, (3.8)

Это значит, если номинальная мощность трансформатора 40 МВА, то номинальная мощность одной его обмотки составляет 13,33 МВА.

В случае тяговой нагрузки, которая является двух фазной, трансформатор является недогруженным, коэффициент его загрузки составляет не более 68%.

Пример: Пусть мощности плеч соответственно равны Тогда по факту необходимая мощность равна 25 МВА. Если в этом случае установить трансформатор, мощностью 25 МВА, то номинальная мощность одной его обмотки составит 8,33 МВА.

Определяем мощность обмоток, которые будут равны

Как видно две из трех обмоток перегружены. Причем перегруз обмотки составляет 1,34, а для обмотки составляет 1,44. Согласно [8], в таких условиях трансформатор способен работать не более 4 часов. Поэтому, при такой схеме выбирают мощность трансформатора по формуле (3.8) и получается, что необходим трансформатор мощностью не менее 45 МВА.

Тогда применяется два трансформатора по 40 МВА. Их суммарная мощность составляет 80 МВА, что в 3,2 раза больше необходимой мощности. Причем, при выходе из строя одного из трансформаторов второй начинает работать с перегрузкой, и если перегрузка оставшегося в работе трансформатора будет составлять более чем 1,5, то необходимо установить третий трансформатор в резерв, так как согласно [9] систематическая перегрузка трансформатора более чем в 1,5 раз недопустима.

Так как трансформаторы подключены параллельно друг другу номинальная мощность одной фазы обмоток равна:

В этом случает фаза обмотки загружена на 44%, а фаза обмотки на 50%. Все это говорит о нерациональном использование мощности трансформаторов.

3.4.2 Применение схемы «открытого треугольника»

Конструкция однофазного трансформатора представляет собой одну обмотку, поэтому номинальной мощностью трансформатора является мощность, на которую рассчитана обмотка. В этом случае мощность трансформаторов определяется по наиболее загруженному плечу.

Рассмотрим пример, указанный в пункте 3.4.1:

В давнном случае наиболее загруженное плечо . В этом случае выбирается два трансформатора мощностью 16 МВА, а также по условиям надежности необходимо поставить третий трансформатор в резерв.

Тогда суммарная мощность трансформаторов равна 48 МВА, что в 1,92 раза больше необходимой мощности (25 МВА). Обмотка трансформатора, подключенного к левому плечу будет загружена 62,5%, а обмотка подключенная к правому плечу на 94%.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что схема «открытого треугольника», с точки зрения выбора мощности трансформатора, является более рациональной по сравнению со схемой «звезда треугольник-11».

3.5 Способ регулирования напряжения по плечам питания

Поддержание в заданных пределах напряжения на шинах тяговых подстанций и в контактной сети является одной из наиболее важных задач обеспечения движения электроподвижного состава с заданными скоростями, снижения потерь электроэнергии на тягу поездов за счет уменьшения уравнительных токов между подстанциями.

Для этого, наряду с другими устройствами и аппаратами, служат устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) тяговых трансформаторов.

В случае трехфазных трансформаторов это регулирование напряжение по всем трем фазам одновременно. Это приводит к тому, что напряжение увеличивается и на левом плече, и на правом плече, что приводит к увеличению уравнительных токов сразу с двух сторон тяговой подстанции. Это ведёт к увеличению потерь напряжения. Помимо этого, приняты нормативы напряжения в тяговой части электроснабжения (таблица Ж.1 приложение Ж).

Из таблицы Ж.1 видно, что уровень напряжения не должен выходить за определенные пределы. При использовании регулирования по трем фазам одновременно, можно столкнуться с такой проблемой, когда необходимо поднять уровень напряжения на одном плече питания. Тогда есть вероятность выхода напряжения за допустимые пределы на втором плече питания.

При использовании на тяговых подстанциях однофазных трансформаторов появится возможность регулировать напряжение на каждой фазе в отдельности. Благодаря этому можно создавать на каждом плече питания наилучший уровень напряжения.

Исходя из этого можно сделать вывод о том, схема «открытого треугольника», с точки зрения способа регулирования напряжения плеч питания, является более рациональной по сравнению со схемой «звезда треугольник-11».

3.6 Итог анализа схем присоединения обмоток тягового трансформатора к внешней и тяговой сетям

Исходя из результатов, занесённых в таблицу 3.1, можно сделать вывод, что схема «открытого треугольника» имеет ряд технических преимуществ по сравнению со схемой «звезда треугольник-11» и на этом этапе анализа является наиболее оптимальной.

Таблица 3.1 –Результаты анализа схем присоединения обмоток тягового трансформатора к внешней и тяговой сетям

Критерий оценивания	«Звезда треугольник-11»	«Открытый треугольник»
Несимметрия, вводимая во внешнюю сеть	Несимметрия значительная. При равенстве токов плеч, имеет наименьшее значение	Несимметрия такая же, как при схеме «Y/∆-11»
Суммарная мощность трансформаторов, МВА*	80;120	48
Отношение суммарной мощности к необходимой*	3,2;4,8	1,92
Коэффициент загрузки обмоток трансформатора*
Способ регулирования напряжения по плечам питания	Регулирование напряжение по трем фазам одновременно	Регулирование напряжения по каждому плечу в отдельности

Примечание: *) - расчет производился при нагрузке плеч питания

Таким образом, необходимо спроектировать специализированную тяговую подстанцию переменного тока с применением однофазных трансформаторов, которая будет снабжать электрической энергией заданный участок БАМа Кенай – Датта.

4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, СОЕДИНЁННЫХ ПО СХЕМЕ «ОТКРЫТЫЙ ТРЕУГОЛЬНИК»

Исходные данные для проектирования специализированной тяговой подстанции:

Номер расчётной подстанции – 3 (проходная транзитная). В число тяговых подстанций участка Кенай - Датта входят подстанции из ряда проектируемых на выбранном отрезке пути. Они расположены на станциях Кенай, Косограмбо и Высокогорная. Проектируемая специализированная тяговая подстанция будет расположена на расстоянии 202 км от первого источника питания Комсомольской ТЭЦ-1, рядом со станцией Кузнецовский.

Рисунок 4.1 - Исходная схема подключения тяговых подстанций к ЛЭП

Таблица 4.1 - Расстояния между тяговыми подстанциями

Длина участка ЛЭП, км
160	27	13	20	194

4.1 Разработка схемы главных электрических соединения

Электрическая подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, оснащенная преобразователями электрической энергии, коммутационным оборудованием и вспомогательными устройствами, необходимыми для управления этим оборудованием [3].

Присоединение тяговых подстанций к электрической сети должно быть осуществлено таким образом, чтобы обеспечить бесперебойное питание этих подстанций при нормальном и аварийном режимах работы [3]. Транзитные (проходные) подстанции включены в рассечку линии электропередач [3].

Транзитные тяговые подстанции имеют двустороннее питание от сетей 220 кВ. Промежуточные подстанции могут быть включены в рассечку одной цепи воздушной линии (ВЛ) 220 кВ по схеме "мостик с выключателем", обеспечивая секционирование ВЛ. По шинам таких подстанций осуществляется передача транзитом электрической энергии питающей системы.

Для заданной ТП подходит схема 5АН [10] для двухтрансформаторной проходной подстанции с двусторонним питанием при необходимости сохранения транзита при повреждениях в трансформаторе при необходимости отключения одного из трансформаторов в течение суток. Наличие ремонтной перемычки даёт возможность отключения одной из ВЛ схемы [10]. На основе исходных данных (таблица 4.1) определяем схемы главных электрических соединений. Схема главных электрических соединений РУ содержит типы установленных аппаратов.

4.1.1 Схема распределительного устройства высшего напряжения

РУ 220 кВ подключим по схеме мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов. Разъединители ремонтной перемычки включают для обеспечения транзита мощности энергосистемы при отключении выключателя рабочей перемычки. Линии 220 кВ присоединяются разъединителями с моторным приводом. Трансформаторы тока и напряжения устанавливают для подключения релейной защиты линии. В цепи каждого понижающего трансформатора устанавливаются разъединители. В РУ 220 кВ предусматриваются элегазовые выключатели [11].

4.1.2 Схема распределительного устройства низшего напряжения

КРУН 27,5 будет предназначено для питания тяговой сети переменного тока. КРУН 27,5 кВ собрано из типовых ячеек производства НИИЭФА-ЭНЕРГО серии 1С-27,5 и имеет двухфазную рабочую, секционированную разъединителями, и запасную систему шин. Общая точка присоединения двух фаз обмоток понижающих однофазных трансформаторов соединяется с контуром заземления и с рельсами подъездного пути, которые соединены с воздушной отсасывающей линией. Фидеры, питающие контактную сеть чётного и нечетного направлений, присоединяются к одной секции шин, так как участок однопутный. На шинах имеются два разъединителя, один соединяет выключатель с шиной фазы ‘a’, а другой с шиной фазы ‘b’. Для исключения возможности включения сразу обоих шинных разъединителей, что привело бы к прекращению питания тяговой сети, эти разъединители сблокированы. Общая точка выполнена в виде заглубленного в землю рельса, соединена с рельсами подъездного пути, контуром заземления подстанции и воздушным или земляным рельсовым фидером. Для защиты каждой секции шин 27,5 кВ от перенапряжения установлены ограничители перенапряжения. В КРУН 27,5 кВ предусматриваются вакуумные или элегазовые выключатели.

4.2 Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов короткого замыкания подробно описан в приложении З.

Сведем результаты расчетов в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Результаты вычислений

Точка КЗ	Uст , кВ	Xрез, Ом	,кА	, кА	, кА	, кА	, МВА
К1	115	38,1	3,5	1,9	3,02	8,9	1389,6
К2	27,5	43,6	11,2	6,2	9,7	28,6	534,9

4.3 Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции

Расчет максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции производится на основании номинальных параметров оборудования [11].