- •1 Создание схемы внешнего электроснабжения
- •2 Расчет мощности подстанции
- •2.1 Определение мощности районных потребителей
- •2.2 Схема питания и секционирования контактной сети
- •2.3 Расчет мощности собственных нужд
- •2.4 Расчётная мощность для выбора главных понижающих тр-ов
- •2.5 Расчет мощности главных понижающих трансформаторов
- •2.6 Определение полной мощности подстанции
- •3 Расчет максимальных рабочих токов
- •4 Расчет параметров короткого замыкания
- •4.1 Создание расчётной схемы для определения параметров короткого замыкания
- •4.2 Расчет относительных сопротивлений элементов цепи короткого замыкания
- •4.3 Схемы замещения
- •5 Выбор и проверка электрического оборудования подстанции по режиму короткого замыкания
- •6 Расчет контура заземления
- •7 Выбор аккумуляторной батареи
- •8 Расчет молниезащиты
- •9 Потребители собственных нужд подстанции
- •9.1 Расчёт осветительной и силовой низковольтной сети подстанции
- •10 Охрана труда и электробезопасность при выполнении ремонта оборудования
- •11 Пожарная безопасность
- •11.1 Содержание территории, зданий, помещений и сооружений
- •11.2 Требования к энергетическому оборудованию
- •12 Расчет годовых эксплуатационных расходов на содержание и обслуживание тяговой подстанции
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Ярославский филиал федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Московский государственный университет путей сообщения»
-
Проект допущен к защите:
______________________________
Зам. директора техникума по УПР
Н.В. Замурий
______________________________
(дата, подпись)
Проект защищен с оценкой:
______________________________
______________________________
(дата, подпись)
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
Пояснительная записка
ДП 140409 18.00 ПЗ
-
Основная профессиональная образовательная программа по специальности 140409
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ (по отраслям)
Форма обучения – ОЧНАЯ
-
Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
-
Разработал
Н.М.Хомутова
Руководитель проекта
Н.М.Шахарова
Нормоконтроль
Л.В.Буйлова
Председатель ЦК
специальных дисциплин
И.А.Кипцевич
2014
СОДЕРЖАНИЕ
Ведение |
5 | |
1 |
Создание схемы внешнего электроснабжения |
8 |
2 |
Расчет мощности подстанции |
9 |
2.1 |
Определение мощности районных потребителей |
10 |
2.2 |
Схема питания и секционирования контактной сети |
11 |
2.3 |
Расчет мощности собственных нужд |
12 |
2.4 |
Расчетная мощность для выбора главных понижающих трансформаторов |
12 |
2.5 |
Расчет мощности главных понижающих трансформаторов |
13 |
2.6 |
Определение полной мощности подстанции |
14 |
2.7 |
Создание принципиальной схемы |
15 |
3 |
Расчет максимальных рабочих токов |
16 |
4 |
Расчет параметров короткого замыкания |
19 |
4.1 |
Создание расчетной схемы для определения параметров короткого замыкания |
20 |
4.2 |
Расчет относительных сопротивлений элементов цепи короткого замыкания |
22 |
4.3 |
Схема замещения |
23 |
5 |
Выбор и проверка электрического оборудова6ия подстанций по режиму короткого замыкания |
27 |
6 |
Расчет контура заземления |
29 |
7 |
Выбор аккумуляторной батареи |
31 |
8 |
Расчет молниезащиты |
33 |
9 |
Потребители собственных нужд |
34 |
9.1 |
Расчет осветительной и силовой низковольтной сети подстанции |
38 |
10 |
Охрана труда и Электробезопасность при выполнении ремонта оборудования |
42 |
11 |
Пожарная безопасность |
47 |
11.1 |
Содержание территории ,зданий, помещений, сооружений |
51 |
11.2 |
Требования к энергетическому оборудованию |
52 |
12 |
Расчет годовых эксплуатационных расходов на содержание тяговых подстанций |
56 |
Заключение |
61 | |
Список используемых источников |
63 |
ВВЕДЕНИЕ
Высокая оценка электрической энергии в развитии общества объясняется большим преимуществом ее перед всеми другими видами энергии, а именно транспортабельностью на большие расстояния, дробимостью и легкостью превращения в другие виды энергии, что позволяет применить ее для самых разных нужд общественного производства и потребностей населения.
Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Удовлетворение потребностей железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется в основном путем присоединения железнодорожных установок к районным сетям энергосистемы.
Энергию на тягу поездов получают от энергосистемы через их высоковольтные линии и районные подстанции и, непременно, через специальные тяговые подстанции. Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением, оснащенным мощной современной силовой аппаратурой (трансформаторы, автотрансформаторы, полупроводниковые преобразователи, батареи конденсаторов, разъединители, короткозамыкатели) и усилительной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме телеуправления.
Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, трамваев и троллейбусов. Как известно первой тягой, которая применялась на железных дорогах, была тепловозная. В дальнейшем увеличение грузовых и пассажирских перевозок привело к тому, что встал вопрос об использовании электрической тяги. Это было верное направление. Отсутствие загрязнения окружающей среды, больший, по сравнению с тепловозной тягой, коэффициент полезного действия, снижение себестоимости перевозок – это одни из положительных сторон электрической тяги.
29 августа 1929 года была завершена электрификация первого участка Москва – Мытищи на постоянном токе. Сначала электрификация осуществлялась напряжением 1,5 кВ, но из-за больших потерь его увеличили до 3 кВ.
