Разработка электрической части тяговой подстанции переменного тока, присоединенной к сети 220 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

дисциплина: «Тяговые и трансформаторные ПС»

Номер шифра: 258

Схема питания подстанций:

Расчетная подстанция №8

Мощность короткого замыкания на шинах источников питания

№ варианта - 8
ИП1 SКЗ1, МВА	ИП 2 SКЗ2, МВА
2500	2100

Длины звеньев ЛЭП, км

№ варианта - 8
L1, км	L2, км	L3, км	L4, км	L5, км	L6, км	L7, км	L8, км	L9, км	L10, км	L11, км
45	60	55	47	46	56	59	42	50	45	57

Параметры силовых трансформаторов и филеров проектируемой ПС

№ варианта - 8
Sном, кВА	Uн1, кВ	Uн2, кВ	Uн3, кВ	Фидеры РУ 35 кВ	Фидеры РУ 27,5 кВ
				Sном, кВА	N, ед	Iном, А	N, ед
40000	230	38,5	27,5	2800	9	1000	5

• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
• 1.1 Схема распределительного устройства высшего напряжения
• 1.2 Схема распределительного устройства среднего напряжения
• 1.3 Схема распределительного устройства низшего напряжения
• 2. ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
• 3. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
• 3.1 Расчётная схема
• 3.2 Схема замещения
• 3.3 Расчет максимальных и ударных токов короткого замыкания распределительных устройств
• 4. РАСЧЁТ МАКСИМАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ТОКОВ
• 4.1 Расчетная схема
• 4.2 Расчет максимальных токов распределительных устройств
• 5. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
• 5.1 Выбор выключателей
• 5.2 Выбор и проверка разъединителей
• 5.3 Выбор измерительных трансформаторов тока
• 5.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ВВЕДЕНИЕ

Целью курсовой работы является разработка электрической части тяговой подстанции переменного тока, присоединенной к сети 220 кВ. В настоящее время электрификация железных дорог осуществляется как на постоянном, так и на переменном токе. Применение переменного тока для электрической тяги более экономично по сравнению с постоянным током, как по капитальным вложениям, так и по эксплуатационным расходам.

По способу подключения к ЛЭП 220 кВ расчетная подстанция является ответвительной. При разработке схемы главных электрических соединений подстанции переменного тока руководствовались Правилами устройств электроустановок (ПУЭ), нормами технологического проектирования, стандартами организаций ОАО «РЖД» и ОАО «ФСК ЕЭС» и другой нормативной и справочной литературой.

Основные задачи курсовой работы заключаются в выборе и обосновании схем распределительных устройств подстанции на всех напряжениях, расчетах токов короткого замыкания для выбора основного силового оборудования подстанции.

Проектирование устройств электроснабжения базируется на требовании обеспечить надежную и экономичную работу электроустановок.

1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

электрический подстанция переменный ток

На основании данных своего варианта и типовых решений, приведённых в литературе [1, 2, 3], составляется схема главных электрических соединений. Сначала составляется структурная схема тяговой подстанции, затем производится выбор типа схемы РУ, затем она разрабатывается на чертеже.

Коммутационные устройства и контактные соединения обозначаются в соответствии с [1]. Во всех цепях РУ должна быть предусмотрена установка разъединяющих устройств с видимым разрывом, обеспечивающим возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, предохранителей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и т.д.) каждой цепи со всех ее сторон, откуда может быть подано напряжение (согласно п.4.2.21 [4]).

Рисунок 1.1 - Структурная схема подстанции

Исходя из задания на курсовую работу тяговая, подстанция питается от ЛЭП 220 кВ и по способу подключения к сети является ответвительной, потребители (в основе своей - это тяговые потребители) питаются на напряжениях 27,5 и 38,5 кВ. Учитывая выше сказанное, а также опираясь на литературу [5, 6], выбираем структурную схему подстанции.

1.1 Схема распределительного устройства высшего напряжения

Ответвительные подстанции подключаются глухими ответвлениями к двум ВЛ 220 кВ или двумя цепями двухцепной ВЛ 220 кВ, следовательно, выключателей на вводах этих подстанций нет, что в свою очередь значительно удешевляет сооружение и обслуживание таких подстанций и, что особенно важно, повышает надежность электроснабжения электрифицированных дорог в целом. Эти ответвления и образуют вводы подстанции, по которым подается энергия. Если повреждается участок ВЛ, которому присоединена подстанция на ответвлениях, он обесточивается в результате отключения выключателей опорных, транзитных или районных подстанций, ближайших к месту КЗ. Питание сохраняется по другому вводу от другой ВЛ.

Воспользуемся типовым решением схемы РУ на 220 кВ, разработанным ПАО «ФСК ЕЭС» [2] - типовая схема №220-4Н «Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий». Наличие неавтоматической перемычки со стороны линии позволяет обеспечить питание потребителей от одной из питающих линий 220 кВ в ремонтном или послеаварийном режимах. Схема разработана ПАО «ФСК ЕЭС», однако может применяться в системах тягового электроснабжения.

Трансформаторы напряжения устанавливаем трехфазные для подключения релейной защиты, органов учета энергии и контроля уровня напряжения. Вводы ЛЭП присоединяются разъединителями с моторным приводом, таким образом, чтобы отключение от поврежденного участка происходило по телеуправлению, измерительные трансформаторы тока устанавливаются во всех трех фазах. При выборе типов выключателей следует руководствоваться нормами [3], согласно которым для РУ 220 кВ предпочтительны элегазовые выключатели.

Схема РУ 220 кВ ответвительной тяговой подстанции во многом аналогична схеме РУ транзитной подстанции, однако в ответвительной ТП отсутствует ремонтная перемычка, выключатель в рабочей перемычке и трансформатор напряжения. Такое упрощение схемы вызвано следующими причинами. При работающих трансформаторах, питающихся каждый от своей ВЛ, необходимость в какой-либо перемычке отпадает, поскольку и без нее обеспечивается равномерная загрузка ВЛ. В режиме короткого замыкания на одной из ВЛ, когда необходимо перевести оба трансформатора на питание от другой ВЛ, вполне достаточно обычной перемычки с двумя разъединителями. Наличие двух разъединителей обеспечивает возможность безопасного осмотра и ремонта каждого из них [3].

Всего в схеме устройства высшего напряжения установлено:

- 8 единиц разъединителей (2 единицы в цепях ЛЭП 220 кВ, по 2 единицы разъединителей с обеих сторон выключателей тяговых трансформаторов, и 2 последовательно включенных разъединителя в неавтоматической перемычке (для выполнения их ремонта без полного обесточения РУ). В соответствии с рекомендациями [4] разъединители выбраны с моторным приводом;

- по два комплекта стационарных заземлителей устанавливаются на каждом разъединителе, кроме разъединителей Т со стороны перемычки, где установлен один комплект со стороны выключателя;

- трансформаторы тока устанавливаются в каждом присоединении (ТТ также необходимы в нейтралях силовых тяговых трансформаторов);

- 2 измерительных трансформатора напряжения, установленных на каждом блоке.

Схема простая в обслуживании, недорогая и достаточно надежная для питания потребителей всех категорий.

1.2 Схема распределительного устройства среднего напряжения

Для обеспечения надёжности питания потребителей, подключенных к РУ 35 кВ, в соответствии с рекомендациями [1, 2] применяется схема №35-9

«Одна рабочая секционированная выключателем система шин».

Количество присоединений в схеме будет равно 11 (2 вводные ячейки и 9 ячеек фидеров районной нагрузки). Число выключателей, приходящихся на всю схему, будет равно k +1, где k - число присоединений, следовательно, число выключателей 11+1 = 12 единиц.

Для измерения напряжения на каждой секции и для питания цепей напряжения устройств РЗА используются два трехфазных трёх- или четырёх обмоточных измерительных трансформатора напряжения.

Данная схема позволяет сохранить в работе все присоединения при отказе одного из трансформаторов, благодаря возможности перевода обеих секций шин на питание от одного силового трансформатора.

1.3 Схема распределительного устройства низшего напряжения

Согласно [5, 6, 7, 8] модули (ячейки) РУ-27,5 кВ тяговой подстанции используются для питания тяговой сети переменного тока, а также не тяговых линейных железнодорожных потребителей по линиям ДПР. РУ-27,5 кВ имеет двухфазную рабочую, секционированную разъединителями, и запасную систему шин. Современное распределительное устройство тягового напряжения включает в себя: сборные шины, вводы от тяговых обмоток силовых трансформаторов, фидеры контактной сети (КС) с запасным выключателем, фидеры нетяговых потребителей - два провода рельс (ДПР), а также подключения фазы С (фидер отсоса) к контуру заземления подстанции (КЗП) и дроссель трансформаторам электрифицируемых путей. Благодаря этому ток на подстанцию от подвижного состава возвращается сразу по трем параллельным цепям: по рельсовому фидеру, по рельсам подъездного пути и по земле через контур заземления подстанции.

Система шин - одинарная, секционированная двумя двухполюсными секционными разъединителями, с обходной (запасной) шиной и заземляющими ножами, дающими возможность производства работ на выключателе блока при отключении только тяговой обмотки понижающего трансформатора. Шины РУ подключаются через ячейки ввода к выводам обмоток среднего (низшего) напряжения тяговых трансформаторов. Благодаря двум секционным разъединителям появляется возможность ремонта каждого из них без перерыва питания (так как железнодорожный транспорт является потребителем I категории). Запасная шина служит для вывода в ремонт любого фидерного выключателя или какой-либо секции шин со всеми её присоединениями.

Вводы от обмоток силовых трансформаторов подсоединяются к секциям шин через трёхполюсные выключатели. С двух сторон выключателей устанавливаются разъединители, причём со стороны шин - двухполюсные, так как фаза С соединена с КЗП и не требует дополнительного заземления при производстве работ. Измерение токов вводов производится с помощью трёхфазных трансформаторов тока, которые используются и для подключения устройств релейной защиты (РЗ).

Подключение ДПР осуществляется через двухполюсные выключатели. Выключатели фидеров ДПР не могут быть замещены запасными выключателями, так как для этого нужна двухфазная система запасных шин и выключателей. В данном случае такой необходимости нет, поскольку не тяговые потребители не относятся к числу потребителей первой категории, и их резервирование осуществляется от соседних подстанций.

От сборных шин фидеры КС подключаются через однополюсные выключатели и разъединители.

Для измерения напряжения на каждой секции и для питания цепей напряжения устройств РЗА используются два однофазных трёхобмоточных измерительных трансформатора напряжения.

2. ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

По заданной мощности, напряжению обмоток для установки выбираем два трансформатора типа ТДТНЖ-40000/220 У1, с регулированием напряжения под нагрузкой РПН на стороне ВН в диапазоне ±8?1,5%, ±12 ступеней и с регулированием напряжения ПБВ на стороне СН в диапазоне ± (2?2,5 %) с системой охлаждения вида "Д" предназначен для питания электрифицированных железных дорог на переменном токе.

