тяговые подстанции. Контрольная работа По дисциплине Тяговые трансформаторные подстанции
 Скачать 160.95 Kb.
|
|
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» Нижегородский филиал Контрольная работа По дисциплине: «Тяговые трансформаторные подстанции» Выполнил: студент 5-го курса Шифр: 1260-ц/СДс-1048 Кочергин Н.В. Проверил: Проф. Герман Л.А. Н. Новгород 2016 г. ЗАДАНИЕ №1. Привести принципиальную схему системы электроснабжения 2х25 кВ, поясните ее работу и назначение основных элементов. Привести упрощенную схему автотрансформаторного пункта. Привести основные технические данные используемых трансформаторов, расшифровать их тип и привести схему соединения обмоток. Принцип устройства системы электроснабжения 2х25 кВ заключается в следующем (рис 1.1). На тяговых подстанциях ТП1 и ТП2 установлены трансформаторы, имеющие первичные обмотки А – Х и две одинаковые обмотки а1 – х1 и а2 – х2 с номинальным напряжением 27,5 кВ. Эти обмотки соединены последовательно, а их общая точка подключена к рельсам Р. Вывод одной вторичной обмотки подключен к проводам контактной сети К, а другой обмотки – к питающему (дополнительному) проводу П, который подвешивается на опорах контактной сети. Таким образом, шины контактной сети и питающего провода находятся под напряжением 27,5 кВ по отношению к земле, а между ними напряжение равно 55 кВ.  Рис.1.1. Принципиальная схема системы электроснабжения 2х25 кВ. На межподстанционной зоне на расстоянии lА = 7÷25 км друг от друга установлены автотрансформаторы АТ1 – АТ4 с коэффициентом трансформации, близким к двум, подключенные к проводам контактной сети и питающему проводу. Средняя точка автотрансформаторов присоединена к рельсам. Автотрансформаторы понижают напряжение петли контактная сеть – питающий провод с номинального напряжения 50 кВ до напряжения контактной сети. В этой системе энергия к электровозам подается по следующей цепочке: от тяговой подстанции по проводам контактной сети К и питающему проводу П к автотрансформаторам АТ1 – АТ4 при номинальном напряжении 50 кВ. Автотрансформаторы понижают это напряжение до 25 кВ и подают его в контактную сеть, от которой питаются электровозы. Таким образом, при движении поезда по участку автотрансформаторы по очереди принимают нагрузку электровоза, но ток его Iэл без трансформации течет по тяговой сети только до ближайших автотрансформаторов (Iэл1 и Iэл2). На большем расстоянии (от подстанции до автотрансформаторов) ток в тяговой сети (IАТ1 и IАТ2) вдвое меньше, в результате чего уменьшаются потери напряжения и энергии во всей системе электроснабжения. В автотрансформаторной системе контактная сеть играет двоякую роль: кроме обычного назначения – подводить энергию к электровозам, она вместе с питающим проводом служит линией электропередачи для автотрансформаторов. Возврат тягового тока на подстанции в автотрансформаторной системе осуществляется не по рельсам, как в обычной системе электроснабжения, а по питающему проводу, расположенному примерно на одной высоте с контактным проводом. Это приводит к существенному снижению опасного и мешающего магнитного влияния на линии связи, проходящие вдоль железнодорожного полотна. Достоинством системы электроснабжения 2х25 кВ является и то, что в ней, хотя передача электроэнергии осуществляется при вдвое большем напряжении, применяют существующие электровозы переменного тока 25 кВ и изоляция контактной подвески и питающего провода, а также применяемое оборудование выполнены на напряжение 25 кВ. Для системы электроснабжения 2х25 кВ на подстанциях в большинстве случаев используют однофазные трансформаторы с двумя совершенно одинаковыми вторичными обмотками номинальным напряжением 27,5 кВ. Обе обмотки, снабженные устойствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), включают последовательно: их общий вывод присоединяют к контуру заземления и рельсам, а крайние выводы – к шинам контактной сети и питающего провода. Каждое плечо подстанции (рис.1.2.) питается от отдельного трансформатора Т1 и Т2 (или группы параллельно включенных трансформаторов), что позволяет регулировать напряжение на шинах тяговой подстанции устройствами РПН независимо от нагрузки соседнего плеча питания. В качестве резервного используют дополнительный однофазный трансформатор Т3 с возможностью подключения его к шинам 110 (220) кВ и 55 кВ вместо любого выведенного из работы трансформатора. Напряжение 2х25 кВ может быть получено и на подстанциях с трехфазными трансформаторами. Для этого на выводах обмотки 27,5 кВ трехфазного трансформатора Т или фидерах контактной сети устанавливают автотрансформаторы АТ (рис.1.3), которые повышают напряжение до 55 кВ для питающего провода.  