диплом. Федотов М.А. Дипломный проект тема Реконструкция распределительного устройства 3,3 кВ с выбором схемы вольтодобавочного устройства

• Название: Дипломный проект тема Реконструкция распределительного устройства 3,3 кВ с выбором схемы вольтодобавочного устройства
• Анкор: диплом
• Дата: 16.05.2022
• Размер: 0.66 Mb.
• Имя файла: Федотов М.А.docx
• Тип: Диплом; #532431
• страница: 8 из 10

3.4.4 Модуль вольтодобавочного устройства
Внешний вид модуля ВДУ представлен в приложении Ж рисунок 1.

Модуль ВДУ представляет собой конструкцию размером 4524х3230х3900 мм и массой 6300 кг. Основой конструкции является сварной каркас с навесными листами наружной и внутренней обшивки.

В состав модуля ВДУ входят:

 здание мобильное контейнерного типа системы “КМУ”;

‒ статический выпрямительный преобразователь ВДУ (далее преобразователь);

‒ шкаф распределительный собственных нужд;

‒ реле земляной защиты;

‒ коробка вводов.

Модуль укомплектован:

 системой освещения, состоящей из:

1. Светильников рабочего освещения суммарной мощностью 100 Вт;

2. Светильников аварийного освещения суммарной мощностью 80 Вт, расположенных над входной дверью;

 системой отопления, состоящей из:

1. Сечей электронагревательных суммарной мощностью не более 4 кВт;

2. Регуляторов температуры совместно с датчиками температуры;

 датчиком открытия двери для включения в систему охранной сигнализации;

 устройством вентиляции, максимальная производительность вентилятора 1200 м3 /ч.

Суммарная потребляемая мощность вспомогательных технологических систем модуля составляет не более 5 кВт. Питание и управление всех вспомогательных технологических систем осуществляется из шкафа распределительного собственных нужд, установленного в модуле.
3.4.5 Преобразователь вольтодобавочного устройства
Габаритный чертеж преобразователя представлен в приложении Ж рисунок 2. Преобразователь предназначен для преобразования переменного тока в постоянный с регулируемым уровнем выходного напряжения. Преобразователь выполнен по двенадцатипульсовой параллельной схеме выпрямления с одним тиристором в полуфазе моста. Преобразователь выполнен на базе электротехнического шкафа. Основой шкафа преобразователя является несущий каркас, который изготавливается из оцинкованной стали и используется в качестве внутреннего контура заземления. Низковольтное оборудование размещено в отсеке управления и отсеке драйверов вентилей. Преобразователь состоит из трех тиристорных блоков и диодного блока. На дверь отсека управления вынесены индикаторы визуального контроля и состояния преобразователя: а) световая сигнализация состояния "Питание собственных нужд", "Готовность", "Работа", "Авария", "Перегрев"; б) цифровые измерительные приборы. Контактные соединения в местах стыковки силовых шин не требуют обслуживания за счет применения тарельчатых пружин с нормированным давлением в течение всего срока эксплуатации. В преобразователях используются охладители полупроводниковых приборов на основе тепловых труб, применение которых обеспечивает высокую перегрузочную способность, уменьшение массы и габаритов преобразователей. Для создания требуемого усилия сжатия полупроводниковых приборов применяются торированные силовые механизмы с возможностью визуального контроля усилия сжатия, это позволяет отказаться от применения динамометрических ключей, что упрощает процесс сборки и технического обслуживания преобразователей.
3.4.6 Трансформатор вольтодобавочного устройства
Трансформатор ВДУ представляет собой сухой трансформатор мощностью 2,5 МВА в кожухе размером 3035х3000х2930 мм и массой 10600 кг. Габаритный чертеж трансформатора ВДУ приведен в приложении Ж рисунок 3. Трансформатор ВДУ устанавливается на рельсошпальную решетку.

Заземление трансформатора ВДУ осуществляется на контур заземления тяговой подстанции.

