Проектирование электрической тяговой подстанции постоянного тока

Питание трансформаторов внутренних нужд производится аналогично фидерам нетяговых потребителей: напряжение 10 кВ от сборных шин 10 кВ через вакуумные выключатели типа ВB/TEL-10, огражденные пальцевыми контактами, через трансформаторы тока типа ТПЛ-10 кабелем поступает на первичную обмотку ТСН.

Питание преобразовательных агрегатов ПВЭ-5 осуществляется следующим образом: напряжение от сборных шин 10 кВ через вакуумный выключатель ВB/TEL-10, огражденный пальцевыми контактами, через трансформаторы тока по шинному мосту поступает на первичную обмотку тягового трансформатора, понижается до 3,02 кВ и со вторичной обмотки тягового трансформатора, схема соединения которой "две обратные звезды с уравнительным реактором", поступает на преобразователь ПВЭ-5.

Установленные в КРУН-10 кВ вакуумные выключатели типа ВB/TEL-10 - вакуумный выключатель, подвесной - предназначенный для включения и отключения под нагрузкой.

Трансформаторы тока типа ТПЛ-10 - трансформатор тока проходной с литой изоляцией - предназначены для подключения релейной защиты.

Трансформаторы напряжения типа НТМИ-10 - трансформатор напряжения трехфазный, с масляным охлаждением, с обмоткой для контроля изоляции сети - предназначены для контроля напряжения на сборных шинах 10 кВ.

Для безопасности обслуживания ячейки КРУН-10 кВ оборудуем заземляющими ножами и механической блокировкой.

2. Расчетная часть

2.1 Выбор оборудования

2.1.1 Выбор оборудования ОРУ – 110 кВ

Для выбора оборудования находим ток короткого замыкания, ударный ток.

Рис.5 Расчетная схема для определения тока к.з. на стороне 110 кВ.

Сопротивление до точки к.з

X=V2ср/Sк.з.max [6].

т.к. Sк.з.max=3500 МВ А (по заданию), то

X=1152 / · 3500 = 3,78 Ом.

Ik=Uном/ 3 · x=115000/ 3, 78 = 17,6 кА;[6]

iy = 2,55 · Ik=2,55 · 17,6=44,88 кА;[5]

Выбор масляных выключателей производим по следующим характеристикам:

На ОРУ-110 устанавливаем ВМТ-110

- По номинальному напряжению:

Uн ≥ Uр [5].

Uн=110 кВ – номинальное напряжение[3]

Uр=110 кВ – рабочее напряжение[3]

- По номинальному длительному току:

Iн ≥ Ipmax[5]

Iн=1250 А - номинальный ток ВМТ-110[3]

Ipmax=Kпр · Sтп / √3 · Uн = 1,3 · 20000 / √3 ·115=130,7 А[5]

Kпр = 1,3 – коэффициент перспективы развития потребителей.

Sтп = 20000 кВ·А – мощность подстанции.

Ipmax – максимальный рабочий ток ВМТ-110.

- По номинальному току отключения выключателя: Iн.откл ≥ Iк

Iн.откл =25 кА;[3]

Iк=17,6 кА;

- По электродинамической стойкости:

Iпр.с ≥ Iк;

Iпр.с=25 кА – эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока к.з.

Iк = 17,6 кА;

iпр.с ≥ iк

iпр.с = 65 кА –амплитудное значение предельного сквозного тока к.з

iк = 44,88 кА – ударный ток к.з.

5. По термической стойкости: I2T · tT ≥ Bk

IT =25 кА – предельный ток термической стойкости.

tT=3 с – время прохождения тока термической стойкости

Bk= I2к·(tоткл.+ Та), где

Bk – тепловой импульс тока к.з.

tоткл= tср+ tрз+ tсв, где[5]

tср=0,1 с – собственное время срабатывания защиты

tрз=2 с – время выдержки срабатывания реле

tсв=0,055 с – собственное время отключения ВМТ-110 с приводом.

Bk= 17,62 · (0,1+2+0,055+0,02)=668 кА2 · с;

I2T · tT=202·3=1200 кА2·с

Выбранный масляный выключатель – ВМТ-110 соответствует всем характеристикам условий выбора.

Выбор разъединителей производим по следующим характеристикам:

Устанавливаем на ОРУ-110 кВ разъединители РДЗ-2-110/1000, РНДЗ-110/1000

- По номинальному напряжению: Uн ≥ Uр[5]

Uн=110 кВ;[3]

Uр=110 кВ;

- По номинальному длительному току: Iн ≥ Ipmax[5]

Iн=1000 А

Ipmax=130,7 А

- По электродинамической стойкости: iпр.с ≥ iy

iпр.с=80 кА;

iy=44,8 кА;

- По термической стойкости: I2T · tT≥ Bk

Bk=668 кА2 ·с

IT=31 кА – предельный ток термической стойкости

I2T · tT=312·3=2883 кА2·с;

Выбранные разъединители РНДЗ-110/1000, РДЗ-2-110/1000 соответствуют всем характеристикам.