Основные параметры выбранных трансформаторов с сайта ООО «Тольяттинский трансформатор» [9] представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Параметры силовых трансформаторов проектируемой подстанции

Маркировка	ТДТНЖ- 40000/220	Параметры регулирования
		РПН ВН, 12 ступеней	±8?1,5	%
		ПБВ нейтрали СН	±2Ч2,5	%
Технические характеристики
Группа соединений обмоток	Ун/Ун/Д-0-11
Номинальная полная мощность	40 МВА
SВН	40 МВА	UВН	230 кВ	uк В-С	22,0 %
SСН		UСН	38,5 кВ	uк В-Н	12,5 %
SНН		UНН	27,5 кВ	uк С-Н	9,5 %

3. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В курсовой работе расчет токов КЗ проводится для дальнейшего выбора и проверки электрооборудования. При необходимости намечаются меры по ограничению токов КЗ.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических сетей из-за ее старения или пробоя, обрывов проводов с падением на землю, механических повреждений изоляции кабельных линий, ударов молнии в ЛЭП, неверных действий обслуживаемого персонала. Замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводах и контактах, что вызывает их нагревание. Нагрев может ускорить разрушение изоляции, вызвать сварки и выгорания контактов и др. Поэтому провода и аппараты должны проверяться на термическую стойкость.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электро- динамическими усилиями между проводниками, под действиями этих усилий изоляция и токоведущие части могут быть разрушены. Поэтому электрическое оборудование должно проверяться на электродинамическую стойкость.

В курсовой работе расчет токов КЗ проводится для трех точек: К-1; К-2; К-3, соответственно, для шин: 220; 35; 27,5 кВ. Данный расчет необходим для дальнейшей проверки выбранных токоведущих частей, коммутационной и измерительной аппаратуры.

3.1 Расчётная схема

На первом этапе расчета токов КЗ на основе структурной схемы (рисунок 1.1) электроэнергетической системы составляется расчетная схема (рисунок 3.1). На ней в однолинейном изображении показываются источники электро-энергетической системы, точки КЗ и все силовые элементы, по которым возможно протекание тока КЗ. Схема составляется для максимального расчётного режима, то есть при всех включенных элементах электрической сети и при учете параллельной работы понижающих трансформаторов.

Рисунок 3.1 - Расчётная схема электрической сети

3.2 Схема замещения

На основе расчетной схемы составляется схема замещения электроэнергетической системы (рисунок 3.2) прямой последовательности с указанием порядковых номеров сопротивлений элементов. Параметры элементов схемы замещения определяются в именованных единицах (Ом) с приближенным способом учета коэффициентов трансформации трансформаторов, то есть с использованием шкалы средних номинальных напряжений электрических сетей [10].

Таким образом, принимаются следующие значения напряжений ступеней: Uст1 = 230 кВ; Uст2 = 37 кВ; Uст3 = 27,5 кВ.

Рассчитаем значения индуктивных сопротивлений всех элементов схемы замещения по формулам приближенного приведения.

Эквивалентный источник (система):

Сопротивления источников питания ИП1, ИП2 определяются в соответствии с формулой (3.1):

Рисунок 3.2 - Исходная схема замещения с обозначением токов КЗ на шинах расчетной подстанции



3.3 Расчет максимальных и ударных токов короткого замыкания распределительных устройств

Следующим этапом расчета токов короткого замыкания является постепенное преобразование схемы замещения к простому виду.

Первый этап преобразования: схема замещения упрощается относительно точки К-1.

Так как при коротком замыкании на шинах подстанции 9 (рисунок 3.2) ток короткого замыкания не обтекает шины НН и СН других подстанций, можно найти суммарное сопротивление сети до точки К-1, путем преобразования (свертывания) схемы в направлении от источника питания к месту короткого замыкания.

Пользуясь формулами преобразования, заменяем как последовательно- параллельные x1 и x2 на x8, x3 и x4 на x9 (рисунок 3.3, а):

Сопротивления x5, x6 и x7, соединенные в треугольник, заменяем на x10, x11 и x12, соединенные в звезду:

Рисунок 3.3 - Преобразование схемы замещения

Полученные результаты проставляем на схеме преобразования (рисунок 3.3, а), сопротивления xИП1, xИП2, xВ, xС, xН переносим на схему без изменений.

Упрощаем полученную схему, заменив сопротивления xИП1, x8, x9 и x10 на x13 и сопротивления xИП2, x11 на x14 как последовательные (рисунок 3.4, б).



Так как трансформаторы Т1, Т2 по условиям расчета работают параллельно их можно объединить в один эквивалентный (рисунок 3.3, б) с сопротивлениями:

Полученный результат проставляем на схему (рисунок 3.3, б).

Далее определяется значение результирующего сопротивления до точки К1 (рисунок 3.4):

Рисунок 3.4 - Эквивалентная схема

Действующее значение периодической составляющей трехфазного тока короткого замыкания в точке К-1 определим по формуле:

(3.9)

где Uном1 - номинальное напряжение (линейное) распределительного устройства высшего напряжения; с - коэффициент, который рекомендуется [12] принимать 1,1 при определении максимального значения тока КЗ.



Результаты расчётов токов короткого замыкания представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Значения токов короткого замыкания

Точка КЗ	Uст, кВ	xрез, Ом	Iп(0), кА	kуд	iуд , кА
К1	230	44,673	3,128	1,8	7,96
К2	37	4,921	4,775	1,85	12,5
К3	27,5	5,461	5,54	1,85	14,5

Расчетные токи КЗ. на шинах ВН, СН и НН подстанции получились не большими, поэтому дополнительных устройств для снижения этих токов не требуется.

