Размещено на http://www.allbest.ru/

Тяговые и трансформаторные подстанции переменного тока

1. Выбор числа, типа и мощности трансформаторов

Электрическая энергия, которая необходима для питания подвижного состава, вырабатывается на различных электростанциях. От электрических станций по трёхфазным линиям электропередач (ЛЭП) высокого напряжения электрическая энергия передаётся к тяговым подстанциям, расположенным на электрифицированной железной дороге. В данном варианте задания тяговые подстанции питаются электроэнергией от внешней энергосистемы по схеме двухстороннего питания, т.е. при выходе из строя одной электростанции, питание тяговых подстанций будет осуществляться от другой электростанции. Согласно заданию тяговые подстанции 1, 5 - опорные (получают питание по более, чем трем ВЛЭП 110 кВ), 2, 4 - транзитные (получают питание по одной ВЛЭП 110 кВ), 3 - отпаечная (получает питание по ответвлениям от двух ЛЭП 110 кВ). В данном курсовом проекте необходимо рассчитать транзитную тяговую подстанцию переменного тока. На тяговой подстанции переменного тока устанавливают главный понижающий трехобмоточный трансформатор и трансформатор собственных нужд. Так как железная дорога является потребителем первой категории (т.е. перерыв в ее электроснабжении может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов или причинить ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом), принимаем два понижающих трансформатора, один из которых является резервным.

1.1 Выбор главного понижающего трансформатора

На тяговых подстанциях переменного тока устанавливаются трехобмоточные трансформаторы, имеющие обмотки для питания тяговой и районной нагрузок.

Максимальная расчётная мощность, на основании которой выбирается тип главного понижающего трансформатора, определена по формуле:

(1.1)

где S_Т - мощность тяговой нагрузки;

S_СН - мощность трансформатора собственных нужд, согласно заданию 400 кВА;

S_ДПР - мощность потребителей по линии ДПР; принято 1000 кВА.

S_р - мощность районных потребителей;

k_Р - коэффициент разновременности наступления максимумов тяговой и нетяговой нагрузок (принимаем k_Р =0,97).

(1.2)

где Р_у - установленная мощность нетяговых потребителей, кВт;

k_с - коэффициент спроса нетяговых потребителей, по заданию k_с=0,95;

cosц - коэффициент мощности нетяговых потребителей, по заданию cosц =0,8.

(кВА)

S_{расч max} = (25000+400+1000+2612,5)·0,97 = __________(кВА).

По справочным данным производен выбор главного понижающего трансформатора на основании условия выбора, которое приведено ниже.

Условие выбора:

(1.3)

Исходя из этого условия, выбран трансформатор типа ТДТНЭ-25000/110-69.

Электрические характеристики этого трансформатора приведены в табл. 1.

Таблица 1. Электрические характеристики главного понижающего трансформатора

ТИП

Номинальная мощность, МВА

Напряжение обмоток, кВ

Схема и группа соединения

Потери, кВт

Напряжение КЗ м/у обмотками uк,%

Ток х.х., %

ТДТНЭ - 25000/110-69

25,0

ВН

СН

НН

Yн/ Yн / Д -0-11

ХХ

КЗ

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

1,0

115

38,5

27,5

45

145

17

10,5

6

1.2 Выбор типа трансформатора собственных нужд

Согласно заданию S_сн = 400 кВА. Наиболее оптимальным вариантом является установка трансформатора типа ТС-400/35. Его электрические характеристики указаны в таблице 2.

Таблица 2. Электрические характеристики трансформатора собственных нужд

ТИП	Номинальная мощность, кВА	Напряжение обмоток, кВ	Схема и группа соединения	Потери, кВт	Напряжение КЗ, %	Ток ХХ, %
		ВН	НН		ХХ	КЗ
ТС-400/35	400	38,5	0,4	Y/ Yн -0	1,150	3,7	6	2,3

2. Расчёт токов короткого замыкания на шинах

2.1 Расчет токов короткого замыкания аналитическим методом с применением типовых кривых

Для выбора электрооборудования тяговой подстанции необходимо определить максимальные токи трехфазного, двухфазного и однофазного к.з., а для выбора релейных защит - минимальное значение тока к.з.

Для заданной схемы внешнего электроснабжения составляется однолинейная расчётная схема, включая упрощённую схему заданной тяговой подстанции с указанием всех точек короткого замыкания и номинальных параметров.

Рис. 1. Однолинейная расчётная схема

Среднее значение напряжения на линиях внешнего электроснабжения:

,

Выбраны базисные условия: , при к.з. в точке к₁ .

(2.1)

2.2 Определение относительного сопротивления до точки к₁

Расчёт токов к.з. производен методом относительных единиц, основой которого является приведение всех сопротивлений схемы к базисным условиям. Для определения сопротивлений составлена эквивалентная схема замещения.

