Выбор оборудования тяговых подстанций

4. Выбор оборудования тяговых подстанций

К основному оборудованию тяговых подстанций относятся выпрямительные агрегаты и понизительные трансформаторы тяговых подстанций постоянного тока.

 

4.1 Число и мощность тяговых агрегатов подстанции постоянного тока

Число агрегатов определяется по мощности на тягу

P_т = U_тп×I_тп,э.(45)

вариант 1:

расчет ведется с использованием значений, полученных при методе сечения графика движения поезда

P_т = 3,3×2402 = 7927 кВт.

вариант 2:

P_т = 3,3×2995 = 9884 кВт.

Для обоих вариантов выбирается выпрямительный агрегат типа ТПЕД-3150–3,3кУ1 с двухмостовой (нулевой, мостовой) схемой выпрямления; I_dном = 3150 А; U_dном = 3300 В; P_вн = 3,3×3150 = 10395 кВт, типы диодов в плече ДЛ133–500–14, установка охлаждения наружная, охлаждение воздушное принудительное.

Число выпрямительных агрегатов без учета резерва

(46)

где P_в,н - номинальная мощность агрегата.

вариант 1:

вариант 2:

Так как выпрямительные агрегаты поставляются промышленностью комплектно, то необходимо проверить соответствие мощности тягового трансформатора по условиям при двухступенчатой трансформации:

,(47)

где l - коэффициент мощности тяговой подстанции постоянного тока, равный 0,92…0,93;

вариант 1:

.

вариант 2:

.

Для обоих вариантов выбирается преобразовательный трансформатор типа ТРДП-12500/10ЖУ1 u_к = 8,2%; Р_хх = 16 кВт; Р_кз = 71,5 кВт.

 

4.2 Число и мощность понизительных трансформаторов

 

Число и мощность понизительных трансформаторов определяется по суммарной мощности на тягу и районные потребители:

S_пт = (S_т + S_p)×к_p,(48)

где ;

S_p - мощность районной нагрузки, принимаемая в пределах до 0,25 мощности на тягу;

к_р - коэффициент, учитывающий разновременность максимумов тяги и районной нагрузки, принимаемый равным 0,97.

вариант 1:

S_пт = (8524 + 0,25×8524)×0,97 = 10335 кВт.

вариант 2:

S_пт = (10628 + 0,25×10628)×0,97 = 12886 кВт.

Для обоих вариантов выбирается трехобмоточный понизительный трансформатор типа ТДТН-16000/110–66 U_ВН = 115 кВ; U_СН = 38,5 кВ; U_НН = 11 кВ;

P_хх = 26 кВт; P_кз = 105 кВт; u_к: ВН-СН = 17%, ВН-НН = 10,5%, СН-НН = 6%;

i_хх = 1,05%.

Число понизительных трансформаторов

,(49)

где S_пт,н - номинальная мощность трансформатора;

к_пер - коэффициент перегрузки трансформатора, допускаемый техническими условиями.

вариант 1:

.

вариант 2:

.

Согласно Правилам устройства системы тягового электроснабжения железных дорог РФ бесперебойность питания нагрузок тяги (кроме слабозагруженных линий) обеспечивается установкой на подстанциях:

– переменного тока напряжением 25 кВ и постоянного тока с двойной трансформацией – не менее двух понижающих трансформаторов;

– системы 2х25 кВ с однофазными трансформаторами – резервного трансформатора с возможностью подключения его к каждому плечу питания;

– постоянного тока - не менее двух выпрямительных агрегатов.

В случае отключения одного понижающего трансформатора или выпрямительного агрегата оставшиеся в работе должны обеспечивать заданные размеры движения при принятых в проекте схеме питания контактной сети и организации движения поездов, а так же питание нагрузок нетяговых электроприемников первой и второй категорий.

Согласно этим требованиям на каждой тяговой подстанции устанавливаются 2 понижающих трансформатора, 2 преобразовательных трансформатора и 2 выпрямительных агрегата.