Рис.1.2. Схема тяговой подстанции Рис.1.3. Схема подстанции трехфазным однофазными трансформаторами трансформатором и повышающими автотрансформаторами.Другим способом получения напряжения 2х25 кВ на подстанциях с трехфазными трансформаторами является их каскадное соединение (рис.1.4). Как видно из рисунка, трансформаторы Т1 и Т2 подключают к линиям электропередачи 110 (220) кВ по разному – один с обратным чередованием фаз по сравнению с другим. Такое подключение трансформаторов позволяет получить напряжение 2х25 кВ для обоих плеч питания. Из векторной диаграммы видно, что напряжение обмотки b1 – c1 трансформатора Т1 находится в фазе с напряжением обмотки c2 – a2 трансформатора Т2, а напряжение обмотки c1 – a1 соответствует напряжению обмотки b2 – c2 и при соединении выводов c1 и c2 эти пары образуют системы 2х25 кВ. Для резервирования трансформаторов на подстанции необходимо устанавливать третий трансформатор с возможностью подключения его вместо любого основного. При использовании трехфазных трансформаторов в системе электроснабжения 2х25 кВ остаются недостатки, имеющие место и в системе 25 кВ: невозможность высококачественного регулирования напряжения по плечам питания из-за существенного различия потерь напряжения в отстающих и опережающих фазах трансформаторов; неполное использование мощности трансформаторов.  Рис. 1.4. Схема и векторная диаграмма напряжений подстанции с каскадным включением трехфазных трансформаторов. Подстанциям с однофазными и трехфазными тяговыми трансформаторами присущ один и тот же недостаток – потребление из линий 110 – 220 кВ несимметричного тока. Для значительного смягчения этого недостатка разработана схема подстанций с комбинированным использованием трехфазных и однофазных трансформаторов. По этой схеме на подстанции устанавливают однофазный трансформатор Т2 для питания одного плеча (рис.1.5) и трехфазный трансформатор Т1 для питания другого плеча (система 2х25 кВ этого плеча получается с помощью повышающего автотрансформатора АТ1). Для получения симметрирующего эффекта угол между напряжениями плеч а – с трехфазного трансформатора и а1 – х1, а2 – х2 однофазного трансформатора должен быть равен 90º. В этом случае коэффициент несимметрии токов комбинированной подстанции αi = (n-1)/(n+1) (где n – соотношение токов плеч питания), т.е. при одинаковых нагрузках плеч αi = 0 и токи во всех фазах линий 110 (220) кВ будут одинаковыми. Несимметрия токов комбинированной подстанции во всем диапазоне соотношения токов плеч питания, кроме чисто одноплечной нагрузки, значительно ниже, чем на обычных подстанциях. Комбинированная подстанция имеет следующие недостатки: большое количество установленных трансформаторов (однофазных и трехфазных трансформаторов для резервирования должно быть по два, необходимо не менее двух повышающих автотрансформаторов); плохое использование мощности трехфазных трансформаторов (только на 50%); большая несимметрия напряжений на районной нагрузке, питающейся от третьей обмотки трехфазного трансформатора, так как он всегда загружен на тягу только одним плечом.  Рис.1.5. Схема и векторные диаграммы напряжений подстанции с пониженной несимметрией токов. Важнейшими элементами системы электроснабжения 2х25 кВ являются автотрансформаторные пункты (АТП) (рис.1.6). для удобства обслуживания тяговой сети двухпутных участков применяют независимое питание пути, поэтому автотрансформаторы (АТ) устанавливают на каждый путь независимо, но территориально два АТ располагают на одном автотрансформаторном пункте. Располагают АТП на расстоянии 7 – 25 км друг от друга на станциях в непосредственной близости от боковых, подъездных и других путей для обеспечения работы крана на железнодорожном ходу при установке АТ. Автотрансформаторы АТП подключают к контактным и питающим проводам обоих путей разъединителями с электродвигательными приводами. Средние выводы АТ присоединяют к средней точке ближайшего путевого дроссель-трансформатора. Автотрансформаторные пункты оборудованы