Пояснительная записка (Техническое перевооружение тяговой подстанции Ин), страница 3

на тягу

Увеличение грузопотока подтверждают и данные с программы «ГИД. Представим проанализированные данные в виде гистограмм.

Рисунок 1.6 – диаграмма изменения средней массы поезда

Рисунок 1.7 – диаграмма изменения максимальной массы поезда

Рисунок 1.8 – график изменения среднего интервала между поездами, проходящими через ТП «Ин» по годам

Рисунок 1.9 – график изменения количества поездов в сутки,

проходящих через ТП «Ин» по годам

Рисунок 1.10 – график изменения суммарной массы поезда

Как можно видеть на рисунках (1.6 – 1.11) в 2014 году заметно выросли объемы перевозок грузов через ТП «Ин». В основном это произошло за счет увеличения количества поездов в сутки и, соответственно, уменьшения межпоездного интервала. Средняя масса поезда повысилась в сравнении с 2013 годом повысилась всего на 100 тонн. Как следствие всего этого переработка энергии на тягу увеличилась на 20%.

В 2015 году по четному направлению произошло заметное увеличение средней массы поезда на 500 тонн. Это связано как с увеличением нормы веса поезда до 12500 тонн и запуска таких поездов (3-4 в сутки), так и с общим увеличением средней массы грузового поезда с 5700-6000 тонн до 6100-6300 тонн. В тоже время подстанцией на тягу было переработано всего на 1,6% электроэнергии больше, чем в 2014 году. Это можно объяснить резким уменьшением размеров движения по нечетному направлению, где уменьшилась как средняя масса поезда так их количество в сутки.

Учитывая постоянно возрастающий грузооборот, а также тот факт, что подавляющая часть оборудования на ТП «Ин» не менялась с момента пуска ТП в работу в 1979 году (т.е. оно и морально и физически устарело) необходимо реконструировать тяговую подстанцию «Ин» с целью повышения надежности и уменьшения затрат на обслуживания ТП.

Будет произведена замена ОД и КЗ, и масляных выключателей на вакуумные и элегазовые; установка ТТ с более высоким классом точности; замена тяговых трансформаторов ТДТНЖ-40000/220/35/27,5 на ТДТНЖ-40000/220/27,5/10 с целью убрать РУ-35 кВ. Также это позволит исключить капитальные издержки на оборудование РУ-35 кВ, расходы на его обслуживание. Повысить общую надежность тяговой подстанции. Кроме того это соответствует требованиям изложенным в [7], согласно которым количество трансформаций электроэнергии должно быть минимально возможным; Замена другого оборудования.

1. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Под замыканием понимается случайное соединение токоведущих частей фаз (полюсов) электроустановки друг с другом или с землей. В трехфазных сетях переменного тока различают пять основных видов замыканий: однофазное на землю, двухфазное, двухфазное на землю, трехфазное и трехфазное на землю [1].

Все перечисленные замыкания называют короткими замыканиями (КЗ), так как во время КЗ токи в фазах сети резко увеличиваются до значений, во много раз превышающих максимальный ток рабочего режима. Наступает аварийный режим КЗ, при котором токоведущие части и аппараты подвергаются значительным электродинамическим (механическим) и термическим (тепловым) воздействиям и поэтому должны быть выбраны с учетом этих воздействий [1].

При однофазном КЗ в сети с заземленной нейтралью образуется гальваническая цепь через поврежденную фазу, землю и нейтраль источника. Под действием напряжения поврежденной фазы в этой цепи протекает ток. Так как сопротивление цепи невелико, ток в проводе поврежденной фазы и через место повреждения достигает большого значения и может быть опасен для оборудования подстанции [1].

При трехзфазном КЗ одинаковые сопротивления фаз до места КЗ представляют для источника симметричную нагрузку, сумма токов которой в точке КЗ равна нулю. Не зависит от схемы сети за точкой КЗ [1].

1. Составление расчетной схемы

Согласно руководящим указаниям [3] при проверке электрических аппаратов и жестких проводников вместе с относящимися к ним поддерживающими и опорными конструкциями на электродинамическую и термическую стойкость расчетным видом КЗ является трехфазное КЗ. При проверке гибких проводников расчетным видом КЗ является двухфазное КЗ.

Составим расчетную схему подстанции вместе с линиями внешнего электроснабжения. Она изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 исходная расчетная схема

Поскольку при проектировании мы заменим стоящий на ТП тяговый трансформатор ТДТНЖ-40000/220/35/27,5 на ТДТНЖ-40000/220/27,5/10, то соответственно у нас не будет РУ-35 кВ и понизительных трансформаторов ТМ-6300/35/10, и поэтому в исходной схеме их нет.