Высоковольтные подключения кабелей или шин к трансформатору ВДУ осуществляются через изоляторы, установленные в торцевых стенах кожуха.
4 Расчет экономической эффективности от замены шестипульсового выпрямительного преобразователя на двенадцатипульсовый
От установки двенадцатипульсового выпрямительного преобразователя очень важно добиться максимального экономического эффекта, что возможно за счет:

• 
  уменьшения количества капитальных затрат при внедрении нового оборудования: двенадцатипульсового выпрямительного агрегата, тягового трансформатора и сглаживающего устройства;
  
• 
  минимизации эксплуатационных расходов, в связи с установкой более совершенного с технической точки зрения оборудования.
  

4.1 Затраты на демонтаж шестипульсового выпрямителя и монтаж двенадцатипульсового
Наряду с установкой двенадцатипульсового выпрямительного преобразователя также внедряем:

• 
  тяговый трансформатор;
  
• 
  выпрямительный агрегат;
  
• 
  ограничитель перенапряжений;
  
• 
  однозвенное сглаживающее устройство.
  

Стоимость внедряемого оборудования и остаточная стоимость оборудования, подлежащего модернизации и стоимость монтажных работ приведена в таблицах 4.1, 4.2, 4.3
Таблица 4.1 – Стоимость нового оборудования

Наименование оборудования	Стоимость, руб.
Трансформатор ТРСЗП-12500/10	4 721 505
Выпрямитель В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к	6 160 000
Ограничитель перенапряжения ОПН-1,5	1 430

Таблица 4.2 – Остаточная стоимость заменяемого оборудования

Наименование оборудования	Стоимость, руб.
Трансформатор ТДП-16000/10/3,3	973 500
Выпрямитель ПВЭ-5	742 500
Блок реактора РБФА-6500/3250	109 725
Одна микрофарада конденсатора фильтрустройства	185

Таблица 4.3 – Стоимость монтажных работ

Наименование работы	Затраты на спец. технику, руб.	Затраты на зарплату рабочим, руб.	Итоговые затраты на выполнение работы, руб.
Демонтаж трансформатора ТДП-16000/10/3,3	21 725	16 445	21 725
Монтаж трансформатора ТРСЗП-12500/10	29 150	20 075	29 150
Демонтаж выпрямителя ПВЭ-5	6 820	1793	6 820
Монтаж выпрямителя В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к	7 645	3 355	7 645
Демонтаж реактора РБФА-6500/3250	3 850	2090	3 850
Монтаж ограничителей перенапряжения ОПН-1,5	1045	902	1947
Модернизация сглаживающего устройства	1925	1430	3355

4.2 Снижение эксплуатационных расходов за счет увеличения коэффициента мощности
Силовое электрооборудование, которое потребляет энергию переменного тока, имеет минимальный уровень коэффициента мощности χ_мин. При падении коэффициента мощности ниже минимального значения увеличивается тариф за электроэнергию для данного потребителя [9].

При увеличении потребления реактивной мощности сверх тарифа затраты вычисляются по формуле
(4.1)

где Н	–	увеличение тарифа за электроэнергию при превышении потребления нормированной реактивной мощности, %;
Сэ	–	тариф за электроэнергию в 2019 году, СЭ=3,75 руб./кВт∙час;
АТ	–	переработка преобразователем активной энергии в год, кВт∙час.

Величина Н находится следующим образом
(4.2)

где χ,χмин

–

рассчитанный и заданный коэффициент мощности выпрямителя.

Активную энергию А_Т, которую перерабатывает выпрямитель за год можно вычислить по следующей формуле
(4.3)

где PdН	–	номинальная мощность выпрямителя;
ТН	–	время использования номинальной нагрузки, т.е. условное время, в течение которого преобразователь работая с номинальной нагрузкой IdН, переработал бы такое же количество активной энергии, как и при работе по действительному графику за год, ТН=4650 час.

