Проектирование тяговой подстанции постоянного тока

ОПН обладают следующими преимуществами перед обычными разрядниками:

1) низкий уровень остающихся напряжений;

2) способность рассеивания большой энергии;

3) большая защитная зона;

4) стабильность характеристик;

5) отсутствие переходных процессов;

6) устойчивость к атмосферным загрязнениям;

7) не требуют обслуживания в течении всего срока эксплуатации 25-30 лет;

8) экономия площади и объема;

9) высокая стойкость к вибрациям.

Выбранные ограничители перенапряжений сведем в таблицу 7.9.

Таблица 7.9 - Места установки и типы ограничителей перенапряжений

РУ	Место установки	Тип разрядника	Тип ОПН
110	Участок присоединения трансформатора	РВС-110 МУ1	ОПН-110 УХЛ1
110	Нейтраль понижающего трансформатора	РВС-35У1+РВС-15У1	ОПНСН-110 УХЛ1
35	Вводы	РВС-35 У1	ОПН-35А УХЛ1
10	Вводы	РВО-10 У1	ОПН-10А УХЛ1
3,3	Фидера КС	РВПК-3,3	ОПН-3,3/УХЛ1

7.9 Расчет и выбор аккумуляторной батареи

Выбор аккумуляторной батареи. На тяговых подстанциях в качестве источника оперативного постоянного тока, для питания цепей управления, сигнализации, автоматики и телеуправления, а также аварийного освещения применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, типа СК с номинальным напряжением UНОМ=220 В.

При выборе аккумуляторной батареи определяется её номер N и число элементов n.

n=, (7.29)

где UШ - напряжение на шинах аккумуляторной батареи, UШ =258 В;

UПОДЗ - напряжение одного элемента в режиме подзаряда,

UПОДЗ =2,15 В.

n==120 штук.

Выбор аккумуляторной батареи производят исходя из аварийного режима ее работы по двум параметрам:

1) по емкости длительного 3-часового разряда

QРАСЧ [Q3 Ч], (7.30)

Где

QРАСЧ - требуемая разрядная емкость АБ;

[Q3 Ч] - емкость 3-часового разряда выбранного аккумулятора.

2) по току кратковременного 5-секундного разряда

IКР РАЗР [I5 C] (7.31)

где IКР РАЗР - требуемый ток кратковременного разряда АБ;

[I5 C] - ток 5-секундного разряда выбранного аккумулятора.

Номер аккумуляторной батареи определяется исходя из расчетной разрядной емкости QРАСЧ, А·ч

QРАСЧ=IДЛ.РАЗР · tАБ , (7.32)

где

tАБ - время аварийного режима, равное 3 часа /1/;

IДЛ.РАЗР - расчётный ток длительного разряда, который равен

IДЛ.РАЗР.=IПОСТ+IАВ, (7.33)

где IПОСТ - ток потребляемый постоянно подключенными потребителями;

IАВ - ток, потребляемый нагрузками, подключенными к батарее при аварии.

На расчетной тяговой подстанции установлено:

выключателей переменного тока NПЕР = 12 шт.

отделителей Nотд= 0 шт.

короткозамыкателей Nкз =0 шт.

выключателей постоянного тока Nкат = 2 шт.

пар фидерных выключателей постоянного тока Nфид = 5 шт.

Ток, потребляемый постоянно подключенными к аккумуляторной батарее потребителями

IПОСТ = IЛС + IКУ + IАВТ, (7.34)

где IЛС - ток, потребляемый лампами сигнализации положения выключателей переменного и постоянного тока,

IКУ - ток, потребляемый катушками управления выключателей постоянного тока;

IАВТ - ток, потребляемый устройствами автоматики, при расчете можно принять равным 10 А.

IЛС = IЛ (NПЕР+ NОТД+ NКЗ +NКАТ+NФИД), (7.35)

где IЛ - ток, потребляемый одной сигнальной лампой, равен 0,065 А.

IЛС = 0,065·(12+2+5)=1,235А

Iку = 0,7·(2+2·4)=7 А

IПОСТ = 1,3+7+ 10 = 18,235 А.

Ток потребителей, подключаемых к аккумуляторной батарее в аварийном режиме

IАВ = IТМ + IОСВ, (7.36)

где IТМ - ток, потребляемый устройствами телемеханики в аварийном режиме, при расчете можно принять равным 1,4 А;

IОСВ - ток, потребляемый устройствами освещения в аварийном режиме, при расчете можно принять равным 10 А.

IАВ = 1,4 + 10 = 11,4 А.

Расчетный ток длительного разряда аккумуляторной батареи по (7.33)

IДЛ РАЗР = 18,235 +11,4 = 29,635А.

Расчетная разрядная мощность аккумуляторной батареи длительного режима по (7.32) электроснабжение трансформаторный силовой замыкание

QРАСЧ = 29,635 3 = 89,905 Ач.

Ток батареи кратковременного разряда

IКР РАЗР = IДЛ РАЗР + IВКЛ, (7.37)

где IВКЛ - ток, потребляемый наиболее мощным приводом выключателя при его включении. Для ПЭ-11 равен 60 А.

IКР РАЗР = 29,635+60=89,635 А.

По полученным результатам (QРАСЧ = 89,905 Ач; IКР РАЗР = 89,635 А), а также соотношениям (7.30) и (7.31) выбирается аккумулятор СК-4.

2 Выбор подзарядного устройства

Номинальные значения тока IН ПОДЗ и напряжения UН ПОДЗ подзарядного устройства должны удовлетворять следующим условиям:

IН ПОДЗ IПОСТ + 0,15NП; (7.38)

UН ПОДЗ UПОДЗ n; (7.39)

где IПОСТ - то же, что и в формуле (7.34);

NП - число положительных пластин в аккумуляторе (у СК-4 NП=4);

UПОДЗ, n - то же, что и в формуле (7.29).

IН ПОДЗ 18,235 + 0,154 = 18,835 А

UН ПОДЗ 2,15120 = 258 В.

По данным выбираем подзарядное устройство типа ВАЗП-380-40 с параметрами IН ПОДЗ = 40 А, UН ПОДЗ = 380 В.

3 Выбор зарядного устройства

Номинальные значения тока IН ЗАР и напряжения UН ЗАР зарядного устройства должны удовлетворять следующим условиям:

IН ЗАР IПОСТ + 4NП, (7.40)

UН ЗАР UЗАР n, (7.41)

где UЗАР - напряжение аккумулятора в режиме заряда.

IН ЗАР 18,235 + 44 =34,235 А

UН ЗАР 2,75120 = 330 В.

По данным выбираем зарядное устройство типа ВАЗП-380-40 с параметрами IН ЗАР = 40 А, UН ЗАР = 380 В.



8. Грозозащита подстанции

Выключатель ВАБ-49

Быстродействующие выключатели необходимы для защиты мощных генераторов и двигателей постоянного тока, для обеспечения защиты вращающихся электрических машин от перегрузок и коротких замыканий при круговом огне на коллекторе или повреждении изоляции.

В тяговых сетях постоянного тока напряжением 3 кВ при возникновении КЗ токи могут достигать 30 - 40 кА. Такие токи представляют большую опасность для сетей и оборудования термическими и динамическими воздействиями. В отличии от цепей переменного тока, где ток периодически снижается до нуля и дуга в отключающем аппарате в этот момент гаснет, в цепях постоянного тока происходит его нарастание до установившегося значения за сотые доли секунды. Отключение такого тока связано с большими трудностями.

Автоматические быстродействующие выключатели подразделяются на следующие виды:

1. Быстродействующие автоматические выключатели обратного тока (катодные выключатели), применяемые для селективного отключения выпрямителя от шин при повреждение вентиля (например, при обратном зажигании), или для селективного отключения коллекторной машины при возникновении на ее коллекторе кругового огня.

2. Линейные быстродействующие автоматические выключатели ,применяемые для отключения линий постоянного тока при перегрузках и коротких замыканиях.

3. Анодные быстродействующие автоматические выключатели для защиты анодных цепей выпрямителей. По принципу работы отключающего механизма быстродействующие выключатели делятся на две группы: с пружинным отключением, отключение которых достигается за счет усилий, развиваемых мощными отключающими пружинами; с магнитно-пружинным отключением, отключение которых осуществляют как силы отключающих пружин, так и электромагнитные силы.

