ABSTRACT

In this thesis project is the reconstruction of traction substation "In". During work the analysis of the current state of the substation and the prospects of increasing turnover. Calculation of short circuit currents and maximum operating currents. Calculated thermal and electrodynamic stability. According to these calculated values is selected the equipment for a switchgear of all voltage classes. To ensure safe operation the calculation of industrial lighting outdoor switchgear 220 kV, designed a ground loop and touch voltage. Calculated capital costs of reconstruction, the economic effect of such changes and determined repayment period.

РЕФЕРАТ

Проект содержит 108 с., 18 рис., 18 таблиц, 19 источников, одно приложение.

ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ, РЕКОНСТРУКЦИЯ, АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ГРУЗООБОРОТА, ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ КОНТУР, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Объектом исследования является тяговая подстанция «Ин».

Цель проекта – реконструкция тяговой подстанции с целью увеличения надежности электроснабжения, уменьшения потерь электрической энергии на тяговой подстанции, создание возможности ведения учета электроэнергии по высокой стороне.

В результате исследования было заменено коммутационное оборудование, силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы, что повысило надежность электроснабжения и уменьшило потери электрической энергии на 1317919 кВт·ч в год только за счет ликвидации двух понизительных трансформаторов 35/10 кВ и замены трансформаторов собственных нужд.

В дипломном проекте рассчитаны экономическая эффективность и срок окупаемости разработанных мероприятий.

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 9

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ «ИН» 11

1.1 История района, тяговой подстанции и ее модернизации 11

1.2 Описание действующей схемы распределительного устройства 220 кВ 12

1.3 Описание действующей схемы распределительного устройства 35 кВ 16

1.4 Описание действующей схемы распределительного устройства 10 кВ 18

1.5 Описание действующей схемы распределительного устройства напряжением 27,5 кВ 21

1.6 Анализ развития региона 24

2 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 30

2.1 Составление расчетной схемы 30

2.2 Составление и расчет элементов схемы замещения 31

2.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К₁ 33

2.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К₂ 35

2.5 Расчет токов короткого замыкания в точке К₃ 36

3 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ТОКОВЕДУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 38

3.1 Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции 38

3.2 Проверка электрических аппаратов и токоведущих элементов по термической и электродинамической стойкости 40

3.2.1 Проверка по термической стойкости 40

3.2.2 Проверка по электродинамической стойкости 44

3.3 Выбор оборудования распределительного устройства 220 кВ 49

3.4 Выбор оборудования распределительного устройства 27,5 кВ 54

3.5 Выбор оборудования распределительного устройства 10 кВ 56

3.6 Выбор источников электрической энергии собственных нужд 58

3.6.1 Выбор аккумуляторной батареи и подзарядного устройства 59

3.6.2 Выбор трансформатора собственных нужд 64

3.6.3 Выбор кабеля и оборудования собственных нужд 67

4 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ 69

4.1 Классификация видов и систем освещения 69

4.2 Требования к производственному освещению 71

4.3 Расчет искусственного освещения 73

5 РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ И РАСЧЕТ МОЛНИЕЗАЩИТЫ 79

5.1 Расчет заземляющего устройства 80

5.2 Определение напряжения прикосновения 84

5.3 Расчет молниезащиты 86

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОИМОСТИ И СРОКА ОКУПАЕМОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ ПОДСТАНЦИИ 90

6.1 Расчет стоимости реконструкции подстанции 91

6.2 Определение экономии затрат, полученной от реконструкции подстанции 92

6.2.1 Экономия затрат на обслуживание оборудования 92

6.2.2 Расчет амортизации 93

6.2.3 Экономия затрат на потери электроэнергии 94

6.2.4 Экономия затрат по заработной плате 95

6.3 Расчет самоокупаемости 97

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 100

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Перечень устанавливаемого оборудования 102

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Стоимость оборудования и осуществления реконструкции 106

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный транспорт России является основой транспортной системы страны, играет системообразующую роль в экономике и укреплении Российского государства. Более 80 % грузооборота транспорта общего пользования и 40 % пассажирооборота в транспортной системе страны выполняется российскими железными дорогами. Железнодорожный транспорт обеспечивает большую часть среднегодового прироста объемов перевозок в транспортной системе страны: около 90 % грузооборота и 56 % пассажирооборота.

В последние годы техническое состояние понизительных тяговых трансформаторных подстанций хозяйства электрификации и энергетики железнодорожного транспорта находится на довольно низком уровне. Износ отдельных объектов основных средств подстанций достигает 80–90 %. Учитывая, что строительство подстанций и оснащение их всеми типами технических устройств и оборудования происходило одновременно, уровень износа у объектов почти одинаков. Поэтому при проектировании реконструкции подстанций, как правило, возникает проблема замены не отдельных объектов (трансформаторов, защит, коммутационных устройств), а комплекса технических устройств.

