Отчет по практике: Реконструкция тяговой подстанции Размахнино

Аварийных отключений выключателей ТСН от коротких замыканий по журналу отключений выявлено не было, следовательно, рассчитывать их коммутационный ресурс нет необходимости. Замену вышеперечисленных выключателей можно рекомендовать только по временному остаточному ресурсу, запас которого истек.

Рисунок 2 - Общее количество аварийных отключений выключателей

Для расчета остаточного ресурса выключателей ВМП-10, и ВМКЭ -35 установленных в КРУН-10 и на вводах 27,5 трансформаторов необходимо рассчитать токи короткого замыкания на соответствующих сторонах трансформатора.

По данным АО «СО ЕЭС» РДУ энергосистемы Забайкальского края на 01 января 2021 года максимальный ток короткого замыкания на шинах 220 кВ тяговой подстанции Размахнино составляет 1489 А для трёхфазного короткого замыкания и 1891 А для однофазного короткого замыкания.

Данные тягового трансформатора, необходимые для расчётов, представлены в таблице 11.

На основании схемы главных электрических соединений и исходных данных составим расчётную схему тяговой подстанции, рисунок 3, а затем схемы замещения для расчётов соответствующих токов.

Таблица 11- Данные тягового трансформатора

Рисунок 3 - Расчётная схема для расчетов тока короткого замыкания

Схема замещения тяговой подстанции представляет собой электрическую схему, элементами которой являются схемы замещения реальных устройств их основными электрическими характеристиками (активным, реактивным емкостным или реактивным индуктивным сопротивлениями).

Рисунок 4 - Расчётная схема замещения для расчёта токов КЗ

Выбирается основная (базисная) ступень, к которой приводятся параметры всех элементов. Пусть это будет ступень высшего напряжения (ВН). Напряжение этой ступени сверяется со шкалой средних номинальных напряжений Uб =230 кВ.

Расчётная схема замещения для точки К2 представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Расчётная схема замещения для точки К2

Ток короткого замыкания для точки К2 определяется по формуле (3)

,

где - эквивалентное сопротивление схемы относительно точки К2, определяется по выражению (4)

,

где- сопротивление обмоток высшего и среднего напряжения тягового трансформатора, сопротивления определяется по выражению (6);

- сопротивление системы, которое определяется по выражению (5).

,

где - U номинальное напряжение ВН, равно 230 кВ;

(3) - ток трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции.

,

,

где Uкв - напряжение короткого замыкания соответствующей обмотки, определяется по выражению (7);

Sнт - мощность тягового трансформатора, МВА.

,

где - напряжение короткого замыкания для каждой пары обмоток ВС, ВН и СН соответственно, %

,

,

Аналогично определяется сопротивление низшей обмотки по формуле (8)

,

где - коэффициент трансформации тягового трансформатора, необходимый для пересчёта сопротивления обмотки СН к базисной стороне;

- напряжение короткого замыкания низшей обмотки, определяется по выражению (9);

- напряжение тяговой стороны, кВ.

,

,

,

,

,

Полученный ток приведён к стороне ВН. Необходимо пересчитать его в фактический, определим его по выражению (10)

,

,

На стороне тяговой обмотки в качестве межфазного короткого замыкания может возникнуть лишь двухфазное короткое замыкание, поэтому необходим его расчёт, двухфазное короткое замыкание определяется по выражению (11)

,

,

Расчёт токов короткого замыкания в точке К3.

Расчётная схема замещения для точки К2 представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Расчётная схема замещения для точки КЗ

Ток короткого замыкания для точки К3 определяется по выражению (12)

,

где , определяется по выражению (13).

,

Аналогично определяется сопротивление низшей обмотки по формуле (14)

,

где - напряжение короткого замыкания средней обмотки, определяется по выражению (15);

- напряжение со стороны обмотки низшего напряжения, кВ.

,

,

,

,

,

Полученный ток приведён к стороне ВН. Необходимо пересчитать его в фактический, определим его по выражению (16)

,

,

Так как трёхфазные отключения по статистике случаются только в 5% случаев, пересчитаем полученный ток при двухфазном (30%) и однофазном (65%) отключении, соответственно:

,

,

Отключения вводов 27,5 Т1 было зафиксировано в 2020 году 2, в 2021 году 2, Т2 соответственно в 2020 году 3, в 2021 - 1. Рассчитаем среднее количество отключений за год для Т2:

,

За весь период количество отключений составит:

2,535=87.

Для выключателя ВМКЭ-35А коммутационный ресурс при токах КЗ составляет (2):

2510=250 кА.

При нормальных токах отключения:

1,250300=375 кА.

Выработанный ресурс выключателя найдём, умножив расчётный ток КЗ со стороны СТЭ, на полученное количество отключений выключателя:

9,3487=812 кА,

Следовательно, коммутационный ресурс выключателей вводов 27,5 Т1 и Т2 закончился, и они подлежат замене.