На масляных выключателях ВМТ-110 устанавливаем трансформаторы тока ТВТ-110/600/5.

Выбор трансформаторов тока проводим по следующим характеристикам:

ТВТ-110-600/5.

Для подключения релейной защиты используем отпайку 200/5.

-По номинальному напряжению: Uн ≥ Uр[5]

Uн=110 кВ;

Uр=110 кВ;

- По номинальному длительному току: I1н ≥ Ipmax

I1н =200 А;

Ipmax=130,7 А;

По электродинамической и термической стойкости встроенные трансформаторы тока не проверяются.

- По нагрузке вторичных цепей: Z2н ≥ Z2

Z2н=1,2 Ом (класс точности 10) – номинальная допустимая нагрузка вторичной обмотки трансформаторов тока ТВТ-110.

Z2= Zпр+ Zконт+∑ Zприб., где

Z2 – вторичная нагрузка расчетная;

Zконт =0,1 Ом – сопротивление переходных контактов;

Zпр=ρ·lрасч./qпр., где

ρ=1,75·10-8 Ом·м – удельное сопротивление медных проводов;

lрасч=75 м – длина проводов для ОРУ-110 кВ;

qпр=2,5 ·10-6 м2 – сечение медных проводов

Zпр=1,75·10-8·75/2,5 ·10-6 =0,52 Ом – сопротивление проводов;

∑ Zприб=0,5 Ом –сопротивление приборов, присоединенных к вторичной обмотке трансформаторов тока ТВТ-110

Z2=0,52+0,1+0,5=1,12 Ом;

Выбор проводов для вводов ОРУ-110 кВ, ремонтной и рабочей перемычек производим по следующим характеристикам:

А-300 – провод алюминиевый сечением 300 мм2

- По длительно допустимому току: Iдоп ≥ Ipmax[5]

Iдоп=680 А;

Ipmax=130,7 А;[3]

- По термической стойкости: q≥ qmin= √Bk·106/C

q = 300 мм2 выбранное сечение провода А-300;

qmin=√688·106/88 = 293,7 мм2

С=88 – коэффициент.

- По условию отсутствия коронирования: 0,9 Е0≥1,07Е

Е0=30,3·m·(1+0,299/rпр1/2), где

Е0 – максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при котором возникает разряд в виде короны.

m=0,82 – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности многопроволочных проводов.

rпр=1,12 – радиус провода А-300

0,9 Е0=0,9·(30,3·0,82·(1+0,299/1,120,5)=28,68 кВ/см;

Е=0,354·U/rпр.· lq·Dср/ rпр, где

Е-напряженность электрического поля около поверхности провода

V-линейное напряжение;

Dср =1,26·D – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз;

D = 3 м - расстояние между проводами разных фаз;

Dср =1,26·3=378 см;

1,07Е=1,07·0,354·110/1,12· lq·378/1,12=14,72 кВ/см;

Алюминиевый провод А-300 соответствует всем характеристикам условий выбора. Для крепления проводов применяем гирлянды из 8 подвесных изоляторов Пф-70.

2.1.2 Выбор оборудования РУ-10 кВ

Для выбора оборудования находим ток короткого замыкания, ударный ток короткого замыкания.

X = Uср2 / Sкз max =1152 / 3500 = 0,029 - сопротивление до места короткого замыкания[6]

Определяем сопротивление обмоток трансформатора

UK1 = 0,5(UK I-II + UK I-III - UK II-III) = 0,5(17+10,5-6) = 10,75%

UK2 = 0,5(UK I-III + UK II-III - UK I-III) = 0,5(17+6-10,5) = 6,25%

UK3 = 0,5(UK II-III + UK I-III - UK I-II) = 0,5(10,5+6-17) = -0,25% » 0

UK1, UK2, UK3 - напряжение короткого замыкания обмоток трансформатора

Х*б1 = (UK1 / 100) × (Sб / Sн.тр) = (10,75/100)(100/20) = 0,53, где

Sб = 100 мВА - базовая мощность;

Sн.тр = 20000 кВА - мощность понижающего трансформатора

Х*б2 = (UK2 / 100) × (Sб / Sн.тр) = (6,25/100)(100/20) = 0,31]