короткозамыкателями (КЗ), на которые воздействуют защиты АТ. Отключается АТ после срабатывания короткозамыкателя автоматически разъединителем с электродвигательным приводом при отсутствии напряжения в контактной сети (об отсутствии напряжения сигнализирует трансформатор напряжения ТН). Оперативное напряжение для приводов разъединителей и короткозамыкателей получают от трансформатора собственных нужд (ТСН), который подключен к проводам ДПР. Предусматривают резервное питание оперативного напряжения, например, от линии питания СЦБ. Для размещения панелей защиты и телемеханики АТП имеет помещение из железобетонных панелей с электрическим отоплением.  Рис.1.6. Схема электрических соединений автотрансформаторного пункта. Автотрансформаторы имеют следующие виды защиты: максимальную токовую с выдержкой времени 0,5 с, газовую, от перегрузки с выдержкой времени 9 с, от перегрева АТ, от повреждения устройства регулирования напряжения. Первые ступени защит от перегрузки, от перегрева и газовой срабатывают на сигнал, вторые ступени этих защит и остальные защиты воздействуют на включение короткозамыкателя, т.е. вызывают отключение АТ. На автотрансформаторе возможна установка дифференциальной защиты. Отключение одного АТ не приводит к нарушению движения поездов, а только к некоторому снижению напряжения в контактной сети и увеличению нагрузки смежных автотрансформаторов. Автотрансформаторные пункты оборудованы устройствами телемеханики, которые осуществляют телесигнализацию положения разъединителей и короткозамыкателей, неисправности АТ, контроля оперативных цепей исчезновения напряжения, пожара на АТП, переохлаждения здания АТП. С помощью телеуправления диспетчер может осуществлять переключения разъединителей автотрансформаторов. Установив на АТП выключатель между фидерами путей, его можно превратить в пункт параллельного соединения, что позволит снизить потери напряжения и энергии в тяговой сети, даст возможность лучше использовать мощность автотрансформаторов и осуществить их взаимное резервирование. Для системы 2х25 кВ выпускаются автотрансформаторы трех типов (табл. 1.1). Автотрансформаторы серий АОМНЖ-10000/55-76У1 и АОМНЖ-16000/55-82У1 (автотрансформатор однофазный, с естественной циркуляцией воздуха и масла, с регулированием напряжения под нагрузкой, для электрифицированных железных дорог переменного тока) имеют включенные в ПО обмотки РОГ и РОТ соответственно «грубого» и «тонкого» регулирования напряжения (см. рис.1.7) и снабжены трехфазным переключающим устройством РНТА-35/320. Магнитопровод автотрансформатора, так же как и у однофазных трансформаторов, выполнен двухстержневым. Все обмотки состоят из двух симметричных частей, расположенных концентрически на разных стержнях. Номинальное напряжение обмотки НН составляет 29 кВ, которому соответствует 7- и 8-е положения переключателя РПН. Регулирование напряжения осуществляется в пределах ±10% (6х1,67 %) этого номинального значения. Переключаются ответвления частей регулировочных обмоток синхронно на обоих стержнях двумя фазами переключателя. При его положениях с 1-го по 7-е включены обмотки РОТ и РОГ, а с 8-го по 14-е – только РОТ. В нормальных условиях переключатель устройства РПН устанавливают в 4-е положение, соответствующее номинальному для системы 2х25 кВ коэффициенту трансформации кА ном = 2. Для того чтобы поддержать заданное напряжение в обмотке НН при снижении напряжения на стороне ВН, необходимо компенсировать уменьшение э.д.с., приходящейся на один виток. С этой целью уменьшают общее число включенных витков, переводя переключатель в положение с большим номером. При этом диапазон регулирования напряжения от расчетного значения 27,5 кВ в сторону увеличения составляет 15 %, а в сторону уменьшения – 5 %. Исследования показали, что способ регулирования напряжения в контактной сети посредством изменения коэффициентов трансформации автотрансформаторов на ряде участков системы электроснабжения 2х25 кВ не является эффективным вследствие возникновения уравнительных токов в тяговой сети. На таких участках целесообразно применять автотрансформаторы АОМЖ-10000/27х2-У1, имеющие простую конструкцию (без РОГ, РОТ и переключателя РПН), меньшие размеры, массу, активные потери и стоимость. Коэффициент трансформации автотрансформатора не регулируется и равен номинальному значению кА ном=2. Таблица 1.1.