По принципу работы отключающего механизма быстродействующие выключатели делятся на две группы: с пружинным отключением, отключение которых достигается за счет усилий, развиваемых мощными отключающими пружинами; с магнитно-пружинным отключением, отключение которых осуществляют как силы отключающих пружин, так и электромагнитные силы. По способности реагировать на направление тока в цепи быстродействующие выключатели бывают: поляризованные, автоматическое отключение которых происходит при определенном направлении тока через выключатель; неполяризованные, автоматическое отключение которых обуславливается только величиной тока и не зависит от его направления. Выключатель ВАБ-49 разработан на основе выключателей ВАБ-28 и ВАБ-43, хотя имеет значительные конструктивные отличия. Выпускаются четыре модификации выключателя: ВАБ-49- 3200/30-Л-УХЛ4 на 3200 А и ВАБ-49-5000/30-Л-УХЛ4 на 5000А применяются только по два, соединенные последовательно; ВАБ- 49/1-3200/30-Л-УХЛ4 и ВАБ-49-4000/30-К-УХЛ4 на 4000 А применяются в одиночном исполнении. Буква Л обозначает, что выключатель устанавливается на линиях постоянного тока для защиты их от токов КЗ и недопустимых перегрузок. Буква К обозначает, что выключатель устанавливается в качестве катодного на преобразователях переменного тока в постоянный для защиты от обратных токов. Все выключатели выпускаются на номинальное напряжение 3300 В, а наибольшее рабочее -- 4100 В, предназначены для работы в районах с умеренным и холодным климатом, в закрытых отапливаемых помещениях. На рис. 1 изображен полюс выключателя ВАБ-49 во включенном положении, который состоит из контактного блока и привода, изолированных друг от друга изоляторами 2, установленными на скобе 1, изолятора 24 и изолирующей тягой 25. Корпус привода заземляется.

Рисунок 8.1 - Выключатель ВАБ-49

Привод включает в себя электромагнит, состоящий из магнитопровода 44, катушки 43, расположенной на среднем стержне магнитопровода, к которому крепятся главный якорь 45 и якорь механизма свободного расцепления 36, вращающиеся на одной оси 42, промежуточного трехплечного рычага 41, установленного на главном якоре 45 и соединенного с ним осью 34, контактной пружины 27, отключающих пружин 47 и упора 46 главного якоря. Электромагнит закреплен в корпусе 32 шпильками 40. С двух сторон корпуса установлены блокировочные контакты 28. Механический указатель положения выключателя 35 расположен с торца привода.

Контактный блок выключателя состоит из катушки магнитного дутья 11 с неподвижным контактом 10, магнитопровода магнитного дутья 12, дугогасительного рога 15 неподвижного контакта, подшипника 13 для установки дугогасительной камеры, объединенных в единый узел и установленных на панели 9. Узел неподвижного контакта изолирован от узла подвижного контакта изолятором 7, установленном на скобе 22 и контактной шине 5. Контактный блок включает в себя главный подвижный контакт 8 закрепленный через ось 4 на скобе 22 и соединенный с шиной 5 гибкими связями 6. Дугогасительный рог 18 подвижного контакта закреплен на скобах 19 и 22. На главном подвижном контакте установлен дугогасительный контакт 16 с пружиной дожатая 27, закрепленный болтом 17. Нажатие пружины 21 регулируется гайкой 23. Подвижный контакт связан тягой 25, к которой крепится осью 48, с промежуточным рычагом 41 регулировочной втулкой 31 с осью 30. Соединение контактного блока с дугогасительной камерой осуществляется гибкими связями 14 и 20.

Привод выключателя защищен от возможного переброса дуги изоляционными экранами 26 и 29. Для регулирования зазора между рогом 15 и контактом 16 в предвключенном состоянии используется винт 38, который закрепляется контрогайкой 39 на якоре 36 механизма свободного расцепления и связывается с серьгой 33 осью 37.

Окно 49 в дополнительном магнитопроводе катодного выключателя служит для пропуска шины размагничивающего витка, необходимого для автоматического отключения выключателя.

Дугогасительная камера (рис. 2) М-образной формы состоит из асбоцементных наружных щитов 13 и 14 и внутренних перегородок 16, отделенных от наружных щитов брусками 15. Между внутренними перегородками установлены рога 1 и 11. С двух торцов камеры между щитами 13 и 14 установлены дугогасительные блоки 7 и пламягасительные жалюзи 8. Сверху и снизу камера закрыта крышками 3 и 9. Дугогасительные блоки 7, размещенные с обеих сторон камеры, состоят из набора стальных медненых пластин 20, разделенных изоляционными пластинами 18 и 19 и собранных на изоляционных стержнях 10. Пламягасительные жалюзи состоят из тонких стальных пластин 17, разделенных изоляционными шайбами и собранных на изоляционных стержнях. С помощью пластин 2, расположенных с двух сторон камеры, она устанавливается на контактный блок, где имеется специальный подшипник для поворота камеры при осмотре и ремонте.

