Отчет Тпст

Тема 1: Схемотехника тяговых подстанций.

1. Назначение и классификация тяговых подстанций.

Для получения электрической энергии от системы внешнего электроснабжения (СВЭ) и преобразования её в тот род тока и уровень напряжения, который необходим для питания ЭПС и служат специальные электротехнические устройства — тяговые подстанции. Также, кроме питания ЭПС, от тяговых подстанций получают питание железнодорожные не тяговые потребители (устройства СЦБ, депо, платформы и др.) и посторонние (районные) потребители.

Классификация тяговых подстанций приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Классификация тяговых подстанций.

2. Изучение схем присоединения подстанций к ЛЭП.

Тяговые подстанции, как потребители первой категории, должны иметь, как правило, двустороннее питание от двух подстанций энергосистемы или по двум радиальным линиям от разных систем шин одной подстанции энергосистемы, имеющей не менее двух источников питания.

Выбор схем присоединения тяговых подстанций регламентируется рядом нормативных документов – в основном Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), ПУСТЭ ж.д. РФ (3 раздел).

1

Питание тяговых подстанций может осуществляться от одноцепной, двухцепной или двух одноцепных ЛЭП.

По схемам присоединения тяговых подстанций к ЛЭП они подразделяются на опорные, промежуточные (транзитные, отпаечные) и тупиковые.

Между опорными подстанциями может располагаться не более трех промежуточных подстанций при напряжении 110 кВ и не более пяти при напряжении 220 кВ.

Примеры схем присоединения тяговых подстанций к одноцепной ЛЭП, двухцепной ЛЭП и двух одноцепных ЛЭП при напряжении 110 кВ приведены на рисунках 2, 3, 4.

Рис. 2.

Рис. 2 Схема питания тяговых подстанций по одноцепным ЛЭП

Рис.3. Схема питания тяговых подстанций по двухцепным ЛЭП на общих опорах

Рис. 4. Схема питания тяговых подстанций по двум одноцепным ЛЭП

3.Составление структурной схемы тяговой подстанции.

Всоответствии с заданием на курсовой проект составляем структурную схему опорной тяговой подстанции переменного тока (рис. 5).

Данная подстанция состоит из трёх распределительных устройств:110 кВ, 2×27.5 кВ, 10 кВ.На подстанции имеется три однофазных понижающих трансформатора, трансформатор сторонних потребителей (ТСП1), два трансформатора собственных нужд (ТСН), один трансформатор СЦБ, запасной трансформатор ТСП2.

2

Рисунок 5 Структурная схема тяговой подстанции переменного тока системы 2×27.5 кВ.

4. Требования, предъявляемые к тяговым подстанциям.

Основные требования, предъявляемые к тяговым подстанциям, изложены в 4-й главе ПУ СТЭ ж.д. РФ – «Тяговые подстанции». Данная глава содержит 46 пунктов, в связи с этим кратко охарактеризуем некоторые из них:

•распределительные устройства 2х25 кВ должны быть оборудованы запасной шиной с запасным выключателем для замены любого из выключателей фидеров контактной сети;

•цепь отсоса тяговых подстанций переменного тока должна состоять из трех параллельно включенных элементов: воздушной отсасывающей линии, рельсов подъездных путей

изаземляющего устройства подстанции;

•цепь отсоса тяговых подстанций постоянного тока может состоять из одного элемента

— воздушной или кабельной линии;

•Оборудование тяговых подстанций должно быть защищено от атмосферных и коммутационныхперенапряжений ОПН;

•Сборные шины распределительных устройств 2x25 кВ должны быть секционированы разъединителями на три секции — две рабочие и одну (среднюю) соединительную. Каждая рабочая секция должна иметь питающий ввод от разных трансформаторов (агрегатов), трансформатор напряжения (вольтметр), разрядники. Фидеры контактной сети и системы два провода — рельс (ДПР), трансформаторысобственныхнуждследуетподключатьравномернокразнымрабочимсекциям.

•Распределительные устройства 6, 10 и 35 кВ выполняют, как правило, с одинарной системой шин, секционированной выключателем. При питании распределительного устройства одним вводомшинынесекционируют

•бесперебойность питания нагрузок тяги должна обеспечиваться установкой на подстанциях:

- переменного тока напряжением 25 кВ и постоянного с двойной трансформацией — не менее двух понижающих трансформаторов;

- системы 2х25 кВ с однофазными трансформаторами – резервного трансформатора с возможностью подключения его к каждому плечу питания;

- постоянного тока – не менее двух выпрямительных агрегатов;

3

• Во всех цепях распределительных устройств должны быть установлены разъединители с видимым разрывом, обеспечивающие возможность отсоединения всех аппаратов (выключателей, предохранителей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и т. д.) каждой цепи от сборныхшин, атакжеотдругихисточниковнапряжения.

5. Типовые схемы отдельных присоединений различных распределительных устройств тяговых подстанций.

