Загальна частина

УЧБОВО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР

Методичні рекомендації

до виконання дипломного проекту

для технікумів залізничного транспорту

із спеціальності 5.090608 “Електропостачання”

в навчальних закладах залізничного транспорту

І - ІІ рівнів акредитації

за темами:

“Тягова підстанція постійного струму”

“Тягова підстанція змінного струму”

“Устрій та експлуатація тягової підстанції постійного струму”

“Устрій та експлуатація тягової підстанції змінного струму”

“Тягова підстанція постійного струму з реальною спеціальною

частиною”

“Тягова підстанція змінного струму з реальною спеціальною

частиною”

Київ

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНА АДМІНІСТРАЦІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ КАДРОВОЇ ТА СОЦІАЛЬНОЇ ПОЛІТИКИ

УЧБОВО-МЕТОДИЧНИЙ ЦЕНТР

РЕКОМЕНДОВАНО:

Учбово-методичним центром

Укрзалізниці

“_22_”____липня______2004р.

Методичні рекомендації

до виконання дипломного проекту

для технікумів залізничного транспорту

із спеціальності 5.090608 “Електропостачання”

в навчальних закладах залізничного транспорту

І - ІІ рівнів акредитації

за темами:

“Тягова підстанція постійного струму”

“Тягова підстанція змінного струму”

“Устрій та експлуатація тягової підстанції постійного струму”

“Устрій та експлуатація тягової підстанції змінного струму”

“Тягова підстанція постійного струму з реальною спеціальною

частиною”

“Тягова підстанція змінного струму з реальною спеціальною

частиною”

Київ

Теми

1. Тягова підстанція постійного струму

2. Тягова підстанція змінного струму

3. Устрій та експлуатація тягової підстанції постійного струму

4. Устрій та експлуатація тягової підстанції змінного струму

5. Тягова підстанція постійного струму з реальною спеціальною частиною

6. Тягова підстанція змінного струму з реальною спеціальною частиною

ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1. Розрахунок потужності підстанції та вибір силових трансформаторів

1.1. Розрахунок потужності на тягу

Таблиця 1

Обчислювальна величина або елемент електроустановки	Розрахункові вирази або тип елементу електроустановки	Чисельні значення	Примітка
Тягова підстанція постійного струму
Перетворюючий агрегат.	ТРДП- 12500/10 Ж ТПЕД-3150-3, 3К-УІ	Іdн=3150 А Sн=11400 кВА Udн=3300 В Uк=8, 4%
Кількість перетворюючих агрегатів.	Nрозр=	Nрозр.= N=2	Отримане значення округлюють в більший бік
Потужність на тягу, кВА	Sтяги = N S	Sтяги=22800
Тягова підстанція змінного струму
Потужність на тягу, кВА	Sтяги =[Uш·(2Ід’+0, 65 Ід’’)·Ктм·Кд·Кз·Кн.з.т.]·Кt·Кн =[27, 5(]2Ід’+0, 65 Ід’’)·0, 81

В таблиці 1 прийняті наступні позначення:

- номінальна напруга на шинах тягової підстанції дорівнює 27, 5 кВ;

- діюче значення струмів найбільш і найменш завантажених плеч живлення, визначені з тягового розрахунку, А;

- коефіцієнт, враховуючий втрати енергії на власні потреби рухомого складу та маневри, дорівнює 1, 02;

- коефіцієнт, враховуючий втрати в тяговій мережі, дорівнює 1, 05;

- коефіцієнт, враховуючий збільшення витрат електроенергії взимку, дорівнює 1, 08;

- коефіцієнт, враховуючий нерівномірність навантаження трансформаторів, дорівнює 0, 9;

- коефіцієнт, враховуючий нерівномірність навантаження фаз (термічний коефіцієнт), дорівнює 0, 9;

- ефективний струм на шинах 3, 3 кВ, визначений з тягового розрахунку (приведений в завданні на проектування), А;

N – кількість випрямляючих агрегатів після округлення N_розр;

S_н – номінальна потужність тягового трансформатора за додатком АІ, кВА;

- номінальний випрямлений струм прийнятого типу перетворюючого агрегату за додатком АІ, А.

