Отчет по практике: Реконструкция тяговой подстанции Размахнино

Таблица 16 - Токовая нагрузка плеча Размахнино-Шилка

Произведём расчёт нечётного направления Шилка-Размахнино, используем данные: тип пути - звеньевой; состав - грузовой, вес поезда - 4500 тонн, тип локомотива 2ЭС5К «Ермак». Результаты расчёта сведём в таблицу 17:

Таблица 17 - Токовая нагрузка плеча Шилка-Размахнино

Произведя расчёты в программном комплексе «КОРТЭС», были получены токи по плечам тяговой подстанции Размахнино.

Для дальнейшего расчёта будут использованы максимальные и минимальные значения токов в интервале одной минуты, по фидерам обоих плеч питания подстанции

2.4 Расчёт мощности понижающих трансформаторов

Необходимая мощность тяговых обмоток трансформаторов x T, кВА, определяется по формуле (20)

,

где - мощность понижающих трансформаторов, для питания тяговой нагрузки;

- максимальная мощность фидеров ДПР «З» и ДПЫ»;

- максимальная мощность ТСН - 2;

- максимальная мощность фидеров СЦБ «З» и СЦБ «В».

По полученным токам наиболее и наименее загруженных плеч питания, необходимая мощность понижающих трансформаторов , кВА, для питания тяговой нагрузки определяется по формуле (21);

,

где - соответственно действующее значение тока наиболее и наименее загруженных плеч питания, А;

- напряжение на шинах РУ - 27,5кВ, кВ;

- коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки фаз трансформатора, 0,9; - коэффициент, учитывающий влияние компенсации реактивной мощности, 0,914;

- коэффициент, учитывающий влияние внутрисуточной не равномерности движения на износ изоляции обмоток трансформатора, 1,15.

Согласно формуле (21)

,

Максимальная мощность для ТСН, ДПР и СЦБ S max , кВА, определяется по формуле (22)

,

где - - постоянные потери в стали трансформаторов и переменные потери в сетях и трансформаторах, принимаемые соответственно равными 2% и 8%;

S - полная мощность, кВА, определяется из суточных графиков нагрузки, рисунок 7, данные графика представлены в таблице 18.

Таблица 18 - Суточный протокол замеров ТСН - 1, ДПР «В» и СЦБ «З»

Рисунок 7 - Cуточный график нагрузки ТСН - 1, ДПР «В» и СЦБ «З»

Определим максимальную мощность x, кВА, по выражению (22)

,

,

,

Определим , кВА, по выражению (20)

,

Определим мощность первичных обмоток, понижающих трансформаторов по формуле (23)

,

где - коэффициент равномерности максимальных нагрузок тяговых и нетяговых потребителей, равный 0,98.

,

Необходимая мощность каждого из двух понижающих трансформаторов согласно условию (24)

,

где - суммарная максимальная нагрузка первичной обмотки трансформатора, кВА;

- коэффициент допустимой перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности в аварийном режиме, равный 1,4;

n - количество трансформаторов.

,

Как мы видим данная мощность, не соответствует номинальной мощности трансформаторов, на основании полученных расчётов понизительный трансформатор ТДТНЖ - 40000/220/27,5/10 УХЛ1 установленный на подстанции не проходит проверку. Это означает, что при малейшем увеличении размеров движения поездов, силовой трансформатор (при двух установленных) не сможет длительно работать, в случае аварийного или планового отключения одного из них. Поэтому, предлагается установить третий силовой трансформатор, марки ТДТНЖУ - 40000/220-У1.

В данном разделе дипломного проекта выполнен расчёт для поездов массой 4600 тонн и 12600 тонн для локомотивов 2ЭС5К «Ермак». На основании токопотребления, был выполнен расчёт мощности тяговой подстанции необходимой для питания тяговой нагрузки.

3. Расчёт токов короткого замыкания

3.1 Составление расчётной схемы и схемы замещения

Выбор и проверку токоведущих элементов и электрических аппаратов и по электродинамической и электрической устойчивости производится, согласно [4], по току трехфазного короткого замыкания (), за исключением стороны 27,5 кВ тягового трансформатора. Так как в системе тягового электроснабжения трёхфазные замыкания исключены, расчётным является двухфазное короткое замыкание.

Необходимо произвести расчёт токов короткого замыкания для всех распределительных устройств (РУ).