Рисунок 8.2 - Дугогасительная камера

На рис. 1 ВАБ-49 показан во включенном положении. В отключенном положении выключатель находится на рис. 3, а. Главный якорь 2 под действием пружин оттянут от левого стержня 1 магнитопровода, тяга удерживает подвижный контакт 5 в отключенном состоянии. Упор 4 ограничивает поворот подвижного контакта, который нормально не должен касаться упора. Гибкая связь 3 соединяет подвижный контакт с шиной контактного вывода (на рис. 3, а связь показана частично). Для включения выключателя необходимо нажать кнопку включения (рис. 4). Контакт кнопки SBC замыкает цепь 3-6. Контактор КМ получает питание и замыкает свои контакты КМ} и ATM, в цепи 1-2 катушки выключателя У А, ток возрастает до 40 А. Главный якорь 2 (рис. 3, б) притягивается к левому стержню сердечника, преодолевая усилия пружин. Якорь 9 механизма свободного расцепления притягивается к правому сердечнику магнитопровода, удерживая подвижный контакт 5 и дугогасительный 6 в пред- включенном состоянии через тягу 7. Якорь 9 ограничивает перемещение тяги 7 рычагом 8, с которым он связан серьгой. В результате притяжения главного якоря переключаются блок-контакты (рис. 81). Контакт QFt замыкает цепь 5-6, блокировочное реле КВ получает питание и своим контактом KB1 размыкает цепь 3-6 контактора КМ. Контактор размыкает контакты КМх и КМ2 в цепи 1-2. Ток в катушке YA (цепь 1-4) уменьшается резистором R2 до 0,6 А. Это приводит к резкому снижению магнитного потока в магнитопроводе, якорь 9 (рис. 3, б) отрывается от правого стержня под действием сжатой пружины, поворачивающей трехплечный рычаг вокруг оси против часовой стрелки. Тяга 7 при этом перемещается, выключатель переходит во включенное состояние, контакты замыкаются.

Рисунок 8.3 - Привод выключателя: а - в отключенном состоянии; б - в предвключенном состоянии

Рисунок 8.4 - Принципиальная схема управления выключателем ВАБ-49

Реле блокировки КВ (рис. 4) замыкает свой контакт КВ2 в цепи 5-6, становится на самоподпитку и удерживает цепь 3-6 разомкнутой. Блокировочное реле КВ служит для предотвращения многократных включений и отключений выключателя в том случае, когда аварийный ток возникает в защищаемой цепи в момент включения выключателя при нажатой кнопке SBC. Для повторного оперативного включения выключателя необходимо отпустить кнопку SBC и вновь нажать ее. После включения выключателя его блок-контакт QF2 разомкнет цепь 7-8 зеленой лампы HLG, а контакт QF3 замкнет цепь 9-10 красной лампы HLG, сигнализирующей о включенном положении выключателя.

Отключение выключателя происходит при размыкании цепи 1-4 катушки YA выключателя кнопкой SB Г оперативного отключения или контактом дифференциального шунтового реле KAD при КЗ или перегрузке в защищаемой цепи. Реле KAD показано на рис. При размыкании цепи 1-4 катушка выключателя теряет питание. Параллельно контактам SBT и KAD включены конденсаторы С, и С2, которые вместе с катушкой создают колебательный контур, и возникает колебательный процесс спадания тока. За счет его отрицательной полуволны уничтожается намагниченность магнитопровода, что обеспечивает быстродействие выключателя при отключении, блок-контакты переключаются: QF2 замыкает цепь 7-8 зеленой лампы HLG, сигнализирующей об отключенном положении выключателя QF3 размыкает цепь 9-10 красной лампы HLG.



9. Техника безопасности при выводе в ремонт силового оборудования

9.1 Организационные и технические мероприятия, необходимые для безопасного производства работ

Организационными мероприятиями по обеспечению безопасности работ в электроустановках являются:

оформление работы нарядом, распоряжением, перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации, или приказом энергодиспетчера;

проведение выдающим наряд, распоряжение инструктажа производителю работ (наблюдающему), ответственному руководителю работ;

выдача разрешения на подготовку места работы (приказ, согласование);

допуск к работе;

инструктаж членам бригады;

надзор во время работы;

оформление перерывов в работе, переходов на другое рабочее место, окончания работы.

Виды технических мероприятий.

Для подготовки рабочего места при работах со снятием напряжения необходимо:

произвести необходимые отключения и принять меры, препятствующие подаче напряжения на место работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

вывесить запрещающие плакаты на приводах ручного и на ключах (кнопках) дистанционного управления коммутационной аппаратурой;

проверить отсутствие напряжения на отключенных токоведущих частях;

заземлить отключенные токоведущие части включением заземляющих ножей и наложением переносных заземлений;

вывесить предупреждающие, предписывающие и указательные плакаты;

оградить, при необходимости, рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части, в ОРУ установить веревочное ограждение и проход к месту работы.

