Проектирование тяговой подстанции, транзитная, постоянного тока

 

Полный ток К.З. в  точке К3

 

i_к = · 26,82 + 1,138 = 39,067 кА

 

6. Определение тока К.З. на шинах постоянного тока 3,3 кВ, (в точке К4)

 

Установившийся ток  К.З. на шинах постоянного тока 3,3 кВ определяется по формуле согласно [1]:

 

 (4.14)

 

где I_dH – номинальный выпрямленный ток выпрямительного агрегата, кА

N – количество выпрямительных агрегатов;

S_н.пр.тр – мощность преобразовательных трансформаторов, питающих выпрямительный агрегат, МВА

S_КЗ – мощность К.З. на шинах переменного тока 10кВ, МВА

u_К – напряжение К.З. преобразовательного трансформатора, %

 

 (4.15)

 

Данные о преобразовательных агрегатах взяты из раздела 1.

 

S_н.пр.тр = S _НОМ1 = 11,84 МВА;

I_dн = I_{НОМ вып}= 3,2 кА;

u_к = 7,35 %.

 

Определяем установившийся ток К.З. на шинах постоянного тока 3,3 кВ, по формуле (4.14)

 

 

5. Проверка оборудования тяговой подстанции по условиям короткого замыкания

 

5.1 Расчетный  тепловой импульс на шинах  3,3 кВ подстанции определяется  согласно [1] по формуле:

 

B_к = I²_ПО·t_откл (5.1)

 

где I²_ПО – начальное значение периодической составляющей тока К.З.

 

I²_ПО = I_к.уст = 29,37 кА;

 

t_откл – время, в течении которого проходит ток К.З. согласно [1]:

t_откл = t_з + t_в (5.2)

где t_з – время действия защиты, согласно разделу 1,

 

t_з = t_рз = 0,1 с;

 

t_в – время отключения выключателя, согласно пункту 3.2.4.3, для РУ 3,3 кВ

t_в = 0,05 с.

По формуле (5.2) определяем:

 

t_откл = 0,1 + 0,05 = 0,15 с.

 

По формуле (5.1) определяем расчетный тепловой импульс на шинах  РУ-3,3 кВ:

B_К = 29,37² × 0,15 = 129,4 кА²с;

 

2. Проверка шин РУ-3,3 кВ

 

Минимальное сечение  шин РУ-3,3 кВ, при котором протекание тока К.З. не вызывает нагрева шин выше кратковременно допустимой температуры, определяем согласно [1] по формуле:

 

 (5.4)

 

где B_K – тепловой импульс К.З.;

C = 90 А×с^1/2/мм², - константа по [1];

 

 

Согласно [1] должны выполняться  условия:

 

I_доп ³ I_р.мах

q ³ q_min (5.5)

 

По условию (3.4):

для главной и минусовой  шин коробчатого сечения:

 

I_доп = 5650 А ³ I_{р мах 3,3} = 5120 А ;

I_доп = 6430 А ³ I_{р мах 3,3} = 6400 А ;

 

для запасной шины прямоугольного сечения:

 

I_доп = 2180 А ³ I_{р.мах 3,3} = 2000 А ;

 

По условию (5.5):

для главной и минусовой  шин:

 

q = 1785 мм² ³ q_min = 156,6 мм²

q = 2440 мм² ³ q_min = 156,6 мм²

 

для запасной шины:

 

q = 800 мм² ³ q_min = 156,6 мм²

 

Выбранные шины подходят для РУ-3,3 кВ, так как удовлетворяют условиям проверки.

 

3. Проверка быстродействующих выключателей постоянного тока

 

Быстродействующие выключатели  проверяются по условию:

 

Iмах отк ³ k·Iк уст

(5.8)

 

где I_{к уст} – установившийся ток К.З. на шинах 3,3 кВ, определяется по выражению (4.13);

I_{мах отк} – максимальный ток отключения; k = 0,6 – коэффициент учитывающий наличие быстродействующих выключателей [3]

Для вводных и выключателей фидеров контактной сети:

 

I_{мах отк} = 22 кА ³ k·I_{к уст} = 0,6·36,3 = 21,84 кА

 

Для секционных выключателей, при двух последовательно включенных:

I_{мах отк} = 50 кА ³ k·I_{к уст} = 21,84 кА

 

Выбранные быстродействующие  выключатели типа ВАБ-49/1-3200/30-Л, в  качестве вводных и выключателей фидеров КС, а также ВАБ-49-5000/30-Л, в качестве секционных подходят для РУ-3,3 кВ.