Распределительные устройства тяговых подстанций постоянного и переменного тока комплектуются из типовых ячеек и камер заводского изготовления, которые разработаны на основании опыта проектирования и эксплуатации подстанций. Такие типовые схемы существуют для различных распределительных устройств – 110; 35; 10; 2 х 27,5. Из большого количества типовых схем отдельных присоединений рассмотрим реализацию типовых ячеек и камер, используемых для распределительных устройств тягового электроснабжения — 2 х 27,5 кВ. Схемы отдельных типовых ячеек и камер заводского изготовления для ОРУ 27,5 кВ представлены на рис.6.

Рис. 6. Типовые схемы блоков КРУН ОРУ – 2 Х 27,5 кВ.

Рассмотрев типовые схемы отдельных присоединений 2Х27,5 кВ составим однолинейную схему устройства ОРУ – 2 Х 27,5 кВ (рис. 7)

Вводы ОРУ 2 Х 27,5 кВ подают напряжение на первую и вторую секции сборных шин от тяговых трансформаторов. Ячейки № 4 и 11 - типовые, для них использованы блоки 01. Напряжение к контактной сети подается по фидерам контактной сети (ячейки №№ 5, 6, 12 - 14), для которых используются блоки 02. С помощью разъединителя 9 (блок 02), обходной шины и схемы обходного (запасного) выключателя (ячейка № 8) возможно при необходимости не прерывая питание контактной сети, вывести из работы любой фидерный выключатель или полностью

4

секцию шин со всеми отходящими от неё фидерами для их осмотра или ремонта. Для запасного выключателя используется блок 05. Как видно из схемы ОРУ – 2 Х 27,5 кВ, фаза С заземляется на контур заземления подстанции КЗП (так называемая "заземленная" фаза) и соединена с рельсами подъездного пути РПП. Цепь отсоса выполнена воздушной линией (ячейка № 8) и присоединяется к рельсам главных путей вблизи тяговой подстанции. Благодаря этому ток на подстанцию от подвижного состава возвращается сразу по трем параллельным цепям: по воздушной линии отсоса, по рельсам подъездного пути и по земле через контур заземления подстанции.

В схеме ОРУ – 2 Х 27,5 кВ предусмотрено двойное секционирование рабочих шин фаз А и В разъединителем (ячейки № 7 и 10). Общая "земляная" фаза не секционируется. Секционирование шин обеспечивает возможность осмотра и ремонта любой секции ОРУ – 2 Х 27,5 кВ.

6. Однолинейная схема тяговой подстанции переменного тока.

Рассмотрев однолинейные схемы различных РУ заданной подстанции, составляем однолинейную схему тяговой подстанции переменного тока (рис. 8).

На схеме главных электрических соединений тяговой подстанции показывается в соответствии с условными графическими обозначениями по ЕСКД в однолинейном исполнении (ввиду идентичности трехфазной системы) различное электротехническое оборудование, участвующее в процессе преобразования энергии, и связи между оборудованием.

Однолинейная схема составляется на основании структурной схемы подстанции и типовых схем различных распределительных устройств. Пример типовой схемы распределительного устройства тягового электроснабжения 27,5 – кВ был рассмотрен выше (рис. 7)

Эта схема является основным документом, характеризующим тяговую подстанцию как в период её строительства и монтажа, так и в период эксплуатации.

5

Рисунок 8 Однолинейная схема тяговой подстанции переменного тока.

6

7. Устройство и технические данные современного высоковольтного оборудования.

На тяговых подстанциях применяется большое количество разнообразной низковольтной (до 1000 В) и высоковольтной (свыше 1000 В) аппаратуры. Далее рассмотрим только высоковольтную аппаратуру и оборудование напряжением свыше 1000В, которую можно разбить на следующие группы:

•основное высоковольтное оборудование;

•токоведущие части и изоляторы;

•коммутационные аппараты;

•измерительные трансформаторы тока и напряжения;

•защитная аппаратура;

•специальные устройства.

В качестве примера приведем основные данные по вакуумным выключателям и ОПН.

7.1. Технические данные вакуумного выключателя BB/TEL.

7.2. Устройство вакуумного выключателя BB/TEL (рис.9)

7

Рис. 9. Устройство вакуумного выключателя BB/TEL

7.3. Устройство и технические данные ограничителей перенапряжения

Ограничители серий TEL представляют собой разрядники без искровых промежутков, в которых активная часть состоит из металлооксидных нелинейных резисторов, изготавливаемых из окиси цинка (ZnO) с малыми добавками окислов других металлов. Количество сопротивлений в колонке зависит от наибольшего длительно допустимого рабочего напряжения1 ОПН (Uнр). Колонки резисторов ведут себя подобно конденсаторам при воздействии Uнр.

В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель носит емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжений резисторы ограничителя переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание напряжения на выводах. Когда перенапряжение снижается, ограничитель возвращается в непроводящее состояние.

