов воздушных и кабельных линий, токов холостого хода трансформаторов и токов небольших нагрузок, также для обеспечения безопасности работы на отключаемом участке или оборудовании путем создания видимого разрыва между токоведущими частями.В данном курсовом проекте предполагался расчет транзитной ТП, состояний из ОРУ-110 КВ, ОРУ-2*27,5 и КРУН-10 КВ. Я рассчитал максимальные рабочие токи, рассчитал токи короткого замыкания.
Техническое перевооружение железнодорожного транспорта осуществляется на базе широкой электрификации линий, которая проводится с использованием новейших достижений техники, нового прогрессивного оборудования. Одним из перспективных направлений решения этой задачи является применение системы электроснабжения 2?25 КВ. С использованием этой системы в десятой и одиннадцатой пятилетках электрифицировано около 1100 км линий Московской, Белорусской, Целинной, Горьковской дорогах, в двенадцатой пятилетки было электрифицировано еще не менее 1700 км на Горьковской, Целинной, Алмаатинской и Байкало-Амурской дорогах.
Система электроснабжения 2?25 КВ имеет ряд достоинств по сравнению с обычной системой переменного тока 25 КВ: меньшие нагрузки на провода контактной сети и потери напряжения и энергии в тяговой сети, уменьшенные влияния на линии связи. Снижение потерь позволяет значительно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, что дает определенный экономический эффект, и располагать их в наиболее удобных для эксплуатации местах.
Положительные свойства системы электроснабжения 2?25 КВ дают возможность применять ее для усиления устройств электроснабжения при возросшем грузопотоке без увеличения числа тяговых подстанций. Такой вид усиления можно производить на отдельных лимитирующих межподстанционных зонах и даже на части их около подстанций, где особенно велика нагрузка проводов и потери напряжения.
При системе электроснабжения 2?25 КВ в пять раз по сравнению с системой 25 КВ уменьшается зона, в которой требуется реконструкция существующих воздушных линий связи и других коммуникаций по условиям электромагнитного влияния.
Исходные данные
Исходными данными для курсового проекта являются: 1. Вариант схемы питания (рисунок 1);
Рисунок 4. Двухцепная ЛЭП-110 КВ
2. Номер проектируемой тяговой подстанции - 4;
3. Род тока - переменный (2?25 КВ);
4. Характеристика источников питания (таблица 1);
Таблица 1. Параметры питающей энергосистемы
№ варианта Параметры системы
ИП1 ИП2
Sкз1, МВА Sc1, МВА Sкз2, МВА Sc2, МВА
14 1700 ? 2200 760
5. Данные по подстанции (таблица 1).
Таблица 2. Данные по понизительным трансформаторам (ТП), трансформаторам районной нагрузки (ТРН), фидерам районной нагрузки и количеству перерабатываемой электроэнергии.
Однолинейная схема главных электрических соединений. Структурная схема подстанции
Наиболее экономичная схема подстанции для совместного питания районных и тяговых потребителей получается при использовании трехобмоточных однофазных трансформаторов. В этой схеме трансформаторы 1,2,3 и 4 подключают к первичным шинам 110 КВ по схеме полного треугольника, для тяги используют вторичные обмотки трансформаторов , обмотки всех трех трансформаторов соединяют в звезду для питания района. Трансформатор 4, питающий только район, является резервным для тяги и поэтому должен иметь три варианта подключения к шинам первичного напряжения 110 КВ и два варианта подключения к РУ 2?25 КВ. При выходе из строя одного из тяговых трансформаторов заменяет его трансформатор 4, а район в это время питается с ухудшенным качеством напряжения.
Для улучшения электроснабжения районных потребителей схему с тремя трехобмоточными трансформаторами дополняют одним трехфазным двух- или трехобмоточным трансформатором. В этом случае э.п.с. в нормальном режиме получает питание от двух однофазных трансформаторов, районная нагрузка от трехфазного. При отключении любого однофазного трансформатора его заменяет резервный трансформатор 4.
Рисунок 2. Структурная схема соединений элементов ТП при системе 2?25 КВ.
Силовые трансформаторы общего назначения по своим основным техническим параметрам должны удовлетворять требованию ГОСТ 11677-75, а также ГОСТ на трансформаторы различных классов напряжения.
Условное обозначение трансформатора содержит буквенное обозначение, характеризующее число фаз (О - однофазные, Т - трехфазные), вид охлаждения (М - естественное масляное, Д - масляное с дутьем и естественной циркуляцией масла, ДЦ - масляное с дутьем и принудительной циркуляцией масла), число обмоток, если их больше двух, работающих на самостоятельные сети (для трехобмоточного трансформатора применяют букву Т), и вид переключения ответвлений; цифровое обозначение, характеризующее номинальную мощность и класс напряжения; год выпуска рабочих чертежей трансформаторов данной конструкции; климатическое исполнение и категорию размещения по ГОСТ 15150-69 и 15543-70.
Кроме того, в обозначении трансформаторов могут быть следующие буквы: Н - выполнение одной из обмоток с устройствами РПН; А - автотрансформатор (впереди обозначения); Р - трансформатор с расщепленной обмоткой низшего напряжения (после числа фаз); Ж - для железнодорожного транспорта, электрифицированного на переменном токе; Э - трансформаторы, предназначенные для электрификации железных дорог (ставилось ранее в конце общего обозначения).
Силовые трансформаторы имеют устройства для переключения ответвлений обмоток: РПН - ступенчатое регулирование (переключение) под нагрузкой; ПБВ - переключение при отключенном трансформаторе, т.е. без возбуждения.
Трансформаторы допускают параллельную работу в следующих сочетаниях: двухобмоточные друг с другом, трехобмоточные друг с другом на всех трех обмотках; двухобмоточные с трехобмоточными, если установлено, что нагрузка на одной из обмоток параллельно работающих трансформаторов не превышает ее нагрузочную способность.
В аварийных случаях трансформаторы с системами М, Д, ДЦ допускают кратковременные перегрузки сверх номинального тока независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры охлаждения среды и места установки согласно ГОСТ 14209-69.
Трехобмоточный трансформатор допускает любое распределение длительных нагрузок по его обмоткам при условии, что ни одна из обмоток не будет нагружена током, превышающим ток перегрузки, а суммарные нагрузочные потери не превысят сумму потерь холостого хода и наибольшего из значений потерь короткого замыкания трех пар обмоток.
Выбираем тяговый трансформатор типа - ОРДТНЖ-16000/110-79 У1.
Обозначение типа трансформатора расшифровывается следующим образом: О - однофазный, Р - с расщепленной обмоткой НН, Д - охлаждение с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла, Т - трехобмоточный, Н - с регулированием напряжения под нагрузкой, Ж - для питания переменным током электрифицированных железных дорог; номинальная мощность - 16000 КВА; класс напряжения обмотки ВН - 110 КВ; год выпуска рабочих чертежей 1979; У1 - исполнение для районов с умеренным климатом при размещении на открытом воздухе.
Таблица 8. Основные технические данные трансформатора ОРДТНЖ-16000/110-79 У1
Номинальная мощность, КВА Номинальное напряжение обмоток, КВ Схема и группа соединения Напряжение к.з., % Потери, КВТ Ток х.х., % Масса, кг Габаритные размеры, мм
Выбираем районный трансформатор типа - ТДН -16000/110- 86. Обозначение типа трансформатора расшифровывается следующим образом: Т - трехфазный, М - естественная циркуляция воздуха и масла, Н - наличие системы регулирования напряжения под нагрузкой; номинальная мощность - 16000 КВА; класс напряжения обмотки ВН 110 КВ.
Таблица 9. Основные технические данные трансформатора ТМН-10000/110
Номинальная мощность, КВА Номинальное напряжение обмоток, КВ Схема и группа соединения Напряжение к.з., % Потери, КВТ Ток х.х., % Масса, кг Габаритные размеры, мм
Первоначальной задачей курсового проекта является разработка однолинейной схемы подстанции, которая определяет состав необходимого оборудования и аппаратуры.
Схемы распределительных устройств подстанции определяется местом тяговой подстанции (ТП) в схеме ее внешнего электроснабжения (опорная, промежуточная, тупиковая) и назначением конкретного РУ, а также количеством силовых и тяговых трансформаторов.
Однолинейная схема ТП составляется на основе типовых проектов и конкретных условий задания.
В курсовом проекте однолинейная схема выполняется в виде чертежа, на котором показаны все РУ подстанции и соединения между ними. После выбора оборудования и аппаратуры на чертеже указываются их типы. Чертеж выполняется с учетом требований ЕСКД для электрических схем.
При выборе схемы главных электрических соединений ТП необходимо учитывать следующие требования: - надежность работы;
- экономичность;
- удобство эксплуатации;
- безопасность обслуживания;
- возможность расширения.
Надежность работы ТП обеспечивается: -резервированием силовых трансформаторов, преобразовательных агрегатов, аппаратуры и токоведущих частей;
- устройством обходных цепей с выключателями для замены основных выключателей на время ремонта.
Удобство эксплуатации и безопасность обслуживания основного оборудования схемы главных электрических соединений обеспечивается простотой и наглядностью схемы, обеспечением минимального объема переключений при изменении режима работы, доступностью оборудования и аппаратуры для ремонта.
В соответствии с указанными требованиями разработаны типовые схемы РУ: 1 ОРУ-110 (220) КВ опорных ТП: а) с количеством вводов до 5 выполняется по схеме с одинарной, секционированной выключателем, и обходной системой шин; б) с количеством вводов 5 и более - с двумя рабочими системами шин и обходной системой шин.
2 ОРУ-110 (220) КВ транзитных ТП выполняют по мостиковой схеме с рабочей и ремонтной перемычками.
3 ОРУ-110 (220) КВ отпаечных и тупиковых ТП выполняют по схеме «два блока (ввода) с неавтоматической перемычкой (без выключателя)».
4 ОРУ-35 (10) КВ с первичным напряжением ТП 110 (220) КВ выполняется по схеме с одной рабочей системой шин, секционированной выключателем.
5 РУ-27,5 КВ имеет трехфазную рабочую систему шин и запасную шину. Две фазы секционированы разъединителями. Третья фаза соединяется с контуром заземления и не секционируется.
6 РУ-2?27,5 КВ имеет трехфазную рабочую и запасную системы шин. Четыре шины, к которым подключены фидеры контактной сети и питающие провода соответствующих двух фаз, секционируют разъединителями. Шина третьей фазы не секционируется.
Описание назначения основных элементов схемы тяговой подстанции
- Силовой трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии по уровню напряжения.
- Выключатель предназначен для коммутации электрических цепей под нагрузкой в нормальных и аварийных режимах.
- Разъединитель предназначен для включения и отключения под напряжением участков электрической цепи при отсутствии тока нагрузки для токов воздушных и кабельных линий, токов холостого хода трансформаторов и токов небольших нагрузок, также для обеспечения безопасности работы на отключаемом участке или оборудовании путем создания видимого разрыва между токоведущими частями.
- Ограничители перенапряжения предназначены для защиты изоляции токоведущих частей, изоляции силового оборудования и изоляции аппаратуры от коммутационных и атмосферных напряжений.
- Трансформаторы тока предназначены для уменьшения величины тока до значений удобных для питания измерительных приборов и реле, также для изоляции цепей измерения и защиты от цепей высокого напряжения, возможность вывести измерительные приборы и реле на большие расстояния от места измерения в щитовую.
- Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения до стандартного и для отделения цепей измерения, учета электроэнергии и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения.
- Заградительный реактор предназначен для пропуска токов частотой 50 Гц к силовому трансформатору.
- Конденсатор связи предназначен для пропуска токов частотой более 50 Гц к высокочастотному приемопередатчику.
Выбор аппаратуры и токоведущих частей подстанции. Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции
Для обеспечения надежной работы аппаратуры и токоведущих частей электроустановки необходимо правильно выбрать их по условиям длительной работы в нормальном режиме и проверить для условий кратковременной работы в режиме к.з.
Выбор аппаратуры и токоведущих частей выполняются по номинальному току и напряжению . где Іраб max - максимальный рабочий ток присоединения, в котором установлен аппарат, А;
Іном - номинальный ток аппарата, А;
Uyct - номинальное напряжение установки, КВ;
Uном - номинальное напряжение аппарата, КВ.
Максимальный рабочий ток вводов транзитной ТП: , где Sном тр ? - суммарная номинальная мощность силовых трансформаторов, КВА;
кпр - коэффициент перспективы (кпр=1,3);
ктр - коэффициент транзита (ктр=2 для опорных ТП).
Расчет максимального рабочего тока вводов транзитной ТП, А: .А , где крн1 - коэффициент распределения нагрузки по шинам первичного напряжения (крн1=0,75). Расчет максимального рабочего тока сборных шин транзитной ТП, А: (2. Максимальный рабочий ток сборных шин транзитной ТП: Максимальный рабочий ток сборных шин СН и НН: ,(2.1.6) где крн2 - коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения (крн2=0,6).
Расчет максимальных рабочих токов сборных шин СН и НН, А: , .
Максимальный рабочий ток фидеров районных потребителей: , (2.1.7) где Sф max - полная мощность потребителя, КВА;
Uном (35,10) - номинальное напряжение соответствующее напряжению фидера районного напряжения, КВ.
Расчет максимальных рабочих токов фидеров районных потребителей, А:
Максимальный рабочий ток фидера контактной сети 2?27,5 КВ принимаем, А: .(2.1.8)
Максимальный рабочий ток обмоток ВН и НН районного трансформатора, ,(2.1.9)
Расчет максимальных рабочих токов обмоток ВН и НН районного трансформатора, А: , , Максимальный рабочий ток сборных шин 10 КВ: ,(2.1.10)
Расчет максимального рабочего тока сборных шин 10 КВ, А: .
Максимальные рабочие токи в цепи ввода трансформатора собственных нужд (ТСН): ,(2.1.11)
где Sном ТСН - номинальная мощность ТСН, КВА;
Uном 1(2) - номинальное напряжение первичной (вторичной) обмотки ТСН, КВ.
Расчет максимальных рабочих токов в цепи ввода трансформатора собственных нужд (ТСН), А: , .
Выбор сборных шин и токоведущих элементов. Выбор изоляторов
Шины открытых РУ-27,5; 35; 110; 220 КВ выполняют сталеалюминевыми гибкими проводами марки АС.
Выбор сечения сборных гибких шин и проводов всех присоединений выполняем по длительно допускаемому току: , (2.2.1) где Ідоп - длительно допускаемый ток для выбранного сечения, А;
Іраб max - максимальный рабочий ток токоведущих элементов, А.
Выбор сборных гибких шин и проводов всех присоединений сводим в таблицу 10.
Таблица 10. Выбор сборных гибких шин и поводов всех присоединений.
Наименование присоединения Тип провода Условие выбора
- по длительно допускаемому току, А Ввод 110 КВ АС-240/56 610 341,162
В РУ-10 КВ применяются жесткие алюминиевые шины. При токах до 3 КА применяются однополосные и двухполосные шины прямоугольного сечении; при больших токах - шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери и лучшие условия охлаждения.
Выбор сборных жестких шин сводим в таблицу 11.
Таблица 11. Выбор сборных жестких шин
Наименование присоединения Тип шины Условие выбора
- по длительно допускаемому току, А РУ-10 КВ АДО-30?4 365 277,128
Выбор силовых кабелей линий не тяговых потребителей выполняем: - по номинальному напряжению: ,(2.2.2) где Uном - номинальное напряжение токоведущего элемента, КВ;
Uраб- рабочее напряжение линии (РУ), КВ.
Маркировка кабелей: А - токоведущая жила алюминиевая; А - оболочка алюминиевая; ОС - отдельная оболочка каждой жилы свинцовая; Ц - бумажная изоляция с нестекающими массами; Б - броня из плоских стальных лент; л - подушка под броней из крепированной бумаги, пропитанной битумом одна пластмассовая лента; Шв - наружный покров из поливинилхлоридного шланга; 3 - трехжильный; (сечение одной жилы, мм2 - номинальное напряжение, КВ).
Шины ОРУ 10; 27,5 и 110 подвешивают на изоляторах ПФ или ПС, собранных в гирлянды или используют полимерные подвесные изоляторы. Выбор изоляторов сводим в таблицу 14.
Таблица 14. Выбор подвесных изоляторов
Характеристики изоляторов РУ-110 КВ РУ-27,5 КВ РУ-10 КВ
Тип изоляторов ЛК-120/110 ЛК-120/35 3?ПС-70
Номинальное напряжение, КВ 110 27,5 10
Разрушающая сила при растяжении, КН 120 120 70
Длина пути утечки, не менее, мм 2500 900 -
Длина изоляционной части, мм 1010 370 -
Масса, кг 3,2 1,6 -
Строительная высота, мм 1377 597 -
Расстояния между фазами, см 300 160 160
В РУ-10 КВ жесткие шины крепят на опорных и проходных изоляторах. Проходные изоляторы применяют для соединения частей электроустановок внутри помещений и для соединения наружных и внутренних частей установок. Выбор опорных изоляторов выполняем: - по номинальному напряжению (2.2.2);
Выбор проходных изоляторов выполняем: - по номинальному напряжению (2.2.2);
- по номинальному току: ,(2.2.4) где Іном - номинальный ток токоведущего элемента, А.
Выбор опорных и проходных изоляторов сводим в таблицу 15.
Таблица 15. Выбор опорных и проходных изоляторов
Наименование присоединения По конструктивному исполнению Типы изоляторов Условия выбора
- по номинальному напряжению, КВ - по номинальному току, А РУ-10 КВ опорный ОНШ-10-20 УХЛ1 10 10- проходной ИП-10/630-750 УХЛ1 10 10630 277,128
Маркировка изоляторов: О - опорный; Н - наружный; Ш - штыревой; И - изолятор; П - проходной; П - подвесной; С - стеклянный; Ф - фарфоровый; ЛК - полимерный; ( номинальное напряжение, КВ / номинальный ток, А - минимальное разрушающее усилие на изгиб, ДАН); УХЛ - для умеренно-холодного климата; 1 - категория размещения на открытом воздухе.
