Выбор числа, типа силовых и тяговых агрегатов

Электрическая энергия, которая необходима для работы подвижного состава, вырабатывается на различных электростанциях. От электрических станций по трёхфазным ЛЭП высокого напряжения электрическая энергия передаётся к трансформаторным подстанциям, расположенным вдоль электрифицированных железных дорог (тяговые подстанции). Согласно заданию необходимо рассчитать тяговую подстанцию переменного тока, присоединённую к системе внешнего энергоснабжения, как транзитная. На тяговой подстанции устанавливают два главных понижающих трансформатора, а также два тяговых трансформатора. Согласно седьмой главы ПТЭ, а также ПУЭ железная дорога является потребителем первой категории и для увеличения надёжности к установки принимают по два главных понижающих трансформатора.

1.1. Определение типа силовых и тяговых агрегатов

Таблица 1

Параметры тягового трансформатора

Тип трансформатора	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Потери	Uк, %	Iхх, %
ВН	СН	НН	Pх, кВт	Pк, кВт	ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
ТДТНЭ- 25000/110-У1		27,5	6,6	28,5		10,5	17,5	6,5	-

Максимальная расчётная мощность, на основании которой выбирается тип главного понижающего трансформатора, определяется по формуле:

(2)

где S_T – мощность тяговой нагрузки, кВА;

S_СН – мощность трансформатора собственных нужд, принимаем 400 кВА;

k_Р –коэффициент, учитывающий равномерность наступления максимумов тяговой и не тяговой нагрузки, принимаем 0,95-0,98.

Мощность тяговой нагрузки:

S_T =17000 кВА.

кВА. (3)

По справочным данным производим выбор главного понижающего трансформатора, основываясь на условии выбора, которое приводится ниже.

Условие выбора:

Согласно этого условия выбираем трансформатор типа ТДТНЭ-

25000/110-69.

Электрические характеристики этого трансформатора приведены в табл.1.

Мощность трансформатора собственных нужд в соответствии с заданием равна:

S_н.тсн =400 кВА

К установке принимается трансформатор типа ТМ-400/27

Таблица 2

Электрические характеристики трансформатора собственных нужд

Номинальная мощность, кВА	Напряжение обмоток, кВ	Потери, кВт	Напряжение КЗ, %	Ток ХХ, %
400	ВН	НН	ХХ	КЗ	6	-
27.5	0,4	Уровень А	Уровень Б	-
-	-

2. Расчёт токов короткого замыкания на шинах ру

2.1. Составление однолинейной расчётной схемы

Для заданной схемы внешнего электроснабжения составляется однолинейная расчётная схема, включая упрощённую схему заданной тяговой подстанции с указанием всех точек короткого замыкания и номинальных параметров.

Однолинейная расчётная схема

2.2. Определение относительных сопротивлений

Расчёт произведён методом относительных единиц. Основой метода является приведение всех сопротивлений схемы к базисным условиям.

Составлена эквивалентная схема замещения до точки k₁ (рис. 2).

Относительное сопротивление энергосистемы:

Выбраны базисные условия , при к.з. в точке k₁ .

(4)

В следствии того, что нет необходимости также учитывать активную составляющую сопротивления элементов.

Определяем приведённые индуктивные сопротивления.

Все расчеты произведены посредством программного приложения MathCad.

Система 1

Система 2

2.3. Проверка на электрическую удалённость

Электрическая удалённость к.з. определяется исходя из следующего соотношения:

(5)

где номинальный ток источника, А;

начальное значение периодической составляющей тока к.з.

Для первого источника:

;

;

Из этого неравенства следует, что точка k₁ не удалена от первого источника.

Для второго источника:

;

;

Значит, что точка k₁ не удалена от второго источника.

2.4. Определение токов короткого замыкания на шина ОРУ –110 кВ

2.4.1. Определение трёхфазного короткого замыкания

Т.к. все источники не удалены от точки короткого замыкания k₁, то у тока короткого замыкания присутствует апериодическая составляющая i_а.

Для источника слева:

I - значение определено по расчетной монограмме.

;

, где определено по монограмме.

кА.

Для источника справа:

;

- значение определено по расчетной монограмме.

;

, где определено по монограмме.

кА.

;

;

Ударный ток к.з.

Производим выбор токов короткого замыкания.

2.4.2. Определение двухфазного короткого замыкания

Режим двухфазного короткого замыкания является несимметричным режимом.

2.4.3. Определение однофазного короткого замыкания

Однофазный ток короткого замыкания определяется по формуле:

(6)

где х_*1 –сопротивление прямой последовательности;

х_*2 –сопротивление обратной последовательности;

х_*0 –сопротивление нулевой последовательности.

Принято равенство х_*1= х_*2= х_{*б рез}.

(7)

где u_к –напряжение к.з., %;

S_нт –номинальная мощность трансформатора, МВА; S_нт =25 МВА;

S_б –базисная мощность.

2.5. Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ –27,5 кВ

Для расчётов токов к.з. на шинах РУ –27,5 кВ составлена схема замещения.

Рассмотрено два вида к.з.:

ü режим максимальных токов (оба трансформатора включены в работу и работают параллельно (рис. 13));

ü режим минимальных токов (в работе находиться один трансформатор (рис. 13)).