Согласно заданию , а поэтому при расчете не учитываем активные составляющие сопротивлений проводов ВЛ-110кВ. Эквивалентная схема замещения схемы внешнего электроснабжения для индуктивных составляющих сопротивлений представлена на рис. 2.

Относительные индуктивные сопротивления определены следующим образом.

Согласно заданию сопротивление первой системы определяем в процессе расчёта, второй же системы сопротивление равно нулю .

Индуктивные сопротивления линий ВЛ-110кВ:



Конечный результат представлен на рис. 6.

Далее произведено преобразование схемы замещения:

Итоговые результаты расчета схемы приведены ниже.



Теперь следует определить полное сопротивление для системы на основе результатов расчета схем замещения параметров электрического сопротивления.

Система 1

Система 2

Окончательный результат

трансформатор подстанция тяговый замыкание

2.3 Проверка на электрическую удалённость

Проверка на электрическую удаленность необходима для определения токов переходного процесса при к.з. Если короткое замыкание происходит в электрически удаленной точке. то электромагнитное состояние источника не меняется, поэтому действующее значение начального тока к.з. равно установившемуся значению этого тока, т.е. апериодическая составляющая тока короткого замыкания исключается из расчетов.

Электрическую удалённость к.з. принято определять, исходя из следующего соотношения:

 (2.2)

где номинальный ток источника, А;

начальное значение периодической составляющей тока к.з.

Согласно заданию мощность первого источника неограничена. Поэтому при к.з. электромагнитные процессы в источнике можно считать неизменными, т.е. точка k₁ бесконечно удалена от него. И, действительно

Для второго источника:

(2.3)

Т.обр.

Следовательно, что точка k₁ удалена также и от второго источника.

2.4 Определение токов короткого замыкания на шинах ОРУ-110 кВ

2.4.1 Определение токов трёхфазного короткого замыкания

Т.к. все источники удалены от точки короткого замыкания k₁, при расчетах учитывается только периодическая составляющая тока к.з.

Полный ток трехфазного к.з.

Ударный ток к.з. определяется следующим выражением:

(2.4)

где к_у - ударный коэффициент. Для электрически удаленной точки принят равным 1,8.

Т. обр., ударный ток к.з. от двух источников:

Мощность трехфазного к.з.

Из полученных значений токов к.з. от каждого из источников необходимо определить максимальное и минимальное. Максимальные значения предназначены для выбора оборудования при проверке на прочность, а минимальные - для проектирования защит и выбора уставок выключателей. Из выше изложенного следует, что для точки k₁
I_{max к} =2,25 кА; I_{min к} =1,3 кА.

2.4.2 Определение токов двухфазного короткого замыкания

Режим двухфазного короткого замыкания относится к несимметричным режимам к.з. Для него необходимо учитывать сопротивления обеих фаз, участвующих в к.з. В данной работе используется упрощенная методика расчета токов двухфазного к.з., основанная на использовании приближенного соотношения между начальными токами трехфазного и двухфазного короткого замыкания:

(2.5)

2.4.3 Определение токов однофазного короткого замыкания

Однофазный ток короткого замыкания определен по формуле:

(2.6)

где х_*1 - сопротивление токам прямой последовательности;

х_*2 - сопротивление токам обратной последовательности;

х_*0 -сопротивление токам нулевой последовательности.

Принято равенство х_*1= х_*2= х_{*б рез}.=0,13

Токи нулевой последовательности являются однофазными токами. Для образования замкнутого контура для токов нулевой последовательности необходимо заземление, поэтому эти токи возвращаются в точку к.з. через заземленные нейтрали трансформаторов. Сопротивление нулевой последовательности

(2.7)

где x_*бТр - сопротивление трансформаторов. Оно определяется сопротивлением обмоток высокого напряжения, т.к. только они заземлены:

(2.8)

(2.9)

где u_кВН - напряжение к.з. обмотки высокого напряжения, %;

S_ГПТном - номинальная мощность трансформатора, МВА; S_ГПТном = 20 МВА;

S_б - базисная мощность.

u_к для каждой обмотки находится из следующих выражений:

Сопротивление обмотки высокого напряжения:

Аналогично:

Т. обр.,

2.5 Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ - 27,5 кВ

Расчет токов к.з. на шинах 27,5 и 10,5 кВ производится для двух режимов - максимального, когда в схему включены оба трансформатора, и минимального, когда рассматривается лишь один трансформатор.

2.5.1 Определение токов трёхфазного короткого замыкания

Базисный ток определен по формуле (2.1). Значение принято равным

Т. обр.,

Максимальный режим (рис. 12а).

Реактивное относительное сопротивление цепи к.з.