 Рис. 1.7. Схема соединения обмоток автотрансформатора АОМНЖ-10000/55-76У1.ЗАДАНИЕ №2. Для питания плеча подстанции системы 2х25 кВ необходимо выбрать мощность однофазных трансформаторов (районная нагрузка на подстанции отсутствует). Напряжение сети внешнего электроснабжения 220 кВ. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Суточный расход энергии через фидеры 1-го пути Wф1 = 150,7·103 кВ·А·ч 2-го пути Wф2 = 212,0·103 кВ·А·ч Наибольшая часовая нагрузка плеча подстанции Sичф1 = 12,6·103 кВ·А Sичф2 = 17,6·103 кВ·А Выбор номинальной мощности трансформатора осуществляется исходя из условия, что наибольшая температура масла в верхних слоях не должна превосходить 95ºС, а температура наиболее нагретой точки обмотки трансформатора должна быть не более 140ºС. Увеличение температуры обмотки вызывает необратимые процессы в материале изоляции обмотки, которые называют старением или износом изоляции. Согласно ГОСТ-14209-85 нормальный срок службы трансформатора составляет 25 лет при постоянной температуре обмотки 98ºС. В указанном ГОСТе определено, так называемое, шестиградусное правило: каждое увеличение температуры обмотки на 6ºС ведет к уменьшению в два раза службы трансформатора, и наоборот. Согласно [1] требуемая мощность однофазных трансформаторов для питания плеча подстанции 2х25 кВ рассчитывается:  ,где КНО – коэффициент, учитывающий различия нагрузок секций расщепленной обмотки, принимаем КНО = 1,1; WТСИМ – расход полной энергии плеча подстанции в средние сутки месяца наибольшего энергопотребления:  ,где КИМ – коэффициент месячной неравномерности, КИМ = 1,15; WТ – среднесуточный расход энергии плеча питания подстанции  ,где КМП – коэффициент потерь и дополнительного расхода энергии, КМП = 1,1; NФ – число фидеров, относящихся к данной подстанции; WФ – среднесуточный расход энергии, передаваемой в тяговую сеть через фидеры; КДТ – коэффициент, учитывающий максимальные токи поездов, при наличии поездов с двумя восьмиосными электровозами КДТ = 0,63; SИЧТ – наибольшая часовая нагрузка плеча питания подстанции:  ,SИЧФ – наибольшая часовая нагрузка фидеров; SР – мощность районной трехфазной нагрузки, SР = 0.  кВ·А, кВ·А·ч, кВ·А·ч, кВ·А.Из полученного значения расчетной мощности однофазных трансформаторов для питания плеча подстанции 2х25 кВ выбираем стандартный трансформатор мощностью 32 000 кВ·А. ЗАДАНИЕ№ 3. Начертить распределение токов по фазам в тяговой обмотке 27,5 кВ трехфазного трехобмоточного трансформатора ТДТНЖ. Построить в соответствии с заданными значениями нагрузки векторную диаграмму напряжений и токов в фазах трансформатора. Рассчитать значения токов в фазах трансформатора и сравнить их с полученными значениями из векторной диаграммы. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: IЛ = 450 А, IП = 330 А, φЛ = 35˚, φП = 17˚. На тяговых подстанциях переменного тока 27,5 кВ питание тяговой сети осуществляется от трехфазных трехобмоточных трансформаторов типа ТДТНЖ со схемой соединения Y/Y/Δ и группой соединения 0-11, и Y/Δ/Δ с группой соединения 11-11. Одна из вторичных обмоток (тяговая) соединяется в треугольник, от двух вершин которого подается напряжение в контактную сеть, а третья вершина подключается к рельсам. Другая вторичная обмотка служит для питания районных потребителей. Схема подключения трансформатора показана на рис.3.1.  Рис. 3.1. Схема подключения трансформатора. Нагрузки на фидерных зонах, расположенных с правой и левой стороны от тяговой подстанции, могут существенно различаться, следовательно, имеет место неравномерная и несимметричная нагрузка по фазам трансформатора. Значения токов фаз можно получить, используя законы Кирхгофа:   Токи фаз вторичной обмотки, соединенной в треугольник  Решая совместно эти уравнения относительно токов фаз, получим:    (*)Совмещенная векторная диаграмма напряжений и токов первичной и вторичной обмотки трансформатора при условии, что коэффициент трансформации равен 1, представлена на рис. 3.2. Вектор  ориентирован относительно вектора напряжения  и отстает от него на угол φЛ. Вектор тока  ориентирован относительно вектора напряжения - и отстает от него на угол φП. Построим токи в фазах треугольника  и покажем углы сдвига фаз  между векторами токами  и соответствующими векторами напряжений  . Из векторной диаграммы видно, что токи в фазах несимметричны и не равны между собой по модулю. Наименее загруженной фазой (нерабочей) оказалась фаза В, рабочими фазами – А и С. Фаза А является отстающей, фаза С – опережающей.Полученные значения токов и углов сдвига фаз из векторной диаграммы:    Произведем расчет токов фаз по вышеуказанным формулам:   угол от вектора UB  угол от вектора UB    угол между UB и Ia  угол между UA и IA    угол между UB и Ib  угол между -UC и IB    угол между -UB и Ic  угол между UC и IC Несимметричная нагрузка по фазам трансформатора приводит к дополнительным потерям напряжения в трансформаторе и питающей линии, а также вызывает дополнительные потери мощности и энергии в питающей энергосистеме. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА: Система тягового электроснабжения 2х25 кВ /Б.М.Бородулин, М.И.Векслер, В.Е.Марский, И.В.Павлов. – М.: Транспорт, 1989. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции. – М.: Транспорт, 1986. Пронтарский А.Ф. Системы и устройства электроснабжения. – М.: Транспорт, 1983. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||