Выбор коммутационной аппаратуры. Выключатели
Высоковольтные выключатели выбираются по следующим условиям: - по напряжению установки: ,(2.3.1.1) где Uном уст - номинальное напряжение установки, КВ.
- по номинальному току: ,(2.3.1.2) где Іном - номинальный ток токоведущего элемента, А;
Іраб max - максимальный рабочий ток присоединения, где устанавливают выключатель, А.
- по конструктивному исполнению: масляные с большим или малым объемом масла; вакуумные; элегазовые.
Выбор высоковольтных выключателей сводим в таблицу 16.
Таблица 16. Выбор высоковольтных выключателей
Наименование присоединения Типы выключателей Условия выбора
- по напряжению установки, КВ - по номинальному току, А - по конструктивному исполнению
Маркировка выключателей: В - выключатель; В - воздушный (вакуумный); Т - трехполюсной; С - обозначение серии; Г - элегазовый; (номинальное напряжение, КВ - номинальный ток отключения, КА / номинальный ток, А). Климатическое исполнение: УХЛ - для районов с умеренно-холодным климатом. Категория размещения: 1 - на открытом воздухе.
Разъединители
Разъединители выбирают: - по напряжению установки (2.3.1.1);
- по номинальному току (2.3.1.2);
- по виду установки: внутренняя или наружная;
-по конструктивному исполнению: однополюсные или трехполюсные, с заземляющими ножами или без них, с вертикальным расположением главных ножей или с горизонтальным.
Выбор разъединителей сводим в таблицу 17
Таблица 17. Выбор разъединителей
Наименование присоединения Марки разъединителей Тип привода Условия выбора
- по напряжению установки, КВ - по номинальному току, А - по виду установки - по конструктивному исполнению
Маркировка разъединителей: Р - разъединитель; Н - наружной установки; Д - двухколонковый или вертикально-поворотный; З - с заземляющими ножами. Числа после точек означают количество заземляющих ножей. Числа перед дробной чертой и за ней означают соответственно номинальное напряжение, КВ, и номинальный ток, А. Климатическое исполнение: УХЛ - для районов с умеренно-холодным климатом. Категория размещения: 1 - на открытом воздухе.
Предохранители
Предохранители на напряжение свыше 1000 В используют для защиты трансформаторов напряжения (ТН) в РУ-10 КВ. При этом применяют предохранители типа ПКН, ПК и ПКТ (трубчатые с кварцевым заполнителем).
Предохранители выбирают: - по номинальному напряжению КВ: - по номинальному току А: Выбираем предохранитель марки: ПКН 001-10 У3.
Маркировка предохранителей: П - предохранитель; К - кварцевый; Т - для защиты силовых трансформаторов и линий; Н - для трансформаторов напряжения; цифры после букв: первая - наличие ударного устройства (1) или его отсутствие (0), вторая и третья - конструкция контактов, в которых установлен патрон предохранителя. Число после дефиса - номинальное напряжение, КВ. Климатическое исполнение: У - для районов с умеренным климатом. Категория размещения: 3 - в закрытом помещении с естественной вентиляцией.
Выбор измерительных трансформаторов
Выбор объема измерений
Контрольно-измерительные приборы устанавливаются для контроля электрических параметров в схеме подстанции и расчетов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую ТП.
1. Измерение тока выполняется на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения; на всех питающих и отходящих линиях, фидерах контактной сети, ТСН (по вводу НН).
2. Учет активной и реактивной энергии с помощью счетчиков выполняется на вводах низкого напряжения понизительных, тяговых трансформаторов, фидерах потребителей, ТСН (счетчик активной энергии устанавливается по вводу НН).
При выборе трансформаторов тока (ТТ) необходимо учитывать его назначение - для присоединения каких видов защит и измерительных приборов предназначен ТТ.
Класс точности ТТ должен соответствовать его назначению. ТТ класса 0,5 применяют для присоединения расчетных счетчиков (класс точности этих счетчиков на подстанции обычно 2,0), класса точности 1 - для присоединения приборов технического учета , класса 3(Р) или 10-для присоединения релейной защиты.