Кроме того, как показывает практика, замена отдельных объектов подстанций без усовершенствования технически взаимосвязанных с ними элементов не обеспечивает ожидаемого технологического эффекта.

Опережающее развитие и модернизация инфраструктуры железнодорожной сети соответствуют духу стратегии развития железнодорожной сети России, разработанных ПАО «Российские железные дороги». Это позволяет повысить инвестиционную привлекательность железнодорожного транспорта, создает достаточную провозную способность и резерв для полного удовлетворения спроса на перевозки при конъюнктурных колебаниях.

Целью дипломной работы является разработка проекта реконструкции тяговой подстанции «Ин». Проект предусматривает анализ состояния подстанции и перспективы развития региона, расчет токов короткого замыкания для всех РУ, выбор электрических аппаратов и токоведущих частей, расчет заземляющего устройства, защищаемых зон и определение напряжения прикосновения, расчет освещения и экономическое обоснование проекта, разработку схемы главных электрических соединений и лана размещения оборудования на подстанции.

Главная задача, решаемая инженером при разработке проекта реконструкции тяговой подстанции, это обеспечение равновесия между надежностью, возможностью перспективного развития и экономичностью функционирования промышленного объекта.

Находящееся коммутационное оборудование на трансформаторной подстанции морально и физически сильно устарело и требует замены на более современное и надёжное. Планируемая реконструкция позволит повысить надежность работы трансформаторной подстанции, более высокую безопасность при работе обслуживающего персонала.

Для успешного решения задач, в области дальнейшего развития железнодорожного транспорта, немаловажную роль играет бесперебойность снабжения электроэнергией различных потребителей и в особенности тех, работа которых непосредственно связана с обеспечением необходимой пропускной способности железных дорог, а также с безопасностью движения поездов.

Проект также содержит решения, способствующие уменьшить потери электроэнергии при ее переработке.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ «ИН»

1. История района, тяговой подстанции и ее модернизации

ЭЧЭ-8 – тяговая понизительная подстанция (ТП) «Ин». Входит в структуру Хабаровской дистанции электроснабжения (ЭЧ-2), которая является структурным подразделением Дальневосточной дирекции инфраструктуры – структурного подразделения Центральной дирекции инфраструктуры – филиала ПАО «Российские железные дороги». Получает питание от трансформаторной подстанции «Хабаровская». Расположена в пгт Смидовичи, ЕАО. Питает участок Транссибирской магистрали.

В 1936-1938годы для электроснабжения линейных станций были введены в эксплуатацию электростанции Красная Речка, Корфовская, Кругликово, Верино, Хор, Вяземская, Бикин, Приамурская, Волочаевка-1 и 2, Ин. На этих электростанциях были установлены дизели, локомобили, работали энергопоезда.

Приказом начальника Дальневосточной железной дороги № 326/Н от 1 июня 1956г, организован Хабаровский участок энергоснабжения с границами обслуживания Звеньевая – Кирга – Ленинск. Все электростанции и понизительные подстанции были переведены из подчинения Хабаровского отделения и управления дороги в участок энергоснабжения.

По мере развития энергетического хозяйства отделения дороги и энергетики края поэтапно закрывались маломощные электростанции, строились распределительные подстанции и питание электроустановок переключалось на внешнее электроснабжение: 1955г – электростанция Хабаровск-2; 1953г – электростанция Амур; 1969г – электростанция Ин; 1965г – электростанция Вяземская; 1967г – электростанция Бикин; 1963-1965гг – все остальные линейные электростанции.

По мере развития энергетического хозяйства отделения дороги и энергетики края поэтапно закрывались маломощные электростан­ции, строились распределительные подстанции и питание электроустройств переключалось на внешнее электроснабжение: в 1955 году электростанция Хабаровск-2, в 1953 - электростанция Амур, в 1969 электростанция станция Ин; 1963 - 1965 год - все остальные линейные электростанции.

В 1979 году сдан в эксплуатацию электрифицированный участок Бира - Хабаровск-2 с эксплуатационной длиной контактной сети - 196,6 км. Для питания устройств контактной сети введены в работу тяговые подстанции: Икура, Ин, Волочаевка-1, Хабаровск-2.

На подстанции за время работы происходили различные изменения, отраженные в паспорте. К наиболее заметным можно отнести следующие события –

– замена масляных выключателей ВМК на вакуумные выключатели марки ВБЭТ в 2005 году;

– замена устаревшей электромеханической защиты на современную микроэлектронную БМРЗ на 35 и 10 кВ, ЦЗА на 27,5 кВ и Siemens на напряжение 0,4 кВ в 2006 году. В 2014 году ЦЗА на вводах 27,5 кВ была заменена на Ин Тер-27,5;

– замена аккумуляторной батареи СК-12 на А602/499 в 2006 году;

– замена вентильных разрядников на ограничители перенапряжения (ОПН);

– установка трансформаторов напряжения (ТН) марки НАМИ-220 в 2007 году;

– установка и ввод в работу ТМ СЦБ «З»;

– замена трансформатора собственных нужд ТМ-100 на ТСЗН-160 в 2008 году и в 2014 на ТМ-160.

1. Описание действующей схемы распределительного устройства 220 кВ

Подстанция «Ин» является отпаечной. Распределительное устройство (РУ) является открытым (ОРУ). Схема РУ-220 кВ называется два блока с неавтоматической перемычкой со стороны линий.

Рисунок 1.1 схема ОРУ-220 кВ ТП «Ин»

Тяговая подстанция получает питание от подстанции Хабаровская по высоковольтным линиям электропередачи 211 и 212. Они подключены к сборным шин ОРУ-220 кВ через линейные разъединители (ЛР) типа РГН-220-2/1000 УХЛ1. Их основное назначение состоит в создании видимого разрыва между линией и предварительно обесточенной части ТП. Такое разъединение позволяет выделить часть электроустановки и изолировать ее от других частей, находящихся под напряжением; тем самым создавая условия для проведения ее безопасного осмотра или ремонта [1]. Представляют собой двухколонковые аппараты с поворотом контактных ножей в горизонтальной плоскости. Разъединители состоят из главной токоведущей системы, опорно-поворотной изоляции, несущей рамы и заземлителей. Контактные ножи разъединителей выполнены из медных труб, к которым закреплены ламели из бронзового сплава. Выводные контакты выполнены с переходными контактными роликами и герметично закрыты, это обеспечивает стабильное контактное нажатие в течении всего срока службы и небольшие усилия оперирования на рукоятке ручного привода. Контактирующие поверхности разъемного и выводного контактов покрыты серебром. Разъединители комплектуются полимерными изоляторами. Управление главными контактными ножами разъединителей и заземлителями осуществляется электродвигательным приводом ПД-14.

Согласно паспорту ТП, ЛР типа РГН были установлены в 2007 году на замену разъединителям типа РНДЗ, которые отработали свой срок службы. Одним из преимуществ этих разъединителей стало то, что они могли быть смонтированы на существующие опорные конструкции разъединителей РНДЗ.

С другой стороны, к сборным шинам подключены понизительные тяговые трансформаторы типа ТДТНЖ-40000/220/35/27,5. Они используются для понижения уровня напряжения с 220 до 35 и 27,5 кВ. Т1 произведен в 1980 году, установлен в сентябре того же года. В 2007 году был произведен его капитальный ремонт. Т2 производства 1979 года, установлен 15.01.80 года. На сегодняшний день, он в работе 36 лет при среднем сроке службы 25 лет.

Тяговые трансформаторы соединены с сборными шинами 220 кВ через шинные разъединители (ШР) типа РНДЗ-1-220, которые не менялись с момента пуска подстанции в работу.

В обмотку высшего напряжения тягового трансформатора встроен измерительный трансформатор тока (ТТ) типа ТВТ-220-150/5, который предназначен для питания цепей релейной защиты (РЗ). Для ведения коммерческого учета он не пригоден в связи с классом точности равным 3. А согласно [2] учет электрической энергии на вводе силового трансформатора класса напряжения 220 кВ, необходимо использовать ТТ с классом точности не ниже 0,2S.

В 2007 году на ТП для ведения коммерческого учета, а также подключения РЗ были установлены новые измерительные элегазовые трансформаторы тока типа ТОГ-220-2-У1, но в последствии были сняты в связи с тем, что при отрицательных температурах из трансформаторов выходил элегаз.

Также, совместно с ТТ с целью ведения коммерческого учета, были установлены и новые трансформаторы напряжения (ТН) типа НАМИ-220-2-УХЛ, которые подключили к шинам 220 кВ через ШР типа РГН-220-2/1000-УХЛ1. Но поскольку ТТ ТОГ-220 был снят, то учет потребления электроэнергии ведется по сторонам 35 и 27,5 кВ. ТН отключены от шин РУ-220 кВ.

В качестве исполнительных элементов релейной защиты выступают отделители типа ОД-220-630 ШПОМ и короткозамыкатели типа КЗ-220М ШПКМ. ШПОМ и ШПКМ в маркировке это тип привода. В данном случае пружинный. Отделитель – коммутационный аппарат для цепей напряжения свыше 1000 В, предназначенный для быстрого автоматического отделения предварительно обесточенной части электроустановки [1]. Короткозамыкатель – коммутационный аппарат, предназначенный для быстрого автоматического соединения проводов фаз электроустановки с землей [1]. В заземляющей цепи короткозамыкателя установлен трансформатор тока типа ТШЛ-0,5 (с литой изоляцией), служащий для работы защитной аппаратуры.