Рис. 13

Рассмотрение режима максимальных токов сводится к расчётам схемы ”а”.

U_кв=0,5(Uвс+Uквн-Uксн)= 0,5(10,5+17,5-6,5)=10,75

U_кс=0,5(Uквс+Uксн-Uквн)= 0,5(10,5+6,5-17,5)=-0,5

U_кн=0,5(Uквн+Uксн-Uксв)= 0,5(17,5+6,5-10,5)=6,75

;

;

;

где х_*Т –относительное сопротивление трансформаторов.

Базисный ток

2.5.1. Определение трёхфазного тока в режиме максимальных токов

;

2.5.2. Определение двухфазного тока короткого замыкания в режиме максимальных токов

2.5.3. Определение тока трёхфазного короткого замыкания в режиме минимальных токов

Минимальный ток к.з. будет в режиме раздельной работы трансформаторов. Схема замещения представлена на рис. 13(б).

2.5.4. Определение токов двухфазного короткого замыкания в режиме минимальных токов

2.6. Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ –10 кВ

Для расчётов токов к.з. на шинах РУ –10 кВ составлена схема замещения.

Рассмотрено два вида к.з.:

ü режим максимальных токов (оба трансформатора включены в работу и работают параллельно (рис. 14а));

ü режим минимальных токов (в работе находиться один трансформатор (рис. 13б)).

Рис. 14

Рассмотрение режима максимальных токов сводится к расчётам схемы ”а”.

(8)

где х_*Т –относительное сопротивление трансформаторов, для обмоток ВН.

(рассчитано выше)

Базисный ток

2.6.1. Определение трёхфазного тока в режиме максимальных токов

2.6.2. Определение двухфазного тока короткого замыкания в режиме максимальных токов

2.5.3. Определение тока трёхфазного короткого замыкания в режиме минимальных токов

Минимальный ток к.з. будет в режиме раздельной работы трансформаторов. Схема замещения представлена на рис. 13(б).

2.5.4. Определение токов двухфазного короткого замыкания в режиме минимальных токов

2.7. Расчёт тока короткого замыкания на шинах собственных нужд

Расчёт токов короткого замыкания на шинах собственных нужд (расчётная точка k4) тяговой подстанции производим в именованных единицах, с учётом активных и индуктивных сопротивлений.

Схема замещения представлена на рис. 15.

Рис. 15

Максимальный рабочий ток вторичной обмотки трансформатора собственных нужд определяется по формуле:

(10)

Активное сопротивление обмоток ТСН:

(11)

где Р_к –мощность к.з. ТСН, кВт;

S_ТСН –номинальная мощность ТСН, ВА;

U_осн –напряжение основной ступени, В.

Полное сопротивление обмоток ТСН:

Реактивное сопротивление обмотки ТСН определяется по формуле:

Трансформатор собственных нужд присоединяется к шинам 27,5 кВ четырёх жильным кабелем ААГВ -3×185+1×50-1, максимально допустимый ток которого определяется по следующей формуле:

(12)

где k_к –количество кабелей;

I_доп –допустимый ток для принятого сечения (определяется из справочника),

I_доп =260 А;

n_k –коэффициент, учитывающий охлаждение кабелей, n_k =0,85.

Для кабеля ААГВ -3×185+1×50-1:

Эти данные также как и тип кабеля берутся из справочника.

Сопротивление автоматического выключателя:

Сопротивления трансформаторов тока:

Сопротивление рубильника:

Результирующее сопротивление цепи трансформатора собственных нужд:

Трехфазное короткое замыкание:

Двухфазное короткое замыкание:

Таблица 3

Данные по коротким замыканиям тяговой подстанции

Вид К.З.	Наименование тока к.з.	РУ-110 кВ (к1)	РУ-27,5 кВ (к2)	РУ-10,5 кВ (к3)	к5 ТСН
Трёхфазное К.З.	max	Iпо, кА	1,14	4,8	9,7	12,46
iy, кА	2,9	12,2	24,725	31,773
Iy, кА	1,73	7,2	14,744	18,93
Sк, МВА		228,5	176,85	8,63
min	Iпо, кА	-	3,19		-
iy, кА	-	8,15	15,3	-
Iy, кА	-	4,84	9,12	-
Sк, МВА	-	151,5	108,7	-
Двухфазное К.З.	max	Iпо, кА	0,99	7,18	14,5	10,79
iy, кА	2,9	18,3		27,5
Iy, кА	1,5	10,95	21,964	16,40
Sк, МВА		118,8	153,43	7,5
min	Iпо, кА	-	4,75	8,96	-
iy, кА	-	12,13	22,84	-
Iy, кА	-	7,22	13,61	-
Sк, МВА	-	131,81	94,56	-
Однофазное К.З.	max	Iпо, кА	2,77	-	-	-
iy, кА	7,07	-	-	-
Iy, кА	4,21	-	-	-
Sк, МВА	554,5	-	-	-
min	Iпо, кА	-	-	-	-
iy, кА	-	-	-	-
Iy, кА	-	-	-	-
Sк, МВА	-	-	-	-