Содержание

Введение

Железные дороги – одна из важных составных частей материально–технической базы экономики страны.

Система постоянного тока была первой системой в России, по которой началась электрификация железных дорог. В настоящее время эксплутационная длина электрифицированных на постоянном токе железнодорожных линий составляет около 20 тыс. км, питание которых осуществляют около 1000 тяговых подстанций.

До 1955 года электрификация железных дорог велась на постоянном токе напряжением 1,65 и 3,3 кВ, с 1995 г. – на переменном токе напряжением 27,5 кВ и постоянном 3,3 кВ.

Система постоянного тока получила широкое применение для электрической тяги в городском и промышленном электротранспорте, а также для железнодорожного транспорта на первом этапе его электрификации из-за значительных преимуществ двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением по тяговым и скоростным характеристикам. Современный уровень техники позволяет изготовлять тяговые двигатели на напряжение до 1650 В.

Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением (электроустановкой), оснащенной мощной современной силовой ( трансформаторы), коммутационной (выключатели, разъединители) и вспомогательной аппаратурой. Насыщенность тяговых подстанций разнообразной по назначению аппаратурой существенно выше, чем равных по мощности и классу первичного питающего напряжения подстанций энергосистем. Это объясняется многофункциональностью тяговых подстанций – от них получают питание не только электрические поезда, но также районные и нетяговые потребители железных дорог.

Тяговая подстанция постоянного тока получает питание по 2 линиям на отпайках и через три распределительных устройства РУ–110, 10, 3,3 кВ. Через РУ–110 кВ напряжение подается на два главных понижающих трансформатора, которые понижают напряжение до 10 кВ и служащие для питания преобразовательных агрегатов, обеспечивающие электроэнергию электроподвижному составу. От РУ–3,3 кВ осуществляется электроснабжение участка железной дороги по фидерам контактной сети.

Электрификация железных дорог России началась 81 год назад с участка пригородного движения Москва-Мытищи протяженностью 17,8 км. Первый электропоезд с пассажирами прошел по нему 29 августа 1929 г., а официальное открытие состоялось 15 октября того же года.

Большая роль электрификации железных дорог отводилась еще в плане ГОЭЛРО, принятом в декабре 1921 г., где указывалось на необходимость «создания в стране основного транспортного скелета» из таких путей, которые соединили бы в себе «дешевизну перевозок с чрезвычайной провозоспособностью».

Внедрению электрической тяги, безусловно, способствовало бурное развитие электроэнергетики страны. По производству электроэнергии СССР уже в 1935 г. вышел на второе место в Европе и на третье в мире, а в 1947 г. – на первое в Европе и второе в мире, уступая лишь США. В 1975 г. производство электроэнергии в стране превысило 1 трлн. кВт·ч. Росла и доля выработки электроэнергии электростанциями без затрат органического топлива (гидро- и атомные электростанции).

Трансформаторные подстанции предназначены для питания районных потребителей различных категорий. Напряжение на первичную обмотку данной подстанции поступает то энергосистемы

1. Теоретический раздел

1. Выбор однолинейной схемы

Однолинейная схема электрических соединений определяет основные качества электрической части спроектированной подстанции. От этой схемы зависят надежность электрооборудования потребителей, ремонтоспособность, удобство технического обслуживания и безопасность персонала, рациональность размещения электрооборудования.

Однолинейная схема состоит из 3 распределительных устройств: ОРУ – 220 кВ, ОРУ – 27,5 кВ, ЗРУ – 10 кВ.

Питание распределительного устройства 220 кВ на трансформаторы поступает по линиям электропередачи по вводам W₁, W₂, на которых установлены разъединители типа РГ – 220/1000 УХЛ1. Между вводами выполняется перемычка с двумя разъединителями. На первичной стороне трансформаторов также установлены разъединители, такие же как на вводах. Встроенные трансформаторы тока необходимы для подключения амперметра и релейных защит. Наличие перемычки с разъединителем. имеющим дистанционное управление, позволяет обеспечить питание любого трансформатора по любому вводу или двух трансформаторов по одному вводу. Второй разъединитель перемычки с ручным приводом используется при ремонте для создания видимого разрыва цепи, трансформатор остается в работе, получая электроэнергию по вводу W₂.

Распределительное устройство 27,5кВ включает в себя сборные шины, вводы от обмоток 27,5 кВ главных понижающих (тяговых) трансформаторов, фидеры контактной сети и ДПР, трансформаторы собственных нужд.

Шины 27,5 кВ состоят из проводов фаз А и В, секционированных разъединителями, которые нормально включены. Секционирование сборных шин 27,5 кВ двумя разъединителями обеспечивает безопасное выполнение работ и на секциях шин. Фаза С представляет собой рельс уложенный в земле, так называемый рельс земляной фазы, который соединен с контуром заземления подстанции, рельсом подъездного пути, отсасывающей линией и тяговым рельсом.

Питающие линии контактной сети (фидеры) присоединяют к фазе А и В согласно фазировке станции и прилегающих перегонов. Для замены любого фидерного выключателя при выводе его в ремонт или аварийном режиме в схеме ,ОРУ ­- 27,5 кВ предусмотрена запасная шина, которая может получить питание через запасной выключатель от фазы А и В сборных шин.

На тяговых подстанциях ЗРУ – 10 кВ может получать питание от одного понижающего трансформатора при включенном секционном выключателе. Для ЗРУ – 10 кВ предусматривается установка выключателей.

Все отходящие линии 10 кВ имеют защиту замыкания на землю, для питания которой предусмотрен трансформатор тока.

1.2 Расчет мощности подстанции

Мощность нетяговых потребителей

Максимальная активная мощность районного потребителя:

(1.1)

где Р_уст - установленная мощность потребителя, кВт;

к_с - коэффициент спроса;

Сумма максимальных активных мощностей районных потребителей:

Тангенс угла :

где cos - коэффициент мощности;

Максимальная реактивная мощность районного потребителя:

квар;

квар.

Сумма максимальных реактивных мощностей районных потребителей:

Максимальная полная мощность всех районных потребителей:

где Р_пост - постоянные потери в стали трансформатора, принимаемые 8%;

Р_пер - переменные потери в стали трансформатора, принимаемые 2%;

Мощность на тягу поездов

Мощность тяговой нагрузки:

где I^’_д - наиболее загруженное плечо питания, А;

I’’д - наименее загруженное плечо питания, а;

к_м - коэффициент, для двухпутной линии, принимаемый 1,45;

Полная расчетная мощности подстанции.

Мощность на шинах равная 27,5 кВ:

(1.8)

где S_дпр - мощность нетяговых железнодорожных потребителей на электрифицированной дороге переменного тока, питающийся по линии «два провода - рельс», кВА;

S_сн - мощность собственных нужд (определяется по маркировке трансформатора собственных нужд), кВА;

к_р - коэффициент разновременности максимальных нагрузок, принимаемый 0,95;

Выбор главных понижающих трансформаторов

Расчетная мощность главного понижающего трансформатора:

где к_ав - коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатор по его отношению к его номинальной мощности принимаемый 1,4;

n_тр - количество главных понижающих трансформаторов, принимаемые равным 2;

Условия выбора главного понижающего трансформатора (таблица 2.1)

S_номГПТ ≥ S_{ГПТрасч}

U_1ном ≥ U_1раб

U_2ном ≥ U_2раб)

U_3ном ≥ U_3раб

40000 кВ > 35839,574кВ;

230 кВ > 220 кВ;

27,5 кВ = 27,5 кВ;

11 кВ > 10 кВ.

Таблица 1.1. – электрические характеристики масляных трансформаторов с внешним напряжением 220кВ.

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение обмоток, кВ			Напряжение короткого замыкания		Схема и группа соединения обмоток
		высшего напряжения	среднего напряжения	низшего напряжения	uкВ-С, %	uкВ-Н, %
ТДТНЖ – 40000/220 УХЛ-1	40000	230	27,5	11	12,5	22	Y*/Δ- Δ-11-11

Полная мощность подстанции

Полная мощность отпаечной тяговой подстанции:

S_тп= n_тр∙ S_номГПТ (1.10)