Проектирование транзитной тяговой подстанции для питания системы тяги 2 х 27,5 кВ

РГ-35-2000Iном = 2000 А; Uном = 35 кВ;

Выбор заземлителей

Фидеры районных потребителей:Iраб max = 112,58 А;

ЗР-10 НУЗI терм. ст. =90 А; Uном = 10 кВ;

Секционный выключатель: Iраб max = 1293,26 А;

ЗР-10 НУЗI терм. ст. =90 А;Uном = 10 кВ

Выбор предохранителей

Предохранители на напряжение свыше 1000 В используют для защиты трансформаторов напряжения в РУ – 6; 10 кВ, при этом применяют предохранители типа ПКН, ПК и ПКТ (трубчатые с кварцевым заполнителем).

Предохранители выбирают по номинальному току: , 80 > 60 А

Выбираем трубчатый предохранитель с кварцевым заполнителем, для ТН типа: ПКТ104-10-100-31,5 У3

Выбор трансформаторов тока.

РУ-110 кВ:

Рабочая перемычка ТП: Iраб max = 1168,14 А;

ТВ-110-1200/5I1ном = 1200 А; Uном = 110 кВ;

Ремонтная перемычка ТП: Iраб max = 1168,14 А;

ТГФ-110-1200/5 I1ном = 1200 А; Uном = 110 кВ;

Вводы ВН тягового трансформатора:I раб max = 340,91 А;

ТВ-110-400/5I1ном = 400 А; Uном = 110 кВ;

Вводы ВН районного трансформатора: Iраб max = 125,97 А;

ТВ-110-150/5I1ном = 150 А; Uном = 110 кВ;

РУ-2х27,5 кВ:

Цепь обходного выключатель: Iраб max = 954,55 А;

ТВ-35-1000/5I1ном = 1000 А; Uном = 35 кВ;

Вводы НН понижающего трансформатора: Iраб max = 681,82 А;

ТВ-35-800/5I1ном = 800 А; Uном = 35 кВ;

Фидеры контактной сети: Iраб max = 400 А;

ТВ-35-400/5I1ном = 400 А; Uном = 35 кВ;

Фидеры ДПР:

ТВ-35-400/5I1ном = 400 А; Uном = 35 кВ;

Вводы ТСН:

ТВ-35-400/5I1ном = 400 А; Uном = 35 кВ;

РУ-10кВ:

Вводы НН понижающего трансформатора:Iраб max = 1385,64 А;

GDS-10-1500/5 I1ном = 1500 А; Uном = 10 кВ;

Секционный выключатель: Iраб max = 1293,26 А;

GDS-10-1500/5 I1ном = 1500 А; Uном = 10 кВ;

Фидеры районных потребителей:Iраб max = 112,58 А;

GDS-10-150/5 I1ном = 150 А; Uном = 10 кВ;

Выбор трансформаторов напряжения.

РУ-110 кВ.

Перемычка транзитной ТП

Три однофазныхТН: 3хЗНОГ-110

РУ-2х27,5 кВ.

Шины тягового РУ-2х27,5 кВ

Четыре однофазных ТН: 4´ЗНОЛ-35

РУ-10 кВ.

Шина районного РУ-10 кВ

Однофазные ТН: 3хНОЛ-10

Выбор ограничителей перенапряжения.

РУ-110 кВ

ОПН-У/ТЕL-110-УХЛ1

Uн = Uн.уст = 110 кВ

РУ-2х27,5 кВ

ОПН-У/TEL-27,5-УХЛ1

Uн = Uн.уст = 27,5 кВ

РУ-10 кВ

ОПН-Т/TEL-10-УХЛ1

Uн = Uн.уст = 10 кВ

Глава 2. Расчёт токов короткого замыкания

2.1 Расчетная схема тяговой подстанции

2.2 Электрическая схема замещения

2.3 Расчёт сопротивлений элементов схемы замещения

Расчет сопротивлений системы

По расчётной схеме (рис.6) и схеме замещения (рис.7.) найдём относительные сопротивления энергосистемы:

где: - базисная мощность, принимаем 100 МВА;

- мощность короткого замыкания, МВА.

Относительные сопротивления ЛЭП:

где: - удельное сопротивление проводов 1 км линии, =0,4 Ом/км;

l – длина линии, км.

Относительные сопротивления обмоток районного трансформатора:

где: - номинальная мощность трансформатора, МВА.

Преобразуем схему замещения до точки К3 (Рис.8.):

Преобразуем треугольник сопротивлений  в эквивалентную звезду (рис.8.б):

Звезду сопротивлений  преобразуем в треугольник (рис.8.г):

Убираем ветвь, содержащую сопротивление , так как точки источников питания равнопотенциальны, то ток через эту ветвь не потечёт и сопротивлением  можно пренебречь. После преобразования получим схему:

Преобразуем схему замещения до точки К3:

Преобразуем звезду сопротивлений  в треугольник (рис.8.е):

Убираем ветвь, содержащую сопротивление , так как точки источников питания равнопотенциальны, то ток через эту ветвь не потечёт и сопротивлением  можно пренебречь.