 

5. Расчёт токов короткого замыкания и выбор
уставок токовых защит

В тяговых сетях существует опасность того, что токи короткого замыкания могут быть соизмеримы с максимальными рабочими токами, поэтому необходимо рассчитать минимальные токи короткого замыкания для двух точек – на посту секционирования и на шинах соседней подстанции (см. рис. 4, 5, 6).

Расчетная схема для расчетов токов КЗ

Рис. 4

Схема замещения для расчетов токов КЗ в точек К1

Рис. 5

Для тяговой сети постоянного тока минимальный ток короткого замыкания в точке К1

,(50)

где U_d0 - напряжение холостого хода на шинах тяговой подстанции, равное 3650 В;

Схема замещения для расчетов токов КЗ в точек К2

Рис. 6

р - возможное снижение напряжения в первичной сети, р = 0,05;

u_д - падение напряжения в дуге в месте короткого замыкания, принимаемое равным 150…200 В;

I_нагр - ток нагрузки неповрежденных фидеров;

r - внутреннее сопротивление тяговой подстанции;

R_о - сопротивление линии отсоса определяется из условия, что сечение отсоса должно быть не менее трех сечений тяговой сети, а длина отсоса в пределах от 0,2 до 0,5 км;

R_п - сопротивление питающего фидера, может быть рассчитано из условия, что сечение фидера не менее сечения подвески обоих путей, а длина - в пределах от 0,2 до 0,5 км;

 - расстояние до точки короткого замыкания, равное при расположении поста секционирования посередине ½L.

Питающие и отсасывающие линии:

вариант 1: 6´А-185,

.

вариант 2: 9´А-185,

.

Ток нагрузки неповрежденных фидеров для обоих вариантов

I_нагр = 2113 А.

Внутреннее сопротивление тяговой подстанции

,(51)

где S_кз- мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения тяговой подстанции, кВА;

n_пт -число параллельно работающих понизительных трансформаторов;

S_пт,н – мощность понизительного трансформатора, кВА;

S_вт,н – мощность преобразовательного трансформатора, кВА;

u_кпт% - напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора;

u_квт% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора;

n_вт - число параллельно работающих преобразовательных трансформаторов;

I_dн - номинальный ток агрегата, А;

U_dн - номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции, равное 3300 В;

А - коэффициент наклона внешней характеристики агрегата, равный 0,5 для шестипульсовых схем выпрямления и 0,26 для двенадцатипульсовых;

n_в - число параллельно работающих выпрямительных агрегатов.

 

u_кпт% = 0,5×(u_вн-нн% + u_сн-нн% – u_вн-сн%).(52)

 

u_кпт% = 0,5×(10,5 + 6 – 17) = -0,25%;

для обоих вариантов:

u_д = 175 В;

вариант 1:

вариант 2:

При коротком замыкании в точке К2 отключится фидер подстанции Б3 и место к.з. будет питаться по трем фидерам. В этом случае минимальный ток короткого замыкания:

,(53)

где R_к – общее сопротивление до точки к.з.

;(54)

Здесь

(55)

(56)

вариант 1:

вариант 2:

При выполнении условия I_кз,мин>I_ф,м выбираются уставки защит.

При постоянном токе уставка быстродействующего выключателя фидера тяговой подстанции должна соответствовать условию:

I_ф,м + 100 А £ I_у £ I_кз,мин1 – 200 А.(57)

вариант 1:

1945 + 100 £ I_у £ 2161 – 200;

2045 £ I_у £ 1961;

Т.к. установка одного быстродействующего выключателя с током уставки I_у =2000 А будет приводить к ложным срабатываниям защиты, то рекомендуется в данном случае, кроме МТЗ, применить еще один вид дополнительной защиты, например, потенциальную.

вариант 2:

2400 + 100 £ I_у £ 2774 – 200;

2500 £ I_у £ 2574;

принимается I_у = 2500 А.

Уставка быстродействующего выключателя поста секционирования должна соответствовать условию:

I_у £ I_кз,мин2 – 200 А.(58)

вариант 1:

I_у £ 1710 – 200;

I_у £ 1510;

принимается I_у = 1500 А.

вариант 2:

I_у £ 2203 – 200;

I_у £ 2003;

принимается I_у = 2000 А.