4. РАСЧЁТ МАКСИМАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ТОКОВ

Продолжительные рабочие токи определяются для выбора аппаратов и проводников. Различают рабочие токи нормального режима, а также утяжеленного (ремонтного, аварийного, послеаварийного). Для выбора аппаратуры следует ориентироваться на утяжеленный режим работы, получая максимальные рабочие токи.

4.1 Расчетная схема

Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции производится в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема для расчета максимальных рабочих токов основных присоединений тяговой подстанции

4.2 Расчет максимальных токов распределительных устройств

Максимальный рабочий ток нагрузки определяется в каждой цепи ответвительной (отпаечной) ТП по формулам [8, 13]:

1) в цепи ввода ЛЭП (при отключении одной высоковольтной линии (отпайки), питающей ПС):



Результаты расчетов максимальных рабочих токов для всех потребителей и расчетные выражения представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Максимальные рабочие токи подстанции

5. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

5.1 Выбор выключателей

Выключателем согласно ГОСТ Р 52565-2006 называется контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи при нормальных условиях в цепи, а также включать, проводить в течение нормированного времени и отключать токи при нормированных анормальных условиях в цепи, таких как короткое замыкание.

Выключатель является самым ответственным аппаратом в высоковольтной системе, при авариях он всегда должен обеспечивать четкую работу. При отказе выключателя авария развивается, что ведет к тяжелым разрушениям и большим материальным потерям, связанным с не доступом электроэнергии, прекращением работы крупных предприятий.

Выбор высоковольтных выключателей производится по конструктивному выполнению и месту установки (наружная или внутренняя), по номинальному напряжению, току, а проверка - на действие токов короткого замыкания.

Выбор и проверка выключателей производится по следующим условиям: а) по напряжению электроустановки:



Выключатель ВГТ-220 относится к электрическим коммутационным аппаратам высокого напряжения, гасящей и изолирующей средой в которых служит элегаз (SF 6).

Выключатели ВГТ-220 предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 220 кВ.

Принцип работы выключателя заключается в гашении электрической дуги потоком элегаза, возникающим в процессе размыкания (под действием отключающей пружины аппарата) контактов как за счет уменьшения объема одной из полостей поршневого устройства, так и за счет теплового расширения газа под действием самой электрической дуги.

Включение выключателя осуществляется за счет пружин привода, которые одновременно с включением выключателя взводят его отключающую пружину, а отключение - за счет энергии пружины отключающего устройства выключателя.

Выключатель состоит из трех полюсов (колонн), установленных на общей раме и управляемых одним гидравлическим приводом ПГ-12.

Привод выключателя - пружинный с моторным и ручным заводом рабочих (цилиндрических, винтовых) пружин, типа ПГ-12. Привод представляет собой отдельный, помещенный в герметизированный трехдверный шкаф, агрегат.

Выключатель выполнен во взрывобезопасном исполнении - каждый полюс имеет предохранительное устройство, срабатывающее при критическом повышении давления внутри полюса.

Далее приводим его технические характеристики согласно [14] в виде таблицы 5.1.

Таблица 5.1 - Технические характеристики ВГТ-220

Наименование параметра	Значение
Номинальное напряжение, кВ	220
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	252
Номинальный ток, А	4000
Номинальный ток отключения, кА	40
Длина пути утечки внешней изоляции, см не менее	630
Собственное время отключения, мс, не более	25±2,5
Полное время отключения, мс, не более	60
Собственное время включения, мс, не более	100
Разновременность работы полюсов, с, не более: при включении при отключении	0,005 0,0033
Нормированный ток отключения ненагруженной воздушной линии, А	125
Верхний предел избыточного давления (давление заполнения, приведенное к плюс 20єС) элегаза, МПа (кгс/см2)	0,40(4,0)
Нижний предел избыточного давления элегаза (давление блокировки выключателя, приведенное к плюс 20 єС), МПа (кгс/см2)	0,34(3,4)
Ресурс по коммутационной стойкости до среднего ремонта, при номинальном токе отключения, количество операций О (В), не менее	15(8)
Ресурс выключателя по механической стойкости	10000
Срок службы до среднего ремонта, лет	25
Срок службы до списания, лет	40
Масса выключателя трехполюсное исполнение / однополюсное исполнение, кг	4080/1510
Габариты (без сборной опорной конструкции), мм, не более, длина, ширина, высота - трехполюсное исполнение - однополюсное исполнение	6500Ч760Ч7562 1240Ч950Ч7070

Таблица 5.2 - Ведомость принятых к установке высоковольтных выключателей

Наименование РУ или присоединения	Тип выключателя	Тип привода	Uн ? Uраб, кВ	Iн ? Iраб max, А	Условия проверки
					Iоткл.н ? Iп.0 , кА	iвкл.ном ? iуд, кА
Ввод трансформатора РУ-220 кВ	ВГТ-220II-40/2500ХЛ1	Пружинный ПГ-12	220 = 220	2500 > 210	40 > 3,128	102 > 7,96
Вводы РУ-35 кВ	ВБНК-35-25/1600 УХЛ1	Электро- магнитный	35 = 35	1600 > 924	25 > 4,775	64 > 12,5
Сборные шины 35 кВ	ВБНК-35-25/1600 УХЛ1	Электро- магнитный	35 = 35	1600 > 462	25 > 4,775	64 > 12,5
Районные потребители 35 кВ	ВБНК-35-25/1600 УХЛ1	Электро- магнитный	35 = 35	1600 > 60,04	25 > 4,775	64 > 12,5
Ввод РУ-27,5 кВ	ВБН-27,5-20/1600 УХЛ1	ПЭМУ	27,5 = 27,5	1600 > 1175,7	20 > 5,54	63 > 14,5
Фидер КС и запасной выключатель	ВБН-27,5-20/1600 УХЛ1	ПЭМУ	27,5 = 27,5	1600 > 1000	20 > 5,54	63 > 14,5
Питающая линия ДПР	ВБН-27,5-20/1600 УХЛ1	ПЭМУ	27,5 = 27,5	1600 > 18	20 > 5,54	63 > 14,5