Согласно исходным данным и схемы главных электрических соединений тяговой подстанции составим расчётную схему (рисунок 8), а по ней схемы замещения проектируемой подстанции.

Рисунок 8 - Расчётная схема

Схема замещения тяговой подстанции представляет собой электрическую схему, элементами которой являются схемы замещения реальных устройств их основными электрическими характеристиками.

Расчёт можно производить как в именованных, так и в относительных единицах, с использованием действительных коэффициентов трансформации (то есть точным методом приведения параметров). В качестве метода приведения выбираются именованные единицы, поскольку при расчёте через действительные коэффициенты это проще, чем расчет в относительных единицах. В качестве основной (базисной) ступени, к которой нужно приводить параметры всех элементов, примем ступень высшего напряжения (ВН). Расчёт выполним согласно [4], по методике, изложенной в [5]. Напряжение этой ступени сверяем со шкалой средних номинальных напряжений Кв.

3.2 Расчёт токов короткого замыкания в точке К1

Расчётная схема замещения для точки К1 представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Расчётная схема замещения для точки К1

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.

Ток короткого замыкания для точки К1 определяется по выражению (26);

,

где - сопротивление системы в именованных единицах определяется по формуле (25)

,

где - номинальное напряжение ВН, равно 230 кВ;

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

,

,

3.3 Расчёт токов короткого замыкания в точке К2

Расчётная схема замещения для точки К2 представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Расчётная схема замещения для точки К2

Ток короткого замыкания для точки К2 определяется по формуле (26)

,

где - эквивалентное сопротивление схемы относительно точки К2, определяется по выражению (27)

,

где- сопротивление обмоток высшего и среднего напряжения тягового трансформатора, сопротивления определяется по выражению (28);

- сопротивление системы.

,

где - напряжение короткого замыкания соответствующей обмотки, определяется по выражению (29);

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 (30)

,

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

- напряжение короткого замыкания низшей обмотки, определяется по выражению (31);

- напряжение тяговой стороны, кВ.

,

,

,

,

,

Полученный ток приведён к стороне ВН. Необходимо пересчитать его в фактический, определим его по выражению (32)

,

,

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 (33)

,

,

3.4 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 (34)

,

где , определяется по выражению (13).

,

Аналогично определяется сопротивление низшей обмотки по формуле (14)

,

где - напряжение короткого замыкания средней обмотки, определяется по выражению (37);

- напряжение со стороны обмотки низшего напряжения, кВ.

,

,

,

,

Полученный ток приведён к стороне ВС. Необходимо пересчитать его в фактический, определим его по выражению (38)

,

,

3.5 Расчёт ударных токов КЗ

Для проверки электрических аппаратов и токоведущих частей необходимо значение ударного тока КЗ, то есть максимального амплитудного значения полного тока, который может быть определен по выражению (39)

,

где - периодическая составляющая тока КЗ в данной точке, кА;

- ударный коэффициент, показывающий скорость затухания апериодической составляющей, равный для шин РУ ВН тягового трансформатора, а для шин РУ СН и НН 1,9ч1,92.

кА,

кА,

кА.

Таблица 19 - Значения максимального и ударного токов короткого замыкания

4. Выбор основного оборудования и токоведущих элементов подстанции

4.1 Расчёт максимальных рабочих токов

Токоведущие части и электрическое оборудование подстанции выбирают по условию их длительной работы при номинальной и повышенной нагрузке, не превышающей максимальной рабочей.

Для определения допустимых токов на токоведущих частях, а также номинальных токов оборудования подстанции необходимо рассчитать максимальные рабочие токи РАБ.МАХ сборных шин и походящих присоединений.

Расчёт максимальных рабочих токов произведем по методике [6]. Для проведения расчётов будем использовать схему, изображенную на рисунке 12.

Рисунок 12 - Схема для определения максимальных рабочих токов

Токи вводов №1 и №2, и перемычки между вводами, определим по выражению (40)

,

где - коэффициент перспективы, КПР 1,3;

- суммарная мощность трансформаторов подстанции МВА, ТП 80 МВА;

- суммарная мощность транзита через подстанцию, 80 МВА;

- коэффициент разновремённости нагрузок проектируемой и соседних подстанций для двухпутных участков, КР 0,7.

,

Ток первичной обмотки тягового трансформатора определяется по выражению (41):

,

где - коэффициент допустимой перегрузки, КПЕР 1,4;