После преобразования получим схему (рис.8.ж).

2.4 Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ

Расчет токов короткого замыкания на шинах ОРУ 110 кВ

Проверяем на удалённость точку короткого замыкания К1:

следовательно, короткое замыкание удалённое от первого источника питания.

следовательно, короткое замыкание удалённое от второго источника питания.

где: - мощность источника, МВА

При расчёте токов короткого замыкания от первого и второго источников используем приближенный метод, так как короткое замыкание удалённое.

Расчёт периодической составляющей.

кА;

кА;

кА.

Расчёт апериодической составляющей.

Апериодическую составляющую определим по формуле:

,

где:

- время отключения тока короткого замыкания;

- собственное время отключения выключателя; для выключателя РМ-121-20/1200 =0,025 с;

- постоянная времени затухания, равная 0,02 сек [1];

- минимальное время срабатывания релейной защиты =0,01 с;

= 0,025+0,01=0,035 с.

кА.

Определение ударного тока.

=3,160 кА;

где: - ударный коэффициент, равный 1,61 [1].

Определение полного тока короткого замыкания.

кА.

Ток однофазного к. з.

Расчет токов короткого замыкания на шинах РУ 10 кВ

Проверяем на удалённость точку короткого замыкания К3:

следовательно, короткое замыкание удалённое от первого источника питания.

следовательно, короткое замыкание удалённое от второго источника питания.

Где: - мощность источника, МВА

При расчёте токов короткого замыкания от первого и второго источников используем приближенный метод, так как короткое замыкание удалённое.

Расчёт периодической составляющей.

кА;

кА;

кА.

Расчёт апериодической составляющей.

Апериодическую составляющую определим по формуле:

,

где:

- время отключения тока короткого замыкания;

- собственное время отключения выключателя;

для выключателя BB/TEL-10/1600 =0,015 с;

- постоянная времени затухания, равная 0,03 сек [1];

- минимальное время срабатывания релейной защиты =0,01 с;

= 0,015+0,01=0,025 с.

кА.

Определение ударного тока.

=13,215 кА;

где: - ударный коэффициент, равный 1,72 [1].

Определение полного тока короткого замыкания.

кА.

Расчет токов короткого замыкания на шинах РУ 2х27,5 кВ

Определение тока короткого замыкания между контактным проводом и рельсовой цепью (периодическая составляющая):

где: и - сопротивление фазы энергосистемы и трансформатора;

n – количество работающих трансформаторов;

- мощность короткого замыкания на первичной стороне понижающего трансформатора, МВА.

где: - напряжение КЗ в %.

Определение тока короткого замыкания между контактным и питающим проводом (периодическая составляющая):

где: и - сопротивление фазы энергосистемы и трансформатора;

n – количество работающих трансформаторов;

- мощность короткого замыкания на первичной стороне понижающего трансформатора, МВА.

где: - напряжение КЗ в %.

так как , то в дальнейших расчетах периодическую составляющую будем принимать равной .

Расчёт апериодической составляющей.

Апериодическую составляющую определим по формуле:

,

где:

- время отключения тока короткого замыкания;

- собственное время отключения выключателя;

для выключателя ВГБЭ-35/1000 =0,04 с;

- постоянная времени затухания, равная 0,02 сек [1];

- минимальное время срабатывания релейной защиты =0,01 с;

= 0,04+0,01=0,05 с.

кА.

Определение ударного тока.

=6,121 кА;

где: - ударный коэффициент, равный 1,6 [1].

Определение полного тока короткого замыкания.

кА.

2.5 Выбор трансформатора собственных нужд

На тяговой подстанции устанавливают два ТСН с вторичным напряжением 380/220 В, каждый из которых рассчитан на полную мощность собственных нужд.

Питание ТСН на тяговых подстанциях переменного тока осуществляем от шин 2 ´ 27,5 кВ.

Необходимая мощность для питания собственных нужд переменного тока может быть определена суммированием всех мощностей потребителей подстанции.

Расчётная мощность для питания собственных нужд (мощность ТСН) определяется:

Расчётную мощность ТСН определим по формуле:

где: Sу – установленная мощность ТСН:

где: - суммарная активная мощность, кВт;

- суммарная реактивная мощность, кВАр.

где: - коэффициент использования установленной мощности;

- заданная мощность собственных нужд;

 - тангенс конкретного вида собственных нужд.

Мощность подогрева элегаза и приводов высоковольтных выключателей:

Таблица №4.

Данные по цепям собственных нужд:

Таблица №5.

кВАр;

По рассчитанной мощности выбираем ТСН типа: ТМ –160/27,5 – 74 У1.

Технические характеристики трансформатора ТМ – 160/27,5 – 74 У1.

Таблица № 6

2.6 Схемы питания потребителей собственных нужд

Питание потребителей собственных нужд переменного тока осуществляется от системы сборных шин 380/220 В. В качестве резервного источника электроэнергии собственных нужд переменного тока используют дизель – генератор.

