До 1956 года электрификация железных дорог проводилась на постоянном токе напряжением 3 кВ. В настоящее время она осуществляется как на постоянном, так и на переменном токе промышленной частоты напряжением 27,5 кВ и 2 х 27,5 кВ.

Применение переменного тока для электрической тяги более экономично по сравнению с постоянным током, как по капитальным вложениям, так и по эксплуатационным расходам. При напряжении 25 кВ среднее расстояние между тяговыми подстанциями составляет 50 км вместо 20 км при напряжении 3 кВ постоянного тока, что уменьшает примерно в 2 раза общее количество дорогостоящих тяговых подстанций для одного и того же электрифицированного участка.

Кроме того, при потреблении электроподвижным составом одной и той же мощности потери энергии в контактной сети при напряжении 27,5 кВ во много раз меньше, чем при напряжении 3 кВ, что позволяет выполнить контактную подвеску проводами меньшего сечения.

В данном курсовом проекте я рассматриваю систему тяги переменного тока 2 х 27,5 кВ, которая позволяет увеличить среднее расстояние между тяговыми подстанциями до 100 км.

Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Кроме того, электроэнергия на железных дорогах расходуется на различные технические нужды: освещение вокзалов и станций, выполнение работ по ремонту подвижного состава, пути, изготовление запасных частей и т.д. Удовлетворение потребности железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется в основном путём присоединения железнодорожных электроустановок к районным сетям энергосистемы.

Тяговые подстанции это сложные и мощные электроустановки, требующие от персонала глубоких знаний устройства электроустановок, электрооборудования, схем и аппаратуры управления, а также знаний по технике безопасности при проведении всех работ на тяговых подстанциях.

Проектирование тяговой подстанции выполняется с учетом действующих правил и норм на основании имеющегося опыта эксплуатации и имеющихся достижений науки и технике в области электрифицированного железнодорожного транспорта.

Целью курсового проекта являются обобщения и углубления студентами знаний по дисциплине, изучение современных проблем проектирования.

Грамотно эксплуатировать оборудование тяговой подстанции, уметь наблюдать и анализировать происходящие в нем процессы, при необходимости наметить пути усовершенствования отдельных узлов и иметь уверенность в том, что их осуществление возможно только после тщательного целенаправленного изучения принципа действия и устройства всего того единого целого, что объясняется названием тяговая подстанция.

Реферат

В данном курсовом проекте произвели выбор типов понижающих трансформаторов для питания тяговых, районных и нетяговых железнодорожных потребителей. Разрабатывается схема главных электрических соединений тяговой подстанции системы тяги соответствующей варианту задания. Рассчитываются токи коротких замыканий на шинах тяговой подстанции. С учётом рассчитанных токов коротких замыканий производится выбор и проверка аппаратуры, токоведущих частей и изоляторов, применяемых на данной тяговой подстанции. Производится выбор ТСН и аккумуляторной батареи. Рассчитываются заземляющие устройства. Производится расчёт технико-экономических показателей тяговой подстанции. Разрабатывается план и разрезы подстанции.

Исходные данные

Схема внешнего электроснабжения.

Рис.1. Двухцепная ЛЭП – 110 кВ.

Тяговая подстанция №4.

Род тока – переменный.

Характеристика источников питания.

ИП 1; МВ×А; МВ×А;

ИП 2: МВ×А; МВ×А;

5. Данные по подстанции.

Понижающий тяговый трансформатор ОРДТНЖ-25000/110:

МВ×А;

кВ;

кВ

Количество трансформаторов – 3;

Понижающий районный трансформатор ТДН-16000/110/10:

МВ×А;

кВ;

кВ×А;

Количество трансформаторов – 2;

Количество фидеров – 5;

;

6. Длины участков ЛЭП.

l1 =79 км;

l2 =72 км;

l3 =75 км;

l4 =70 км;

l5 =72 км;

l6 =79 км;

7. Характеристика потребителей собственных нужд.

Таблица 1.

Наименование потребителя	ки	км	Р, кВт
Рабочее освещение	0.7	1.0	24
Аварийное освещение	1.0	1.0	2.4
Моторные нагрузки	0.75	0.8	35
Печи отопления и калориферы	0.65	1.0	23
Потребители СЦБ	0.75	0.8	42
Зарядно-подзарядный агрегат	0.7	1.0	9.3
Цепи управления, защиты и сигнализации	0.7	1.0	2.3

8. Данные для расчёта заземляющих устройств.

Сопротивление верхнего слоя земли: Ом×м;

Сопротивление нижнего слоя земли: Ом×м;

Толщина верхнего слоя земли: м;

Время протекания - 0.4 с;

9. Выдержка времени релейной защиты.

Вводы 110 кВ – 2.0 с;

Вводы 10 кВ – 1.0 с;

Вводы 2х27.5 кВ – 1.0 с;

Фидер 2х27.5 кВ – 0.5 с;

Фидер 10 кВ – 0.5 с;

Глава 1. Однолинейная схема главных электрических соединений

1.1 Структурная схема тяговой подстанции

1.2 Выбор типа силового трансформатора

Согласно исходным данным выбираем трансформатор типа: ОРДНЖ-25000/110–76 У1

Технические характеристики трансформатора ОРДНЖ-25000/110–76 У1

Таблица 2.