9.2 Вывод в ремонт ОПН ОРУ 110кВ

Вывод в ремонт ОПН ОРУ 110 кВ - FV1

1. Место производства работ	ЗРУ 10 кВ, ТСН
2. Категория работ	Со снятием напряжения
3. Отключить (включить), проверить отключенное (включенное) положение	1. Вывести АВР секции 0,4 кВ. 2. Включить выключатель и автоматы резервного питания секций собственных нужд 0,4 кВ и по приборам проверить наличие нагрузки на резервном источнике питания; 3. Отключить автоматы 0,4 кВ выводимого в ремонт трансформатора и на ключах управления повесить плакаты "Не включать - работают люди". 4. Отключить выключатель на стороне 10 кВ трансформатора Q3 и на ключе управления повесить плакат "Не включать - работают люди" 5. Проверить положение автоматов 0,4 кВ трансформатора, отключить рубильники и запереть их приводы на замок, вывесить плакаты "Не включать - работают люди" 6. Проверить положение выключателя 10 кВ трансформатора Q3, переместить тележку выключателя в ремонтное положение, запереть на замок дверь шкафа и повесить плакат "Не включать - работают люди"
4. Включить заземляющие ножи, установить переносные заземления	1. Включить заземляющий нож QSG11. 2. Установить ПЗ на выводах трансформатора со стороны высшего и низшего напряжений Вывесить плакат "Заземлено".
5. Состав бригады	-
6. Под напряжением осталось	1. Губки выключателя 10 кВ Q3.

Рисунок 9.1- Схема для вывода в ремонт ТСН1 10 кВ.



Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены и решены следующие задачи:

1. Составлены схемы внешнего электроснабжения, из которых выбрана схема наиболее экономичная, которая была принята для дальнейших расчетов.

2. Составлена структурная схема расчетной тупиковой тяговой подстанции постоянного тока ТП15.

3. Был произведен расчет трансформаторной мощности тяговой подстанции кВА. Были выбраны силовые трансформаторы:

ТДЦ-80000/110, ТДТН-16000/110У1, ТДН-16000/110, ТС3-400/10 У3.

4. Произведены расчеты тупиковой тяговой подстанции постоянного тока. Составлены схемы внешнего электроснабжения, из которых выбрана схема наиболее экономичная, которая была принята для дальнейших расчетов. Определили токи короткого замыкания на шинах РУ, максимальные рабочие токи всех распределительных устройств ТП. Разработана схема главных электрических соединений. На основе расчетов выбрано силовое оборудование тяговой подстанции:

в РУ 110 кВ выбраны выключатели ВГБУ-110-40/2000У1;

в РУ 10 кВ - вакуумные выключатели ВВПЭ-10-20/1000УЗ и ВВПЭ-10-20/630УЗ;

в РУ 3,3 кВ - быстродействующие выключатели ВАБ-49-4000/30-К- УХЛ4 и 2хВАБ-49-3200/30-Л-УХЛ4.

5. Произведена техника безопасности при выводе в ремонт ТСН ЗРУ 10кВ.

6. Были рассмотрены быстродействующие выключатели ВАБ-49.



Список использованной литературы

1. Бей Ю. М., Малыгин Р. Р. Тяговые подстанции: учебник для вузов ж/д транспорта - М: Транспорт, 1986 - 319с.

2. Прохорский А. А. Тяговые и трансформаторные подстанции: Учебник для техникумов ж/д транспорта - М Транспорт, 1983 - 392с.

3. Кузнецова Г. С., Штин А. Н. Расчет трехфазных коротких замыканий в распределительных устройствах тяговых и трансформаторных подстанций. -Екатеринбург Издательство УрГУПСа, 2001 - 68с.

4. Несенюк Т. А., Штин А. Н. Выбор оборудования распределительных устройств тяговых и трансформаторных подстанций. -Екатеринбург, издательство УрГУПСа, 2002 - 84с.

5. Кузнецова, Г. С., Тер-Оганов Э.В., Штин А. Н. Проектирование тяговых подстанций электрифицированных железных дорог. -Екатеринбург: Издательство УрГУПСа, 2003 - 70с.

6. Несенюк Т. А., Штин А. Н. Открытые распределительные устройства тяговых подстанций. -Екатеринбург. Издательство УрГУПС, 2009 - 10,11с.

Размещено на Allbest.ru

...