Рис.3. Принципиальная схема питания СН переменного тока открытой части тяговой подстанции: фидеры: 1 и 10 – шкафа СН в здании подстанции; 2 – обдува понижающих трансформаторов; 3 – ВЛСЦБ; 4 – освещения камер 10 кВ и СЦБ; 5 – резервный; 6 – освещения открытой части подстанции; 7 – передвижного масляного хозяйства; 8 – питания дистанций контактной сети; 9 – подогрева элегаза и приводов высоковольтных выключателей и ячеек КРУН.

Рис.4. Принципиальная схема питания СН переменного тока закрытой части тяговой подстанции: фидеры: 1 – сверлильного и наждачного станков; 2 – электрических печей щитовой и подсобных помещений; 3 – электрических печей; 4 – насоса откачки воды из баков для слива масла; 5 – питания двигателей вентиляторов машинного зала; 6,7 и 8 – питания соответственно пульта дистанционного управления разъединителями контактной сети, стоек телемеханики и автоматики; 9 – питания подзарядных устройств; 10 – калориферов и вентиляторов помещения аккумуляторной батареи; 11 – освещения здания тяговой подстанции; 12 – электрических печей помещения дизель – генератора; 13 – вентиляторов помещения дизель – генератора. Вводы: I и III – фидеров СН от ТСН на открытой части тяговой подстанции; II – резервный от дизель – генератора

Рис.5. Принципиальная схема питания СН постоянного тока. Цепи питания: 1 – приводов высоковольтных выключателей; 2 – устройств управления и сигнализации; 3 – аварийного освещения; 4 – унифицированного преобразователя напряжения устройств автоматики и телемеханики.

2.7 Расчёт токов короткого замыкания в цепях собственных нужд

При расчёте необходимо учесть особенности:

Учитываем активное и реактивное сопротивление цепи КЗ;

Расчёт сопротивлений выполняем в именованных единицах (Ом, мОм);

Определяем конкретные значения времени затухания апериодической составляющей тока

Расчёт периодической составляющей тока КЗ ведется по закону Ома;

Необходимость учёта сопротивлений всех элементов цепи КЗ.

Составим расчётную схему цепей собственных нужд:

Рис. 9.

Составляем схему замещения

Рис. 10.

Преобразуем схему замещения.

Рис. 11.

Найдём максимально рабочий ток во вторичной обмотке трансформатора собственных нужд:

где: кпер – коэффициент перегрузки трансформатора, равный 1,5;

SнТСН – номинальная мощность трансформатора собственных нужд, кВА;

Ucр – среднее напряжение вторичной обмотки ТСН, равное 0,38 кВ.

Найдём сопротивление ТСН:

где: uк – напряжение короткого замыкания ТСН, %;

- номинальное напряжение вторичной обмотки ТСН, кВ;

- номинальная мощность ТСН, кВА.

Найдём сопротивление трансформатора тока:

ТК – 20 – 400/5

rтт = 0,11 Ом

хтт = 0,17 Ом

Найдём сопротивление автоматического выключателя:

А3790С – 400

rАВ = 0,15 Ом

хАВ = 0,1 Ом

Найдём сопротивление материала кабеля:

где:  - удельное сопротивление материала кабеля;

;

 - длина кабеля, равная 50м;

 - сечение кабеля, мм2.

ААГУ-3´185 = 185 мм2

В качестве четвёртой жилы используем алюминиевую оболочку кабеля [9].

380 > 365 А

где: х0 – 0,0602 [2]

Найдём сопротивление рубильника:

РПЦ – 32 – 400

rр = 0,2 мОм

Найдём сопротивление системы:

где: - среднее напряжение; =0.4 кВ.

- мощность короткого замыкания на шинах, от которых питается ТСН, кВА.

Определяем суммарное активное и реактивное сопротивления:

 мОм;

мОм;

мОм;

мОм;

 мОм;

 мОм;

 мОм;

мОм.

Найдём периодическую составляющую:

где: z – полное сопротивление цепи короткого замыкания Ом;

Для определения ударного тока и апериодической составляющей тока короткого замыкания определим постоянную времени затухания апериодической составляющей по формуле:

где:  результирующее реактивное и активное сопротивление цепи короткого замыкания;

рад/с.

Определим ударный коэффициент:

Апериодическую составляющую тока короткого замыкания определим по формуле:

кА.

Определим ударный ток короткого замыкания.

,

где: - ударный коэффициент.

кА;

Определим полный ток короткого замыкания по формуле:

кА.

Глава 3. Проверка токоведущих частей, изоляторов и аппаратуры по результатам расчета токов короткого замыкания

3.1 Расчёт величины теплового импульса для всех РУ

Для проверки аппаратуры и токоведущих частей выполняется расчёт величины теплового импульса для всех РУ по выражению:

 кА2×с

где  - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания;

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания,

.

где  - время срабатывания релейной защиты рассматриваемой цепи;

 - полное время отключения выключателя.

Результаты расчета оформим в виде таблицы:

Таблица № 7

Страницы: 1, 2, 3