8

Резисторы спрессовываются в оболочку из полимерных материалов, которая обеспечивает заданную механическую прочность и изоляционные характеристики. Полимерный корпус обеспечивает надежную защиту от всех внешних воздействий на протяжении всего срока службы. Эта конструкция отлично зарекомендовала себя во всех условиях эксплуатации, включая районы с высоким уровнем атмосферных загрязнений.

Параметры и технические данные ОПН – 6, 10 кВ приведены на рисунке 10.

Рис. 10. Параметры и технические данные ОПН – 6, 10 кВ

8.Функционально-блочное построение тяговых подстанций.

Внастоящее время при сооружении и реконструкции тяговых подстанций используется блочно-модульная технология, разработанная НИИЭФА-ЭНЕРГО.

Отличительные особенности новых тяговых подстанций.

•при строительстве тяговых подстанций применяется технология, основанная на использовании укрупненных функциональных блоков (ФБ) полной заводской готовности;

•управление тяговыми подстанциями осуществляется распределенной автоматизированной системой управления (АСУТП-РИТ);

•простота технического обслуживания и надежность работы тяговых подстанций достигается применением современных типов оборудования, которые, кроме того, снижают вредные воздействия тяговых подстанций на окружающую среду.

Преимущества функционально – блочной технологии

•сокращение затрат на проектирование тяговых подстанций;

9

•короткий цикл изготовления укрупненных функциональных блоков в заводских условиях; гарантировано качество и высокая надежность:

•простота установки и монтажа оборудования в здании.

•быстрый ввод подстанций в эксплуатацию с одновременным включением телемеханического управления;

•возможность использования наборов функциональных блоков при реконструкции существующих подстанций;

•повышение надежности электроснабжения ЭПС, СЦБ, связи и др. потребителей за счет использования нового оборудования с улучшенными параметрами;

•сокращение эксплуатационных расходов, повышение безопасности и удобства обслуживания.

Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций.

Все распределительные устройства, кроме ОРУ – 110 кВ, выполнены в виде комплектных распредустройств (КРУ) внутренней установки и поставляются вместе с токопроводами, кабелями вторичных цепей и сухими трансформаторами собственных нужд 10/0,4 кВ и ВЛ СЦБ 0,4/10 кВ.

Комплект ФБ ТП постоянного тока включает в себя следующие базовые блоки: блок РУ – 10 кВ, ячейку фильтрового устройств, блок заземляющего разъединителя шин РУ 3,3 кВ, блок тягового выпрямителя, блоки собственных нужд постоянного тока, камеру реактора отсоса, блок дизель-генератора.

В комплект ФБ для ТП переменного тока помимо упомянутых выше блоков общего применения входят блоки шкафов управления РУ-27,5 кВ, ячейка ввода 27,5 кВ, ячейка фидера КС 27,5 кВ, ячейка запасного выключателя 27,5 кВ, ячейка ДПР 27,5 кВ, ячейка трансформатора напряжения ТН 27,5 кВ, ячейка секционного разъединителя 27,5 кВ, ячейка компенсирующего устройства 27,5 кВ, блок конденсаторов компенсирующего устройства 27,5 кВ.

В настоящее время при сооружении и реконструкции тяговых подстанций используется блочно-модульная технология, разработанная НИИЭФА-ЭНЕРГО.

Отличительные особенности новых тяговых подстанций.

•при строительстве тяговых подстанций применяется технология, основанная на использовании укрупненных функциональных блоков (ФБ) полной заводской готовности;

•управление тяговыми подстанциями осуществляется распределенной автоматизированной системой управления (АСУТП-РИТ);

•простота технического обслуживания и надежность работы тяговых подстанций достигается применением современных типов оборудования, которые, кроме того, снижают вредные воздействия тяговых подстанций на окружающую среду.

Преимущества функционально – блочной технологии

•сокращение затрат на проектирование тяговых подстанций;

•короткий цикл изготовления укрупненных функциональных блоков в заводских условиях; гарантировано качество и высокая надежность:

•простота установки и монтажа оборудования в здании.

•быстрый ввод подстанций в эксплуатацию с одновременным включением телемеханического управления;

•возможность использования наборов функциональных блоков при реконструкции существующих подстанций;

•повышение надежности электроснабжения ЭПС, СЦБ, связи и др. потребителей за счет использования нового оборудования с улучшенными параметрами;

•сокращение эксплуатационных расходов, повышение безопасности и удобства обслуживания.

Комплекты функциональных блоков тяговых подстанций.

Все распределительные устройства, кроме ОРУ – 110 кВ, выполнены в виде комплектных распредустройств (КРУ) внутренней установки и поставляются вместе с токопроводами, кабелями вторичных цепей и сухими трансформаторами собственных нужд 10/0,4 кВ и ВЛ СЦБ 0,4/10 кВ.

Комплект ФБ ТП постоянного тока включает в себя следующие базовые блоки: блок РУ – 10 кВ, ячейку фильтрового устройств, блок заземляющего разъединителя шин РУ 3,3 кВ, блок тягового выпрямителя, блоки собственных нужд постоянного тока, камеру реактора отсоса, блок дизель-генератора.

10