Тип трансформатора	Sн, кВА	Номинальное напряжение обмоток , кВ		Потери, кВт		uК, %			IХ, %
Тип трансформатора	Sн, кВА	ВН	НН	РХ	ВН- НН	ВН-НН1	ВН-НН2	НН1-НН2	IХ, %
ОРДНЖ-25000/110–76 У1	25000	110	27,5-27,5	27	84	11,0	11,0	15,0	0,5

1.3 Выбор типа районного трансформатора

Согласно исходным данным выбираем трансформатор типа: ТДН-16000/110–66

Технические характеристики трансформатора ТДН-16000/110–66

Таблица 3.

Тип трансформатора	Sн, кВА	Номинальное напряжение обмоток , кВ		Потери, кВт		uК, %	IХ, %
		ВН	НН	РХ	РК
ТДН-16000/110–66	16000	115	11	26	85	10,5	0,85

1.4 Разработка однолинейной схемы тяговой подстанции

Согласно ПУЭ электрифицированные железных дороги относится к потребителям первой категории, для которых перерыв в электроснабжении не допускается, поэтому схемы электроснабжения выполняют таким образом, что при повреждении или ремонте любого элемента обеспечивалось непрерывное питание ЭПС.

Конфигурация и основные особенности схемы внешнего электроснабжения тяговых подстанций зависят от значения питающего напряжения и надежности элементов системы, в частности ЛЭП и коммутационных аппаратов.

Однолинейная схема определяет состав необходимого высоковольтного оборудования, а дальнейшие расчеты позволяют выбрать тип оборудования.

Проектируемая транзитная подстанция переменного тока имеет три распределительных устройства напряжением 110, 2х27,5 и 10 кВ.

ОРУ-110 кВ выполнено по схеме два ввода с двумя перемычками: рабочей перемычкой содержащей выключатель и ремонтной перемычкой без выключателя, а также имеется дополнительная перемычка для подключения дополнительного трансформатора.

ОРУ-2х27.5 кВ выполнено по схеме одна трёхфазная рабочая система сборных шин секционированная разъединителями и одна обходная система сборных шин.

РУ-10 кВ выполнено по схеме одна рабочая система сборных шин, секционированная выключателем.

1.5 Описание назначения основных элементов схемы тяговой подстанции

К основным элементам тяговой подстанции относятся:

Силовые трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения. Для компенсации колебания напряжения в питающей сети, трансформаторы оборудуют устройством для регулирования напряжения под нагрузкой.

Высоковольтные выключатели переменного тока – предназначены для включения и отключения высоковольтных цепей переменного тока в нормальном и аварийном режимах работы.

Разъединители – аппараты, применяемые в электроустановках выше 1000 В и предназначенные для коммутации предварительно обесточенных электрических цепей, а также для создания видимого разрыва цепи, обеспечивающего безопасность работы персонала.

Трансформаторы тока – предназначены для преобразования электрической энергии по уровню тока с целью уменьшения первичного тока до значений наиболее удобных для питания измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

Трансформаторы напряжения – предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения с целью понижения первичного напряжения до величины, удобной для питания приборов и реле, а также для изоляции цепей обмоток вольтметров, счётчиков, реле и других приборов от сети первичного напряжения.

Ограничители перенапряжений – предназначены для защиты изоляции электрических цепей, электрооборудования и аппаратуры от атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Токоведущие части – неизолированные и изолированные проводники, предназначенные для соединения источников с приёмниками энергии через различные переключающие аппараты.

Изоляторы – электротехнические устройства предназначенные для электрической изоляции и механического крепления электроустановок или их отдельных частей, находящихся под разными электрическими потенциалами.

ТСН – предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения до значения 380/220 В и для питания собственных нужд тяговой подстанции.

1.6 Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений

Максимальный рабочий ток вводов и перемычки тяговой подстанции определим, используя выражение:

где коэффициент перспективы, равный 1.3;

- коэффициент транзита, равный 1.7

nт – число понижающих трансформаторов;

nт – число понижающих районных трансформаторов;

- номинальная мощность трансформатора, В×А;

- номинальное входное напряжение тяговой подстанции, В;

Максимальный рабочий ток обмотки высокого напряжения тягового трансформатора определим по формуле:

где: - коэффициент перегрузки трансформатора, равный 1,5;

- номинальное напряжение стороны высокого напряжения.

Максимальный рабочий ток обмотки низкого напряжения тягового трансформатора определим, используя выражение:

где: - номинальное напряжение стороны среднего напряжения, В;

Сборные шины низкого напряжения (2х27,5 кВ):

где: - коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения, равный 0,7.

Максимальный рабочий ток обмотки высокого напряжения районного трансформатора определим по формуле:

где: - коэффициент перегрузки трансформатора, равный 1.5;

- номинальное напряжение стороны высокого напряжения.

