Тяговые трансформаторные подстанции контр

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Одобрено кафедрой
«Электрификация и
электроснабжение»

ТЯГОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ
ПОДСТАНЦИИ
(дополнительные разделы)

Задание на контрольную работу с методическими указаниями для
студентов V курса

специальности

СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

Москва- 2015

Составитель — д-р техн, наук, проф. Герман Л.А.,
канд. техн, наук, доц. Новиков Е.В.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Контрольная работа предусматривает выполнение студентами
трех заданий. В первом задании рассматриваются теоретические
вопросы, связанные с использованием тяговых трансформаторов в
системе электроснабжения 2*25 кВ. Во втором задании требуется
выбрать мощность однофазных трансформаторов подстанции
2^25 кВ. В третьем задании необходимо рассчитать значения токов
в фазах трехфазного трансформатора тяговой подстанции 27,5 кВ.

Вариант задания определяется по двум последним цифрам
учебного шифра студента.

Требования к оформлению контрольной работы:

• 1. Работа выполняется в отдельной тетради или, в случае
  применения компьютерных технологий, на листах формата А4: на
  обложке указывают название дисциплины, курс, фамилию, имя,
  отчество, учебный шифр студента.
• 2. Расчетную часть каждой задачи следует сопровождать
  краткими и четкими пояснениями.
• 3. Следует давать расшифровку каждого условного обозначения,
  входящего в формулу.
• 4 При выполнении расчетов необходимо соблюдать следующий
  порядок: сначала приводят расчетную формулу, затем подставляют
  числовые значения величин, входящих в формулу, без каких либо
  преобразований, после этого записывают результат вычислений с
  указанием единицы измерения.
• 5. К работе прилагают перечень использованной литературы, в
  конце работы ставят дату и подпись.
• 6. Работа, выполненная не по своему варианту, а также
  написанная неразборчиво, не рецензируется.
• 7. После получения отрецензированной работы студент должен
  к зачету исправить все замечания, при большом количестве
  исправлений они делаются в конце работы.

РЕКОМЕДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

• 1. ГОСТ Р 51559-2000 Трансформаторы силовые масляные
  классов напряжения ПО и 220 кВ и автотрансформаторы на-
  пряжением 27,5 кВ для электрических железных дорог пере-
  менного тока. Общие технические условия.
• 2. Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Высшая
  школа, 2002.
• З. Почаевец В.С. Электрические подстанции. —М.: Жел-
  дориздат, 2001.
• 4. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифициро-
  ванных железных дорог. —М.: Транспорт, 1982.
• 5. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Ша-
  лимов М.Г. Тяговые подстанции. —М.: Транспорт, 1986.
• 6. Система тягового электроснабжения 2x25 кВ /Б.М. Боро-
  дулин, М.И. Векслер, В.Е. Марский, И.В. Павлов. —М.: Транс-
  порт, 1989.
• 7. Винокуров В.А., Попов Д.А. Электрические маши-
  ны железнодорожного транспорта. —М.: Транспорт, 1986.
• 8. Сергеенков Б.Н. Электрические машины: Трансфор-
  маторы. —М.: Высшая школа, 1989.
• 9. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т 2.
  /Под ред. К.Г. Марквардта. —М.: Транспорт, 1981.
• 10. В о л ь д е к А.И. Электрические машины. —Л.: Энергия,
  1978.

ЗАДАНИЕ 1

• 1. Привести принципиальную схему системы электроснаб-
  жения 2x25 кВ, пояснить ее работу и назначение основных эле-
  ментов.
• 2. В соответствии с последней цифрой шифра привести уп-
  рощенную схему:
• 0, 4, 7 — подстанции с трехобмоточными однофазными
  трансформаторами;

• 1, 3, 5, 9 — подстанции с двухобмоточными однофазными
  трансформаторами;
• 2, 6, 8 — автотрансформаторного пункта.
• 3. В соответствии со своим вариантом привести основные
  технические данные используемых трансформаторов, расшиф-
  ровать их тип и привести схему соединения обмоток.

Методические указания к заданию 1

Система электроснабжения 2x25 кВ имеет ряд преимуществ
по сравнению с системой переменного тока 27,5 кВ [6]:

• — снижение потерь напряжения и энергии в тяговой сети;
• — уменьшение влияния на воздушные линии связи;
• — уменьшение нагрузок на провода контактной сети за счет
  наличия питающего провода;
• — увеличение расстояния между тяговыми подстанциями
  до 80—90 км.

На тяговых подстанциях системы 2x25 кВ устанавливают
однофазные двухобмоточные и трехобмоточные трансформа-
торы мощностью 16000 и 25000 кВА с расщепленной обмот-
кой низкого напряжения (НН), каждая из секций которой вы-
полнена на напряжение 27,5 кВ и имеет мощность, равную по-
ловине номинальной мощности трансформатора. Обе секции
обмотки НН снабжены устройством регулирования напряже-
ния под нагрузкой (РПН). Каждое плечо подстанции питается
от отдельного трансформатора, что позволяет регулировать
напряжение на шинах каждого плеча питания подстанции не-
зависимо друг от друга.

На межподстанционной зоне для понижения напряжения
50 кВ устанавливают автотрансформаторы (АТ) с номиналь-
ным коэффициентом трансформации, равным двум. Основным
требованием к их параметрам являются малые потери напря-
жения и мощности.

Весь необходимый теоретический материал для выполнения
данного задания приведен в [1; 3; 6, с. 5—15, 45—47, 55—65].