Экономия эксплуатационных расходов, связанных с увеличением коэффициента мощности
(4.4)
В предыдущей главе были определены коэффициенты мощности: для шестипульсового и двенадцатипульсового выпрямителей равны соответственно χ₆=0,911 и χ₁₂=0,985, при этом минимальное значение коэффициента мощности равняется 0,95.

Для шестипульсового преобразователя



Для двенадцатипульсового преобразователя



Найдем экономию эксплуатационных расходов, связанных с увеличением коэффициента мощности

4.3 Снижение эксплуатационных расходов за счет снижения потерь активной энергии впреобразователе
Затраты от потерь активной мощности находятся по формуле
(4.5)

где Pd	–	потери активной мощности в преобразователе;
ТН	–	время номинальных потерь, или, иными словами, время, в течение которого в преобразователе, работающем с номинальной нагрузкой, происходят такие же потери энергии, как и при работе по действительному графику за год, час.

Время минимальных потерь рассчитывается по формуле
(4.6)
P_d вычисляем по выражению
(4.7)

где ΔPт	–	потери мощности в преобразовательном трансформаторе;
ΔPп	–	потери мощности в вентильных плечах преобразователя;
ΔPох	–	потери мощности на систему охлаждения, для преобразователей с естественным охлаждением равны 0 кВт;
ΔPу	–	потери мощности на управления, для преобразователей на диодах ΔPу =0;
ΔPсу	–	потери мощности в сглаживающих реакторах.

Расчет этих величин можно выполнить по выражениям, представленным ниже
(4.8)

где ΔPХХ	–	потери холостого хода трансформатора;
ΔPКЗ	–	потери короткого замыкания трансформатора;
kз	–	коэффициент загрузки преобразователя, равный 1.

(4.9)

где U(то)	–	пороговое напряжение диода;
rТ	–	дифференциальное сопротивление вентиля;
Ксх	–	коэффициент схемы, равный 1 для шестипульсовой мостовой и двенадцатипульсовой последовательной схемы;
Id	–	текущее значение среднего тока нагрузки;
S	–	число последовательно соединенных диодов;
р	–	число последовательных плеч диодов;
а	–	параллельно включенные диоды.

(4.10)

где rсу

–

активное сопротивление сглаживающего реактора.

Экономия эксплуатационных расходов, связанных с уменьшением потерь активной энергии определяется из выражения
(4.11)
Вычислим потери активной мощности для шестипульсового выпрямителя ПВЭ-5 и двенадцатипульсового выпрямителя В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к.

Время минимальных потерь для обоих выпрямителей определяется

Потери активной мощности в преобразовательных трансформаторах шестипульсовых выпрямителей

При номинальной нагрузке потери мощности в преобразовательных трансформаторах двенадцатипульсовых выпрямителей

Потери мощности в двухзвенном сглаживающем устройстве шестипульсового и в однозвенном фильтрустройстве двенадцатипульсового выпрямителей



Потери активной мощности в вентильных плечах шестипульсового выпрямителя

Двенадцатипульсового преобразователя

Потери активной мощности шестипульсового преобразователя


Двенадцатипульсового преобразователя

Расходы, связанные с потерями активной энергии в шестипульсовом и двенадцатипульсовом выпрямителе


Найдем экономию эксплуатационных расходов, связанных с уменьшением потерь активной энергии

Таким образом, можно определить, какую выгоду в эксплуатационных расходах мы получим при установке двенадцатипульсового преобразователя вместо шестипульсового


4.4 Расчет капитальных затрат на модернизацию шестипульсовых выпрямительных преобразователей
Капитальные расходы, связанные с установкой двенадцатипульсовых преобразовательных агрегатов
(4.12)

где К12	–	капитальные расходы на оборудование, требуемые для внедрения двенадцатипульсового выпрямителя, руб.;
Смонт	–	стоимость монтажных и демонтажных работ, выполняемых при замене оборудования, руб.;
Сост	–	остаточная стоимость оборудования для шестипульсового выпрямителя, руб.