В РУ-110 КВ устанавливаем амперметр Э377, реле максимального тока РТ-40/100, реле времени РВМ-12. В РУ-2?25, и 10 КВ устанавливаем амперметр Э377, реле максимального тока РТ-40, реле времени РВМ-12. На фидере к/сети к ТТ присоединяют: Э377; РТ-40/50; РВМ-12; УЭЗФ и ОМП.
При выборе трансформаторов напряжения (ТН) конструкция и схема соединения обмоток должны соответствовать назначению трансформатора, которые могут быть одно- или трехфазными. Последние применяют при напряжении 6 (10) КВ, а однофазные - при любых напряжениях.
При необходимости обеспечивать контроль изоляции электроустановки применяют трехобмоточные трансформаторы.
Необходимый класс точности ТН зависит от его назначения и выбирается по тем же соображениям, что и для трансформаторов тока. Потерю мощности в соединительных проводах обычно не учитывают.
Для упрощения расчетов нагрузку однофазных ТН, соединенных в трехфазную группу, можно вычислить, не разделяя ее по фазам, так же как для трехфазных трансформаторов. К ТН обычно подключают вольтметр (Э378) для измерения напряжения на шинах РУ, счетчики электрической энергии, комплекты реле для контроля напряжения между всеми фазами РУ, при необходимости - обмотки реле мощности, некоторых типов реле времени, реле частоты. На тяговых подстанциях переменного тока к ТН присоединяют, помимо измерительных приборов и реле напряжения, электронные реле защиты фидеров контактной сети и определители места к.з. на контактной сети. Если вторичная нагрузка S2 превышает номинальную мощность трансформатора S2ном в требуемом классе точности, следует установить дополнительно трансформатор напряжения и присоединить к нему часть приборов.
Выбор трансформаторов тока
Рисунок 4. Схемы соединения трансформаторов тока с приборами
Выбор ТТ выполняем: - по напряжению установки (2.3.1.1);
- по номинальному току первичной обмотки: ,(2.4.3.1) где I1ном - номинальный ток первичной обмотки ТТ, А; его значение должно быть как можно ближе к значению Іраб max , так как недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешности измерения.
- по виду установки: внутренняя или наружная;
- по классу точности: при питании расчетных счетчиков - 0,5; щитовых приборов и контрольных счетчиков - 1; релейной защиты - 10(Р).
Выбор ТТ сводим в таблицу 18.
Маркировка ТТ: Т - трансформатор тока; В - встроенный; К - для КРУ; П - проходной; Л - с литой изоляцией. Числа после букв - номинальное напряжение, КВ; римская цифра - вариант конструктивного исполнения; в числителе - номинальный ток, А, в знаменателе - номинальный вторичный ток, А. Буква после чисел: У - для работы в районах умеренного климата. Последняя цифра: 2 - для работы в помещениях со свободным доступом наружного воздуха; 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
Таблица 18. Выбор ТТ
Наименование присоединения Тип трансформатора Условия выбора
- по напряжению установки, КВ - по номинальному току, А - по виду установки - по классу точности
РУ-110 КВ ТВ-110-I-1500/5 У2 110 1101500 341,162наружная0,5 и 10(Р)
Выбор ТН выполняем: - по напряжению установки (2.3.1.1);
- по конструкции и схеме соединения обмоток (в соответствии с измерительными приборами и реле, присоединенными к ТН);
- по классу точности: при питании расчетных счетчиков - 0,5; щитовых приборов, контрольных счетчиков и реле - 1; 3.
Выбор ТН сводим в таблицу 19.
Маркировка ТН: Н - трансформатор напряжения; О - однофазный; М- с естественным масляным охлаждением; Г - с газовой изоляцией; З - заземляемый с одним заземляющим вводом обмотки высшего напряжения. Числа после букв: после первого дефиса - класс напряжения, КВ, после второго - год разработки конструкции. Буква после чисел: У - для работы в районах умеренного климата.
Последняя цифра: 1 - для работы на открытом воздухе; 3 - для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.
Таблица 19. Выбор ТН.
Наименование присоединения Тип трансформатора Условия выбора
- по напряжению установки, КВ - по конструкции и схеме соединения обмоток - по классу точности
Шины ТП 3?ЗНОГ-110-82 У1 110 110 0,5 и 1
Обходная система шин РУ-110 КВ ТП ЗНОГ-110-82 У1 110 110 0,5 и 1
Шины РУ-2?25 КВ 4?ЗНОМ-27,5-72 У1 27,5 27,5 0,5 и 1
Здания и РУ подстанции защищаются от прямых ударов молнии и от волн перенапряжения, набегающих с линии, а также от коммутационных перенапряжений. Защита от прямых ударов молнии открытых подстанций и ОРУ напряжением 20-500 КВ выполняется молниеотводами, установленными на конструкциях открытых распределительных устройств или отдельно.