Обмотка низкого напряжения районного трансформатора:

где: - номинальное напряжение стороны низкого напряжения, В;

Сборные шины низкого напряжения районных потребителей (10 кВ):

Максимальные рабочие токи фидеров районных потребителей определим по формуле:

где - коэффициент перспективы, равный 1,3;

- полная мощность районного потребителя, В×А;

- номинальное напряжение районного потребителя , В;

Ток фидера районного потребителя

Ток фидера контактной сети (2х27,5) принимаем: А.

1.7 Выбор аппаратуры и токоведущих частей подстанции

Для обеспечения надёжной работы аппаратуры и токоведущих частей электроустановки необходимо правильно выбрать их по условиям длительной работы в нормальном режиме и кратковременной работы в режиме короткого замыкания.

Выбор аппаратуры и токоведущих частей выполняется по номинальному току и напряжению: Uуст £ Uн ; Iраб.max £ Iн ,

где Uуст – номинальное напряжение установки;

Uн – номинальное напряжение аппарата;

Iраб.max – максимальный рабочий ток присоединения, где установлен аппарат;

Iн – номинальный ток аппарата.

Выбор шин и токоведущих частей.

Вводы и перемычка ТП (110 кВ):

Iраб max = 1168,14 А;

Выбираем провод АС - 700Iдоп = 1180 А

Вводы ВН понижающего тягового трансформатора(110 кВ):

Iраб max = 340,91 А;

Выбираем провод АС - 120Iдоп = 390 А

Вводы НН понижающего тягового трансформатора(2х27,5 кВ):

Iраб max = 681,82 А;

Выбираем провод АС - 330Iдоп = 730 А

Вводы ВН районного понижающего трансформатора(110 кВ):

Iраб max = 125,97 А;

Выбираем провод АС - 270Iдоп = 265 А

Вводы НН районного понижающего трансформатора(10 кВ):

Iраб max = 1385,64 А;

Выбираем шину А-100´8Iдоп = 1625 А

Сборные шины низкого напряжения (2х27,5 кВ):

Iраб max = 954,55 А;

Выбираем провод АС - 500Iдоп = 960 А

Сборные шины низкого напряжения (10 кВ):

Iраб max = 1293,26 А;

Выбираем шинуА-60´8Iдоп = 1320 А

Фидеры районных потребителей (10 кВ):

Iраб max = 112,58 А;

Выбираем шинуА-20´3Iдоп = 275 А

Фидеры контактной сети (2х27,5 кВ)

Iраб max = 400 А;

Выбираем провод АС – 150Iдоп = 450 А

Выбор изоляторов.

РУ-110 кВ: ЛК-120/110;

РУ-2х27,5 кВ: ЛК-120/35;

РУ-10 кВ: ИО-10-3,75У3, ИП-10/1600-750У

Выбор выключателей.

РУ-110 кВ:

Перемычка ТП:Iраб max = 1168,14 А;

РМ-121-20/1200 Iном = 1200 А;Uном = 110 кВ;

Вводы ВН тягового трансформатора:Iраб max = 340,91 А;

РМ-121-20/1200 Iном = 1200 А;;Uном = 110 кВ;

Вводы ВН районного трансформатора:Iраб max = 125,97 А;

РМ-121-20/1200 Iном = 1200 А;Uном = 110 кВ;

РУ-2х27,5 кВ:

Вводы НН понижающего трансформатора:Iраб max = 681,82 А;

ВГБЭ-35- 12,5/1000Iном = 1000 А;Uном = 35 кВ;

Обходной выключатель: Iраб max = 954,55 А;

ВГБЭ-35- 12,5/1000Iном = 1000 А;Uном = 35 кВ;

Фидеры контактной сети:Iраб max = 400 А;

ВГБЭ-35- 12,5/630Iном = 630 А;Uном = 35 кВ;

Фидеры ДПР:

ВГБЭ-35- 12,5/630Iном = 630 А;Uном = 35 кВ;

Вводы ТСН:

ВГБЭ-35- 12,5/630Iном = 630 А;Uном = 35 кВ;

РУ-10 кВ:

Вводы НН понижающего трансформатора:Iраб max = 1385,64 А;

ВВ/TEL-10-20/1600Iном = 1600 А;Uном = 10 кВ;

Фидеры районных потребителей:Iраб max = 112,58 А;

ВВ/TEL-10-12,5/630Iном = 630 А;Uном = 10 кВ;

Секционный выключатель: Iраб max = 1293,26 А;

ВВ/TEL-10-20/1600Iном = 1600 А;Uном = 10 кВ;

Выбор разъединителей.

РУ-110кВ

Вводы и перемычка ТП (110 кВ): Iраб max = 1168,14 А;

РГ-110-2000 Iном = 2000 А; Uном = 110 кВ;

Вводы ВН тягового трансформатора:Iраб max = 340,91 А;

РГ-110-1000 Iном = 1000 А; Uном = 110 кВ;

Вводы ВН районного трансформатора:Iраб max = 125,97 А;

РГ-110-1000 Iном = 1000 А; Uном = 110 кВ;

РУ-2х27,5 кВ:

Вводы НН понижающего трансформатора:Iраб max = 681,82 А;