Капитальные расходы на новое оборудование вычисляются по формуле
(4.13)

где n	–	количество тяговых трансформаторов равное 3;
СТР	–	стоимость тягового трансформатора для двенадцатипульсового преобразователя, руб.;
m	–	количество двенадцатипульсовых преобразователей, устанавливаемых на тяговой подстанции, равное 3;
Свыпр	–	стоимость двенадцатипульсового преобразователя, руб.;
k	–	количество ограничителей перенапряжения для двенадцатипульсового преобразователя, равное 18;
СОПН	–	стоимость одного ограничителя перенапряжения ОПН=1430 руб.

Затраты на работы, связанные с демонтажем старого и монтажом нового оборудования

(4.14)

где Сдем. тр Смонт.тр	–	стоимость соответственно демонтажа старого и монтажа нового тягового трансформаторов, руб.;
Сдем.выпр Смонт.выпр	–	стоимость соответственно демонтажа шестипульсового и монтажа двенадцатипульсового преобразователей, руб.;
Сдем.ОПН Смонт.ОПН	–	стоимость соответственно демонтажа и монтажа ограничителей перенапряжений, руб.;
Сдем.реакт	–	стоимость демонтажа реакторов, руб.;
Смод.фу	–	стоимость модернизации фильтрустройства, руб.

Расчет остаточной стоимости старого оборудования выполнен основываясь на том, что она остается за дистанцией электроснабжения в виде основных фондов, так как может быть задействовано в производстве. Расчет С_ост выполним по следующей формуле
(4.15)

где Стр	–	остаточная стоимость тягового трансформатора для шестипульсового преобразователя, руб.;
Свыпр	–	остаточная стоимость шестипульсового преобразователя, руб.;
СОПН	–	остаточная стоимость ограничителей перенапряжения, использовавшихся шестипульсовых преобразователях, руб.;
Сфу	–	остаточная стоимость оборудования фильтрустройства для шестипульсового преобразователя, которое не используется в сооружении сглаживающего устройства для 12-пульсовой схемы.

Из двухзвенного сглаживающего устройства выполняется однозвенное сглаживающее устройство для 12-пульсовых выпрямителей. Разница в стоимости оборудования для двухзвенного и однозвенного сглаживающих устройств, определяется по формуле
(4.16)

где ∆Ск	–	разница в стоимости конденсаторов для однозвенного и двухзвенного сглаживающих устройств, руб.;
∆Ср	–	разница в стоимости реакторов, руб.;
∆Скат	–	разница в стоимости катушек, руб.

Значение ∆С_к определим по формуле
(4.17)

где С2	–	необходимая емкость конденсаторов для двухзвенного сглаживающего устройства;
С1	–	необходимая емкость конденсаторов для однозвенного сглаживающего устройства;
Цм	–	цена одной микрофарады конденсатора, равная 185 руб.

Значение ∆С_р вычисляется по выражению
(4.18)

где Б2	–	количество блоков реакторов для двухзвенного сглаживающего устройства;
Б1	–	количество блоков реакторов для однозвенного сглаживающего устройства;
ЦБ	–	цена одного блока реактора, равная 109 725 руб.

Значение ∆С_к вычисляется по выражению
(4.19)

где ∆Скат1	–	стоимость катушек для однозвенного сглаживающего устройства, равная 25 410 руб;
∆Скат2	–	стоимость катушек для двухзвенного сглаживающего устройства, равная 4 3670 руб.

Вычислим значение остаточной стоимости оборудования для шестипульсового выпрямителя по выражениям (4.15) - (4.19)




Найдем величину остаточной стоимости оборудования шестипульсового выпрямителя

Определим стоимость монтажных работ для выпрямителя В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к

Вычислим капитальные затраты на оборудование для двенадцатипульсовых выпрямителей В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к

Рассчитаем капитальные расходы, которые требуются для установки двенадцатипульсовых выпрямителей

Определим величину амортизационных отчислений