Определение расчетной мощности совмещенной тяговой подстанции метрополитена

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВО УрГУПС)

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

Практическая работа №2

По дисциплине: «Электроснабжение городского транспорта, метрополитенов»

Тема работы: «Проектирование совмещенной тяговой подстанции метрополитена»

Студент Баяндин Павел Валерьевич 4 курса Группы СОэ-415 факультета «ИЗО» Специальности 23.05.05 Руководитель: ст. преподаватель Аксенов Никита Андреевич Дата сдачи: _____________________ Оценка: ________________________ Подпись руководителя: _________________

 

 

Екатеринбург2019

 

Введение

Для более своевременного и полного удовлетворения потреб­ностей населения в перевозках, ускорению передвижения и повышению культуры обслуживания пассажиров, большое значение имеет улучше­ние качественных показателей работы городского транспорта.

В транспортном комплексе крупных городов основным частью, решающей проблему массовых пассажироперевозок, являются метропо­литены. Развитие метрополитенов как скоростного транспорта приоб­ретает возрастающее значение в связи с усиленным промышленным и жилищным строительством, ростом населения и расширением террито­рии городов. Поэтому, метрополитены становятся важной от­раслью железнодорожного транспорта страны.

Непрерывное повышение интенсивности движения поездов и объема пассажироперевозок требует совершенствования технического оснащения сложного хозяйства подземных электрических железных до­рог и в первую очередь их энергетики. На метрополитенах электри­фицированы все производственные процессы. Требуется особо высокая надежность и бесперебойность электроснабжения, поэтому постоянно внедряются лучшие достижения науки и техники в энергосистемы метрополитенов, идет техническое усовершенствование основного оборудования и аппаратуры, схем управления, устройств защиты, автоматики и телемеханики.

Электроприемники метрополитена в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) относятся к первой категории нагрузок, и электроснабжение должно быть осуществлено от трех не­зависимых источников питания. С целью повышения надежности элект­ропитания, подстанции метрополитена подключают к источникам энер­гии без захода (непосредственно) к другим городским потребителям.

Вопрос о размещении тяговых подстанций и их количестве на трассе решается на основе технико-экономических расчетов. Сравне­ние результатов экономических расчетов с техническими показателя­ми позволяет выбрать систему питания тяговой сети: централизо­ванную (сосредоточенную) или децентрализованную (распределенную). Однако, при совместной оценке, как по техническим, так и по эконо­мическим показателям децентрализованная система в большинстве случаев оказывается более целесообразной.

В данной практической работе разрабатывается совмещенная тяговая подстанция метрополитена, производится расчет токов короткого замыкания, максимальных рабочих токов, выбирается современное оборудование и релейная защита. Применение вакуумных выключателей, выбранных в качестве коммутационных аппаратов, позволяет повысить надежность работы электрооборудования и значительно снизить необходимость ремонтов в эксплуатационных условиях в течении всего срока службы.

 

 

Исходные данные

Параметры источников энергии и кабельных линий

Вариант	3
Длина кабельной линии КЛ-А марки ААБлГУ-3x240, км	1,2
Длина кабельной линии КЛ-Б марки ААБлГУ-3x240, км	1,7
Длина кабельной линии КЛ-БА(АБ) марки ААБлГУ-3x185, км	1,3
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	192
Минимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	132
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА	207
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА	122

 

Параметры совмещенной тяговой подстанции метрополитена

Вариант	3
Расход электроэнергии на тягу в интенсивные сутки, Ат, кВт ч	57500
Число работающих двигателей эскалаторов, Nэ, шт.	4
Число работающих двигателей вентиляторов, Nв, шт.	17
Число работающих двигателей насосных установок, Nн, шт.	15
Мощность работающих ламп накаливания, Рлн, кВт	64
Мощность работающих люминесцентных ламп, Рлл, кВт	70
Мощность приборов электроотопления, Рот, кВт	72

Содержание

 

1. Разработка и расчет схемы электропитания маршрута трамвая. 5

1.1 Разработка схемы питания и секционирования контактной сети трамвая. 5

1.2 Расчет среднего значения потребляемого тока. 6

1.3 Нагрузка участка тяговой сети. 7

1.4 Расчет мощности тяговых подстанций и преобразовательных агрегатов. 8

1.5 Выбор трансформатора собственных нужд. 10

2. Выбор оборудования РУ 10 кВ и РУ постоянного тока. 14

3. Выбор месторасположения тяговой подстанции. 15

4. Расчет тяговой сети. 18

4.1 Расчет тяговой сети для централизованной системы электроснабжения. 19

4.2 Расчет тяговой сети для централизованной системы электроснабжения в аварийных режимах. 20