1.2. Розрахунок потужностей районних (не тягових) споживачів

Таблиця 2

Обчислювальна величина	Розрахункові вирази	Чисельні значення	Примітка
Максимальна активна потужність споживача, кВт			За максимальними активними потужностями типовими графіками (додаток 2) визначаємо завантаженість споживачів для кожного часу доби і заносимо в таблицю 2, а потім будуємо графік сумарного споживання електроенергії і з графіка знаходимо
Сумарна максимальна активна потужність, кВт
Реактивна потужність споживачів, кВАр
Максимальна сумарна реактивна потужність, кВА
Максимальна повна потужність з обліком постійних і змінних втрат, кВА

Таблиця 3

	Споживач №1	Споживач №2	Споживач №3	Споживач №n	Сумарний графік
0 (24)	Р1	Р2	Р3	Рn

В таблиці 2; 3 прийняті наступні позначення:

- установлена потужність n-го споживача електроенергії прийнята із завдання на проектування, кВт;

- коефіцієнт попиту n-го споживача, враховуючий одно часовість режиму праці, завантаження і ККД обладнання, прийнятий із завдання на проектування;

- тангенс кута, відповідаючий заданому косинусу за додатком А3;

і - постійні витрати в сталі трансформаторів і змінні в міді обмотки трансформаторів і мережі прийняті відповідно рівними 1-2% і 8-10%.

1.3. Вибір силових, знижуючих трансформаторів

Таблиця 4

Обчислювальна величина або елемент електроустановки	Розрахункові вирази або тип елементів електроустановки	Чисельні значення	Примітка
Повна потужність на шинах 10кВ, кВА
Повна потужність на боці 110кВ, кВА
Тягова підстанція змінного струму
Повна потужність на шинах 27, 5кВ, кВА	S27, 5= Sтяги+ Sдпр= Sтвп	S27, 5=
Силовий трансформатор
Тягова підстанція змінного або постійного струму
Потужність силових трансформаторів, кВА		=
Силовий трансформатор		Uкв-н%= Uкв-с%= Uкс-н%=	По отриманому значенню потужності по додатку 4 обираємо більшу ближчу потужність стандартного трансформатора і міжобмоточні напруги к.з. якщо задана номінальна напруга на шинах п/ст. змінного струму 110/27, 5/10, то міжобмоточні напруги к.з. слід приймати наступними: Uкв-н=17% Uкв-с=10% Uкс-н=6%
Перевірка силових трансформаторів по умовах аварійного режиму (вихід одного трансформатору із ладу)	Sн³ Sтр. ав

В таблиці 4 прийняті наступні позначення:

К_р - коефіцієнт рівномірності максимальних навантажень тягових і не тягових споживачів, дорівнює 0, 95-0, 98;

S_твн - потужність трансформатору власних потреб, прийнята із завдання, кВА;

S_дпр - потужність не тягових споживачів, які живляться від ДПР, прийнята із завдання на проектування, кВА;

П - кількість силових трансформаторів, встановлених на підстанції, П³ 2;

К_{з. ав.} - коефіцієнт допустимого перенавантаження трансформатора по відношенню до його номінальної потужності в аварійному режимі – 1, 4.

2. Розрахунок струмів короткого замикання в установках змінного та постійного струму в максимальному режимі

Транзитна підстанція

2.1.1 За заданою схемою зовнішнього електропостачання складаємо розрахункову схему ланцюга короткого замикання згідно рисунку 1

Таблиця 5

Елемент електроустановки	Вихідні параметри	Позначення елементу на схемі заміщення	Розрахункові вирази	Чисельні значення
Енергосистема	Sб – базисна потужність дорівнює 100, МВА; Sрп1, Sрп2 – потужність к.з. на шинах 110кВ РП1 і РП2 /приведені в завданні/, МВА	1, 2		ХС1= ХС2=
Повітряна лінія	Х0 – опір 1км ЛЕП дорівнює 0, 4 м/км; Uб – базисна напруга по табл. 5а, кВ; L1, L2, L3, - довжини ліній, визначені за схемою зовнішнього електропостачання, по дод. 13, 14 км; L4, L5 – довжини ліній згідно табл. 5б, км.	3, 4, 5   6, 7, 8   15, 16		Х3= Х4= Х5= Х6= Х7= Х8= Х15= Х16=
Силові понижуючі трансформатори	Uкв-н, Uкв-с, Uкс-н, міжобмоточні напруги к.з. обраного трансформатора, %; Sн – номінальна потужність обраного силового трансформатора, МВА	10, 11   12, 13   14, 15	Uкв%=0, 5(Uкв-н+Uкв-с - Uкс-н) Uкс%=0, 5(Uкв-с+Uкс-н - Uкв-н) Uкн%=0, 5(Uкв-н+Uкс-н - Uкв-с)	Х9= Х10= Х11= Х12= Х13= Х14=

В таблиці 5 прийняті наступні позначення:

SS_{н тр} - сума номінальних потужностей знижуючих, силових трансформаторів, кВА /згідно п.1.3, таблиці 4;

S_тран - потужність транзиту, кВА (при розрахунках приймаємо 40000 кВА);

К_пр - коефіцієнт перспективи розвитку споживачів, рівний 1, 3;

К^/_р - коефіцієнт рівномірності максимальних навантажень проектуємої та сусідніх підстанцій, для однопутних ділянок К^/_р=0, 6-0, 7; для двопутних К^/_р=0, 7;

U_н - номінальна напруга приєднання, кВ;

S_{н тр} - номінальна потужність знижуючого, силового трансформатора, кВА, згідно п.1.3, таблиці 4;

К_рн1 - коефіцієнт розподілу навантаження за шинами первинної напруги, дорівнює 0, 6-0, 8;

К_пер - коефіцієнт допустимого навантаження трансформаторів, дорівнює 1, 4;

К_рн2, К_рн3 - коефіцієнт розподілу навантаження на шинах вторинної напруги, дорівнює 0, 5-0, 7 (0, 5 при числі приєднань п’ять і більше; 0, 7 – при меншому числі приєднань);

S₁₀ - повна потужність на шинах 10 кВ, п.1.3, таблиці 4;

S₁₀₍₃₅₎ - максимальна повна потужність споживачів, кВА, згідно п.1.2 таблиці 2;

Р_max - активна потужність споживачів, кВт, згідно п.1.2 таблиці 2;

S_{н тр.т} - номінальна потужність перетворюючого трансформатора, кВА, згідно п.1.1 таблиці 1;

І_dn - номінальний випрямлений струм перетворювача, А, згідно п. 1.1 таблиці 1;

N - кількість перетворюючих агрегатів, згідно п.1.1 таблиці 1;

К_рн - коефіцієнт розподілу навантаження на шинах, при N=2 і К_рн=0, 8;

І_{max фід} - максимальний струм самого навантаженого фідера контактної мережі;

S_тсн - номінальна потужність ТВП, прийнята із завдання на курсове проектування, кВА;

S_дпр - номінальна потужність ДПР, прийнята з завдання на курсове проектування, кВА;

К_з - коефіцієнт запасу, дорівнює, 2 – 3.

2.3. Обчислюємо опір окремих елементів в відносних одиницях, приведених до єдиних базисних умов

Таблиця 6

Елемент електроустановки	Вихідні параметри	Позначення елементу на схемі заміщення	Розрахункові вирази	Чисельні значення
Енергосистема	Sб – базисна потужність дорівнює 100, МВА; Sрп1, Sрп2 – потужність к.з. на шинах 110кВ РП1 і РП2 /приведені в завданні/, МВА	1, 2		ХС1= ХС2=
Повітряна лінія	Х0 – опір 1км ЛЕП дорівнює 0, 4 м/км; Uб – базисна напруга згідно табл. 5а, кВ; L1, L2, L3, L4 - довжини ліній, визначені за схемою зовнішнього електропостачання, згідно дод. 13, 14 км; L6, L5 – довжини ліній згідно табл. 5б, км.	3, 4, 5   6, 7, 8   9, 16	X7=X8+X9	Х3= Х4= Х5= Х6= Х7= Х8= Х9= Х16= Х17=
Силові знижуючі трансформатори	Uкв-н, Uкв-с, Uкс-н, міжобмоточ-ні напруги к.з. обраного трансформа-тора, %; Sн – номінальна потужність обраного силового трансформа-тора, МВА	10, 11   12, 13   14, 15	Uкв%=0, 5(Uкв-н+Uкв-с - Uкс-н) Uкс%=0, 5(Uкв-н+Uкв-с - Uкс-н) Uкн%=0, 5(Uкв-н+Uкв-с - Uкс-н)	Х10= Х11= Х12= Х13= Х14= Х15=

Таблиця 7

Таблиця 8

Примітка: після завершення обчислення відносних опорів елементів ланцюга к.з., вказаних на схемі незалежно від типу підстанції (опорна чи транзитна), необхідно на схемі заміщення (рисунок 2) в знаменнику (тобто під номером елементу) проставити чисельні значення його відносного опору.

Наприклад: і т.д.

2.4. Згортаємо схему заміщення відносно розрахункових точок короткого замикання

Таблиця 9

Виконуване перетворення	Схеми	Формули опору перетвореної схеми	Чисельні значення
Згортаємо схему відносно точки К1.			X17= X18= X19= XK1=
Згортаємо схему відносно точки К2.			XK2=
Згортаємо схему відносно точки К4.		XK4= XK2+X16	XK4=
Згортаємо схему відносно точки К3.			XK3=
Згортаємо схему відносно точки К5.		XK5= XK3+X15	XK5=

2.4. Згортаємо схему заміщення відносно розрахункових точок короткого замикання

Таблиця 10

Виконуване перетворення	Схеми	Формули опору перетвореної схеми	Чисельні значення
Згортаємо схему відносно точки К1. а) перетворюємо трикутник опорів Х7, Х8, Х9 в еквівалентну зірку		X23=X18+X20 X24=X19+X21	X18= X19= X20= X21= X22= X23= X24= XК1=
б) подальше спрощення схеми
Згортаємо схему відносно точки К2.			XK2=
Згортаємо схему відносно точки К4.		XK4= XK2+X16	XK4=
Згортаємо схему відносно точки К3.			XK3=
Згортаємо схему відносно точки К5.		Хк5=Хк3+Х17	Хк5=

2.5. Проводимо розрахунок струмів короткого замикання відносно розрахункових точок

Таблиця 11

Обчислювальна величина	Формули розрахункових величин	Чисельні значення
Базисний струм, кА
Періодичний струм короткого замикання
Сталий струм короткого замикання, кА
Ударний струм короткого замикання, кА
Діюче значення пов-ного струму корот-кого замикання, кА
Потужність короткого замикання, кА
Тепловий імпульс, кА2с
Максимальне значення аперіодичної складової струму к.з. в момент розмикання контактів вимикача, кА

В таблиці 11 прийняті наступні позначення:

- аналогічно попереднім таблицям;

- аналогічно попереднім таблицям;

- підсумковий відносний опір до н-ої точки короткого замкнення;

- постійна часу згасання аперіодичної складової струму короткого замикання;

- мінімальний час до моменту розмикання контактів (при розрахунках можна прийняти =0, 11 с);

- власний час вимкнення вимикача з приводом за каталогом (для розрахунків прийняти =0, 1 с);

- час втримування спрацьовування релейного захисту, вибраний із карти селективності в залежності від розташування вимикача на схемі, С;

- власний час спрацьовування захисту (прийнятий для розрахунку 0, 1 с);

- повний час відключення струму короткого замикання в залежності від розташування вимикача на схемі, С;

Значення обирається згідно рисунка 6.2 (при розрахунках можна прийняти =0, 11).

2.6. Робимо розрахунок струмів к.з. для вибору обладнання і струмоведучих частин фідера контактної мережі 27, 5 кВ тягової підстанції змінного струму

Таблиця 12

Обчислювальна величина	Формули розрахункових величин	Чисельні значення	Примітка
К2
Періодичний струм к.з., кА	Іn(2)=0, 87Іn		Індекс при літерному позначенні параметра вказує на вид к.з. Якщо індекс відсутній, то це означає 3-х фазне к.з. Якщо стоїть індекс (2) – 2-х фазне к.з. Якщо (1) – однофазне к.з.
Сталий струм к.з., кА	І(2)= Іn(2)
Ударний струм к.з., кА	іу(2)=0, 87 іу
Діюче значення повного струму к.з., кА	Іу(2)=0, 87 Іу
Потужність к.з., МВА	Sк(2)=0, 87 Sк
Тепловий імпульс кА2с
Максимальне значення аперіодичної складової струму к.з. в момент розмикання контактів вимикача, кА	Іат(2)=0, 87 іат

Позначення в таблиці 12 аналогічні відповідним величинам таблиці 11

1) Робимо розрахунок сталого максимального струму к.з. на шинах 3, 3 кВ

, кА (2.1)

Де:

N, S_н, І_dn - аналогічно таблиці1;

SS_н.а - номінальна потужність всіх трансформаторів випрямних перетворювачів, МВА;

S_к – потужність к.з. на шинах, від яких живляться трансформатори випрямних перетворювачів, МВА.

3. Розрахунок струмів к.з. в установках змінного струму

в мінімальному режимі

3.1. Обчислюємо відносні опори елементів ланцюга к.з., вказані на схемі заміщення, та згортаємо схему заміщення відносно розрахункових точок к.з

Таблиця 13– Транзитна підстанція

Виконувані перетворення	Схеми	Формула опорів перетвореної схеми	Чисельні значення	Примітка
Спрощуємо схему заміщення				Значення Х19, Х18, Х25, Х7, Х9, Х11, Х13, Х14, Х17, Х16, - аналогічно таблиці 6
Згортаємо схему відносно розрахункових точок к.з.		ХК1= Х25+ Х9 ХК2=ХК1+Х11+Х13 ХК3=ХК1+Х11+Х14 ХК4= ХК2+ Х16 ХК5= ХК3+ Х17	ХК1= ХК2= ХК3= ХК4= ХК5=

4. Розрахунок робочих струмів для виробу обладнання і