 

 

6. Выбор сглаживающего устройства

 

 

Рис. 6.1 Схема сглаживающего  устройства

 

Для обеспечения электромагнитной совместимости преобразователей и  тяговой сети 3,3 кВ с линиями связи  и устройствами СЦБ, т. е. Для снижения влияния тяговых токов на работу линий связи и устройств СЦБ, на тяговой подстанции, в соответствии с правилами защиты устройств связи, установлено сглаживающее устройство.

Сглаживающее устройство состоит из резонансных и апериодического  контуров. Каждый резонансный контур настраивается в резонанс токов на определённую частоту. Апериодический контур настраивается в резонанс напряжений на частоте 174 Гц.

В сглаживающем устройстве подстанции применен трехблочный реактор  РБФАУ-6500/3250 с параллельным соединением  ветвей, индуктивностью 5 мГн.

Для резонансных и  апериодических контуров применены  бумажно-маслянные конденсаторы ФМТ4–12, номинальная емкость 12 мкФ, номинальное  напряжение 4 кВ и катушки индуктивности, содержащие в каждом резонансном  контуре основную и дополнительную катушки, изготовленных из медного провода ПР-500.

Необходимые индуктивности  катушек определяем согласно [3] по формуле:

 

 (6.1)

 

где C_n – емкость контура;

f – частота резонанса контура.

Параметры сглаживающего  устройства приведены в таблице 6.1

 

Таблица 6.1

Параметры сглаживающего устройства

Резонансная частота контура, Гц	Емкость контура, мкФ	Индуктивность контура, мГн	Индуктивность реактора, мГн
1-е звено
100	144	18,1	5
200	108	6,3
300	96	3,15
400	60	2,05
500	48	2,25
600	36	1,76
2-е звено
Апериодический контур	204	–	5
Фильтр-пробка	12	–

 

 

 

7. Выбор аккумуляторной батареи

 

Выбор аккумуляторной батареи  заключается в определении типового номера батареи, расчете числа последовательно  включенных элементов, выборе зарядно-подзарядного устройства.

Ток длительного разряда в аварийном режиме:

 

I_{дл.разр} = I_пост + I_ав, (7.1)

 

где I_пост – ток постоянной нагрузки; I_ав – ток аварийной нагрузки.

 

I_пост = 40 А; I_ав = 24 А; I_{дл.разр} = 40 + 24 = 64 А.

 

Ток кратковременного разряда  в аварийном режиме:

 

I_{кр разр} = I_{дл.разр} + I_вкл (7.2)

 

где I_вкл – наибольший ток, потребляемый приводом выключателя, для выключателя ВВС – 35 – 20 (I_вкл = 100А).

 

I_{кр разр} = 64 + 100 = 164 А.

 

Необходимая расчетная  емкость батарей:

 

Q_расч = I_{дл.разр} t_ав, (7.3)

Q_расч = 64 ∙ 2 = 128 А∙ч.

 

Определяем номер батареи по условиям длительного режима:

 

N_дл ≥ 1,1 ∙ Q_расч / Q₁ (7.4)

где Q₁ – емкость двухчасового разряда аккумулятора СК-1, равная 22 А·ч

 

N_дл ≥ 1,1 ∙ 128 / 22 = 5,82

 

Определяем номер батареи  по условиям кратковременного режима:

 

N_кр ≥ I_{кр разр} / 46. (7.5)

 

где 46 А – ток кратковременного разряда для СК-1

 

N_кр ≥ 164 / 46 = 3,56.

 

Из двух полученных значений N выбираем большее, округляя в сторону возрастания:

 

N = 6

 

Принимаем батарею СК-6.

Число последовательно  включенных элементов батареи :

 

n = U_шв / U_пз (7.6)

 

где U_пз – напряжение подзаряда (U_пз = 2,15 В);

U_шв – напряжение на шинах выключения (U_шв = 258 В).

n = 258 / 2,15 = 120; принимаем n = 120 шт.

Выбор зарядно-подзарядного агрегата.