Защита от волн перенапряжений, набегающих по воздушным линиям, может выполняться тросовыми молниеотводами, кабельными вставками и разрядниками. Для РУ напряжением 10 КВ и выше, к которым присоединены воздушные линии, должны быть предусмотрены вентильные разрядники или ограничители перенапряжений (ОПН). Вентильные разрядники (ОПН) должны быть установлены без коммутационных аппаратов в цепи между защищаемыми трансформаторами и разрядниками.
Вид защищаемого оборудования влияет на серию устанавливаемого разрядника в связи с тем , что разные виды оборудования имеют различные уровни изоляции. Для защиты РУ переменного тока подстанции используют вентильные разрядники соответствующих напряжений: ТВС-220, РВМГ-220, РВС-110, РВС-35, РВО-10. Для защиты РУ тягового напряжения применяют для подстанций постоянного тока - РВКУ-3,3, устанавливаемые на выводах всех фидеров контактной сети, и РВПК-3,3, присоединяемых к шинам РУ 3,3 КВ. Для защиты от перенапряжений выпрямительных агрегатов на вторичной стороне преобразовательного трансформатора устанавливают разрядники.
В ряде случаев, определяемых ПУЭ, на вводах подстанции, на отходящих воздушных линиях, в том числе на фидерах контактной сети переменного тока и на линиях ДПР, устанавливают трубчатые разрядники.
В курсовом проекте для всех РУ выбираем ОПН.
ОПН выбирают: - по напряжению установки (2.3.1.1)
Выбор ОПН сводим в таблицу 20.
Таблица 20. Выбор ОПН
Наименование присоединения Тип ОПН (Производитель: ОАО “Электрозавод” Cooper Power Systems Division) Условие выбора
- по напряжению установки, КВ
РУ-110 КВ VARISTAR-AZG4-220 110 110
РУ-2?25 КВ VARISTAR-Ultra-35 35 27,5
РУ-10 КВ VARISTAR-Ultra-10 10 10
Расчет токов короткого замыкания
При проектировании любой электроустановки необходим расчет токов короткого замыкания, так как на основании его результатов производится проверка выбранного оборудования, аппаратуры, токоведущих частей и расчет релейных защит. Расчетным режимом для проверки аппаратуры и токоведущих частей ТП является режим трехфазного к.з..
Расчетная схема тяговой подстанции
Составляем расчетную схему цепи к.з.. Для этого заданную схему внешнего электроснабжения дополняют схемой ТП, на которой указывают понижающие трансформаторы, преобразовательные агрегаты и шины всех РУ. Схему составляем для максимального расчетного режима, т.е. учитываем параллельную работу понижающих трансформаторов.
Рисунок 5. Расчетная схема ТП
Электрическая схема замещения
По расчетной схеме составляется электрическая схема замещения (рис.6), на которой все элементы представляются в виде сопротивлений. Сопротивления схемы замещения считаются чисто индуктивными, т.к. в высоковольтных цепях активные сопротивления много меньше индуктивных.
Рисунок 6. Электрическая схема замещения
Выполняем расчет каждого из сопротивлений схемы замещения. Преобразовываем схему замещения цепи к.з. до состояния: от каждого источника до места к.з. одно результирующее сопротивление.
По расчетной рисунок и электрической схемах замещения (рис.6) находим относительные сопротивления энергосистемы до шин подстанции: ,(3.3.1)
,(3.3.2) где Sб - базисная мощность, МВА;
Sкз1,2 - мощность трехфазного к.з. каждой системы, МВА.
Расчет относительного сопротивления энергосистемы до шин подстанции.
, .
Относительные сопротивления линий: ,(3.3.3)
, (3.3.4) где x0 - активное сопротивление 1 км линии, Ом/км;
l‘1,2 - длина каждой линии, км;
Ucp - среднее напряжение в месте установки данного элемента, КВ.
Длина линий: ,(3.3.5) l2=l14(3.3.4)
Расчет длины каждой линии, км: , .
Расчет относительных сопротивлений линий, о.е.: ,
.
Расчетные значения напряжения к.з. обмоток трансформаторов: ,(3.3.7)
,(3.3.8)
,(3.3.9) где UKB-С, UKB-Н, UKC-Н - напряжения к.з. для каждой пары обмоток силового трансформатора, %.