4.3 Расчет тяговой сети для децентрализованной системы электроснабжения 22

4.4 Расчет тяговой сети для децентрализованной системы электроснабжения в аварийных режимах. 24

5. Технико-экономическое сравнение централизованной и децентрализованной систем электроснабжения. 25

5.1 Технико-экономические расчеты.. 25

5.2 Технико-экономические показатели для централизованной системы электроснабжения. 29

5.2 Технико-экономические показатели для децентрализованной системы электроснабжения. 30

Вывод. 33

Библиографический список. 34

 

 

Выбор трансформаторов СТП

 

1.3.1 Выбор преобразовательного трансформатора и выпрямителя

Обычно на СТП устанавливают два преобразовательных агрегата, один из которых находится в резерве, а другой постоянно в работе. Однако, если мощность одного работающего преобразователя не обеспечивает 100% потребности электрической тяги, то устанавливают три преобразовательных агрегата. В этом случае два преобразователя работают, а один находится в резерве.

Каждый преобразовательный агрегат состоит из преобразовательного трансформатора и выпрямителя (рисунок 1.1). Поэтому для определения числа преобразовательных агрегатов на СТП (N_ПА) необходимо по отдельности определить требуемое число преобразовательных трансформаторов (N_ТР) и выпрямителей (N_ВП).

Исходя из этого, число одновременно работающих преобразовательных трансформаторов будет равно:

                                             (1.9)

где S_Т – мощность для питания тяговой нагрузки;

S_ТР – паспортное значение мощности сетевой обмотки выбранного преобразовательного трансформатора.

 

 

Число одновременно работающих преобразовательных трансформаторов по формуле 1.9:

 

Число преобразовательных трансформаторов необходимо производить с учетом резервного, отсюда:

 

Аналогично выбирается число выпрямителей. Число одновременно работающих выпрямителей равно:

                                                  (1.10) 

где Р_Т - заданное значение активной мощности для питания тяги в наиболее загруженный час, кВт;

Р _dH - значение активной номинальной мощности выбранного выпрямителя.

 

Число одновременно работающих выпрямителей по формуле 1.10:

 

Число выпрямителей необходимо производить с учетом резервного, отсюда:

 

Значение номинальной мощности выбранного выпрямителя определяется по формуле, кВт:

                                     (1.11)

,где U_dH – номинальное значение выпрямленного напряжения, равно 825 В;

I _dH - паспортное значение номинального тока выпрямителя.

 

 

Значение номинальной мощности выбранного выпрямителя по формуле 1.11:

 

Окончательное число преобразовательных N_ПА будет равно наибольшему из значений N_ТР и N_ВП и таким образом равно 3.

 

Выбор токоведущих частей

 

Для обеспечения надежной работы аппаратов и токоведущих частей в электрических установках необходимо правильно выбрать все аппараты и токоведущие части по условиям длительной работы при нормальном режиме и кратковременной работы в режиме короткого замыкания.

В длительном режиме надежная работа аппаратов и токоведу­щих частей обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.

Выбранные по условиям нормального режима аппараты и токо­ведущие части проверяются на электродинамическую и термическую устойчивость в режиме короткого замыкания. Кроме того, коммутаци­онные аппараты проверяются по отключающей способности при корот­ком замыкании.

1. Согласно ПУЭ по режиму короткого замыкания при напря­жении выше 1000 В не проверяют:

- аппараты и проводники, защищенные плавкими предохрани­телями с вставками на номинальный ток до 60 А - по электродинами­ческой стойкости;

- аппараты и проводники, защищенные плавкими предохрани­телями независимо от номинального тока и типа - по термической стойкости;

- аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при расположении их в отдельной камере или за добавочным резистором.

2. Для РУ - 825 В шины, ответвления от них, изоляторы и разъединители выбирают по тем же условиям, что и для устройств переменного тока. Проверку их на термическую и динамическую стой­кость не производят, учитывая быстродействие защиты и отсутствие динамического действия со стороны других проводников с током.

3. Коммутационные аппараты напряжением ниже 1000 В пере­менного и постоянного тока выбираются по условиям термической и динамической стойкости и по номинальным параметрам (току и напря­жению).

 

3.2.1 Выбор токоведущих частей (проводников)

 

Сечение алюминиевых проводников прямоугольного сечения выбираются по условию:

                                                  (2.1)

При выборе сечения алюминиевых проводников прямоугольного сечения необходимо учитывать расположение их в РУ. Проводники могут быть расположены «на ребро» или «плашмя». Если проводники расположены «плашмя», то их допустимый ток уменьшается:

при h  60 мм. – = 0,95× I_ДОП;

при h 60 – = 0.92× I_ДОП.

Жесткие токоведущие части переменного тока проверяются на электродинамическую и термическую стойкость.

Для РУ 10 кВ по условию 2.1 для ввода и сборных шин с I_рmax = 387 А выбираем однополосный алюминиевый проводник АДО 40х4 (h=40 мм, b=4 мм). При расположении «плашмя» I_ДОП = 480*0,92 = 441,6 А.

Для РУ 0,4 кВ по условию 2.1 токоведущие части с I_рmax = 4504 А выбираем четырехполосный алюминиевый проводник АДО 120х10 (h=120 мм, b=10 мм). При расположении «на ребро» I_ДОП = 4650 А.

Для РУ 0,23 кВ (освещение) по условию 2.1 токоведущие части с I_рmax = 1224 А выбираем двухполосный алюминиевый проводник АДО 60х6 (h=60 мм, b=6 мм). При расположении «плашмя» I_ДОП = 1350*0,92 = 1242 А.

Для РУ 0,23 кВ (СЦБ) по условию 2.1 токоведущие части с I_рmax = 490 А выбираем однополосный алюминиевый проводник АДО 40х5 (h=40 мм, b=5 мм). При расположении «плашмя» I_ДОП = 540*0,95 = 513 А.

 

Выбор кабелей

 

Для соединения аппаратов тяговой подстанции выбираются следующие марки кабелей:

ААБл - алюминиевые жилы, алюминиевая оболочка, броня из стальных лент, поверх которых наложен антикоррозионный защитный покров - битум;

АСБ2лГУ - алюминиевые жилы, свинцовая оболочка, броня из стальных лент, защитный покров - битум, отсутствие наружных покровов поверх брони, с повышенной тем­пературой нагрева;

ААБнлГ - алюминиевые жилы, алюминиевая оболочка, броня из стальных лент, не распространяющий горение, защитный покров - битум, отсутствие наружных покровов поверх брони;

ААБлГУ - алюминиевые жилы, алюминиевая оболочка, броня из стальных лент, защитный покров - битум, отсутствие наружных покровов поверх брони, с повышенной тем­пературой нагрева;

ААБн - алюминиевые жилы, алюминиевая оболочка, броня из стальных лент, не распространяющий горение.

Длительно допустимые токовые нагрузки кабелей на напряжение 6 и 10 кВ при прокладке в земле, на воздухе и в воде, в соответствии с ГОСТ 18410-73.

Условия выбора силовых кабелей показано в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Условия выбора силовых кабелей

Характеристика условий выбора кабелей	Формула	Расчетные параметры
1. По конструкции в зависимости от места прокладки, свойств среды и механических усилий	___	___
2.По номинальному напряжению	UН > UР	UН - номинальное напря­жение кабеля, кВ; UР - рабочее напряжение линии, кВ.
3.По длительно допуска­емому току	IДЛ ДОП > IР МАХ	IДЛ ДОП - допускаемый ток для выбранного сечения кабеля, А.
4.По термической стойкости	qВ >  qMIN	С = 94 - для кабелей с бумажной изоляцией.

 

Результаты расчета заносятся в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Силовые кабели

Место применения	Выбранный кабель
1. До тягового трансформатора	ААБлГУ-3x95
2. До трансформатора РУ-0,4 кВ	ААБлГУ-3x150
3. До трансформатора РУ-0,23 кВ освещения	ААБлГУ-3x50
4. До трансформатора СЦБ	ААБлГУ-3x35
5. Питающая линия контактной сети	3*ААБлГ-1х800
6. Питающая линия обратного тока	3*ААБлГ-1х800
7. Вводы РУ-0,4 кВ	6*ААБлГ-1х400
8. Вводы РУ-0,23 кВ освещения	4*ААБлГ-1х150
9. Вводы РУ-0,23 кВ СЦБ	ААБлГУ-4x70

 

Выбор изоляторов

Выбор выключателей

Выбор разъединителей

Разъединители обеспечивают видимый разрыв цепи в открытых РУ переменного тока тяговых и трансформаторных подстанций. Выбор разъединителей производится по условиям (2.15) и (2.16).

Для РУ 0,825 по условиям 2.15-2.16 выбираем разъединители постоянного тока типа РВР-10/4000У3.

 

 

Трансформаторы тока

Трансформаторы тока предназначены для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, а также для изоляции измерительных приборов, реле и обслуживающего персонала от высокого напряжения в установках переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Их назначение – уменьшить первичный ток до величин, удобных для измерительных приборов и реле. Трансформаторы тока бывают наружной и внутренней установки в условных обозначениях трансформаторов: Т – трансформатор тока; П – проходной; Ш – шинный; ТВ – встроенный; З – для защиты замыканий на землю (для трансформаторов ТФЗМ – вторичная обмотка звеньевого типа); Л – с литой изоляцией; Ф – в фарфоровом корпусе; М – модернизируемый; К – комплектный; Н – наружной установки; Р – с сердечником для релейной защиты; У – усиленный (повышенная электродинамическая стойкость).

Выбор трансформаторов тока производится по условиям (2.15) и (2.16), а проверка – на электродинамическую (2.22) и термическую (2.23) стойкости.

Выбираем трансформатор тока ТПОЛ-10-1/400/5.

Трансформаторы напряжения

Для измерения напряжения в РУ переменного тока применяют трансформаторы напряжения, назначение которых — снизить высокое напряжение до стандартного значения 100, 100/Ö3 или 100/3, а также отделить цепи измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Буквенные обозначения трансформаторов напряжения: Н – трансформатор напряжения; К – каскадный; Ф – фарфоровый корпус; З – с заземляемой первичной обмоткой; О – однофазный; А – антирезонансный; М – с естественной циркуляцией масла и воздуха; И – для контроля изоляции сети; Л – с литой изоляцией, Т – трехфазный.

Выбор трансформаторов напряжения производится по условию (2.15). Так как по трансформаторам напряжения не протекает ток силовой цепи, то проверки на электродинамическую и термическую стойкости для них не производятся.

Выбираем трансформатор тока НАМИТ-10-2УХЛ2.

Вывод

 

В ходе решения расчетно- графической работы конечным итогом стала схема совмещенной тяговой подстанции метрополитена.

Выполнен расчет трансформаторной мощности тяговой подстанции постоянного тока. Произведен выбор силовых трансформаторов. Выполнен расчет токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств, составлены расчетная и схема замещения электрической цепи. Выбраны изоляторы, токоведущие части, коммутационная аппаратура, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

 

Библиографический список

1 Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003г. №35-ФЗ. (Ред.21.07.2014).

2 Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (ПОТЭУ) 2014 г.

3 Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание, 2002 год.

4 Т.А. Несенюк, Ю.П. Неугодников Тяговые и трансформаторные: учеб.пособие для студентов вузов / Екатеринбург, УрГУПС 2015. – 59 с.

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВО УрГУПС)

Кафедра «Электроснабжение транспорта»

Практическая работа №2

По дисциплине: «Электроснабжение городского транспорта, метрополитенов»

Тема работы: «Проектирование совмещенной тяговой подстанции метрополитена»

Студент Баяндин Павел Валерьевич 4 курса Группы СОэ-415 факультета «ИЗО» Специальности 23.05.05 Руководитель: ст. преподаватель Аксенов Никита Андреевич Дата сдачи: _____________________ Оценка: ________________________ Подпись руководителя: _________________

 

 

Екатеринбург2019

 

Введение

Для более своевременного и полного удовлетворения потреб­ностей населения в перевозках, ускорению передвижения и повышению культуры обслуживания пассажиров, большое значение имеет улучше­ние качественных показателей работы городского транспорта.

В транспортном комплексе крупных городов основным частью, решающей проблему массовых пассажироперевозок, являются метропо­литены. Развитие метрополитенов как скоростного транспорта приоб­ретает возрастающее значение в связи с усиленным промышленным и жилищным строительством, ростом населения и расширением террито­рии городов. Поэтому, метрополитены становятся важной от­раслью железнодорожного транспорта страны.

Непрерывное повышение интенсивности движения поездов и объема пассажироперевозок требует совершенствования технического оснащения сложного хозяйства подземных электрических железных до­рог и в первую очередь их энергетики. На метрополитенах электри­фицированы все производственные процессы. Требуется особо высокая надежность и бесперебойность электроснабжения, поэтому постоянно внедряются лучшие достижения науки и техники в энергосистемы метрополитенов, идет техническое усовершенствование основного оборудования и аппаратуры, схем управления, устройств защиты, автоматики и телемеханики.

Электроприемники метрополитена в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) относятся к первой категории нагрузок, и электроснабжение должно быть осуществлено от трех не­зависимых источников питания. С целью повышения надежности элект­ропитания, подстанции метрополитена подключают к источникам энер­гии без захода (непосредственно) к другим городским потребителям.

Вопрос о размещении тяговых подстанций и их количестве на трассе решается на основе технико-экономических расчетов. Сравне­ние результатов экономических расчетов с техническими показателя­ми позволяет выбрать систему питания тяговой сети: централизо­ванную (сосредоточенную) или децентрализованную (распределенную). Однако, при совместной оценке, как по техническим, так и по эконо­мическим показателям децентрализованная система в большинстве случаев оказывается более целесообразной.

В данной практической работе разрабатывается совмещенная тяговая подстанция метрополитена, производится расчет токов короткого замыкания, максимальных рабочих токов, выбирается современное оборудование и релейная защита. Применение вакуумных выключателей, выбранных в качестве коммутационных аппаратов, позволяет повысить надежность работы электрооборудования и значительно снизить необходимость ремонтов в эксплуатационных условиях в течении всего срока службы.

 

 

Исходные данные

Параметры источников энергии и кабельных линий

Вариант	3
Длина кабельной линии КЛ-А марки ААБлГУ-3x240, км	1,2
Длина кабельной линии КЛ-Б марки ААБлГУ-3x240, км	1,7
Длина кабельной линии КЛ-БА(АБ) марки ААБлГУ-3x185, км	1,3
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	192
Минимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	132
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА	207
Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА	122

 

Параметры совмещенной тяговой подстанции метрополитена

Вариант	3
Расход электроэнергии на тягу в интенсивные сутки, Ат, кВт ч	57500
Число работающих двигателей эскалаторов, Nэ, шт.	4
Число работающих двигателей вентиляторов, Nв, шт.	17
Число работающих двигателей насосных установок, Nн, шт.	15
Мощность работающих ламп накаливания, Рлн, кВт	64
Мощность работающих люминесцентных ламп, Рлл, кВт	70
Мощность приборов электроотопления, Рот, кВт	72

Содержание

 

1. Разработка и расчет схемы электропитания маршрута трамвая. 5

1.1 Разработка схемы питания и секционирования контактной сети трамвая. 5

1.2 Расчет среднего значения потребляемого тока. 6

1.3 Нагрузка участка тяговой сети. 7

1.4 Расчет мощности тяговых подстанций и преобразовательных агрегатов. 8

1.5 Выбор трансформатора собственных нужд. 10

2. Выбор оборудования РУ 10 кВ и РУ постоянного тока. 14

3. Выбор месторасположения тяговой подстанции. 15

4. Расчет тяговой сети. 18

4.1 Расчет тяговой сети для централизованной системы электроснабжения. 19

4.2 Расчет тяговой сети для централизованной системы электроснабжения в аварийных режимах. 20

4.3 Расчет тяговой сети для децентрализованной системы электроснабжения 22

4.4 Расчет тяговой сети для децентрализованной системы электроснабжения в аварийных режимах. 24

5. Технико-экономическое сравнение централизованной и децентрализованной систем электроснабжения. 25

5.1 Технико-экономические расчеты.. 25

5.2 Технико-экономические показатели для централизованной системы электроснабжения. 29

5.2 Технико-экономические показатели для децентрализованной системы электроснабжения. 30

Вывод. 33

Библиографический список. 34

 

 

Определение расчетной мощности совмещенной тяговой подстанции метрополитена