Коммутационный ресурс выключателей ВМП-10 рассчитывается аналогично с предыдущими выключателями по формуле (2)

2010=200 кА

Отключения действующих фидеров 10 кВ было зафиксировано в 2020 году 10,13,3,1,10. Рассчитаем среднее количество отключений за год:

,

За весь период количество отключений составит:

4,635=166,5 шт

Выработанный ресурс выключателя найдём, умножив расчётный ток КЗ со стороны районных потребителей, на полученное количество отключений выключателя, распределив соответственно по токам 1, 2 и 3-х фазных отключений:

(166,58,990,05)+(166,57,780,3)+(166,54,940,65)=534 кА,

Коммутационный ресурс выключателей исчерпан, выключатели подлежат замене.

1.4 Определение объемов реконструкции подстанции

На основании полученных расчётов сделаны выводы об объемах предстоящей реконструкции тяговой подстанции Размахнино, оборудование подлежащее замене приведено в таблице 12.

Ряд оборудования останется без замены в первую очередь, так как на подстанции с 2003 по 2021 годы проводились частичные реконструкции, и оборудование не выработало свой ресурс, менять его экономически нецелесообразно.

Таблица 12 - Объемы реконструкции тяговой подстанции Размахнино

2. Выбор мощности тягового трансформатора

2.1 Определение расчётных размеров движения

Расчёт мощности тяговых подстанций производится на основании размеров движения в сутки интенсивного месяца Nр, и режима движения поездов с минимальным межпоездным интервалом Q0 ограниченной длительности N0 (практически 0,9 ).

Проверка параметров тяговой системы электроснабжения по нагреванию и режиму напряжения производится в предположении, что на фидерной зоне находится максимальное число поездов N0 [1].

В соответствии с принятыми на перспективу размерами движения поездов по Забайкальской железной дороге на 2023 год в расчётах использовать 90 пар поездов в сутки. С учётом данного размера движения определяем минимальный межпоездной интервал Q0, мин по формуле (17)

Q0=10 мин

Максимальное число поездов на фидерной зоне 0 , пар, определяется по формуле (18)

,

Согласно формулам (17) - (18) Q0=10 мин,

,

В данном подразделе дипломного проекта были определены размеры движения для режима с минимальным межпоездным интервалом ограниченной длительности.

2.2 Определение мощности районных (нетяговых) потребителей

Требуемую полную максимальную мощность , кВА, нетяговых потребителей, учитывая потери в понижающих трансформаторах потребителей и сетях выше 1000 В определяется по выражению (19) согласно [2]:

,

где - нагрузка, приходящаяся на ввод 10 кВ тяговой подстанции, которая, соответственно, равна суммарной мощности всех нетяговых потребителей, кВА, представлена в таблице 13;

- постоянные потери в трансформаторах и переменные потери в сетях и трансформаторах принимаемые 2% и 8% [3].

,

Таблица 13 - Суточная нагрузка ввода Т2 - 10 кВ на 24 апреля 2021 года

Максимальная необходимая полная мощность нетяговых потребителей составляет 970,83 кВА.

2.3 Определение токов наиболее и наименее загруженных плеч питания

Для того чтобы определить мощность тяговой подстанции необходимо знать суточные расходы электроэнергии на тягу поездов по плечам питания тяговой подстанции. А также при определении сечения контактной сети одной из исходных величин является расход энергии на движение поезда по фидерной зоне.

Расчёт системы тягового электроснабжения производим в программном комплексе «КОРТЭС», разработанный ВНИИЖТ, сможем определить расход электроэнергии по фидерам тяговой подстанции.

Для производства расчётов будем использовать профиль пути, тип и массу поезда, тип локомотива 3ЭС5К «Ермак».

Произведём расчёт чётного направления Урульга - Размахнино, используем данные: тип пути - звеньевой; состав - грузовой, вес поезда - 12600 тонн, тип локомотива 2-2ЭС5К «Ермак». Результаты расчёта сведём в таблицу 14.

Таблица 14 - Токовая нагрузка плеча Урульга - Размахнино.

Произведём расчёт нечётного направления Размахнино-Урульга, используем данные: тип пути - звеньевой; состав - грузовой, вес поезда - 4500 тонн, тип локомотива 2ЭС5К «Ермак». Результаты расчёта сведём в таблицу 15.

Таблица 15 - Токовая нагрузка плеча Размахнино-Урульга

Произведём расчёт чётного направления Размахнино-Шилка, используем данные: тип пути - звеньевой; состав - грузовой, вес поезда - 12600 тонн, тип локомотива 2-2ЭС5К «Ермак». Результаты расчёта сведём в таблицу 16: