Сухие преобразовательные трансформаторы ТРCЗП-12500/10ЖУ1
Исходные данные
Для проверочного расчета оборудования тяговой подстанции исходные данные приведены в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 – Расчетные параметры.
Параметр | Значение |
Тип подстанции | отпаечная |
Уровень напряжения питающего РУ, кВ | |
Мощность короткого замыкания на шинах питающего РУ в максимальном режиме, кВА | 1325,183 |
Максимальный ток короткого замыкания на шинах питающего РУ, кА | 6,653 |
Род тока на РУ питающем тяговую сеть | постоянный |
Максимальная двухчасовая мощность на тягу поездов, кВт | |
Максимальный ток инвертора ТП, А -в течение 15 мин один раз в час -в течение 2 минут один раз в час | 1900 * 2400 * |
Таблица 1.2 — Данные нагрузок по фидерам 6 кВ
№ фидера | Мощность нагрузки, кВА |
ПЭ1 | |
ПЭ2 |
2. Реконструкция тяговой подстанции с
выпрямительно-инверторными преобразователями
Анализ оборудования существующего РУ-3,3кВ
За время эксплуатации тяговой подстанции Маховатня, её оборудование неоднократно подвергалось частичной реконструкции. На текущий момент на ней эксплуатируются устройства различные по типу и годам выпуска (см. приложение А1). Все эти устройства определённым образом связаны между собой и с различной степенью интеграции в процесс эксплуатации выполняют свои функции.
Многие перспективные функции одних установленных устройств, не могут быть реализованы в полной мере в силу их неоднородности и морального устаревания других устройств.
Для примера: терминал ИнТер разработан для интеграции в цепи управления таких быстродействующих выключателей, как ВАБ-49 или
ВАБ-206, но таких на данной ТП нет в наличии. Напротив, интеграция с
ВАБ-43 снижает надёжность и функциональность обоих устройств.
Катодные быстродействующие выключатели АБ-2/4 и ВАБ-28 подлежат замене ввиду их изношенности и морального устаревания. Для данных БВ комплекты ЗИП не производятся, следовательно восстановление коммутационного ресурса и повышение надёжности невозможно.
ВАБ-43 за время своей работы зарекомендовал себя с хорошей стороны . Эксплуатация совместно с устройством УР-2 показала низкий износ контактов ВАБ-43. Но ввиду прекращения производства этого быстродействующего выключателя промышленностью, необходимо предусмотреть его замену на более новый и имеющий возможность интеграции с ИнТер – ВАБ-206.
Устройство разрядное УР-2 подлежит замене в виду использования устаревших элементов на более новый и технологичный УР-3. В отличие от УР-2, имеющего четыре разрядных ветви , устаревшие нерегулируемые пороговые элементы и маломощные тиристоры, УР-3 имеет одну ветвь управляемую мощным тиристором и перспективным пороговым элементом.
Таблица 2.1 Оборудование установленное и предлагаемое к замене
Наименование | Тип заменяемого оборудования | Год установки | количество | Вид работ | Тип устанавливаемого оборудования |
Тяговый тр-р 6-пульс. мостовая сх. | ТДП-12500/10ИУ1 | Не треб. | ТДП-12500/10ИУ1* | ||
Тяговый тр-р 6-пульс. нулевая сх. | ТДРУ-20000/10Ж | Демонт. монтаж | ТДП-12500/10У1 | ||
Выпрямитель 6-пульс. мостовая сх. | ПВЭ-3м | ВТПЕД | |||
Выпрямитель 6-пульс. нулевая сх | ПВЭ-3м | ВТПЕД | |||
Инвертор 6-пульс. мостовая сх. | И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4 И-ПТП-2,4к-3,8к-50-УХЛ4 | 2011 1989 | 1 1 | И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4* И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4 | |
Выключатель переменного тока | ВМПЭ-10-20/1000 | ВМПЭ-10-20/1000* оборудование БМРЗ | |||
Быстродействующий катодный выключатель | АБ2/4 ВАБ-28-3000/30-К | 4 5 | ВАБ-49-4000/30-к ВАБ-49-4000/30-к оборудование ИнТер | ||
Быстродействующий катодный выключатель | ВАБ-43-4000/30-Л оборудован ИнТер | ВАБ-206-4000/30-л оборудование ИнТер* | |||
Защита релейная трансформатора | релейная без накопления с фиксацией аварийных режимов | БМРЗ | |||
Защита выпрямителя | релейная без накопления с фиксацией аварийных режимов | АЗДП; ИнТер | |||
Защита инвертора | Электронная без накопления и фиксации аварийных режимов | Электронная*, ИнТер | |||
Устройство разрядное | УР-2 УРИ Защита ВИП | УР-3 УРИ Защита ВИП | |||
Ограничители перенапряжений | РБК-3,3, РВКУ-3,3, РВПК-3,3 ОПН-3,3 | ОПН-3,3- | |||
Сглаживающее Устройство | однозвенное | Однозвенное с резонансно-апериодическим контуром |
*-установленное оборудование не требует замены
Однозвенное сглаживающее устройство с тремя резонансными контурами и одним ёмкостным подлежит замене на однозвенное ёмкостное с резонансно-апериодическим контуром, имеющим ряд преимуществ.
Анализ схем ВИП
2.2.1. Сравнение выпрямительных преобразователей и выбор выпрямителя.
Одними из главных недостатков выпрямителя ПВЭ-3м являются те, что связанны с использованием большого числа вентилей (540 шт.)
¾ большие тепловые потери в вентилях ,
¾ низкая расчётная надёжность
¾ экономически нецелесообразное повышение надёжности за счёт увеличения количества вентилей сверх необходимого.
Кроме того отсутствие эффективной схемы защиты от пробоя, перегрева вентилей преобразователя и необходимость беспрерывного принудительного охлаждения являются слабыми сторонами ПВЭ-3м.
Подлежат замене: установленные 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа ПВЭ-3м на 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к, конструкция которого избавлена от вышеуказанных недостатков. Установленный тяговый трансформатор типа ТДРУ-20000/10Ж с соединением обмоток по нулевой схеме на тяговый трансформатор, для питания 6-пульсовых преобразовательных агрегатов, типа ТДП-12500/10ЖУ1 для мостовой схемы включения выпрямителя.
Устаревшие разрядники РБК-3,3, РВКУ-3,3 кВ, РВПК-3,3 кВ защищающие преобразователи, меняем на нелинейные ограничители перенапряжения ОПН-3/3,8 -10/400(I)УХЛ1. Вновь установленные ОПН имеют параметры, позволяющие надёжнее защитить оборудование тяговой подстанции от атмосферных перенапряжений.
Таблица 2.2 – Основные технические параметры выпрямителей
Параметр | ПВЭ-3м,: | В-ТПЕД-3,15к-3,3к | В-МПП-Д-3,15к-3,3к |
Номинальный ток на выходе выпрямителя (ср.зн.), А | |||
Номинальное напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В | |||
Наибольшее напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В | |||
Номинальная частота тока на входе выпрямителя, Гц | |||
Номинальная мощность на выходе выпрямителя, кВт | |||
КПД без учета трансформаторного оборудования, % не менее | 99,5 | 99,5 | |
соs j:для мостовой трехфазной схемы, не менее | нулевая | 0,93 | 0,93 |
Количество диодов | |||
Тип диодов | ДЛ123-320-13 | Д453-2000-24 | Д183-4000-42 |
Тип защиты диодов | индикация | герконовая | герконовая |
Вид охлаждения | Принудительное воздушное | Естественное | Принудительное воздушное |
Допустимые параметры | |||
на шинах постоянного тока | |||
на шинах переменного тока | |||
Длительность перенапряжения, мс, не более | |||
Напряжение питания оперативных цепей постоянного тока, В | 110, 220 | 90-350 | 90-350 |
Напряжение питания оперативных цепей переменного тока, В | 110, 220 | 85-264 | 85-264 |
Мощность, потребляемая от сети СН Ватт не более | |||
Предельные параметры. | |||
1р в 2ч в течение 15 минут | 125% | 125% | 125% |
1р в 1ч в течение 2 минут | 150% | 150% | 150% |
1р в 2мин в течение 10 секунд | 200% | 200% | 200% |
Вид охлаждения | Принудительное воздушное | Естественное | Принудительное воздушное |
Габаритные размеры Длина, мм, не более Ширина, мм, не более Высота, мм, не более | |||
Масса выпрямителя, не более |
В таблице 2.2 приведены технические параметры существующих и предлагаемых к замене тяговых выпрямительных преобразователей. Как видно из таблицы, предлагаемые к установке выпрямители выгодно отличаются от используемых на тяговой подстанции, устаревших ПВЭ-3м.
Тепловые потери в преобразователях рассчитываются по формуле
ΔРП=kсх
Надёжность преобразователей рассчитываются по формуле
Параметр | ПВЭ-3м,: | В-ТПЕД-3,15к-3,3к | В-МПП-Д-3,15к-3,3к |
Тепловые потери в вентилях | |||
Потери мощности на вентиляцию | |||
Расчётная надёжность выпрямителя |
Рисунок 2.1 – Соединение диодных шкафов для 6-пульсового исполнения
В-ТПЕД
Главным отличием выпрямителей является тип диодов , используемых в них. В зависимости от технического задания, производитель добивается требуемых параметров применяя прогрессивные технологии и материалы. Вентили более высокого класса напряжения и номинального тока позволяют упростить схему их включения и улучшить эксплуатационные свойства.
Производитель готов по желанию заказчика вносить необходимые изменения в конструкцию изделия, нее ухудшающие его эксплуатационные качества.
2.2.2. Выбор числа выпрямителей
Число и тип преобразовательных агрегатов и трансформаторов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.
Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как
(1.4)
где IdТП – значение выпрямленного тока подстанции;
Idн – номинальный выпрямленный ток принятого типа выпрямителя.
Значение заданного выпрямленного тока подстанции IdТП определяется по формуле
(1.5)
где Udн – номинальное выпрямленное напряжение на шинах подстанций;
РТ – заданное значение мощности на тягу поездов.
= 3257,6 А,
= 1,03
Полученное значение NВ.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным преобразователям принимается по одному резервному. На подстанции в данный момент установлено два выпрямительно-инверторных преобразователя и один выпрямительный преобразователь. Количество установленных выпрямителей на подстанции является достаточным.
2.2.3. Сравнение инверторных преобразователей и выбор инвертора
Выпрямительно-инверторный преобразователь для электрифицированных железных дорог (ВИПЭ-2У3). В выпрямительном режиме он был рассчитан на номинальное напряжение 3300 В и номинальный ток 2500 А, а в инверторном соответственно – на 3800 В и 1600 А. Система управления ВИПЭ-2У3 обеспечивает импульсно-фазовое управление тиристорами, контроль, защиту и сигнализацию о работе преобразователя, получение горизонтальных и падающих внешних характеристик инвертора.
Буквенные обозначения инвертора И-ПТП-2,4к-4к-3/Х У3: И – инвертор; П – постоянный ток на входе; Т – трехфазный переменный ток на выходе; П – принудительное воздушное охлаждение полупроводниковых приборов; отсутствие следующей буквы говорит о том, что в качестве полупроводниковых приборов применены тиристоры; 2,4к – номинальный инвертируемый ток в кА; 4к – номинальное инвертируемое напряжение в кВ; 3 – код модификации; Х – тип схемы инвертирования: 6 – 6-пульсовая мостовая, 12 – 12-пульсовая последовательного типа; У – для умеренного климата; 3 – внутренняя установка).
В таблице ниже приведены технические характеристики инверторов.
Таблица 2.4– Технические характеристики инвертора И-ПТП-2,4к-4к
Параметр | ВИПЭ-2У3 | И-ПТП-2,4к-4к | И-ПТП-2,0к-4к | И-ПТП-1,6к-4к |
Номинальное инвертируемое напряжение, В | ||||
Номинальный инвертируемый ток, А | ||||
Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В | 3700…3900 | 3700…3900 | 3700…3900 | 3700…3900 |
Охлаждение | Принудительное воздушное | Принудительное воздушное на тепловых трубах | Принудительное воздушное на тепловых трубах | Принудительное воздушное на тепловых трубах |
Установка | Внутренняя | Внутренняя | Внутренняя | Внутренняя |
Схема выпрямления | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов |
Общее количество тиристоров, шт | ||||
Тип применяемых тиристоров, шт | Т15-250-12 | Т253-1250-18 | Т273-1250-46 | Т273-1250-46 |
Количество тиристоров в полуфазе, шт | ||||
Масса, кг | ||||
Габаритные размеры | Блок силовой: 6600х1410х3000 Шкафы выходных каскадов: 800х900х2250 | 3890х1000х2200 | 2100х1300х2400 | 2100х1300х2400 |
Наличие максимальной токовой защиты | + | + | + | |
Наличие защиты от пробоя тиристоров | + | + | + | |
Наличие защиты от нарушения режима охлаждения | + | + | + | |
Наличие защиты от перегрева тиристоров | + | + | – | |
Реализация АПВ после аварийного отключения | + | + | + | |
автоматическое обнаружение режима рекуперации | ||||
плавный пуск | ||||
управление внешней характеристикой инвертора |
Таблица 3.1 – Основные технические параметры И-ПТП-1,6к-3,8к-50
№ | Наименование параметра | ВИПЭ-2У3 | И-ПТП-1,6к-3,8к-50 | И-ПТП-2,4к-3,8к-50 |
Номинальная выходная частота, Гц | ||||
Номинальное напряжение на стороне постоянного тока, кВ | 3,8 | 3,8 | 3,8 | |
Номинальное напряжение на стороне переменного тока, кВ | 4,0 | 4,0 | 4,0 | |
Число фаз выходного напряжения | ||||
Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В | 3700…3900 | 3700…3900 | ||
Номинальный инвертируемый ток, кА | 1,6 | 2,4 | ||
Номинальная инвертируемая мощность, кВт | ||||
Напряжение питания сети собственных нужда, В | Оперативных цепей | Постоянного тока Переменного тока | от 90 до 350 от 100 до 240 | от 90 до 350 от 100 до 240 |
Двигателей электровентиляторов | Переменного тока частотой 50 Гц | 198-242 | 198-242 | |
Мощность потребляемая от сети собственных нужд, Вт, не более | Оперативных цепей | |||
Двигателей электровентиляторов | ||||
Допустимые импульсные перегрузки по току от номинального значения, % | ||||
-в течение 15 мин один раз в час -в течение 2 минут один раз в час -в течение 10 с один раз в 2 мин | 125 * 150 * | 125 * 150 * 200 * | 125 * 150 * 200 * | |
охлаждение | принудительное | комбинированное | принудительное | |
Количество вентилей |
В инверторе предусмотрена реализация ряда функций :
— автоматическое обнаружение режима рекуперации. Производится с помощью датчика напряжения, установленного на входе инвертора и подключенного к шинам постоянного тока «+» и «-»;
— реализация автоматического повторного включения (АПВ). Это позволяет уменьшить время возврата в работу инвертора и снизить вероятность повреждаемости тиристоров;
— плавный пуск при включении инвертора, что позволяет уменьшить броски тока и перенапряжения в контактной сети;
— управление внешней характеристикой инвертора (стабилизация и наклон);
— обнаружение пробоя тиристора в плече инвертора осуществляется с момента подачи силового питающего напряжения;
— контроль теплового состояния тиристоров осуществляется при помощи инфракрасных датчиков температуры и при помощи микропроцессорной системы измерения температуры;
2.2.4. Выбор числа инверторов
Число и тип инверторных преобразовательных агрегатов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.
Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как
(1.4)
где IИТП – значение принятого тока рекуперации подстанцией;
Id’н – номинальный ток рекуперации принятого типа инвертора.
Значение заданного принятого мощности рекуперации подстанции определяется по формуле
(1.5)
где k в– коэффициент возврата рекуперативной энергии в сеть для данного участка пути равным 0,42;
– заданное значение мощности на тягу поездов.
= 4515 кВт,
= 0,65»1
Полученное значение NВ.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным инверторным преобразователям принимается по одному резервному.
Согласно расчётам достаточно использование двух инверторных преобразователей.
2.2.5. Выбор преобразовательного трансформатора
Масляные трансформаторы ТДП-12500/…ЖУ1, ТДП-16000/…ЖУ1, ТДП-20000/…У1
Трансформаторы с расщепленной обмоткой по мостовой 12-фазной схеме выпрямления типа ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1 предназначены для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций).
Трехфазные масляные трансформаторы применяются на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и предназначены для питания: выпрямительно-инверторных секций по мостовой шестипульсовой схеме – ТМП-6300/35ИУ1, ТДП-12500/10ИУ1, по мостовой двенадцатипульсовой схеме – ТРДТП-20000/35ИУ1; выпрямительных секций по двенадцатипульсовой схеме – ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-12500/35ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1, ТРДП-16000/35ЖУ1. Трансформаторы ТРДП-16000/10ЖУ1 и ТРДП-16000/35ЖУ1 при этом обеспечивают плавное бесконтактное регулирование напряжения преобразователя под нагрузкой посредством управляемых реакторов и шкафов управления.
Серия, тип | Назначение | Выпрямленный ток, А | Выпрямленное напряжение, В | Номинальная мощность сетевой обмотки, кВА | Номинальное напряжение, кВ | Масса масла, т | Масса общая, т |
Трансформаторы с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %) | |||||||
ТРДП-12500/10ЖУ1 | Для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций) | 6; 6,3; 10; 10,5 | 4,5 | 22,5 | |||
ТРДП-12500/35ЖУ1 | 35; 38,5 | 4,72 | |||||
ТРДП-16000/10ЖУ1 | 2000* | 10,5 | 5,87 | 25,9 | |||
ТРДП-16000/35ЖУ1 | 5,85 | 25,4 | |||||
Трансформаторы трёхобмоточные с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %) | |||||||
ТРДТП-20000/35ИУ1 | Для выпрямительно-инверторных преобразователей электрифицированных железных дорог | 1600*/3150 | 3800*/3300 | 6500*/11000 | 6,3; 10,5; 35 | 8,45 | 28,4 |
*параметры в инверторном режиме
Сухие преобразовательные трансформаторы ТРCЗП-12500/10ЖУ1
Т – трансформатор трехфазный, Р – с расщепленной вторичной обмоткой, С – сухой с естественным воздушным охлаждением при защищенном исполнении, П – специфическая область применения, преобразовательный, 12500 – типовая мощность в кВт, 10– первичное напряжение в кВ, Ж – для электрифицированного железнодорожного транспорта, У – климатическое исполнение: умеренный, 1— для размещения на открытом воздухе.
1.5.3 Проверка токоведущих частей
Сечение сталеалюминевых проводов (АС) для ОРУ и алюминиевых шин для ЗРУ выбирается по условию
где IДОП – максимально допустимый ток проводника выбранного сечения:
гибкие сталеалюминиевые провода круглого сечения,
алюминиевые шины прямоугольного сечения;
IР МАХ – рабочий максимальный ток данного присоединения.
Так как токоведущие части ОРУ находятся на открытом воздухе и подвешиваются на гирляндах подвесных изоляторов, то проверка на термическую и электродинамическую стойкость для них не производится.
Токоведущие части ОРУ–110кВ проверяются по условию коронирования.
По этому условию сечение проводов при напряжении 110 кВ должно быть не менее 70 мм 2 .
На расчетной тяговой подстанции ввод и перемычки РУ – 110 кВ выполнены гибким сталеалюминевым проводом АС – 95, для которого IДОП = 330 А [1].
Проверка провода по максимальному рабочему току по условию
Провод АС – 95 проходит проверки, поэтому нет необходимости в его замене другим.
Данные расчетов сведем в таблицу П.А.6.
При выборе сечения алюминиевых шин прямоугольного сечения учитывают их расположение в РУ “на ребро” или “плашмя” (рисунок 1.1). Если шины расположены “плашмя”, то их допустимый ток уменьшается: при h£60 мм – I / ДОП = 0,95 . IДОП; при h > 60 мм — I / ДОП = 0,92 . IДОП.
Рисунок 1.1 – Расположение шин в распредустройствах:
Ошиновки и сборные шины проверяются на термическую и электродинамическую стойкость по аварийному режиму короткого замыкания. Для проверки на электродинамическую устойчивость нужно определить наибольшее значение силы, действующей при трехфазном коротком замыкании на длине пролета
,(1.30)
где iуд — ударный ток в РУ соответствующего напряжения, кА;
l -длина пролета (расстояние между соседними опорными изоляторами),равное 1 м;
a -расстояние между осями шин разных фаз, ориентировочно
принимаемое 0,25 м.
Далее шина рассматривается как многопролетная балка, лежащая свободно на изоляторах, жестко закрепленная только на одном из них. В этом случае наибольший изгибающий момент, действующий на шину, определяется по формуле
, (1.31)
После этого рассчитывается момент сопротивления сечения проводника W относительно оси инерции, перпендикулярной плоскости их расположения. При расположении проводников «на ребро»
W = (1.32)
а при расположении проводников «плашмя»
(1.33)
где b и h — ширина и высота сечения шины соответственно, мм.
Наибольшее расчетное механическое напряжение в материале шин:
(1.34)
где W — момент сопротивления сечения шины, м 3 .
Момент сопротивления прямоугольных шин определяется выражением:
Наибольшее расчетное напряжение не должно превышать допустимого напряжения, равного 65 МПА
(1.35)
При проверке шин закрытых РУ на термическую устойчивость определяется минимальное сечение шин при нагревании до максимальной температуры
, (1.36)
где Вk – полный тепловой импульс тока короткого замыкания, А 2. с;
С – коэффициент перевода, зависящий от материала проводника, для
ВК = I 2 · (tЗАЩ + tСВ + tГ + ТА), (1.37)
где I– суммарное значение периодического тока короткого замыкания
в нулевой момент времени, А;
tЗАЩ – время действия релейной защиты, равно 1,5с;
tСВ – собственное время отключения выключателя, принимаем 0,1с;
tГ – время гашения дуги, равно 0,05с;
ТА – постоянная времени, можно принять равной 0,05с.
Условие термической устойчивости выполняется, если выбранное сечение шин больше минимального, рассчитанного по (1.36)
, (1.38)
Все элементы РУ – 6 кВ выполнены алюминиевыми шинами, по две сечением 80х6, для которых IДОП =1150 А [1].
Проверяем алюминиевую шину АДО 80х6.
По формуле (1.30) проверка шины на электродинамическую устойчивость:
F = . 20,746 2. = 298,187 Н.
По формуле (1.31) находим наибольший изгибающий момент
Н . м.
По формуле (1.32) находим момент сопротивления:
мм 3 .
По формуле (1.34) находим наибольшее расчетное напряжение
· 10 3 = 62,122 МПА.
Условие (1.35) выполняется, так как 65 ≥ 62,122 МПА.
Следовательно, выбранная шина проходит проверку на электродинамическую устойчивость. Оставляем её в положении «на ребро».
Проверяем на термическую устойчивость.
ВК = 8,143 2 · (1,5 + 0,1 + 0,05 + 0,05) = 112,724 · 10 6 А 2 с,
мм 2 .
По формуле (1.38) 117,968 мм 2 £ 480 мм 2 .
Следовательно, выбранная шина проходит по всем параметрам, и их замена не производится. Для остальных присоединений произведем аналогичную проверку и сведем данные в таблицу П.А.7.
Установленные на тяговой подстанции шины отвечают заданным нагрузкам и замене не подлежат.
Сталеалюминевые провода ОРУ подвешиваются на одинарных гирляндах, составленных из подвесных изоляторов типа ПС-6А (подвесной, стеклянный), 60 кН – разрушающая нагрузка. Выбираем ПС-6А.
Изоляторы ОРУ на коронирование, электродинамическую и термическую устойчивость не проверяются.
Токоведущие части ЗРУ (алюминиевые шины) крепятся на опорных изоляторах марки ИО. Обозначение изоляторов, например ИО-6-3,75У3. И — изолятор, О — опорный, 6 — номинальное напряжение в кВ, 3,75 — наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе в кН, У3 — для внутренней установки 2.
Выбор опорных изоляторов производится по условию
где UУСТ – номинальное напряжение распредустройства;
UН – номинальное напряжение изолятора.
Проверка выбора опорных изоляторов производится по механической прочности при протекании по шинам ударного тока К.З. Условие проверки
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по шинам
ударного тока К.З.;
FРАЗР – наименьшая разрушающая нагрузка изолятора при изгибе.
FРАСЧ = , (1.42)
l – расстояние между осями изоляторов равное 1м;
Кh – поправочный коэффициент. Для шин расположенных «на ребро»
Кh=1,46.
С учетом вышесказанного проверяем опорные изоляторы в ЗРУ-6 кВ.
По условию (1.41) проверяем опорный изолятор ИО-6-3,75У3 (UНОМ =6 кВ, FРАЗР = 3,75 кН)
FРАСЧ = = 435,353 Н;
Условие (1.41) выполняется. Поэтому в ЗРУ-6 кВ остаются опорные изоляторы ИО-6-3,75 У3.
Проходные изоляторы используют при входе в здание или выходе из здания токоведущих частей. Проверка изоляторов производится по условиям формулы (1.29) и (1.40).
Проходные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются на электродинамическую стойкость, то есть на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока короткого замыкания.
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по
проводникам ударного тока короткого замыкания;
FРАЗР – наименьшая разрушающая изолятор нагрузка при изгибе.
Проверяем проходные изоляторы ИПЛ-10/1250-750У2.
По формуле (1.40) 6 кВ £ 10 кВ,
по формуле (1.29) 940,898А £ 1250 А,
по формуле (1.43) 435,353 Н £ 1,2·3,75 = 4 кН.
На основании произведенных расчетов остаются проходные изоляторы ИПЛ-10/1250-750У2. Результаты проверки изоляторов сведем в таблицу П.А.8.
Установленные на тяговой подстанции изоляторы отвечают заданным нагрузкам и замене не подлежат.
2.3. Расчет параметров и выбор защит ВИП
2.3.1. Расчёт максимальной токовой защиты c выдержкой времени и токовой отсечки
Максимальная токовая защита (МТЗ) от перегрузки c действием нa сигнал выполняют в двухфазном двухpелейнoм исполнении на реле PТ-40 c выдержкой времени 0,3-0,5 c, устанавливается c сетевой стороны преобразовательного трансформатора. Расчёт для 12-ти пульсовой схемы последовательного типа в следующем порядке [13].
Находим ток срабатывания защиты по формуле:
(2.1)
где IdH –номинальный ток выпрямителя, A;
КП – коэффициент допускаемой перегрузки выпрямителя, Кп=1,5 [13];
КТ – коэффициент трансформации трансформатора, КТ = 7,66 [13].
Ток срабатывания реле определяется из выражения
(2.2)
Коэффициент чувствительности МТЗ найдём по следующей формуле
(2.3)
где I (2) k.min, I (3) k.min – минимальный ток двухфазного или трёхфазного короткого замыкания на выводах вторичной обмотки тягового трансформатора.
По току срабатывания реле для МТЗ выбираем реле PТ-40/10 c параллельным соединением катушек и сопротивлением Zp=0,02 Oм [13].
Токовая отсечка выполняется в двухфазном двухpелейнoм исполнении на реле PТ-40 и действует без выдержки времени. Защита не должна срабатывать от бросков тока намагничивания при включении преобразовательного трансформатора на холостой ход.
Первичный ток срабатывания защиты
A, (2.4)
где Iн1 – номинальный ток первичной обмотки тягового трансформатора.
Ток срабатывания реле определяется по формуле (2.2).
A.
Коэффициент чувствительности токовой отсечки
, (2.5)
.
Так как условие (2.5) выполняется, Выбираем реле, по току срабатывания реле, типа PТ-40/50 c последовательным соединением катушек c сопротивлением Zp=0,0013 Oм [13]..
2.3.2. Расчёт защит от перегрузки и тока срабатывания реле AВOP агрегата
Ток срабатывания реле защиты от перегрузки преобразовательного трансформатора и преобразователя производится по формулам 2.1 и 2.2 при Кп=1,3 [13].
Выбираем pеле PТ-40/20, пo тoку срабатывания pеле, c последовательным coединением кaтушек c сопротивлением Zp=0,02 Oм.
Пpи AВOP токи срабатывания pеле рассчитываются пo условию минимумa суммарных приведенных затрат зaтpaт c учетoм пoтеpь электроэнергии в пpеoбpaзoвaтельных агрегатах, оптимального коэффициента мощности подстанции и теплового старения вентилей преобразователей. Зaщитa воздействует с выдержкой времени 2…9 c. нa включение резервного агрегата.
Тoк срабатывания pеле, воздействующего нa включение в paбoту резервного агрегата пpи увеличении нaгpузки можно рассчитать пo фopмулaм ( 2.1) и (2.2) пpи Кп = 0,9 [13].
Тoк срабатывания зaщиты действующей нa включение в paбoту резервного агрегата
A.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa включение в paбoту резервного агрегата
A.
Пo тoку срабатывания pеле выбираем pеле PТ-40/10 c последовательным coединением кaтушек c сопротивлением Zp=0,08 [13] Oм.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa отключение резервного агрегата пpи уменьшении нaгpузки рассчитываются пo аналогичным фopмулaм пpи Кп = 0,3.
Тoк срабатывания зaщиты, действующей нa отключение резервного агрегата
A.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa отключение резервного агрегата
A.
Пo тoку срабатывания pеле выбираем pеле PТ-40/2 c параллельным coединением кaтушек c сопротивлением Zp=0,2 [13] Oм.
Нa включение и отключение выпрямителей выдержка времени срабатывания AВOP устанавливается в пределах 2…6 минут [13].
Принципиальная схема релейной зaщиты преобразовательного агрегата приведена чертеже 5 (лиcт 5).
Результаты выбора реле защит сведём в таблицу 3.5.
Источник