Следующим этапом стала электрификация на переменном токе напряжением 27,5 кВ. К этому времени часть дорог была электрифицирована на постоянном токе. Это привело к необходимости строительства станций стыкования. Эти станции включают в себя устройства и оборудование как постоянного, так и переменного тока и имеют высокий уровень оснащенности.
Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 25—50 км. Это расстояние зависит, как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—500 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство.
Далее электроэнергия поступает на понижающий трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат (выпрямитель) - при работе контактной сети на постоянном токе. С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока железнодорожных тяговых подстанций нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3300В.
Тяговые подстанции переменного тока имеют то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением того, что в них отсутствуют преобразовательные агрегаты для выпрямления тока. Расстояние между подстанциями составляет 50-120 км. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27500 В. Подстанции переменного тока питаются по линиям напряжением 110 или 220 кВ. Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, нейтраль заземляется. Вторичные обмотки соединены в треугольник, фаза
C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подается в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР ("Два Провода -- Рельс") для питания нетяговых потребителей. Как правило, силовые трансформаторы имеют третью обмотку — 6, 10, реже 35 кВ, так как на железной дороге имеется множество других потребителей, кроме электровозов. Во-первых, это автоматика и телемеханика дороги — светофоры, стрелки, связь. Эти потребители требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23(0,4)/6(10) кВ от сети собственных нужд подстанции.
Во-вторых, прочие потребители — отопление и освещение станций, переездов и так далее, а также сторонние потребители. Для их подключения используются либо фидеры ДПР напряжением 27,5 кВ, либо специальные линии ПЭ (Продольное Электроснабжение) на напряжении 6 или 10 кВ.
1 Создание схемы внешнего электроснабжения
Э
Рисунок 1.1- Схема внешнего электроснабжения
2 Расчет мощности подстанции
Подстанция получает питание по вводам от сети внешнего электроснабжения. Питающие напряжение подается на первичные обмотки главных понижающих трехобмоточных тр-ов. Вторичные обмотки тр-ов напряжением 27,5кВ запитывают ОРУ-27,5кВ,которое служит для обеспечения электрической энергии железной дороги по фидерам к.с. От третьей обмотки запитывается КРУН-10кВ для питания нетяговых потребителей.
Целью расчета является определение суммарной мощности всех потребителей для определения расчетной мощности главных понижающих трансформаторов и выбора их типов, а также определение полной мощности подстанции.
Ввод-1 110кВ Ввод-2 110кВ
ОРУ – 110кВ
Т-1
Т-2
110
10
110
10
27,5
27,5
КРУН-10кВ
ОРУ -27,5кВ
27,5
27,5
ТСН-1
ТСН-2
Нетяговые
потребители
0,4
0,4
ДПР-1
ДПР-2
Фидеры контактной сети
РУ-0,4кВ
КРУН-10кВ СЦБ
0,4
Ф1СЦБ
Ф2СЦБ
10
Т СЦБ
Рисунок 2.1- Структурная схема тяговой подстанции переменного тока 110 кВ
2.1 Определение мощности районных потребителей
Для определения полной мощности указанных потребителей используют следующую формулу:
Smax = Pц*Кс/ cosα,кВА, (2.1)
где Pц- активная мощность;
Кс – коэффициент спроса;
cosα – коэффициент мощности .
Smax = 2000*0.8/0.8=2000кВА
Полная мощность остальных потребителей определяется аналогично и полученные данные записываются в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Мощности районных потребителей
Потребители |
Тип, длина линии |
Р, кВт |
Кс |
cosφ |
Smax,кВА/ Iрmax,А |
ОРУ-10кВ | |||||
ТП-10/0,4 |
Каб.5км |
2000 |
0,8 |
0,8 |
2000 |
ТП-10/0,4 |
Каб.8км |
1500 |
0,9 |
0,8 |
1687,5 |
ТП-10/0,4 |
Каб.1км |
1000 |
0,7 |
0,8 |
875 |
КТП-10/0,4 |
Каб.3км |
600 |
1 |
0,8 |
750 |
КТП-10/0,4 |
Каб.2км |
400 |
0,6 |
0,8 |
300 |
ОРУ-27,5кВ | |||||
ДПР-1 |
Вл-40км |
5000 |
1 |
0,8 |
625 |
ДПР-2 |
Вл-40км |
7000 |
1 |
0,8 |
8750 |
КРУН СЦБ | |||||
Ф1 СЦБ |
Вл-40км |
80 |
1 |
0,85 |
94,11 |
Ф2 СЦБ |
Вл-40км |
75 |
1 |
0,85 |
88,23 |
2.2 Схема питания и секционирования контактной сети
ТП
Ф4
Ф5
П2
Ф3
I1
Ф1
I3
А
В
5 3
к
I
II
4
6
Г
Б
I4
П1
I2
Рисунок 2.2 – Схема питания и секционирования контактной сети
I1=300А I4=2700А
I3=400А I2=200А
Токи, потребляемые поездами, определяются расчетом параметров тяговой сети переменного тока и в данном курсовом проекте взяты за основу для определения мощности на тягу.
Sтяг=(2 S′тяг+0,65 S″тяг)*Кр*Кк*Км, ВА, (2.2)
где Кр=0,9- коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки фаз тр-ра;
Кк=0,93-коэффициент,учитывающий влияния компенсации реактивной мощности;
Км=1,45-коэффициент,учитывающий влияние внутрисуточной неравномерности движения на износ обмоток тр-ра(для двухпутного участка);
S′тяг=11….13мВА;
S″тяг=7….8мВА.
Sтяг=(2*11000+0,65*7000)*0,9*0,93*1,45=32222,3 ВА