umm_7218
.pdfФедеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроснабжение транспорта»
Т.А. Несенюк
Ю.П. Неугодников
ТЯГОВЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ
Методические рекомендации к лабораторным работам по дисциплинам
«Тяговые и трансформаторные подстанции», «Тяговые подстанции»
и «Электрические станции и подстанции» для студентов специальности
«Системы обеспечения движения поездов» и направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника»
Екатеринбург
УрГУПС
2015
УДК 629.4.084 Н55
Несенюк, Т. А.
Н55 Тяговые и трансформаторные подстанции : метод. рекомендации / Т. А. Несенюк, Ю. П. Неугодников. – Екатеринбург : УрГУПС, 2015. – 58, [2] с.
Методические рекомендации разработаны для лабораторных работ по дисциплинам «Тяговые и трансформаторные подстанции», «Тяговые подстанции» и «Электрические станции и подстанции».
Приводятся краткие теоретические сведения, ссылки на учебники и справочники; определены цель, порядок выполнения работ, содержание отчета и контрольные вопросы.
Данные рекомендации разработаны на основе применения в работах современного силового оборудования, которое установлено в учебной лаборатории «Тяговые и трансформаторные подстанции».
Предназначены для студентов всех форм обучения по специальности «Системы обеспечения движения поездов», а также направлению подготовки «Электроэнергетика и электротехника».
УДК 629.4.084
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета
Авторы: Т. А. Несенюк, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС Ю. П. Неугодников, доцент кафедры «Электроснабжение
транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС
Рецензент: К. Г. Шумаков, заведующий кафедрой «Электроснабжение транспорта» канд. техн. наук, УрГУПС
©Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2015
Оглавление
Лабораторная работа 1 |
|
Высоковольтное оборудование тяговых подстанций |
....................................4 |
Лабораторная работа 2 |
|
Распределительное устройство 27,5 кВ |
|
тяговой подстанции переменного тока........................................................ |
17 |
Лабораторная работа 3 |
|
Распределительное устройство 3,3 кВ |
|
тяговой подстанции постоянного тока ........................................................ |
24 |
Лабораторная работа 4 |
|
Исследование режимов работы и схем включения |
|
трансформаторов тока .................................................................................. |
32 |
Лабораторная работа 5 |
|
Быстродействующие выключатели тяговой |
|
подстанции постоянного тока ...................................................................... |
39 |
Лабораторная работа 6 |
|
Полупроводниковые преобразовательные агрегаты |
|
тяговых подстанций постоянного тока ........................................................ |
49 |
Библиографический список ......................................................................... |
58 |
3
Лабораторная работа 1
Высоковольтное оборудование тяговых подстанций
Цель работы – изучить типовые схемы соединения высоковольтного оборудования, конструкции и принципы действия высоковольтных аппаратов и элементов распределительных устройств (РУ) тяговых и трансформаторных подстанций.
1.1. Краткие теоретические сведения
Учебная тяговая подстанция состоит из ячеек РУ-6 кВ, ячейки фидера постоянного тока РУ-3,3 кВ, ячейки фидера переменного тока РУ27,5 кВ, тягового преобразовательного агрегата, показанных на рис. 1.1.
Питание подстанции осуществляется по вводу 6 кВ (ячейка 1). Напряжение 6 кВ по кабелю от распределительной подстанции подаётся через силовой разъем QS1-6, выключатель Q1-6, силовой разъем QS2-6 на сборные шины. К шинам РУ-6 кВ подключены трансформаторы напряжения (TV) ЗНОЛ.06-10 (ячейка 3) через предохранители FU и силовой разъем QS5-6. Для защиты обмоток трансформатора и сборных шин 10 кВ от перенапряжений установлены ограничители перенапряжений (ОПН) FV3. Со сборных шин 6 кВ через силовые разъемы QS3-6 ячейки 2, вакуумный выключатель (Q2-6) ВВЭ-М-10-20 и разъем QS4-6 напряжение подается на тяговый агрегат, состоящий из сухого трансформатора
(Т) ТС-63/04 и шестипульсового выпрямителя (UD) В-ТПЕМ-1,6к-825. Преобразовательный трансформатор имеет схему соединения обмоток звезда–треугольник для шестипульсовой мостовой схемы выпрямления. От выводов вторичных обмоток преобразовательного трансформатора напряжение подается на выпрямительную установку UD.
