1.2 Расчет мощности подстанции

Целью расчета является определения суммарной мощности всех потребителей для определения расчетной мощности главных понижающих трансформаторов и выбора их типа, а также определение полной мощности подстанции.

Мощность тяговой нагрузки

Определение мощности на тягу преследует цель выбора тягового трансформатора, мощность которого является составляющей мощности главного понижающего трансформатора.

где номинальное выпрямительное напряжение на шинах

подстанции, кВ;

действующее значение выпрямительного тока подстанции, А

;

После этого необходимо выбрать тип выпрямителя. На тяговых подстанциях постоянного тока для преобразования переменного тока в постоянный применяют выпрямительные преобразователи на кремневых силовых вентилях с нулевыми и мостовыми схемами выпрямления, которые бывают простыми и сложными. Последние образуются из простых путем последовательного или параллельного их соединения.

Параллельное соединение трех фазных мостовых шестипульсовых схем требует применения уравнительного реактора, как в схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором», что усложняет преобразовательный агрегат. При последовательном соединении двух шестипульсовых мостовых схем уравнительного реактора не требуется, что дает ей несомненные преимущества.

Таблица 1.1 - Технические характеристики полупроводниковых преобразователей

Тип

Номинальное напряжение, В

Допустимая перегрузка по току, % в течение

Тип и коли- чество полупро- водниковых диодов

Схема выпрямления

Вид охлаждения

Разрядники

Вид установки

15 мин

2 мин

10 с

тип

количество

ПВЭ-5МУ1

3300

50

-

100

ВЛ-200-10Б;

Мостовая трехфазная;

Воздушное

РБК-3

6

внутренняя

После выбора схемы выпрямления и типа полупроводникового преобразователя определяем их количество

где – действующее значение выпрямительного тока (см. дано), А;

– номинальный выпрямительный ток выбранного типа полупроводникового преобразователя, А.

Полученное при расчете округляем в большую сторону, принимаем два выпрямительных агрегата.

Преобразовательный агрегат тяговой подстанции постоянного тока состоит из выпрямителя, который выбран, и тягового трансформатора, который необходимо выбрать, рассчитать его мощность

где - принятое целое число выпрямителей.

При выполнении этого условия необходимо, кроме этого, учитывать принятую схему выпрямления и первичное напряжение,

Таблица 1.2 - Электрические параметры трансформатора преобразовательного агрегата

Тип

Номинальное напряжение обмоток

Номинальная мощность

Номинальный ток преобразователей

Номинальные токи обмоток

Напряжение короткого замыкания

Ток холостого хода

Потери

Схема соединения обмоток

сетевой

вентильной

сетевой

вентильной

Холостого хода

Короткого замыкания

сетевой

вентильной

ТМПУ-16000/10ЖУ1

6,0 10,0

3.02 3.02

11 840 11 840

3 200 3 200

1 140 650

924 924

6.1 6.1

1,2 1,2

24.0 24.0

73.0 73.0

ү

Мощность нетяговых потребителей

Расчет ведется в следующей последовательности.

Для каждого потребителя вычисляется наибольшая активная мощность по заданным значениям установленной мощности потребителей и коэффициента спроса учитывающего режим работы, загрузку и КПД потребителей, кВт

где n=9, 10, 15, 25 номера потребителей электрической энергии.

10.

Вычисление активных нагрузок потребителей для каждого часа суток по выражению, кВт

где - значение мощности в процентах из типового графика для n-го потребителя в t часах;

100 - переводной коэффициент из процентов в относительные единицы.

Цеметная промышленность

Городская нагрузка

Железнодорожный узел

Компрессорная

Таблица 1.3 - Расчет активных нагрузок потребителей

Часы суток, t	Активная нагрузка					Суммарная мощность
	Потребитель 1	Потребитель 2	Потребитель 3	Потребитель 4
0	1218	1452	1000	210	3880
1	1218	1271	600	210	3299
2	1015	1089	600	210	2914
3	1015	1380	300	210	2905
4	3654	1380	300	210	5544
5	3654	1343	300	210	5507
6	4060	1270	300	210	5840
7	3857	1380	300	168	5705
8	2842	2251	300	126	5519
9	1624	2360	0	168	4152
10	1624	3630	0	168	5422
11	2436	2178	0	168	4782
12	2436	2251	0	168	4855
13	3248	2723	0	126	6097
14	3857	2541	0	168	6566
15	3654	1452	0	210	5316
16	2030	2723	0	168	4921
17	1624	2977	0	168	4769
18	1827	2723	0	168	4718
19	1827	1815	0	168	3810
20	1827	2251	0	168	4246
21	1421	2324	0	168	3913
22	1218	2541	0	168	3927
23	1218	2178	0	168	3564

Расчет реактивной мощности потребителей

Для определения наибольшей полной мощности потребителей необходимо рассчитать их реактивные мощности и суммарную реактивную мощность для часа наибольшей суммарной нагрузки.

Реактивная мощность отдельного потребителя вычисляется по формуле

где - активная мощность потребителя, попавшая в час наибольшей суммарной нагрузки, кВт;

- тангенс угла определяемый для каждого потребителя по заданному коэффициенту мощности ,

Цементная промышленность

Городская нагрузка

Железнодорожный узел

Компрессорная

Полная мощность потребителей

Полная мощность определяется с учетом потерь в высоковольтных сетях и в трансформаторах подстанции. При этом постоянные потери считаются неизменными в течении суток независимо от времени нахождения трансформатора в работе и принимают равным от полной мощности.

С учетом этого полная мощность потребителей определяется геометрической суммой активной и реактивной мощностей,

где – постоянные потери, - переменные потери, ;

– суммарная активная мощность потребителей, кВт;

- суммарная реактивная мощность потребителей, квар.

Мощность собственных нужд

Выбор трансформатора собственных нужд

Мощность трансформаторов собственных нужд (ТСН) выбирают исходя из мощности, необходимой для питания собственных нужд переменного тока, то есть всех вспомогательных устройств, необходимых для эксплуатации их в нормальных и аварийных режимах.

На подстанциях устанавливаются два ТСН с вторичным напряжением 0,4 кВ, каждый из которых рассчитан на полную мощность потребителей собственных нужд. На опорных подстанциях для подогрева масляных выключателей устанавливают дополнительно два ТСН специально для подогрева.

На тяговых подстанциях постоянного тока мощность собственных нужд принимают равной от мощности на тягу и определяют по формуле:

Таблица 1.4 - Электрические параметры трансформатора напряжением до

35 кВ

Тип	Номинальная мощность	Номинальное напржение обмоток		Потери			Ток холостого хода		Напряжение короткого замыкания
		Первичной	вторичной	Холостого хода	Короткого замыкания
ТМ-160/10	160	35	0,4	0,560	2,65	2,4		6,5

Мощность на шинах 10 кВ определяется суммарной мощностью потребителей с учетом того, что максимум отдаваемой мощности различным потребителям наступает не одновременно, кВА

где - мощность на тягу поездов;

- мощность нетяговых потребителей 10 кВ;

- мощность собственных нужд;

- коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов тяговой и нетяговой нагрузок и нагрузки собственных нужд,

Необходимо учесть нагрузку на шинах 35 кВ, и неодновременность максимумов её и нагрузки на шинах 10 кВ, кВА

где - нагрузка на шинах 10 кВ;

- нагрузка не тяговых потребителей 35 кВ.

Выбор главных понижающих трансформаторов

Число главных понижающих трансформаторов на подстанциях определяется категорией потребителей и, как правило, их устанавливается два с учетом надежного электроснабжения при аварийном отключении одного из трансформаторов. В нормальном режиме работы могут находиться один или два трансформатора в зависимости от величины нагрузки. При этом ПУЭ допускают аварийную перегрузку на во время максимума общей суточной нагрузки продолжительностью не более шести часов в сутки в течение не более пяти суток.