Полное относительное сопротивление цепи к.з.

Токи и мощность к.з.:



Минимальный режим (рис. 12б).

2.5.2 Определение токов двухфазного короткого замыкания

Максимальный режим.

Минимальный режим.



2.6 Расчёт точки короткого замыкания на шинах РУ - 10,5 кВ

Базисный ток:

Значение в данном случае принято равным 10,5 кВ.

Относительное сопротивление цепи определено следующим образом.

Для максимального режима:

Для минимального режима:

Определение токов трёхфазного короткого замыкания



Минимальный режим.

Определение токов двухфазного короткого замыкания

Максимальный режим.

Минимальный режим.



2.7 Расчёт короткого замыкания на шинах собственных нужд

Расчёт токов короткого замыкания на шинах собственных нужд (точка k₄) тяговой подстанции производится в именованных единицах, с учётом активных и индуктивных сопротивлений.

Элементы со стороны первичной обмотки трансформатора СН можно отнести к системе неограниченной мощности по отношению к низковольтной части схемы. Поэтому сопротивления разъединителя QS и выключателя Q не учитываются.

Сопротивления ТСН определяются по справочнику. Для трансформатора типа ТМ-250/10 r_Тсн = 9,4 мОм, x_Тсн = 27,2 мОм.

Активное и реактивное сопротивления кабеля, мОм, определяются по формулам:

(2.10)

(2.11)

где - длина кабеля, м; принята равной 30 м;

r₀ и x₀ - соответственно активное и реактивное удельные сопротивления кабеля, Ом/км.

Значения r₀ и x₀ найдены по справочнику согласно принятому типу кабеля и приложенному напряжению. В настоящей работе принят кабель типа ААГ-3?185+1?50-1. Для него r₀ = 0,167 Ом/км, x₀ = 0,0596 Ом/км.

Сопротивления остальных элементов определены по каталогу, исходя из значения максимального рабочего тока вторичной обмотки трансформатора собственных нужд, который определяется выражением:

(2.12)

где U_н - линейное напряжение ступени к.з., кВ.

Сопротивления катушек автоматического выключателя:

Переходное сопротивление контактов автоматического выключателя:

Сопротивления трансформаторов тока:

Переходное сопротивление рубильника:

Результирующее активное сопротивление цепи к.з.

(2.13)

Результирующее реактивное сопротивление цепи к.з.

(2.14)

Полное сопротивление до точки к.з. равно:

(2.15)

Токи трехфазного короткого замыкания:

(2.16)

Токи двухфазного короткого замыкания:

Токи однофазного короткого замыкания:

(2.17)

где U_2ф - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

z_Тсн - полное сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании.

Согласно справочным данным для принятого в работе трансформатора собственных нужд

Таблица 3. Результаты расчета токов короткого замыкания

Точка К.З.	Рассчитываемый показатель.	РУ - 110 кВ (к1)	РУ - 27,5 кВ (к2)	РУ - 10,5 кВ (к3)	ТСН (к4)
Трёхфазное К.З.	max	Iк, кА	3,55	5,4	9,82	7,95
		iy, кА	9,055	13,77	25	20,27
		Iy, кА	5,4	8,2	15	12,1
		Sк, МВА	714,3	244	178,57	-
	min	Iк, кА	-	3,24	5,6	-
		iy, кА	-	8,26	14,3	-
		Iy, кА	-	4,9	8,5	-
		Sк, МВА	-	147	102	-
Двухфазное К.З.	max	Iк, кА	3,1	4,7	8,54	6,9
		iy, кА	7,9	12	21,78	17,6
		Iy, кА	4,7	7	13	10,5
		Sк, МВА	618,6	212,3	155,36
	min	Iк, кА	-	2,8	4,87	-
		iy, кА	-	7,14	12,4	-
		Iy, кА	-	4,3	7,4	-
		Sк, МВА	-	127,9	88,74	-
Однофазное К.З.	max	Iк, кА	4,31	-	-	2,3
		iy, кА	11	-	-	5,87
		Iy, кА	6,55	-	-	3,5
		Sк, МВА	538	-	-	-
	min	Iк, кА	-	-	-	-
		iy, кА	-	-	-	-
		Iy, кА	-	-	-	-
		Sк, МВА	-	-	-	-

Библиографический список

1. Тяговые подстанции: Метод. указ. / Сост. Плешаков Ю.В., Васильев И.Г., Бурьяноватый А.И. - Л.:ЛИИЖТ, 1988. - 36 с.

2. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. - М.: Транспорт, 1983. - 498 с.

3. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции. Учебник для вузов ж.-д. Транспорта. - М.: Транспорт, 1986. - 319 с.

4. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. ГОСТ.

Размещено на Allbest.ru