Напряжение постоянного тока с выхода выпрямителя через шины поступает в ячейку № 4 фидера КС РУ-3,3 кВ. В РУ-3,3 кВ применены жесткая ошиновка: главная «плюс» шина (+ГШ), запасная плюс" шина (+ЗШ) и минусовая шина (-Ш).
Ячейка фидера 3,3 кВ представляет собой модуль, включающий отсек разъединителей РВРЗ-1Б-10/4000 М У3, шкаф управления и отсек выключателей, где установлены два быстродействующих выключателя ВАБ-49 с дифференциально-шунтовым реле РДШ-3000, датчики тока (ДТ) КА и напряжения (ДН) KV.
4
|
Ячейка 1 (ВВ) |
|
|
Ячейка 3 (ТН) |
|
|||
|
Ввод 6 кВ |
|
TV |
|
|
|||
|
|
|
|
ЗНОЛ.06-10 |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
QSG |
|
|
|
|
|
TA1 |
|
TA2 |
TA3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ТЛК10-64 |
|
|
FU |
|
|
|
|
|
|
QS5-6 |
ПН01-10 УЗ |
|
||
QS1-6 |
FV1(ОПН) |
FV3 (ОПН) |
||||||
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ВВЭ-М-10-20 |
|
|
QSG |
|
||
QS2-6 |
|
|
|
|
|
|||
РУ-10кВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ячейка 2 |
|
(ПВА) |
|
Ячейка 4 |
(фидера РУ-3,3кВ) |
+ГШ |
||
QS3-6 |
|
|
|
3,3кВ |
|
|
||
|
Q2-6 |
|
|
|
+ЗШ |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
QS 2-3,3 |
- Ш |
||
|
|
ВВЭ-М-10-20 |
|
|
|
|||
QS4-6 |
|
|
|
|
|
|||
|
FV2(ОПН) |
|
|
QS1.2-3,3 |
QS1.1-3,3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
FV 4 |
|
РВРЗ-1Б-10/4000МУ3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
QSG |
KAW 1 |
TA 4 |
TA 5 |
|
(РДШ-3000) |
|
|
|
QF 1 |
||
|
ТЛК10-64 |
|
|
|
|
|
|
ВАБ-49-3200/30-Л |
|
|
QSG |
PA |
|
FU1 |
|
RS |
|
||
|
|
|
||
Тяговый агрегат |
|
|
75мВ 1000А |
QF2 |
|
|
|
||
|
|
|
ВАБ-49-3200/30-Л |
|
|
Т |
|
|
KAW 2 |
|
ТС63/0,4 |
|
|
(РДШ-3000) |
|
|
|
|
KA (ДТ) |
UD |
В-ТПЕМ-1,6к-825 |
Фидер |
|
FU 2 |
контактной сети |
||||
|
|
|
|
KV 2 |
|
|
|
|
|
(ДН) |
|
|
|
Ячейка №5 (фидера к.с. РУ-27,5кВ) |
||
|
|
|
Обходная шина |
|
|
|
|
|
А (В) шины27,5кВ |
|
|
|
RS |
PA2 |
|
|
|
|
Rд |
|
|
ИП |
FV 5 (ОПН) |
PV |
|
|
QS1.1-27,5 |
||
|
|
|
|
||
|
|
|
РР-35/1000 УЗ |
|
|
|
|
|
|
|
ВБЦО-27,5 |
|
|
|
QS1.2-27,5 |
TA6 |
ТПЛ-35-1000 |
|
|
|
УХЛ2 |
||
К главной шине |
К минусовой шине |
РР-35/1000 УЗ |
QS2-27,5 |
||
|
|||||
(ГШ+)РУ-3,3 кВ |
(-Ш) РУ-3,3 кВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
В конт. сеть |
|
Рис. 1.1. Однолинейная схема учебной тяговой подстанции
5
Питание фидера контактной сети осуществляется от главной «плюс» шины через шинный разъединитель QS1.1-3,3, быстродействующие выключатели QF1, QF2, линейный разъединитель QS1.2- 3,3 и мачтовый разъединитель с моторным приводом (имитируется реле). Обходной разъединитель QS2-3,3 предназначен для обеспечения питания контактной сети при выводе в ревизию оборудования ячейки 3,3 кВ. В ячейке для защиты РУ-3,3 кВ от перенапряжений предусмотрено установление ограничителя перенапряжения FV4.
С целью изучения особенностей работы тяговых подстанций переменного тока установлена ячейка 5 (фидера к.с. РУ-27,5 кВ). В этой ячейке размещено следующее высоковольтное оборудование: вакуумный выключатель (Q3) ВБЦО-27,5, два разъединителя (QS 1.1 (1.2)- 27,5) РР-35/1000 У3, проходной трансформатор тока (TA6) ТПЛ-35- 1000 УХЛ 2, ОПН (FV6) Raychem PolyGarde-27,5, проходной изолятор на напряжение 27,5 кВ. От главной шины фазы А (В) через шинный разъединитель QS1.1-27,5, выключатель Q1-27,5, линейный разъединитель QS1.2-27,5 напряжение подается в контактную сеть. Для вывода в ревизию фидерного выключателя без перерыва питания в контактной сети служит обходной разъединитель QS2-27,5, подключенный к обходной шине (имитируется реле).
1.2. Комплектные ячейки РУ 6-10 кВ
Ячейки РУ-6-10 кВ являются неотъемлемой частью большинства тяговых и трансформаторных подстанций электрических железных дорог [10].
Наиболее распространенные ячейки: КСО – комплектные, сборные, открытые;
КРУ – комплектные распределительные устройства; КРУН – комплектные распределительные устройства наружной
установки.
Влаборатории установлены три камеры КРУ серии К-99, стоящие
водин ряд: ячейка 1 ввода (ВВ), ячейка 2 преобразовательного агрегата (ПВА), ячейка 3 трансформатора напряжения (ТН).
Рассмотрим однолинейную схему ячейки ВВ по рис. 1.2. В ячейке ВВ, кроме токоведущих шин и изоляторов, установлены вакуумный выключатель со встроенным электромагнитным приводом ВВЭ-М- 20/630-У3 (Q1), ограничители перенапряжений ОПН-10/29 (FV1… FV3), трансформаторы тока ТЛК-10-6 У3-100/5 (ТА1…ТА3), силовые разъёмы (QS1…QS2), заземляющие ножи QSG.
6
|
Линия 6 кВ |
|
|||
|
|
|
|
|
QSG |
|
Л2 |
Л2 |
Л2 |
|
C 411 |
|
|
|
|
|
B 411 |
|
|
|
|
|
A 411 |
|
|
1U2 |
1U2 |
1U2 |
В шкаф ОПС |
|
|
|
|
|
(сбор данных |
|
|
|
|
|
электропотребления) |
|
|
1U1 |
1U1 |
1U1 |
N411 |
|
ТА 1 |
ТА 2 |
ТА 3 |
|
С 421 |
ТЛК-10-6У3- |
|
|
|
||
|
|
|
В 421 |
||
100/5 |
|
|
|
||
|
|
|
А 421 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2U2 |
2U2 |
2U2 |
В БМРЗ -ВВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2U1 |
2U1 |
2U1 |
N421 |
|
|
Л1 |
Л1 |
Л1 |
|
|
|
|
|
|
FV1...FV 3 |
|
QS1-6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q1-6 |
|
|
|
|
|
ВВЭ-М-10-20/630-У3 |
|
|
QS2-6 |
|
|
|
|
Шины6 кВ С |
|
|
|
|
|
Секция1 |
В |
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
Рис. 1.2. Однолинейная схема ячейки 1ввода (ВВ) |
||||
Выкатная конструкция тележки с выключателем и другими элементами обеспечивает безопасность работ при обслуживании и ремонтах. Напряжение на сборных шинах и неподвижном контакте силового разъема сохраняется и закрывается шторкой при переводе тележки в «ремонтное положение».
7
1.3. Высоковольтные выключатели
Выключатели служат для включения и отключения высоковольтных цепей при наличии в них токов нагрузки или токов короткого замыкания. С помощью выключателей осуществляется изменение схемы первичной коммутации РУ и защита оборудования при аварийных режимах. Наличие выключателей обеспечивает надежность работы электроустановки (ЭУ). Для успешной работы выключатели должны обладать достаточной отключающей способностью и наименьшим временем отключения.
828
|
500 |
200 |
200 |
|
|
|
280 |
||
|
7 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
488 |
||
|
|
|
|
||
|
12 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
147,3 |
|
|
|
|
442,3 |
|
|
420 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
528 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
520 |
|||
|
812 |
|
|
|
|
|
|
|
4
10
3
9
8
1
Рис. 1.3. Общий вид ячейки выключателя ВВЭ-М-10-20/630-У3:
1 – основание; 2 – рама; 3 – изоляционные тяги; 4 – полюсы; 5 –элек- тромагнитный привод; 6 – буфер; 7 – блок сигнализации; 8 – кнопка аварийного отключения; 9 – механизм свободного расцепления; 10 – лицевая крышка; 11 – катки; 12 – вал выключателя; 13 – механизм доводки выключателя в шкаф ячейки; 14 – ножи заземления
К выключателям предъявляются следующие требования: надежность в работе и безопасность в обслуживании; минимальное время отключения; малые габариты и масса; удобство, простота монтажа и эксплуатации; возможность после отключения автоматического повторного включения (АПВ).
8
По роду установки различаются выключатели наружной установки (35 кВ и выше) и выключатели внутренней установки (35 кВ и ниже).
По принципу гашения дуги и роду дугогасящей среды выключатели подразделяются на масляные, воздушные, электромагнитные, элегазовые и вакуумные [9].
В ячейках РУ-10кВ К-99 учебной лаборатории применены вакуумные выключатели ВВЭ-М-10-20/630-У3 с электромагнитным приводом (рис. 1.3.) [5,7].
1.4. Разъединители
Разъединители – аппараты, предназначенные для размыкания и замыкания предварительно обесточенных электрических цепей.
Создавая видимый разрыв цепи, разъединители обеспечивают безопасность работы персонала при осмотре или ремонте отключенной части ЭУ. Разъединители не имеют устройств для гашения дуги
ипоэтому не допускают отключения ими цепи под нагрузкой. Для осмотра или ремонта оборудования необходимо сначала отключить выключатель в данной цепи, а затем линейный и шинный разъединители. Включение ЭУ производят в обратном порядке.
Разъединители изготовляют однополюсными и трехполюсными, для наружной и внутренней установок, вертикально-рубящего
игоризонтально-поворотного типов [9].
Вячейке 4 (фидера РУ-3,3 кВ) применены однополюсные разъединители внутренней установки рубящего типа РВРЗ-1Б-10/4000МУ3 на общем приводе с заземляющими ножами (ШР и ЛР), которые замыкаются на специальные губки своим приводом и разъединитель без заземляющего ножа РВР-1Б-10/4000МУ3 (ОР).
Ячейка фидера РУ-27,5 кВ имеет разъединители РР-35/1000-УЗ с общим моторным приводом. Особенностью данной ячейки является то, что разъединители заземляются губками на заземленный корпус ячейки.
Вячейках РУ-10 кВ использованы силовые разъемы (контактные), заменяющие разъединители.
9
1.5. Изоляторы
Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и изоляции их от заземленных конструкций и других частей электроустановки, находящихся под другим потенциалом.
Изоляторы различают по назначению:
–линейные (подвесные) служат для крепления проводов воздушных линий к опорам открытых РУ;
–аппаратные для крепления токоведущих частей РУ и аппаратов. Изоляторы должны сохранять электрическую прочность при ра-
бочих напряжениях, а также при атмосферных и коммутационных перенапряжениях. Они должны быть механически устойчивы при нормальных режимах работы и коротких замыканиях.
По конструкции аппаратные изоляторы делятся на опорные, опорно-стержневые, опорно-штыревые и проходные.
Опорные изоляторы служат для крепления шин в РУ внутренней установки. В обозначении типа изолятора буквы и цифры отражают конструкцию, изолирующий материал, номинальное напряжение, разрушающую нагрузку и форму фланца. Например, ОФ-10-375 ОВ – опорный фарфоровый, номинальное напряжение 10 кВ, разрушающая нагрузка 375 даН, овальный фланец. Опорно-стержневые и опорно-штыревые изоляторы применяют для крепления токоведущих частей в ОРУ.
Проходные изоляторы необходимы при прокладке шин через стены, перекрытия, перегородки между отсеками электроустановок. Пример обозначения проходного изолятора – ИП-10-400-750У1: изолятор проходной, номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 400 А, разрушающая нагрузка 750 даН, для районов с умеренным климатом, наружной установки.
1.6. Ограничители перенапряжений
Ограничитель перенапряжений (ОПН) служит для защиты оборудования электроустановок от коммутационных и атмосферных перенапряжений. ОПН состоит из нелинейного металлооксидного сопротивления, заключенного в изоляционную покрышку. Сопротивление ОПН включает несколько последовательно соединенных высоконелинейных варисторов.
В отличие от вентильных разрядников, ОПН имеют более выраженную нелинейность воль-тамперной характеристики, что повышает эффективность их работы.
10