Реконструкция электрической части подстанции

 

Рассчитан годовой экономический  эффект за счёт снижения потерь. Для  его получения значения разности потерь умножим на стоимость 1 кВт*ч и на 365 (количество дней в году), чтобы узнать экономию за год. При этом учли, что расчётный участок Лена – Кюхельбекерская получает электропотребление от двух энергосистем с разными тарифами на электроэнергию. Участок Лена – Дабан питается от  Иркутскэнерго и участок Дабан – Кюхельбекерская – от Бурятэнерго. Для Иркутскэнерго стоимость 1 кВт*ч составляет 0,83 рубля, а для Бурятэнерго –

 

это 2,13 рубля. Результаты расчётов запишем в таблицу 20 и 21 для разных вариантов усиления.

 

Таблица 20 – Экономия в рублях от потерь ЭЭ при установке АТП

Межподстанционная зона	Нечётное направление	Чётное направление
	WТС, руб.	WТС, руб.
Лена-Звёздная	908,85	206611,9
Звёздная-Ния	53622,15	1211,8
Ния-Киренга	77252,25	28780,25
Киренга-Улькан	3029,5	6361,95
Улькан-Кунерма	69678,5	8179,65
Кунерма-Дабан	5756,05	1817,7
Дабан-Северобайкальск	50534,25	112730,25
Северобайкальск-Кичера	105733,2	65305,8
Кичера-Ангоя	90184,2	20991,15
Ангоя-Уоян	37317,6	5442,15
Уоян-Кюхельбекерская	80077,35	107288,1

 

Суммарная экономия по всему участку равна 1’138’730 руб..

 

Таблица 20 – Экономия в рублях от потерь ЭЭ при подвесе  А-185

Межподстанционная зона	Нечётное направление	Чётное направление
	WТС, руб.	WТС, руб.
Лена-Звёздная	142689,45	92399,75
Звёздная-Ния	302,95	302,95
Ния-Киренга	69375,55	78161,1
Киренга-Улькан	3938,35	302,95
Улькан-Кунерма	79675,85	12118
Кунерма-Дабан	46654,3	302,95
Дабан-Северобайкальск	21768,6	59863,65
Северобайкальск-Кичера	123614,55	28765,65
Кичера-Ангоя	92516,55	777,45
Ангоя-Уоян	30320,55	777,45
Уоян-Кюхельбекерская	282214,35	777,45

 

Суммарная экономия по всему участку равна 1’167’600 руб.

Помимо предложенных выше мер усиления системы тягового электроснабжения, существуют и другие мероприятия по снижению потерь ЭЭ. Рассмотрим некоторые из них:

1. Снижение затрат энергии на  тягу поездов и потерь электроэнергии, вызванных «окнами» для ремонтных  работ, введением временных ограничений скорости движения.

В период предоставления «окон» для ремонтных работ на пути контактной сети происходит сгущение поездов, и затем их пакетное движение, которое увеличивает потери электроэнергии по сравнению со случайным или равномерным графиком движения поездов.

Снижение скорости движения поезда при выполнении заданных ограничений по вине предприятий железной дороги и следующее затем ускорение приводят к дополнительным затратам электроэнергии на тягу поездов и её потери.

 

Снижение скорости движения поезда до 30% её среднего значения по участку  длиной 1 км приводит к повышению затрат энергии на 3 – 4% на участке длиной    200 – 250 км.  Пакетное  движение  поездов  после  «окна»  увеличивает потери электроэнергии в 1,3 – 1,5 раза.

Предложение по энергосбережению: организация  системы стимулирования по уменьшению ограничений скорости движения, по уменьшению «окон» для ремонтных работ и их продолжительности.

2. Опыт использования стыкования различных энергосистем  со значительной разницей тарифов для снижения платы за электроэнергию.

Значительная разница тарифов (в 3-4 раза) на электроэнергию в местах стыкования разных энергосистем позволяет для железной дороги снизить плату за электроэнергию на тягу поездов и крупных нетяговых потребителей.

На однопутном участке  Кунерма (Иркутскэнерго) – Дабан (Бурятэнерго) – Северобайкальск (Бурятэнерго) длиной 80 км с системой электроснабжения 2х25 кВ разработано двухстороннее питание контактной сети в межподстанционной зоне Кунерма – Дабан от однофазных тяговых трансформаторов со значительной разницей положений РПН трансформаторов и односторонне питание контактной сети на межподстанционной зоне Дабан – Северобайкальск. При этом положение РПН трансформаторов на подстанция Кунерма выше чем на подстанции Дабан. Это позволяет увеличить электропотребление подстанции Кунерма, питающей от Иркутскэнерго, и уменьшить электропотребление подстанции Дабан, питающей от

Бурятэнерго, на данном участке по сравнению с нормальной схемой питания контактной сети. Годовое снижение стоимости за электроэнергию  составило 4 млн. рублей.

Перевод электроснабжения Байкальского тоннеля (длина тоннеля 7 км)  от подстанции Кунерма (Иркутскэнерго) с более дешёвой электроэнергией вместо подстанции Дабан (Бурятэнерго) с более дорогой электроэнергией. Снижение стоимости за электроэнергию составило 0,5 млн. рублей.

Таким образом, в современных  условиях со значительной разницей тарифов  на электроэнергию на тягу поездов  и нетяговых потребителей дороги в местах стыкования двух электроснабжающих  организаций появилась возможность значительной экономии стоимости электроэнергии. Для этого на ВСЖД внедрены схемы электроснабжения тяги и нетяговых потребителей дороги от более дешёвой электроэнергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Модернизация Северобайкальской  тяговой подстанции

2.1 Общие сведения

 

Одним из звеньев в системе электроснабжения электрифицированных железных дорог являются тяговые подстанции (далее по тексту – ТП).

Подстанция – электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии, состоит из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений.

Современные тяговые подстанции предназначены  для комплексного электроснабжения электрической тяги поездов, нетяговых  железнодорожных потребителей, включая  потребителей устройств СЦБ, и не железнодорожных промышленных и сельскохозяйственных (районных) потребителей.

Тяговые подстанции классифицируются по:

– роду тока: переменного тока 27,5 или 2х27,5 кВ, постоянного тока 3,3 кВ, переменно-постоянного тока /стыковые/;

– роли и назначению в электрической  схеме питающей энергосистемы: опорные, промежуточные (транзитные, отпаячные, тупиковые);   

– значению питающего напряжения: 6, 10, 35, 110, 150 или 220 кВ;

– способу управления: телемеханизированные и нетелемеханизированные

– способу  обслуживания:  с  постоянным  дежурным персоналом,  с дежурством на дому, без дежурного персонала;

– конструктивному выполнению: закрытые, открытые РУ,  комплектные /блочные/, с кирпичными, блочными, красно-пепельными зданиями, с железнодорожными подъездными  путями или без них, передвижные подстанции.

Тяговые подстанции состоят из распределительных устройств. Северобайкальская тяговая подстанция включает в себя четыре РУ:

1) Распределительное  устройство 220 кВ.

Имеет одинарную, секционированную выключателем, и обходную системы шин. Линии  и главные понижающие трансформаторы подключают  к секциям шин

    через    выключатели,    которые    могут    замещаться    при    ремонте    обходным 

выключателем с помощью обходной системы шин.

2) Распределительное устройство 2х27,5 кВ.

Предназначено для питания тяговой  сети переменного тока, нетяговых  линейных железнодорожных потребителей по линиям ДПР, ТСН и трансформаторов  подогрева, а также фидера плавки гололёда. Имеет двухфазные рабочую, секционированную разъединителями, и запасную системы шин. Каждая из секций содержит шины, к которым подключены фидеры контактной сети и питающего провода, соответствующих двух фаз. Напряжение между шинами одной фазы, связанными с контактным и питающим проводами, составляет 55 кВ.

3) Распределительное устройство 35 кВ.

Применяется для питания нетяговых  промышленных и сельскохозяйственных потребителей прилегающего к подстанции района. Имеет одинарную секционированную выключателем систему шин. Рассчитано на подключение четырёх фидеров потребителей, фидера плавки гололёда и двух понижающих (районных) трансформаторов для питания РУ 10 кВ.

4) Распределительное устройство 10 кВ.

Предназначено для питания нетяговых  районных потребителей, ТСН и трансформаторов подогрева, фидера плавки гололёда на ВЛ 220 кВ. Выполняется с одинарной секционированной выключателем системой шин. Предусмотрено подключение к шинам восьми питающих линий (фидеров).

К основным элементам  тяговой подстанции относятся:

Силовые трансформаторы – предназначены для преобразования электрической энергии по уровню напряжения. Для компенсации колебания напряжения в питающей сети, трансформаторы оборудуют устройством для регулирования напряжения под нагрузкой.

 Высоковольтные выключатели – предназначены для включения и отключения высоковольтных цепей переменного и постоянного тока в нормальном и аварийном режимах работы под нагрузкой.

 Разъединители – предназначены для коммутации предварительно обесточенных электрических цепей, а также для создания видимого разрыва цепи,

обеспечивающего безопасность работы персонала.

 Ограничители перенапряжений  – предназначены для защиты  изоляции электрических цепей,  электрооборудования  и аппаратуры  от атмосферных и коммутационных  перенапряжений.

 

2.2 Методика расчёта

1) Расчёт токов короткого замыкания

На основании результатов расчёта  токов короткого замыкания производится проверка выбранного оборудования. Составим расчётную схему ТП на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Расчётная схема тяговой подстанции

 

Для простоты вычисления, элементы электрической схемы замещения (рисунок 3) представляются в виде сопротивлений, которые считаются индуктивными, так как в высоковольтных цепях активные сопротивления много меньше индуктивных, а значит, ими можно пренебречь.

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Электрическая схема замещения

 

Расчёт токов короткого  замыкания выполняется в следующей  последовательности:

1. Выбирается базисная  мощность. За базисную мощность  можно принять любую мощность, если мощность питающей энергосистемы не известна, и её можно считать неограниченно большой. Удобнее применять Sб = 100 МВ*А.

2. Определяется суммарное  относительное сопротивление до  точки короткого замыкания. 

Относительное сопротивление  системы, приведённое к базисной, определяется из выражения:

,                                                                                   (1)

где Sб - базисная мощность, МВ*А;

           Sкз - мощность короткого замыкания, равна 453 МВ*А.

 

 

Подставив числовые значения в формулу (1), получим:

Расчёт сопротивлений  обмоток трёхобмоточного трансформатора:

,                                                                         (2)

,                                                                         (3)

.                                                                         (4)

Расчёт напряжений короткого  замыкания обмоток тягового трансформатора:

,                                                        (5)

,                                                        (6)

                                                         (7)

Подставив числовые значения в формулы (5), (6) и (7), получим:

,

,

.

Определим значения сопротивлений, подставив  числовые данные в формулы (2), (3) и (4):

о.е.,

о.е.,

о.е.

Расчёт сопротивлений  элементов цепи

Преобразуем схему замещения  на рисунке 2 до точки К2 (рисунок 4):

 

 

Х_Т1* = Х_В+Х_Н = 0,294+0,256 = 0,55 о.е., Х_Т1* = Х_Т2*,

 

 

Х_3* = о.е.

Рисунок 4 – Преобразование схемы замещения до точки К2

 

Х₄ = Х_С* + Х_3* = 0,22 + 0,275 = 0,495 о.е.

Преобразуем схему замещения  на рисунке 2 до точки К3 (рисунок 5):

Х_С = 0.

 

Х_5* = о.е.

Рисунок 5 – Преобразование схемы замещения до точки К3

 

Х_6* = Х_С + Х_5* = 0,22+0,147 = 0,367 о.е.

 

 

3. Расчёт токов короткого замыкания на шинах РУ.

Расчёт токов короткого  замыкания на шинах РУ - 220 кВ.