Подзарядное устройство находится длительно в работе и в нормальных условиях одновременно с подзарядом батареи питает постоянно включенную нагрузку. Мощность подзарядного преобразователя определяется по формуле:

 

Р_{расч. зпу} = U_зар×(I_зар + I_пост), (7.7)

 

где U_зар – напряжение заряда;

I_зар – ток заряда;

 

U_зар = n∙2,15+2 (7.8)

I_зар = 3,75∙N (7.9)

U_зар = 120∙2,15+2 = 260 В;

I_зар = 3,75×6 = 22,5 А;

Р_зар = 260×(22,5+40) = 16,25 кВт.

 

В качестве подзарядно-зарядного  преобразователя принимаем выпрямитель  типа ВАЗП-260-80, обеспечивающий стабилизированное  выпрямленное напряжение до 260 В, при токе до 80А, максимальная мощность 20,8 кВт.

 

8. Расчет защитного заземляющего  устройства

 

Защитное заземляющее  устройство тяговой подстанции сооружается  в соответствии с требованиями, предъявляемыми к электроустановкам выше 1000 В  в сетях с эффективно заземленной нейтралью.

В целях выравнивания электрического потенциала на территории тяговой подстанции на глубине t_г = 0,5 ÷ 0,7 м. прокладывают продольные и поперечные горизонтальные заземлители соединенные между собой в заземляющую сетку.

Длина горизонтальных заземлителей определяется согласно [1] по формуле:

 

L_г = 22 (8.1)

 

где S = 12000 м² – площадь территории подстанции;

 

L_г = 22 × = 2410 м.

 

Сопротивление заземляющего устройства, выполненного в виде горизонтальной сетки, определяем согласно [1] по формуле:

 

R = 0,444 r / + r / L_г (8.2)

 

где r = 135 Ом×м – удельное сопротивление земли;

 

R = 0,444 × 135 / + 135 / 2410 = 0,6 Ом.

 

Согласно [1] сопротивление  естественных заземлителей принимаем  равным 2 Ом, R_e = 2 Ом.

Общее сопротивление заземляющего устройства определяем согласно [1] по формуле:

 

R_з = R R_e / (R + R_e) (8.3)

R_з = (0,6 × 2) / (0,6 + 2) = 0,46 Ом

 

Согласно ПУЭ должно выполняться условие:

 

R_з £ 0,5 Ом (8.4)

R_з = 0,46 Ом < 0,5 Ом;

 

Условие (8.4) выполняется, следовательно, заземляющее устройство не требуется дополнять вертикальными заземлителями.

Определяем потенциал  заземлителя в аварийном режиме по условию:

 

R_з× I_к⁽¹⁾ £ 10кВ (8.5)

 

где I_к⁽¹⁾ – ток однофазного К.З. в РУ-110 кВ, I_к⁽¹⁾ = 0,55I_к⁽³⁾, кА.

 

0,46 × 0,55 × 6,66 = 1,68 кВ < 10кВ.

 

Для защиты металлических подземных коммуникаций от разрушения токами К.З. применено специальное устройство – короткозамыкатель.

 

9. Экономическая часть  проекта

 

1. Стоимость опорной тяговой подстанции

 

Таблица 8.1

Таблица стоимости ТП

Наименование	Строительные работы, тыс. руб.	Монтажные работы, тыс. руб.	Оборудование, тыс. руб.
Верхнее строение пути Здание ТП Благоустройство территории ОРУ-110 кВ ОРУ-35 кВ РУ-10 кВ Тяговый блок Автоблокировка Шкафы СН Прожекторное освещение Заземление Отдельно стоящие молниеотводы Порталы шинных мостов и опоры Подвеска шин к трансформаторам 110 кВ Резервуар для слива масла V м3 Кабельные каналы Прокладка кабелей	524 3105 560 2425,5 474 55 1773,9 23 8,5 45,5 107 133 306 50 89 138 52,5	- 1187 - 1481 174 50 1698,9 11 1,5 58,5 135,5 - - 68 2 - 2520,5	- 6136,5 - 7397,5 1830 740 25947,9 412,5 71,5 - - - - - - - -
ИТОГО	Сстр∑ = 9869,9	Смонт∑ = 7387,9	Собор∑ = 42535,9