Определение расчетной мощности совмещенной тяговой подстанции метрополитена

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Б.А. Аржанников

Н.В. Крапивин

Т. С. Тарасовский

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СОВМЕЩЕННОЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Методические рекомендации к практическимработам

по дисциплине «Электроснабжение городского транспорта, метрополитенов»для студентов специальности
23.05.05 – «Системы обеспечения движения поездов»,
специализации «Электроснабжение железных дорог»
и направления подготовки всех форм обучения

Екатеринбург

УрГУПС

2019

УДК 681.326.32:621.331:621.311

Тарасовский, Т. С.

АМетодические рекомендации по проектированию совмещенной тяговой подстанции метрополитена/ Б.А. Аржанников, Н.В. Крапивин,
Т. С. Тарасовский. – Екатеринбург :УрГУПС, 2016. – 42, [3] с.

Методические рекомендации разработаны на основе действующих методик и современной учебной и методической литературы.

Методические рекомендации к практическим работамсодержат теоретические сведения для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Электроснабжение городского транспорта, метрополитенов» для студентов специальности «Системы обеспечения движения поездов» специализация «Электроснабжение железных дорог"

УДК 621.331:621.311

Опубликовано по решению редакционно-издательского совета университета

Авторы: Б.А. Аржанников – д.т.н., профессор кафедры «Электроснабжение транспорта»,УрГУПС

Н.В. Крапивин – доцент кафедры «Электроснабжение транспорта»,УрГУПС

Т. С. Тарасовский – ассистент кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС

путей сообщения (УрГУПС), 2019

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 данном проекте 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

Варианты с параметрами для проектирования совмещенной тяговой подстанции приведены в таблице 1.1. и таблице 1.2.

Таблица 1.1. Параметры источников энергии и кабельных линий

Номер варианта	Длина кабельной линии КЛ-А марки ААБлГУ-3x240, км	Длина кабельной линии КЛ-Б марки ААБлГУ-3x240, км	Длина кабельной линии КЛ-БА(АБ) марки ААБлГУ-3x185, км	Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	Минимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии А, МВА	Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА	Максимальная мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ источника энергии Б, МВА
1	1	1,5	1	180	120	195	137
2	1,1	1,6	1,2	185	125	200	139
3	1,2	1,7	1,3	190	130	205	120
4	1,3	1,8	1,4	195	135	210	125
5	1,4	1,9	1,5	200	140	175	130
6	1,5	2	1,6	205	145	180	135
7	1,6	2,1	1,7	210	123	185	140
8	1,7	2,2	1,8	175	125	190	145
9	1	1,5	1,9	180	137	195	123
10	1,1	1,6	2,0	185	139	200	125
11	1,2	1,7	1	190	120	205	137
12	1,3	1,8	1,2	195	125	210	139
13	1,4	1,9	1,3	200	130	175	139
14	1,5	2	1,4	205	135	200	120
15	1,6	2,1	1,5	210	140	195	125
16	1,7	2,2	1,6	175	145	190	130
17	1	1,5	1,7	180	123	195	134
18	1,1	1,6	1,8	185	125	200	147
19	1,2	1,7	1,9	190	137	205	120
20	1,3	1,8	2,0	195	139	210	125
21	1,4	1,9	1,2	200	139	175	130
22	1,5	2	1,3	205	120	180	135
23	1,6	2,1	1,4	210	125	185	140
24	1,7	2,2	1,5	175	130	190	145
25	1,5	1,5	1,6	200	134	195	123
26	1,6	1,6	2,0	195	147	200	125

Таблица 1.2. Параметры совмещенной тяговой подстанции метрополитена

Номер варианта	Расход электроэнергии на тягу в интенсивные сутки, Ат, кВт ч	Число работающих двигателей эскалаторов, Nэ, шт.	Число работающих двигателей вентиляторов, Nв, шт.	Число работающих двигателей насосных установок, Nн, шт.	Мощность работающих ламп накаливания, Р_лн, кВт	Мощность работающих люминесцентных ламп, Р_лл, кВт	Мощность приборов электроотопления, Р_от, кВт
1	57600	2	15	13	60	66	68
2	55000	3	16	14	62	68	70
3	57500	4	17	15	64	70	72
4	57400	5	18	16	66	72	74
5	55100	2	19	17	68	74	75
6	57300	3	20	13	70	76	76
7	57200	4	15	14	72	66	77
8	57100	5	16	15	74	68	68
9	57000	2	17	16	60	70	70
10	56900	3	18	17	62	72	72
11	56850	4	19	13	64	74	74
12	57800	5	20	14	66	76	75
13	57300	2	15	15	68	66	76
14	58300	3	16	16	70	68	77
15	56400	4	17	17	72	70	68
16	56900	5	18	13	74	72	70
17	55100	2	19	14	60	74	72
18	56900	3	20	15	62	76	74
19	56850	4	15	16	64	66	75
20	56378	5	16	17	66	68	76
21	55100	2	17	13	68	70	77
22	56900	3	18	14	70	72	68
23	56850	4	19	15	72	74	70
24	58000	5	20	16	74	76	72
25	55100	3	18	17	70	78	74
26	56840	4	19	18	72	80	75

Выбор трансформаторов СТП

2.3.1 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.

Выбор преобразовательного трансформатора производится из таблица А.1. в приложении А.

Величину следует округлить до большего числа. Число преобразовательных трансформаторов необходимо производить с учетом резервного.

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 (таблица А.3, приложение А).

Значение номинальной мощности выбранного выпрямителя определяется по формуле, кВт:

Р _dH = U_dH × I _dH _, (1.11)

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

I _dH - паспортное значение номинального тока выпрямителя, таблица 2.3.

Окончательное число преобразовательных N _ПА будет равно наибольшему из значений N _ТРи N _ВП.

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, /4/.

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).

4.2.1. 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». Алюминиевые проводники прямоугольного сечения марки АДО представлены в таблице Б.1. приложение Б. 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.

4.2.1.1. Проверка жестких проводников на электродинамическую стойкость.

В первую очередь находится наибольший изгибающий момент М, действующий на проводник :

(2.2)

где i _у – ударный ток КЗ в данном РУ, кА;

l = 1 м - расстояние между осями изоляторов;

a = 0,25 м - расстояние между осями проводников разных фаз.

Затем рассчитывается момент сопротивления сечения проводника W относительно оси инерции, перпендикулярной плоскости их расположения. При расположении проводников «на ребро» :

мм³ , (2.3)

а при расположении проводников «плашмя»

мм³ (2.4)

где b, h – соответственно толщина и высота прямоугольного проводника, мм.

После этого определяется наибольшее расчетное механическое напряжение в материале s _РАСЧ по следующей формуле:

, МПа (2.5)

Проверка жестких проводников на электродинамическую устойчивость заключается в том , чтобы соблюдалось неравенство

s _РАСЧ ô s ô , (2.6)

где ô s ô - допустимое механическое напряжение материала проводника, для алюминия ô s ô = 65 МПа.

4.2.1.2. Проверка жестких проводников на термическую стойкость.

Последовательность данной проверки состоит в следующем. Рассчитывается сечение q _ВЫБР выбранных проводников

q _ВЫБР = b × h , мм³ (2.7)

где b , h – соответственно толщина и высота прямоугольного проводника, мм.

Определяется полный тепловой импульс В_Ктока КЗ

В_К = I ² _ПО _å × ( t _ЗАЩ + t _СВ + t _Г +Т_А), А² × с (2.8)

где I _ПО _å - суммарное значение периодического тока КЗ в нулевой момент времени, А;

t _ЗАЩ – время действия релейной защиты;

t _СВ - собственное время отключения выключателя, если выключатель еще не выбран;

t _Г - время гашения дуги;

Т_А - постоянная времени;

принять равным : t _ЗАЩ= 0,01, t _СВ= 0,09 с, t _Г= 0,05с, Т_А=0,05с.

Далее находится минимальное сечение проводников, которые могут выдерживать термическое действие тока КЗ

мм² (2.9)

где С – коэффициент, равный для алюминиевых проводников 90, а для медных – 165, А×с^1/2/мм².

Проводник будет термически стоек, если выбранное сечение жестких проводников не меньше минимального, то есть

(2.10)

В соответствии с данной методикой, выбор токоведущих частей осуществляется для РУ – 10 кВ, РУ – 0,4 кВ, РУ – 0,23 кВ и РУ – 0,23 кВ СЦБ.

На тяговых подстанциях метрополитена РУ 0,825 кВ выполняют закрытыми (ЗРУ). В качестве токоведущих частей в них также используют жесткие алюминиевые проводники прямоугольного сечения (шины) марки АДО.

Сечение алюминиевых проводников прямоугольного сечения для ЗРУ

постоянного тока выбирается по условию (2.1).

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 представлены в приложении В.

Условия выбора силовых кабелей показано в таблице 2.2.

Таблица 2.2. - 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	U_Н > U_Р	U_Н - номинальное напряжение кабеля, кВ; U_Р - рабочее напряжение линии, кВ.
3.По длительно допускаемому току	I_{ДЛ ДОП}> I_{Р МАХ}	I_{ДЛ ДОП}- допускаемый ток для выбранного сечения кабеля, А.
4.По термической стойкости	q_В > q_MIN	С = 94 - для кабелей с бумажной изоляцией.

Результаты расчета заносятся в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Силовые кабели

Место применения	Выбранный кабель
1. До тягового трансформатора
2. До трансформатора РУ-0,4 кВ
3. До трансформатора РУ-0,23 кВ освещения
4. До трансформатора СЦБ
5. Питающая линия контактной сети
6. Питающая линия обратного тока
7. Вводы РУ-0,4 кВ
8. Вводы РУ-0,23 кВ освещения
9. Вводы РУ-0,23 кВ СЦБ

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 (2.13) и (2.14). Основные параметры разъединителей переменного и постоянного тока приведены в таблице Д.3. приложение Д.

В РУ постоянного тока 3,3 кВ применяются разъединители внутренней установки типов РВ, РВЗ, РВР, РВРЗ (таблица Д.3.).

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) Основные параметры трансформаторов тока приведены в таблице Е.1.

Выбор трансформаторов тока производится по условиям (2.13) и (2.14), а проверка – на электродинамическую (2.20) и термическую (2.21) стойкости.

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 (2.13). Так как по трансформаторам напряжения не протекает ток силовой цепи, то проверки на электродинамическую и термическую стойкости для них не производятся. Основные параметры трансформаторов тока приведены в таблице Е.2.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица Б.1. – Алюминиевые проводники прямоугольного сечения марки АДО

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е