Х*б3 = (UK3 / 100) × (Sб / Sн.тр) = 0

Х*б3 = Х* + Х*1 + Х*3 = 0,029 + 0,53 + 0 = 0,0559 –

результирующее сопротивление до точки короткого замыкания при коротком замыкании на шинах 10 кВ [рис. 6, в]

Iб = Sб /  × Uср

Iб = 100 / ( × 10,5) = 5,5 кА

Iк = Iб / Х*4 = 5,5 /0,559 = 9,84 кА - ток короткого замыкания при коротком замыкании на шинах 10 кВ[5]

iу = 2,55 × Iк = 2,55 × 9,84 = 25,1 кА - ударный ток короткого замыкания

В РУ-10 кВ в ячейках КРУН-10 кВ установлены вакуумные выключатели ВВ/TEL-10/1000, ВВ/TEL-10/630. Выбор и проверку вакуумных выключателей производят по следующим характеристикам:

ВВ/TEL-10/1000

-По номинальному напряжению:

Uн ³ Uр

Uн = 10 кВ - номинальное напряжение;

Uр = 10 кВ - рабочее напряжение КРУН-10 кВ

- По номинальному длительному току:

Iн ³ Iр max

Iн = 1000 А - номинальный ток выключателя ВВ/TEL 10/110

Iр max = (Крн×Sн.тр)/(×Uн2) = (0,5×20000)/(×11) = 525,5 А, где

Крн = 0,5 - коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения

- По номинальному периодическому току отключения:

Iн.откл ³ Iк

Iн.откл = 20 кА

Iк = 9,84 кА

- По электродинамической стойкости:

- по предельному периодическому току короткого замыкания:

Iпр.с ³ Iк

Iпр.с = 20 кА - эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания

Iк = 9,84 кА

- по ударному току:

iпр.с ³ iу

iпр.с = 52 кА - амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания

iу = 25,1 кА

- По термической стойкости:

Iт2 × tт ³ Bк

Bк = Iк2 × (tоткл + Та), где

tоткл = tср+tрз+tсв = 2+0,1+0,1=2,2 с - время отключения тока,

Та = 0,01 с - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Bк = 9,842 × 2,21 = 213,98 кА2с

Iт2 × tт = 2О2 × 4 = 1600 кА2с

Вакуумные выключатели ВВ/TEL-10/1000, установленные в ячейках КРУН-10 кВ соответствуют всем характеристикам.

Вакуумный выключатель ВВ/TEL-10/630

- По номинальному напряжению: UН ≥ UР

UН = 10 кВ

UР = 10 кВ.

- По номинальному длительному току: IН ≥ IРmax

IН = 630 A

IРmax = 525.5 A.

- По номинальному периодическому току отключения: IНоткл ≥ IК

IНоткл = 12,5 кА

IК = 9,84 кА

- По электродинамической стойкости:

* по предельному периодическому току к.з.: IПР.С ≥ IК

IПР.С = 32 кА

IК = 9,84 кА

* по ударному току: iПР.С ≥ iу

iПР.С = 52 кА

iу = 25,1 кА

- По термической стойкости: I2Т ·tT ≥ BК

BК = 213,98 кА2с

I2Т tT = 1600 кА2с.

Вакуумные выключатели ВВ/TEL-10/630, установленные в ячейках КРУН-10 кВ соответствуют всем характеристикам.

Выбор и проверку трансформаторов тока ТПЛ-10 производим по следующим характеристикам:

ТПЛ-10.

- По номинальному напряжению: UН ≥ UР

UН = 10 кВ

UР = 10 кВ.

- По номинальному длительному току: I1Н ≥ IРmax

I1Н = 1000 A

IРmax = 525 A.

- По электродинамической стойкости: √2· I1Н ·Кд ≥ iу

√2· I1Н · Кд = √2· 1000 ·160 = 226,27 кА

Кд = 160 – кратность электродинамической стойкости [3]

iу = 25,1 кА.

- По термической стойкости: (I1Н ·КТ) 2 · tT ≥ BК

BК = I2к ·(tоткл + Та) = 9,842 · 2,25 = 217,8 кА2с

КТ = 65 – кратность темической стойкости

tТ = 1 с – время термичекой стойкости

(I1Н ·КТ) 2 · tT = (1·65) 2 ·1 = 4225 кА.