Как правило, оба трансформатора находятся в работе. Мощность их целесообразно принять такой, чтобы при отключении одного из них электроснабжение обеспечивалось оставшимся в работе трансформатором с учетом допустимой перегрузки.

Поэтому мощность главных понижающих трансформаторов определяется исходя из условий аварийного режима, кВА

где - суммарная полная нагрузка первичной обмотки трансформатора;

– коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности,

- количество главных понижающих трансформаторов, принятое или заданное к установке на подстанции.

Таблица 1.5 - Электрическая характеристика трехфазного двухобмоточного масляного трансформатора с высшим напряжением 110кВ

Тип	Номинальная мощность	Номинальное напряжение обмоток		Потери			Ток холостого хода		Напряжение короткого замыкания	Схема и группа соединение обмоток
		Высшего напряжения	Низшего напряжения	Холостого хода	Короткого замыкания
								к,
ТДН- 31500/110	31500	115	11	57	195	0,7		11,6		Y^*/ ∆ - 11

Полная мощность подстанции

где мощность главного понижающего трансформатора кВА;

число понижающих трансформаторов на тяговой подстанции.

1.3 Расчёт максимальных рабочих токов

Токоведущие части, и электрическое оборудование подстанции выбирают по условию их длительной работы при номинальной и повышенной нагрузке, не превышающий максимально рабочей. Для этих цепей необходимо рассчитать максимальные рабочие токи сборных шин и всех присоединений к ним.

Ввод подстанции тупиковой

где - коэффициент аварийной перегрузки трансформатора, учитывающий его возможную перегрузку до равный 1,4;

суммарная мощность главных понижающих трансформаторов подстанции, кВА;

номинальное напряжение первичной обмотки главного понижающего трансформатора, кВА.

Сборные шины первичного напряжения опорных подстанций и перемычки промежуточных подстанций

где К_пр – коэффициент перспективы, см. формулу (1.14);

К_пр – коэффициент распределения нагрузки на сборных шинах первичного напряжения, равный 0,7;

S_ТП, U_н1 – см. формулу (1.14).

Вторичные обмотки низшего напряжения двухобмоточных силовых трансформаторов

где см. формулу (1.14);

номинальное напряжение вторичной обмотки (низшее напряжение) силового трансформатора, кВ.

Сборные шины вторичного напряжения главных понижающих трансформаторов

где —коэффициент распределения распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения распределительного устройства, равный:

0,5—при пяти и более находящихся в работе присоединений к шинам;

0,7—при находящихся в работе присоединений к шинам менее пяти;

– см. формулу (1.14); – см. формулу (1.10)

Расчет максимальных рабочих токов для тяговых подстанций постоянного тока

Первичная обмотка тягового трансформатора преобразовательного агрегата:

- при трехфазной мостовой схеме выпрямления

где —номинальная мощность тягового трансформатора, кВА;

номинальное напряжение первичной обмотки тягового трансформатора, кВ.

Этот ток можно вычислить по формуле

где номинальный ток выпрямителя;

коэффициент трансформации тягового трансформатора, равный 3,8;

-при шести фазной нулевой

где см. формулу (1.19) ;

коэффициент трансформации тягового трансформатора, равный 1,9.

Вторичная обмотка тягового трансформатора преобразовательного агрегата:

-при трехфазной мостовой схеме выпрямителя

где см. формулу (1.19);

- при шестифазной нулевой

А

где см. формулу (1.19)

Запасная шина РУ-3,3 кВ

где N — число преобразовательных агрегатов;

см. формулу (1.19);

коэффициент распределения нагрузки на сборных шинах РУ-3,3 кВ. Обычно на подстанциях устанавливается два преобразавательных агрегата, тогда = 0,8

Запасная шина РУ-3,3 кВ

(1.23)

где - ток самого нагруженного фидера контактной сети (см. задание).