Относительные сопротивления обмоток силового и районного трансформаторов: ,(3.3.10)
,(3.3.11)
,(3.3.12) где Sн тр - номинальная мощность трансформатора, МВА; uk - напряжение к.з. для обмотки районного трансформатора, %. Расчет относительных сопротивлений обмоток силового и районного трансформатора, о.е.: , , , Расчет эквивалентного сопротивления до точки К-1 , о.е.:
,(3.3.13)
,(3.3.14)
,(3.3.14)
(3.3.15)
(3.3.16)
Расчет эквивалентного сопротивления до точки К-2 , о.е.:
, (3.3.17)
, (3.3.18)
, (3.3.19)
, (3.3.20)
(3.3.21)
При условии, что э.д.с. источников одинаковы по значению и фазе, сопротивление X*б6 линии, соединяющей оба источника, можно исключить, т.к. ток по нему не протекает.
, (3.3.22)
Расчет эквивалентного сопротивления до точки К-3 , о.е.: При условии, что э.д.с. источников одинаковы по значению и фазе, сопротивление X*б12 линии, соединяющей оба источника, можно исключить, т.к. ток по нему не протекает.
, (3.3.23)
, (3.3.23)
, (3.3.25)
, (3.3.26)
,(3.3.27)
,(3.3.28)
,(3.3.29)
, (3.3.30)
Схема замещения для расчета эквивалентного сопротивления до точки КЗ.
Расчет токов короткого замыкания на шинах РУ
Расчет токов к.з. на шинах 110 КВ.
Удаленность точки к.з. по величине расчетного сопротивления: ,(3.4.1)
,(3.4.2) где X *рез1,2 - результирующее сопротивление от источника до места к.з. (X *рез1= X *б1; X *рез2= =X *б2);
Sc1,2 - мощность системы, МВА.
Расчет удаленности точки к.з. для источников, о.е.: , .
По удаленности точки к.з. выбираем каким методом необходимо определять величины тока к.з.: Действующее значение периодической составляющей 3-х фазного тока удаленного к.з. с помощью приближенного метода: .(3.4.3)
Расчет периодической составляющей, КА: .
Номинальный ток источника: .(3.4.7)
Расчет номинального тока источника, КА: .
Расчет ведем для выключателя типа: ВГТ-220-40/2500 У1.
Для данного выключателя ТСВ=0,035, с.
Время от начала к.з. до расхождения контактов выключателя: ,(3.4.8) где ТРЗ min - время срабатывания релейной защиты, с, принимаемое ТРЗ=0,01 с;
ТСВ - собственное время отключения выключателя: от момента подачи импульса на электромагнит отключения привода выключателя до момента расхождения контактов, с.
Расчет времени отключения, с: .
Определяем n* по типовым кривым при ?=0,045 с. Получаем n*=0,945.
Максимальное значение апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя: ,(3.4.9) где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з., с, получаемая из табл.7 [6]; для выключателя класса 110 КВ Та=0,03 с.
Расчет апериодической составляющей 3-х фазного тока к.з. для двух источников, КА: , .
Ударное значение 3-х фазного тока к.з.: , (3.4.10)
где ку - ударный коэффициент, определяемый по табл.3 [4]; для выключателя класса 110 КВ ку=1,72.
Расчет ударного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, КА: , .
Полный 3-х фазный ток к.з.: .(3.4.11)
Расчет полного 3-х фазного тока к.з. для двух источников, КА: , .
Расчет удаленности точки к.з. для источников, о.е.
Вывод
В данном курсовом проекте предполагался расчет транзитной ТП, состояний из ОРУ-110 КВ, ОРУ-2*27,5 и КРУН-10 КВ. Я рассчитал максимальные рабочие токи, рассчитал токи короткого замыкания. После этого мною были выбраны изоляторы, выключатели, разъединители, предохранители, ТТ, ТВ и устройства защиты от перенапряжения.
После выбора я проверил оборудования. Далее я произвел расчет параметров и выбор источников питания собственных нужд, заземляющего устройства.
Я выполнил цель курсового проекта т.е. спроектировал тяговую подстанцию и выбрал всю необходимую к ней аппаратуру . Разработал главную схему электрических соединений ТП.
Список литературы
1.Электрические подстанции. С.В. Почаевец. Москва 2001г.
2.Методические указания.
3.Справочник по электроснабжению железных дорог К.Г. Марквардта. Москва 2004г.
4.Электроснабжение ж.д. М.Н.Звездкин. Москва 1985г.
5.Силовое оборудование тяговых подстанций ж.д. Ю.Д.Сапронова. Москва 2004г.