- По нагрузке вторичных цепей: Z2H ≥ Z2

Z2H =1,2 (класс точности 3)

Z2H=Zпр+ΣZприб+Zконт,

Z2H= (1,75·10-8·6/2,5·106) + (0,02+0,1+0,1+0,1) + 0,1 = 0,46 Ом,

где ρ = 1,75·10-8·Ом·м – удельное сопротивление медных проводов,

lpacr = 6 м

g = 2,5 ·10-6 м – сечение медных проводов

2.1.3 Выбор трансформаторов

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат переменного тока, предназначенный для преобразования эл. энергии одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения. В основу работы трансформатора положен закон электромагнитной индукции. [4]

Трансформатор, имеющий на стержне магнитоотвода две обмотки: обмотку высокого напряжения (ВН), обмотку низкого напряжения (НН), называют двухобмоточными. Мощные силовые трансформаторы выполняют трехобмоточными. Они имеют три обмотки: обмотку высокого напряжения (ВН), обмотку среднего (СН) и обмотку низкого напряжения (НН).

Понижающие трансформаторы служат для передачи электрической энергии на расстояние и для распределения ее между потребителями. Они отличаются относительно большой мощностью и высоким напряжением.

Понижающие трансформаторы изготавливают на определенные стандартные мощности. В 1985 году введена в действие шкала мощностей трансформаторов, согласно которой номинальные мощности трехфазных трансформаторов должны соответствовать определенному ряду. Первенцем отечественного трансформаторостроения является Московский электрозавод.

Число и мощность понижающих трансформаторов следует выбирать исходя из технико-экономических расчетов и нормативных требований по резервированию, согласно которым, на тяговых подстанциях следует предусматривать по два понижающих трансформатора. Мощность их целесообразно принять такой, чтобы при отключении одного из них электроснабжение обеспечивалось оставшимся в работе трансформатором [4].

В данной дипломной работе необходимо выбрать трехобмоточный понижающий трансформатор 110/35/10. Мощность понижающего трансформатора транзитной тяговой подстанции определяем из условий аварийного режима:

SH.TP ≥ Sмах/Кав·(n-1), где [5]

Sмах – суммарная максимальная нагрузка первичной обмотки понижающего трансформатора,

Кав=1,4 – коэффициент допустимой перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности в аварийном режиме,

n – количество трансформаторов.

Sмах = Sмах Т + Sмах35, где [5]

Sмах Т – мощность потребителей, присоединенных к шинам тягового электроснабжения, кВ·А,

Sмах 35 – максимальная полная мощность всех районных потребителей, питающихся от обмотки СН(35кВ).

SмахТ = SТ + Sмах10 + SТСН, где [5]

SТ – мощность, расходуемая на тягу, кВ·А

Sмах10 – мощность нетяговых потребителей, питающихся от обмотки НН (10 кВ), кВ·А

SТСН – номинальная мощность трансформатора собственных нужд, кВ·А

Т.к нами выбран тяговый трансформатор ТМПУ-16000/10, номинальная мощность которого SН =11400 кВ·А, то мощность, расходуемая на тягу поездов будет равна SТ = 11400.

На тяговой подстанции с питающим напряжением 35 кВ установлен трансформатор собственных нужд, который имеет следующие характеристики:

Тип – ТМ-320/35,

Номинальная мощность - 320 кВ·А,

Номинальное напряжение первичной обмотки – 35 кВ,

Номинальное напряжение вторичной обмотки – 0,23 кВ.

Для того, чтобы не изменять схему питания фидеров СЦБ-6кВ, необходимо заменить трансформатор собственных нужд на трансформатор с таким же напряжением обмотки НН (0,23 кВ), с напряжением обмотки ВН – 10 кВ, т.к. ТСН будет подключен к сборным шинам тягового электроснабжения, с мощностью SН, которая будет больше, чем SН =320 кВ·А, т.к. при изменении схемы питания тяговой подстанции появятся дополнительные потребители нагрузки собственных нужд:

Таблица 2.1 – Потребители нагрузки собственных нужд

Выбираем трансформатор собственных нужд по [3]

Тип – ТМ-400/10

Номинальная мощность - SТСН =400 кВ·А,

Номинальное напряжение первичной обмотки – 10 кВ,

Номинальное напряжение вторичной обмотки – 0,23 кВ.

На тяговой подстанции «Белгород» с питающим напряжением 35 кВ питание нетяговых потребителей осуществляется напряжением 10 кВ, которое преобразуется из напряжения 35 кВ с помощью трансформатора ТМ-1000/35.

Максимальную мощность нетяговых потребителей, питающихся от обмотки НН понижающего трансформатора, определяем по формуле:

Sмах10= (1+(Рпост + Рпер)/ 100), где [5]

n = 4 – количество нетяговых потребителей,

Рпост = 2% - постоянные потери в стали трансформатора;

Рпер = 10% - переменные потери в сетях и трансформаторах;

 - максимальное значение нагрузки, кВт;

 - сумма реактивных мощностей всех потребителей в час максимума суммарной нагрузки, кВар.

Таблица 2.2 – Почасовой расход электроэнергии по фидерам 10 кВ

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5