5 Проверим выбранный тип выключателя по формулам (5.1)-(5.5): а) по напряжению электроустановки: 220 кВ = 220 кВ

б) по длительному номинальному току: 210 А < 2500 А,

в) проверка на симметричный ток отключения: 3,128 кА Ј 40 кА ,

г) на электродинамическую стойкость: iдин =102 кА і iуд = 7,96 кА.

д) проверка на термическую стойкость не выполняется.

Выбор высоковольтных выключателей для всех присоединений подстанции представим в таблице 5.2.

5.2 Выбор и проверка разъединителей

Выбор разъединителей производится аналогично выбору выключателей, только без проверки по отключающей способности.

Выбор разъединителей производится по следующим условиям:

Для установки в ячейках переменного тока РУ напряжением 220 кВ произведем выбор горизонтально-поворотного разъединителя типа РГ-220.II/1000 УХЛ1 производства ЗАО «ЗЭТО» Россия, Псковская область, г. Великие Луки [16].

Разъединитель РГ-220 представляет собой двухколонковый аппарат с поворотом главных ножей в горизонтальной плоскости. Разъединители состоят из главной токоведущей системы опорной изоляции и несущей рамы. Контактные ножи разъединителей на номинальное напряжение 220 кВ выполнены из медных труб. Выводные контакты выполнены с переходными контактными роликами и герметично закрыты. Это обеспечивает стабильное контактное нажатие в течение всего срока службы и небольшие усилия оперирования на рукоятке ручного привода. Контактирующие поверхности разъемного и выводного контактов покрыты серебром. Изоляторы

разъединителя выполнены из высокопрочного фарфора. Несущая рама состоит из двух швеллеров с установленными на них поворотными основаниями.

Заземлители выполнены из алюминиевых труб, к которым закреплены стежки (ламели) из бериллиевой бронзы, которые при включении врубаются в пластинчатые контакты на главных ножах. Контур заземления замыкается через гибкий проводник, соединяющий вал заземлителей и цоколь ведущего полюса.

Управление разъединителями и заземлителями осуществляется отдельными одноваловыми приводами: двигательными ПДГ-9УХЛ1, которые устанавливаются на поставляемый в комплекте с разъединителями кронштейн, и ручными приводами ПРГ-6.

Расшифровка условного обозначения выбранного разъединителя РГ.2-220.II/1000 УХЛ1:

Р - разъединитель;

Г - горизонтально - поворотный тип; Х1 - количество заземлителей (1 или 2);

Х2 - расположение заземлителей относительно ведущей и ведомой колонок: а - со стороны ведущей колонки, б - со стороны ведомой колонки;

Х3 - тип установки (К - для килевой установки, СК - для ступенчато - килевой установки, В - для установки на вертикальной плоскости, ОП - для однополюсной установки);

220 - номинальное напряжение 220 кВ;

II - степень загрязнения изоляции по ГОСТ 9920 - 89 (в исполнении I индекс отсутствует, IV - для разъединителей в исполнении Т1);

Х5 - номинальный ток (1000, 1600, 2000 или 3150), А;

Х6 - номинальный кратковременный выдерживаемый ток с повышенной стойкостью к воздействию токов к. з. 40, 50, 63 кА (в нормальном исполнении параметр не проставляется);

УХЛ - климатическое исполнение по ГОСТ 15150 - 69; 1 - категория размещения по ГОСТ 15150 - 69.

Основные технические характеристики выбранного разъединителя сведены в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 - Технические характеристики разъединителей РГ-220

Наименование параметра	Норма для типоисполнения
	РГ-220/1000 УХЛ1 РГ-220.II/1000 УХЛ1
1	2
Номинальное напряжение, кВ	220
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	252
Номинальный ток, А	1000
Номинальный кратковременный выдерживаемый ток (ток термической стойкости), кА	31,5
Наибольший пик номинального кратко-временного выдерживаемого тока (ток электродинамической стойкости), кА	80
Время протекания номинального кратковременного выдерживаемого тока, с: для главных ножей для заземлителей	3 1
Номинальная частота, Гц	50
Испытательное одноминутное переменное напряжение в сухом состоянии и под дождем, кВ: относительно земли между полюсами; между разомкнутыми контактами одного и того же полюса	460 530
Испытательное напряжение грозовогоимпульса 1,2/50 мкс, кВ: относительно земли и между полюсами; между разомкнутыми контактами разъединителей	1050 1200
Допустимая механическая нагрузка на выводы, Н	1000
Сопротивление постоянному току главного токоведущего контура, Ом: не более	192?10-6

Выбор разъединителей для всех присоединений приводится в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Ведомость принятых к установке разъединителей