1. Составление и расчет элементов схемы замещения

Для расчета токов КЗ необходимо составить схему замещения. Поскольку имеется информация о величине мощности КЗ на шинах ОРУ-220 кВ, то рассчет ведем непосредственно, начиная с шин ТП. Схема замещения представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 схема замещения ТП

Активное сопротивление при расчете можно не учитывать поскольку оно составляет менее 30% от реактивного [3].

Сопротивление обмоток тягового трансформатора рассчитываются по формулам [3]:

; (2.1)

; (2.2)

, (2.3)

где Х_kВ-С = 12,5%, Х_kВ-Н = 22%, Х_kС-Н = 9,5%, - напряжение короткого замыкания между соответствующими обмотками; S_Т = 40 МВА - номинальная мощность трансформатора; U_СТ - напряжение ступени. Данные взяты из [4].

Сопротивление от источника питания до шин ТП «Ин» определяется по формуле:

, (2.4)

где S_КЗ=9338,5 – мощность короткого замыкания в максимальном режиме на шинах ОРУ-220 кВ, МВА.

Произведем расчет по формулам (2.1 – 2.4):

Произведем упрощение схемы замещения на рисунке 2.2. Упрощенная схема изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 упрощенная схема замещения

Рассчитаем элементы упрощенной схемы замещения:

1. Расчет токов короткого замыкания в точке К₁

Составим схему замещения для расчета тока КЗ в точке К₁.

Рисунок 2.4 схема замещения для расчета КЗ в точке К₁

Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ находится по формуле [3]:

, (2.5)

где U_СТ - напряжение ступени для точки К₁.

Апериодическая составляющая тока КЗ в произвольный момент времени m определяется по формуле:

, (2.6)

где T_a – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, ее значение принимается согласно [5]; t – время, - наибольшее значение апериодической составляющей тока КЗ, рассчитывается по формуле [3]:

. (2.7)

Ударный ток находится по формуле [3]:

, (2.8)

где k_УД – ударный коэффициент, определяется по формуле [3]:

. (2.9)

Произведем расчет по формулам (2.5 – 2.9) для точки К1:

Расчет апериодической составляющей тока КЗ рассчитан только для моментов времени 0 и 0,01 с. Для остальных ведется аналогично. Результаты расчета для каждого момента времени представлены в таблице 2.2.

1. Расчет токов короткого замыкания в точке К₂

Составим схему замещения для расчета тока КЗ в точке К₂.

Рисунок 2.5 схема замещения для расчета КЗ в точке К₂

Приведем сопротивления Х₁ и Х_В к напряжению ступени 2, для которой рассчитывается ток КЗ по формуле [3]:

, (2.10)

Рассчитаем приведенные сопротивления по формуле 2.8 и результирующее сопротивление до точки К₂:

.

Далее расчет ведется по формулам (2.5 – 2.9). Результаты расчета заносятся в таблицы 2.1 и 2.2.

Также для выбора оборудования фидеров 27,5 кВ, необходимо рассчитать ток двухфазного короткого замыкания. Он находится по формуле [3]:

. (2.11)

Необходимо рассчитать мощность короткого замыкания. Она находится по формуле [3]:

, (2.12)

где - ток КЗ для i-ой точки КЗ и j-го вида КЗ (трехфазное, двухфазное).

Произведем расчет по формулам (2.11-2.12):

.

1. Расчет токов короткого замыкания в точке К₃

Составим схему замещения для расчета тока КЗ в точке К₃.

Рисунок 2.6 схема замещения для расчета КЗ в точке К₃

Приведем сопротивления Х₁ и Х_В к напряжению ступени 3, для которой рассчитывается ток КЗ по формуле 2.8, и рассчитаем результирующее сопротивление до точки К₃:

.

Далее рассчитываем по формулам (2.5 – 2.9, 2.12) и результаты расчета заносим в таблицы 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1 – Результаты вычисления токов короткого замыкания

Таблица 2.2 – величина апериодической составляющей тока КЗ

1. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ТОКОВЕДУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

1. Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции

Электрическое оборудование выбирают по условиям длительного режима работы сравнением рабочего напряжения и наибольшего длительного рабочего тока присоединения, где предполагается установить данное оборудование, с его номинальным напряжением и током. Выбранное оборудование проверяют по условию короткого замыкания [6]. Расчет максимальных длительных рабочих токов будем вести по следующим формулам: