K003751 Дипломная работа Общая характеристика подстанции

3400 руб. 1890 руб.

В корзину

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 8

1.1 Общая характеристика подстанции 8

1.2 Основное электрическое оборудование подстанции 10

1.3 Оценка состояния электрического оборудования подстанции 15

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 17

2.1 Определение количества преобразовательных агрегатов (ПА)

на тяговой подстанции и выбор тяговых преобразовательных

агрегатов 17

2.2 Расчет мощности тяговой подстанции 21

2.3 Схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций 22

2.4 Выбор кабелей в схеме внешнего электроснабжения 23

2.5 Выбор трансформатора собственных нужд (ТСН) на ТП 25

2.6 Выбор предохранителей для трансформатора СН 28

2.7 Расчет токов КЗ на сборных шинах 10 кВ тяговой подстанции 30

2.8 Выбор сборных шин распределительного устройства 10 кВ 35

2.9 Выбор измерительных трансформаторов 38

2.10 Расчет заземляющего устройства 49

2.11 Выбор разъединителей 51

3 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 54

3.1 Замена высоковольтных выключателей 54

3.2 Замена и расчёт осветительной сети в помещении тяговой

подстанции 59

3.3 Техническое обслуживание тяговой подстанции. Методы

обслуживания 63

4 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ 68

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист 3

№ докум.Подпись Дата

4.1 Выбор расчетных параметров

4.2 Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

4.3 Тепловой режим помещений 72

4.4 Расчет воздухообмена в помещении 77

4.5 Распределение приточного воздуха 78

4.6 Аэродинамический расчет систем вентиляции 80

5 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 84

5.1 Организация безопасности труда на производстве 84

5.2 Опасные и вредные производственные факторы, методы

и средства защиты 86

5.3 Обеспечение безопасности эксплуатации электрооборудования 87

5.4 Экологичность проекта 89

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 91

6.1 Расчеты для исходного варианта 94

6.2 Расчеты для проектируемого варианта 95

6.3 Эффективность модернизации преобразовательных секций 96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 98

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

1.1 Общая характеристика подстанции

Структурная схема тяговой подстанции приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Структурная схема тяговой подстанции

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

АВР – автоматическое повторное включение резерва; ШСН – шина собственных нужд; TV1 и UZ1, TV2 и UZ2 – соответственно рабочий и резервный преобразовательные агрегаты; TV3…TV6 – трансформаторы напряжения; TV7…TV8 – трансформаторы собственных нужд; QF1… QF8 – катодные (QF1, QF2), линейные (QF3, QF7) и запасной (QF8) выключатели; Q1…Q7 – распределительные устройства РУ 10кВ с выключателями и разъединителями; FU1…FU4 – предохранители; FV, FV1, FV2 – пробивные предохранители; QS1… QS13, QS20, QS21 – разъединители; QS14… QS19 – переключатели; TA1…TA20 – трансформаторы тока; PA1…PA21 – амперметры; PV1…PV4 – вольтметры; P1…P4 – счетчики электрической энергии; SF1… SF2 – низковольтные выключатели; КМ – контактор, [20].

Тяговые подстанции, эксплуатируемые в системе электротранспорта г. Уфы классифицируются как – многоагрегатные (рисунок 1.1). Они характеризуются высокой надежностью за счет наличия резервного преобразовательного агрегата, большим районом питания контактных сетей (централизованная система электроснабжения), протяженными кабельными линиями 600 В.

На подстанции имеются рабочий и резервный вводы, рабочий TV1– UZ1 и резервный TV2–UZ2 преобразовательные агрегаты, линейные QF3…QF7, катодные QF1, QF2 и запасной (резервный) QF8 выключатели 600 В. Работу потребителей собственных нужд обеспечивают рабочий ТV7 и резервный TV8 трансформаторы собственных нужд и маломощный городской ввод. Резервный трансформатор TV8 включают на резервный ввод до высоковольтного выключателя. В зависимости от схемы внешнего электроснабжения резервный трансформатор собственных нужд может быть заменен резервным вводом от городской сети напряжением 220 или 380 В с понизительным трансформатором напряжения 380/220 В.

Распределительные устройства вводов выполнены по типовым схемам главных электрических соединений. Основным коммутационным аппаратом остается высоковольтный выключатель на напряжение 10 кВ. На

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

эксплуатируемых тяговых подстанциях используют выключатели маломасляные (горшковые) типа ВМГ-10.

1.2 Основное электрическое оборудование подстанции

Электроэнергия на тяговые подстанций поступает, напряжением 10 кВ от энергосистемы по двум вводам от двух источников.

Через коммутационную аппаратуру она подаётся на распределительное устройство (РУ) 10 кВ.

Тяговые подстанции работают в режиме управления с диспетчерского пункта. Все оперативные переключения в части оборудования распределительного устройства РУ 10 кВ, распределительного устройства РУ 600 В, собственных нужд тяговых подстанций, а также на контактно-кабельной сети производятся через энергодиспетчера.

Нормальным режимом работы тяговых подстанций считается такой режим, при котором один из вводов является работающим, а второй находится в «горячем резерве». Работающим вводом считается тот ввод, по которому в данный момент производится питание тяговой подстанции. При исчезновении напряжения на основном вводе срабатывает автоматический ввод резерва (АВР).

Подстанция включает в свой состав два закрытых распределительных устройства - распределительное устройство переменного тока 10 кВ, распределительное устройство выпрямленного тока 0,6 кВ, [12].

1.2.1 Коммутационная аппаратура ввода.

Состоит из линейного разъединителя, высоковольтного выключателя (маломасляного) и шинного разъединителя. Подстанция имеет два ввода: ввод α (основной) и ввод β (резервный).

1.2.2 Распределительное устройство высокого напряжения (РУ ВН). Схемы РУ ВН подстанций достаточно разнообразны. Это может быть

одна секция шин, две секции с раздельным подключением к вводам, две

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

секции с возможностью работы от всех вводов и др. Между секциями на мощных подстанциях используются схемы с двумя (возможно и более) секциями шин обеспечивающие высокую их надёжность в случае аварийных ситуаций (КЗ, отключение одной из секций) или ремонта без полного отключения подстанции. От РУ ВН через коммутационную аппаратуру питаются трансформаторы собственных нужд и преобразовательные агрегаты

1.2.3 Преобразовательные агрегаты.

Количество преобразовательных агрегатов определяет мощность тяговой подстанции. В г. Уфе используются 3-х агрегатные подстанции. Преобразовательный агрегат тяговых подстанций трамвая и троллейбуса состоит из трансформатора ТМПУ-1000/10У2 и выпрямителя ВАКЛЕ-1000-600Н.

Буквенные обозначения для трансформаторов:

М – масляный,

П – преобразовательный,

У – с уравнительным реактором; Для выпрямителей:

ВА – выпрямительный агрегат, К – кремниевый, Л – на лавинных диодах,

Е – естественное охлаждение.

Трансформаторы агрегатов питаются напряжением 10 кВ и на выходе

имеет номинальное переменное напряжение в 565 В. Имеют вторичную обмотку типа «звезда - обратная звезда» с уравнительным реактором, поэтому на выходе получается шестифазная система напряжения. Реактор соединяет нейтрали звёзд и имеет вывод со своей средней точки. Этот вывод

— отрицательный полюс системы постоянного напряжения, поэтому он сразу подключается к РУ отрицательной полярности.

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Тяговые трансформаторы, предназначенные для «нулевой» схемы выпрямления и эксплуатируемые до настоящего времени, имеют естественное масляное охлаждение. Конструктивной особенностью преобразовательных трансформаторов по сравнению с силовыми трансформаторами общепромышленного назначения является размещение вторичных обмоток над первичными усиленным креплением. Такое решение связано с большими динамическими и термическими воздействиями на обмотки при коротких замыканиях. Схема соединения показана на рисунке 1.2.

Выпрямитель ВАКЛЕ состоит из одного или нескольких блоков БВКЛЕ (номиналом 1000 А). Схема выпрямителя, приведенная на рисунке 1.3, представляет двойную схему Миткевича. Выпрямленный ток имеет шестипульсную форму. Выход выпрямителя имеет положительный потенциал и подключается к РУ положительной полярности.

Рисунок 1.2 Схема соединения выпрямителя ВАКЛЕ-1000-600Н

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Рисунок 1.3 Двойная схема Миткевича

1.2.4 Распределительное устройство постоянного тока.

Напряжение на шинах постоянного тока в рабочем режиме колеблется в пределах 600-700 В, а в режиме холостого хода – до 780 В.

Распределительное устройство постоянного тока предназначено для приема электрической энергии, поступающей от преобразовательных агрегатов, и распределения ее по отходящим от подстанции линиям, питающим отдельные участки контактной сети.

К электрооборудованию до 1000 В относятся: - ячейки линейных автоматов типа (ВАТ); - ячейки катодных автоматов (ВАБ); - ячейки кремневых выпрямителей; - шины: основная и запасная; - шкафы собственных нужд.

В качестве линейного выключателя используется быстродействующий выключатель типа ВАТ-43/2000 с управлением на постоянном токе.

Каждый кабельный фидер питающий линию 600 В оборудован отдельным амперметром. Питающие линии 600 В имеют световую сигнализации наличия или отсутствия напряжения.

Распределительное устройство (РУ) постоянного тока имеет две отдельных части РУ положительной шины (ПШ) и РУ отрицательной шины (ОШ). РУ ПШ, имеет две шины, рабочую и запасную. На подстанциях

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

большой мощности рабочая шина может быть разделена на секции, для повышения надёжности и ремонтопригодности.

Рабочая шина РУ ПШ получает питание от выпрямителей через коммутационные аппараты: автоматический быстродействующий выключатель (катодный автомат) и шинный разъединитель.

К рабочей шине через автоматический выключатель подключается запасная шина РУ ПШ. РУ ОШ подключается к нулевым точкам трансформаторов (при схеме «звезда-обратная звезда») либо к анодам выпрямителей (на современных агрегатах) через шинные разъединители. ОШ может заземляться через балластное сопротивление, это актуально для троллейбусных подстанций, так как у трамвайных подстанций это происходит естественным путём через рельсы. При незаземлённом «минусе» система называется изолированной, она позволяет сохранять работоспособность в случае безопасных замыканий на землю одного из полюсов.

1.2.5 Фидеры.

Фидеры (присоединения, выводы) используются для подключения контактной сети к РУ постоянного тока. Выполняются в виде подземных, надземных кабельных линий или ВЛ. Количество фидеров определяется мощностью подстанции и разветвлённость сети в зоне энергоснабжения и может колебаться от одного-двух (в децентрализованных системах) до десятка (в централизованных).

Фидер положительной полярности подключается к РУ ПШ через устройство переключателя запасной шины (ПЗШ). ПЗШ имеет два положения рабочее и запасное, при которых соответственно фидер подключается к рабочей шине через линейный автомат (быстродействующий токоограничивающий выключатель) либо к запасной (без автомата). Такая система позволяет выводить для обслуживания линейный автомат без длительного отключения питания фидера, что происходит очень часто.

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Фидер отрицательной полярности подключается РУ ОШ лишь через разъединитель.

1.3 Оценка состояния электрического оборудования подстанции

В настоящий момент работу городского электротранспорта в Уфе обеспечивают тяговые подстанции (ТП) в количестве 30 единиц. Все эти подстанции однотипны. В каждой ТП используется по три агрегата, каждый из которых состоит из трансформатора ТМПУ-1000/10У2, и выпрямителя ВАКЛЕ-1000-600Н, коммутируемые масляными выключателями ВМГ-10. Параметры установленных на (ТП) трансформаторов, выпрямителей и выключателей указаны в таблицах 1.1,1.2 и 1.3.

Таблица 1.1 Выпрямитель ВАКЛЕ-1000-600Н

Наименование технических характеристик Значение

Первичное напряжение, кВ 10,00

Частота питающей сети, Гц 50,00

Номинальный выпрямленный ток, А 1000,00

Номинальное выпрямленное напряжение, В 600,00

Таблица 1.2 Выключатель масляный ВМГ-10

Наименование технических характеристик Значение

Первичное напряжение, кВ 10,00

Частота питающей сети, Гц 50,00

Номинальный коммутируемый ток, А 1000,00

Номинальный ток отключения. кА 20,00

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Таблица 1.3 Трансформатор масляный ТМПУ-1000/10У2

Наименование технических характеристик Значение

Номинальная мощность сетевой обмотки, кВА 692,00

Номинальная частота сети, Гц 50,00

Номинальное напряжение преобразователя, В 600,00

Номинальный ток преобразователя, А 1000,00

Номинальное напряжение сетевой обмотки, В 10000,00

Номинальный ток сетевой обмотки, А 40,00

Номинальное напряжение вентильной обмотки, В 565,00

Номинальный ток вентильной обмотки, А 289,00

Номинальное напряжение ветви уравнительного реактора, В 141,00

Потери короткого замыкания трансформатора, кВт 9,7

Напряжение короткого замыкания трансформатора, % 5,56

Потери холостого хода трансформатора, кВт 2,88

Ток холостого хода трансформатора, % 0,25

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

2 РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение количества преобразовательных агрегатов (ПА) на тяговой подстанции и выбор тяговых преобразовательных агрегатов

Выбор и определение количества преобразовательных агрегатов для ТП производим по суточному графику нагрузки, построенному на основании почасового расхода электроэнергии на тягу электротранспорта на 11.04.16 г. показанном в таблице 2.1

Таблица 2.1 Почасовой расход электроэнергии 11.04.16 г.

Время На тягу электротраспорта

Активная, кВт Реактивная, кВар

1 140 70

2 138 65

3 142 71

4 135 62

5 200 130

6 710 560

7 1100 630

8 1600 660

9 1550 650

10 1400 640

11 1050 610

12 950 590

13 1120 635

14 1010 615

15 1230 635

16 1370 643

17 1560 684

18 1800 700

19 1720 695

20 1570 660

21 1120 560

22 1120 240

23 310 186

24 137 64

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата 14

Максимальное значение активной нагрузки приходится на 18 часов Рmax = 1800 кВт. В это время значение реактивной нагрузки Qmax = 700 кВар.

2.1.1 Определение максимального тока подстанции, Imax

(P )2 + (Q )2

Imax = max max , (2.1)

Udн

где Рmax - максимальное значение активной нагрузки, 1800 кВт; Qmax - максимальное значение реактивной нагрузки, 700 кВар;

Udн – номинальное напряжение агрегата, со стороны потребителя, 600 В.

Imax = 1800 2 + (700)2 = 3219 А

600

2.1.2 Определение количества агрегатов по максимальному току

N = Imax + Д , (2.2)

Idн

где Idн - номинальный ток агрегата, А; Д - резервная мощность, выражаемая

в долях от мощности рабочего агрегата, Д=1 для подстанций централизованного внутреннего электроснабжения.

N = 32192000 + 1 = 2, 61

Полученное значение числа агрегатов округляется в сторону увеличения до ближайшего целого значения числа. N = 3 шт.

Таким образом, на ТП требуется три преобразовательных агрегата с номинальным током 2000 А.

2.1.3 Выбор тяговых преобразовательных агрегатов и расчет мощности. Максимальную мощность потребителя, питающегося от обмотки НН

понижающего трансформатора, определяем по формуле

= (1+ ( Рпост + Рпер ) / 100) ,

ST (Pmax )2 + (Qmax )2 (2.3)

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись 15

Дата

где Рпост = 2% - постоянные потери в стали трансформатора;

Рпер = 10% - переменные потери в сетях и трансформаторах; Мощность тягового трансформатора (кВА) выбираем по условию

SH .TP ≥ ST , (2.4)

где Nраб - количество преобразовательных агрегатов в работе. На тяговой

подстанции установлены три преобразовательных агрегата, работающих по схеме: 2- в работе, 1- в резерве.

ST = (1+ ( 2 + 10) / 100 ⋅ 18002 + 7002 = 2163 кВА.

SH.TP =2163/2=1081,5 кВ•А.

Выбор тягового трансформатора производим по [7], исходя из следующих данных:

- номинальная мощность тягового трансформатора должна быть

больше SH.TP =1081,5 кВА.

- номинальное напряжение преобразователя 0,6 кВ.

- номинальный ток преобразователя Idн=2000 А.

- номинальное напряжение сетевой обмотки – U1=10 кВ.

- схема соединения вентильной обмотки – «две обратные звезды с уравнительным реактором».

Исходя из этих данных, с учетом перспективы развития

горэлектротранспорта, [11] выбираем три тяговых трансформатора ТСЗПУ-

2000/10У2, работающие с преобразователями ВТПЕД 2000/600Н, характеристики которых представлены в таблице 2.2.

Трансформаторы этой серии различных заводов-изготовителей отличаются применяемыми изоляционными материалами. Например, в АО «Плутон» (г. Запорожье) используется материал типа «NOMEX», изготовляемый фирмой «Дюпон» (Швейцария). Этот изоляционный материал негигроскопичен, обладает высокими электрическими и механическими характеристиками, в чужом пламени не выделяет токсичных газов.

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Срок службы изоляции при рабочих температурах до 140°С оценивается в 280 лет, что соответственно увеличивает срок службы трансформатора в целом.

Таблица 2.2 Параметры выпрямителя и трансформатора

Параметры выпрямителя Параметры трансформатора

Тип

коэффициент Потери

Тип выпря- транс- Мощ-

Udн, Idн, холос- нагру-

мителя Мощности, КПД, форма- ность, того зоч- Uк,

В А

% % тора кВА хода, ные, %

кВт кВт

ВТПЕД ТСЗПУ-

600 2000 0.93 97.4 2000/10 1385 3,1 13 6,6

2000/600Н

У2

Сухие трансформаторы этой серии обладают высокой стойкостью к воздействию влаги, резким перепадам окружающей среды.

На базе силовых полупроводниковых зарубежных фирм научно-производственным предприятием «Энергия», совместно с АО «Плутон» выполнены выпрямители ВТПЕД нового поколения. При разработке выпрямителей учитывались преемственность по отношению к предыдущим поколениям выпрямителей и совместимость применяемых силовых полупроводниковых приборов с отечественными.

Для тяговых подстанций городского электрического транспорта выпрямители серии ВТПЕД изготовляют как по нулевой, так и по мостовой схемам. Силовые полупроводниковые приборы, используемые в выпрямителях, обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с применяемыми ранее отечественными диодами и тиристорами: стабильностью параметров и меньшими потерями на протяжении всего времени эксплуатации выпрямителя, повышенный 25-й класс и меньшая рабочая температура перехода.

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум.Подпись Дата

Эти и другие свойства приборов создают более благоприятный тепловой режим в шкафу выпрямителя и повышают его перегрузочную способность

Разработки сухих преобразовательных трансформаторов и выпрямителей нового поколения проведены на базе ОАО «Уралэлектротяжмаш». Трансформаторы обладают высокой электрической прочностью благодаря фирменной технологии изготовления термореактивной изоляции типа «Транстерм» с высокими изоляционными свойствами. Выпрямители серии ВТПЕД, предназначенные для работы с данными трансформаторами, имеют высокую надежность за счет последовательного соединения двух диодов в плече, каждый из которых рассчитан на полное напряжение выпрямителя.

Выпрямители выдерживают нагрузки 4 кА в течение 17 с (два раза с паузой 180 с).

Подключение выпрямителей к положительной шине 600В осуществляется при помощи РУ 600 В с катодным выключателем и разъединителем. Ячейка РУ 600 В может не иметь катодного выключателя при использовании выпрямителей с мостовой схемой выпрямления.

2.2 Расчет мощности тяговой подстанции

Установленная мощность ТП на стороне постоянного тока напряжением 600В определяется по номинальной мощности одного

выпрямителя и их количеству

Pdy = N ⋅ Pdн , (2.5)

Рdн = I dн ⋅Udн , (2.6)

Рdн = 600 ⋅ 2000 = 1200000 = 1200 кВт

Pdy = 3 ⋅ 1200 = 3600 кВт.

ЭА14.5064.00 ПЗ Лист

Изм. Лист№ докум. 18

Подпись Дата

Установленная мощность подстанции на стороне переменного тока напряжением 10 кВ определяется по формуле

S yТП = N ⋅ SПА + т ⋅ SнТСН , (2.7)