Наименование присоед. или РУ	Тип аппарата	Тип привода	Условия выбора и проверки
			Uн ? Uраб, кВ	Iн ? Imax раб, А	iэд ? iуд, кА
Питающий ввод РУ 220 кВ	РГ.2-220/1000 УХЛ1	ПД?14УХЛ1	220 = 220	1000 > 210	80 > 7,96
Рабочая и ремонтная перемычки РУ-220 кВ	РГ.2-220/1000 УХЛ1	ПД?14УХЛ1	220 = 220	1000 > 147	80 > 7,96
Ввод трансформатора РУ-220 кВ	РГ.1-220/1000 УХЛ1	ПД?14УХЛ1	220 = 220	1000 > 147	80 > 7,96
Вводы РУ-35 кВ	РГ.1-35/1000 УХЛ1	ПРГ?5УХЛ1	35 = 35	1000 > 924	50 > 12,5
ССШ РУ-35 кВ	РГ.1-35/1000 УХЛ1	ПРГ?5УХЛ1	35 = 35	1000 > 462	50 > 12,5
Фидер 35 кВ	РГ.1-35/1000 УХЛ1 РГ.2-35/1000 УХЛ1	ПРГ?5УХЛ1	35 = 35	1000 > 60,04	50 > 12,5
Вводы РУ-27,5 кВ	РДЗ.1-35Б/2000НУХЛ1 РДЗ.2-35Б/2000НУХЛ1	ПРГ-2БУХЛ1	35 > 27,5	2000 > 1175,7	80 > 14,5
Сборные шины РУ-27,5 кВ	РДЗ.1-35/1000 НУХЛ1	ПРГ-2БУХЛ1	35 > 27,5	1000 > 587,9	40 > 14,5
Фидер КС 27,5 кВ	РДЗ.1-35/1000 НУХЛ1 РДЗ.2-35/1000 НУХЛ1	ПРГ-2БУХЛ1	35 > 27,5	1000 = 1000	40 > 14,5
Фидер ДПР	РДЗ.1-35/1000 НУХЛ1 РДЗ.2-35/1000 НУХЛ1	ПРГ-2БУХЛ1	35 > 27,5	1000 > 18	40 > 14,5

Проверим выбранный тип выключателя по формулам (5.6) - (5.9): а) по напряжению электроустановки:

220 кВ = 220 кВ

б) по длительному номинальному току:

210 А < 1000 А,

в) на электродинамическую стойкость:

iдин ?102 кА ? iуд ? 7,96 кА.

г) проверка на термическую стойкость не выполняется.

5.3 Выбор измерительных трансформаторов тока

Трансформаторы тока предназначены для для передачи сигнала измерительной информации приборам измерения, защиты, автоматики, сигнализации и управления в электрических цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц [17].

Выбор и проверку трансформаторов тока необходимо выполнять по известным из технической литературы условиям:

а) по напряжению электроустановки:



Трансформаторы тока ТБМО-220 УХЛ1 являются масштабными преобразователями. Первичная обмотка - цельносварная алюминиевая без переключателя числа витков. Трансформаторы имеют две измерительные и три защитные вторичные обмотки на различные нагрузки и классы точности.

Вторичные обмотки выполнены из медного провода.

Трансформаторы имеют две измерительные и три защитные вторичные обмотки на различные нагрузки и классы точности.

Измерительная обмотка №1 предназначена для коммерческого учета электроэнергии в системе АСКУЭ, обмотка №2 служит для измерений и технического учета, обмотки №3, №4, №5 - для защиты.

Метрологические и технические характеристики выбранных трансформаторов тока типа ТБМО-220 УХЛ1 приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Метрологические и технические характеристики

Характеристики	Обмотка №1	Обмотка №2	Обмотки №№3-5
Номинальное напряжение, кВ	220
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	252
Тип	XVII
Первичная обмотка	Наибольший рабочий ток, А	320
	Односекундный ток термической стойкости, кА	20
	Ток динамической стойкости, кА	50
Номинальные токи вторичных обмоток, А	1	5	5
Номинальные коэффициенты трансформации, А/А	200/1	300/5	300/5
Класс точности/ номинальная нагрузка, В?А	0,2S/2,0	0,5S/15	5Р/50
Номинальный коэффициент безопасности, не более	10	15	-
Номинальная предельная кратность, не менее	-		24
Номинальная частота, Гц	50
Полная масса, кг	850
Масса масла, кг	350
Габаритные размеры, мм	3150?980?980

Проверим выбранный тип трансформатора тока по формулам (5.10) - (5.17):

а) по напряжению электроустановки:

220 кВ = 220 кВ

б) по длительному номинальному току:

147 А < 320 А,

в) на электродинамическую стойкость:

iдин = 50 кА і iуд =--7,96 кА.

г) проверка на термическую стойкость не выполняется; д) по вторичной нагрузке:

В каталоге на трансформатор тока задается номинальная нагрузка измерительной вторичной обмотки трансформатора тока в виде мощности S2ном = 2,0 ВА, номинальное сопротивление определяем по формуле:

В связи с тем, что в исходных данных к курсовой работе не заданы типы и количество измерительных приборов и защита элементов подстанции не разрабатывается, проверку ТТ по допустимой величине нагрузки вторичной обмотки произвести нельзя.

Следует также иметь в виду, что трансформаторы и автотрансформаторы должны быть снабжены встроенными трансформаторами тока, пред- назначенными для присоединения релейной защиты.

Трансформаторы тока, встроенные в выключатели и в силовые трансформаторы на динамическую и термическую стойкость не проверяются [5]. Достаточным условием проверки является сравнение наибольшего рабочего тока на данном напряжении с номинальным током ТТ.

Ведомость принятых к установке трансформаторов тока приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Ведомость принятых к установке трансформаторов тока

Наименование РУ или присоединения	Тип трансформатора тока	Класс точности обмоток	Номинальный режим	Режим КЗ
			Uн ? Uраб, кВ	Iном ? Iраб.max, А	imax ? iу, кА
Вводы трансф-ра РУ-220 кВ	ТБМО-220-I-0,2S/0,5/5Р/5Р/5Р- 200-300/1-5 УХЛ1	0,2S/0,5/5Р/5Р/5Р	220 = 220	320 > 147	50 > 7,96
Неавтоматическая перемычка РУ-220 кВ	ТБМО-220-I-0,2S/0,5/5Р/5Р/5Р- 200-300/1-5 УХЛ1	0,2S/0,5S/5Р/5Р	220 = 220	320 > 147	50 > 7,96
Сторона ВН Т1, Т2	ТВТ 220-I-600/5 О4	10Р/10Р	220 = 220	200 > 147	-
Сторона СН Т1, Т2	ТВТ 35-I-1000/5 О4	10Р/10Р	35 = 35	1000 > 924	-
Сторона НН Т1, Т2	ТВТ35-I-3000/5 О4	10Р/10Р	35 > 27,5	1500 > 1175,7	-
Ввод РУ-35 кВ	ТОЛ-35-III-V-4-1000/5-УХЛ1	0,5S/0,5/5Р/5Р	35 = 35	1000 > 924	153 > 12,5
ССШ ОРУ-35 кВ	ТОЛ-35-III-V-4-600/5?УХЛ1	0,5S/0,5/5Р/5Р	35 = 35	600 > 462	127 > 12,5
Фидера РУ-35 кВ	ТОЛ-35-III-V-4-75/5?УХЛ1	0,5S/0,5/5Р/5Р	35 = 35	75 > 60,04	15 > 12,5
Вводы РУ-27,5 кВ	ТОЛ-35-III-V-4-1500/5-УХЛ1	0,2S/0,5/5Р/5Р	35 > 27,5	1500 > 1175,7	153 > 14,5
Фидер КС и ЗВ	ТОЛ-35-III-V-4-1000/5?УХЛ1	0,2S/0,5/5Р/5Р	35 > 27,5	1000 = 1000	153 > 14,5
Питающая линия ДПР	ТОЛ-35-III-V-4-75/5?УХЛ1	0,2S/0,5/5Р/5Р	35 > 25	75 > 18	15 > 14,5

5.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения для питания электроизмерительных приборов выбираются по:

а) по напряжению установки

Uуст Ј Uном , (5.19)

б) по конструкции и схеме соединения обмоток; в) по классу точности;

г) по сопротивлению вторичной подключаемой нагрузки

Z2 Ј Z2ном , (5.20)

где

Z2ном

– номинальное сопротивление вторичной обмотки трансформатора напряжения в выбранном классе точности; Z2

– суммарная сопротивление

измерительных приборов, присоединенных к трансформатору напряжения.

Выбранные трансформаторы напряжения занесем в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 -Принятые к установке трансформаторы напряжения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выполненной курсовой работе рассмотрены вопросы проектирования электрической части ответвительной тяговой подстанции 220/35/27,5 кВ.

Подстанция получает питание по двум воздушным линиям 220 кВ, примыкающим к заданной энергосистеме. Для обеспечения питания потребителей во всех режимах на проектируемой подстанции выбраны два трехобмоточных трансформатора типа ТДТНЖ-25000/230/38,5/27,5 УХЛ1.

Схемы главных электрических соединений на напряжения 220, 35, 27,5 кВ приняты типовыми в соответствии с рекомендациями стандартов [1, 2] и правилами [7]:

– для РУ 220 кВ принята схема № 220-4Н «Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий»,

– для РУ 27,5 кВ принята схема с одинарной секционированной двумя разъединителями системой шин в двухпроводном исполнении, дополненной запасными выключателями и запасной шиной;

– для РУ 35 кВ принята схема № 35-9 «Одна рабочая секционированная выключателем система шин».

Распределительные устройства на напряжения 27,5, 35, 220 кВ выполнены открытыми, с размещением оборудования на открытом воздухе.

В соответствии с заданием на курсовую работу выбраны по условиям продолжительного режима и проверены по токам КЗ, согласно требованиям ПУЭ, аппараты основных присоединений РУ 220 кВ, РУ 27,5 кВ, РУ 35 кВ.

Оборудование, устанавливаемое в РУ 220/35/27,5, имеет следующие наименования:

выключатели: ВГТ-220II-40/2500ХЛ1 (ООО «ЗЭТО-Газовые Технологии» (ООО «ЗЭТО-ГТ») г. Великие Луки, Псковская обл.).

трансформаторы тока: ТБМО-220УХЛ1 (АО «РЭТЗ» Энергия», г. Раменское, Московской обл.).

трансформаторы напряжения: НАМИ-220 (АО «РЭТЗ» Энергия», г. Раменское, Московской обл.), разъединители: РГ.2-220/1000-УХЛ1, РГ-1-220/1000-УХЛ1 (ЗАО «ЗЭТО» г. Великие Луки, Псковская обл.).

Блоки РУ 27,5 кВ комплектуются:

выключателями серии ВБН-27,5 (ООО «НТЭАЗ Электрик», г. Нижняя Тура Свердловской области) с выносными трансформаторами тока типа ТОЛ-35 (ОАО «СЗТТ», г. Екатеринбург); разъединителями РДЗ-35 (ЗАО «ЗЭТО», Псковская область, г. Великие Луки) с электродвигательными и ручными приводами; трансформаторами напряжения ЗНОМ-35 (ОАО «Электрозавод», г. Москва); ограничителями перенапряжения ОПН-27,5.

РУ-35 кВ:

выключатели серии ВБНК-35 производства ООО «Высоковольтный союз» г. Екатеринбург;

измерительные трансформаторы тока: ТОЛ-35-III-V-4 (ОАО «СЗТТ», г. Екатеринбург);

измерительные трансформаторы напряжения: ЗНОМ-35 УХЛ1 (ОАО «Электрозавод», г. Москва);

предохранитель в цепи ТН: ПКН001-35 (ОАО «Кореневский завод низковольтной аппаратуры»).

Предполагаемое к установке оборудование в настоящее время выпускается промышленностью и допущено к применению на объектах электросетевых компаний Российской Федерации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ Р 59279-2020 Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Электрические сети. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств от 35 до 750 кВ подстанций. Типовые решения. Рекомендации по применению [Текст] : Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 декабря 2020 г. № 1375-ст - М.: Стандартинформ. ? 154 с.

2. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. Типовые решения [Текст]: СТО 59012820-29.240.30.003- 2009: утв. и введ. в действие ОАО «СО ЕЭС» 31.12.2009. - М.: ОАО «СО ЕЭС», 2009. - 132 с.

3. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ [Текст]: СТО 56947007-29.240.10.248 -2017: утв. и введ. в действие: Приказом ПАО «ФСК ЕЭС» от 25.08.2017 № 343. - М.: ПАО «ФСК ЕЭС», 2017. - 135 с.

4. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание [Текст]. - СПб.: Изд-во ДЕАН, 2015. ? 1168 с.

5. Штин, А. Н. Проектирование тяговых и трансформаторных подстанций [Текст] : учеб. метод. пособие / А. Н. Штин, Т. А. Несенюк. - Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. - 88 с.

6. Бей Ю. М. Тяговые подстанции [Текст]: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Ю. М. Бей, Р.Р. Мамошин, В. Н. Пупынин, М. Г. Шалимов. - М.: Транспорт, 1986 - 319 с.

7. СП 224.1326000.2014. Тяговое электроснабжение железной дороги. - М. Минтранс России, 2014. - 105 с.

8. Шалимов, М. Г. Проектирование тяговых подстанций постоянного и переменного тока. Часть 2. Схемы главных электрических соединений и выбор оборудования [Текст] : методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции» / М. Г.

Шалимов, А. М. Сапельченко, Ю. В. Кондратьев, Т. В. Комякова, Р. Б. Скоков - Омск: Изд-во ОмГУПС, 2005. - 42 с.

9. Сайт ООО «Тольяттинский трансформатор» [Электронный ресурс] : http://www.transformator.com.ru.

10. Крючков, И. П. Короткие замыкания и выбор электрооборудования [Текст]: учебное пособие для вузов / И. П. Крючков, В. А. Старшинов, Ю. П. Гусев и др.; под ред. И. П. Крючкова, В. А. Старшинова. - М.: Издательский дом МЭИ, 2012. - 568 с.

11. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования, М.: «Изд-во НЦ ЭНАС», 2002 г.

12. ГОСТ Р 52735-2007 Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. Введ. 2008-07-01.

13. Гринберг-Басин, М. М. Тяговые подстанции [Текст] : пособие по дипломному проектированию: учебное пособие / М. М. Гринберг-Басин. - Москва : Транспорт, 1986. - 168 с.

14. ВГТ-220 (У1, УХЛ1*) Выключатель элегазовый колонковый (трехполюсное/однополюсное исполнение) [Электронный ресурс] : https://zeto.ru/products_and_services/new_development/vgt-220-1k-vyklyuchatel- elegazovyy-kolonkovyy (дата обращения 21.04.22).

15. РИЖФ. 674152.024 РЭ Выключатели вакуумные серии ВБН/ЭЛКО [Электронный ресурс] : Руководство по эксплуатации / ГК «Электрокомплекс», Минусинск, - 2014 г. - Режим доступа: http://www.electrocomplex.ru/ media/2014/04/re-vbn-elko.pdf (дата обращения 14.04.2022).

16. РГ-220 (УХЛ1) Разъединители горизонтально-поворотного типа [Электронный ресурс] : https://www.zeto.ru/products_and_services/high_voltage_ equipment/razyediniteli-narujnoy-ustanovki-serii-rg/rg-220-kv (дата обращения: 20.04.2022).

17. ГОСТ 7746-2015. Трансформаторы тока. Общие технические условия

[Текст].- Взамен ГОСТ 7746-2011; введ. 2017-03-01. - М.: Стандартинформ, 2016. - 43 с.

18. Рожкова, Л. Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций [Текст]: учебник / Л. Д. Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. - 11-е изд., стер. ? М.: Издательский центр «Академия», 2014.? 448 с.

19. Трансформатор тока маслонаполненный ТБМО-220 УХЛ1 [Электронный ресурс] / Каталог продукции ОАО «РЭТЗ Энергия». Режим доступа: http://www.ramenergy.ru/products/transformatory-toka, (дата обращения 04.02.2018).

20. Каталог продукции 2021 [Электронный ресурс] / ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока», Екатеринбург, 2021, Режим доступа: http://www.cztt.ru/userFiles/Catalog_2021/katalog_sztt_2021_web260521.pdf (дата обращения 01.05.2022).

21. ТВ трансформаторы тока встроенные [Электронный ресурс] : Электронный каталог. - Режим доступа: https://www.tdtransformator.ru/ files/388/tv.pdf, (дата обращения 25.04.2022).

Размещено на Allbest.ru

...