ЗАДАНИЕ 2

Для питания плеча подстанции системы 2x25 кВ необходи-
мо выбрать мощность однофазных трансформаторов (район-
ная нагрузка на подстанции отсутствует). Напряжение сети

внешнего электроснабжения (выбирается по предпоследней
цифре):

О, 2, 4, 6 - 220 кВ;

• 1,3, 5, 7, 9-ПО кВ.

Исходные данные представлены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Таблица 2

Методические указания к задаче 2

Выбор номинальной мощности трансформатора осуществ-
ляется исходя из условия [4], что наибольшая температура мас-
ла в верхних слоях не должна превосходить 95°С, а температура
наиболее нагретой точки обмотки трансформатора должна
быть не более 140°С. Увеличение температуры обмотки вызы-
вает необратимые процессы в материале изоляции обмотки,
которые называют старением или износом изоляции [4]. Со-
гласно ГОСТ—14209—85 нормальный срок службы трансформа-
тора составляет 25 лет при постоянной температуре обмотки 98°С.
В указанном ГОСТе определено, так назьшаемое, шестиградусное
правило: каждое увеличение температуры обмотки на 6°С ведет к
уменьшению в два раза срока службы трансформатора, и наоборот.

Согласно [6] требуемая мощность однофазных трансформа-
торов для питания плеча подстанции 2x25 кВ рассчитывается:

W

5_Н =^но(^ + адч_Т) + 0,335_р,
4 о

где ^ _|0 — коэффициент,учитывающий различия нагрузок секций
расщепленной обмотки, принимаем [6] К_т = 1,1;

^тсим ^— расход полной энергии плеча подстанции в средние сутки
месяца наибольшего энергопотребления:

^ =К W
ТСИМ ИМ Т’

где ^_им — коэффициент месячной неравномерности, К_им= 1,15;

W^ — среднесуточный расход энергии плеча питания подстанции

7=1

где ^_мп — коэффициент потерь и дополнительного расхода энергии,

^ф ^_ число фидеров, относящихся к данной подстанции;

1К_ф — среднесуточный расход энергии, передаваемой в тяговую
сеть через фидеры;

^_дт — коэффициент, учитывающий максимальные токи поездов,
при наличии поездов с двумя восьмиосными электровоза-
ми^_дт=0,63 [6];

5_ИЧТ “ наибольшая часовая нагрузка плеча питания подстанции:

ИЧТ ^— X ^ИЧФ7 ,

7=1

5_ИЧф “ наибольшая часовая нагрузка фидеров;

5_р — мощность районной трехфазной нагрузки, 5_р= 0.

Весь необходимый теоретический материал для выполне-
ния данного задания приведен в [1; 3; 6, с.111—123].

ЗАДАНИЕ 3

• 1. Начертить распределение токов по фазам в тяговой об-
  мотке 27,5 кВ трехфазного трехобмоточного трансформатора
  тдтнж.
• 2. Построить в соответствии со своим вариантом нагрузки
  (табл. 3, 4) векторную диаграмму напряжений и токов в фазах
  трансформатора.
• 3. Рассчитать значения токов в фазах трансформатора и срав-
  нить их с полученными значениями из векторной диаграммы.

Таблица 3

Таблица 4

Методические указания к задаче 3

На тяговых подстанциях переменного тока 27,5 кВ питание
тяговой сети осуществляется от трехфазных трехобмоточных
трансформаторов типа ТДТНЖ [1] со схемой соединения
У/У/Л и группой соединения 0—11, и У/Л/Л с группой соедине-
ния 11—11. Одна из вторичных обмоток (тяговая) соединяется
в треугольник, от двух вершин которого подается напряжение
в контактную сеть, а третья вершина подключается к рельсам.
Другая вторичная обмотка служит для питания районных по-
требителей. Схема подключения трансформатора показана на
рис. 1.

A

Рис. 1. Схема подключения трансформатора

Нагрузки на фидерных зонах, расположенных с правой и
левой стороны от тяговой подстанции, могут существенно раз-
личаться, следовательно, имеет место неравномерная и несим-
метричная нагрузка по фазам трансформатора.

Значение токов фаз можно получить, используя законы
Кирхгофа:

i_a-i_b-i»=^

i_b-i_c-i_n=^-

Токи фаз вторичной обмотки, соединенной в треугольник

Решая совместно эти уравнения относительно токов фаз,
получим:

° 3 ^{л +} 3 ^п’

^{ь —} 3 ^л 3^^п ’

/
^с 3 ^л 3 ^п’

Совмещенная векторная диаграмма напряжений и токов пер-
вичной и вторичной обмотки трансформатора при условии, что
коэффициент трансформации равен 1, представлена на рис. 2.
Вектор /_л ориентирован относительно вектора напряжения
U_ac и отстает от него на угол ф_л. Вектор тока /_п ориентирован
относительно напряжения U_CB и отстает от него на угол ф . По-
строим токи в фазах треугольника 1_а,1_ь,1_с и покажем углы сдви-
га фаз ф_л, ф_в, ф_с между векторами токов i_Aj_Bj_c и соответству-
ющими векторами напряжений U_A,U_B,U_C (рис. 2). Из вектор-
ной диаграммы видно, что токи в фазах несимметричны и не
равны между собой по модулю. Наименее загруженной фазой
(нерабочей) оказалась фаза Б, рабочими фазами — АиС. При-
чем Ф_л > Ф_л, фаза А является «отстающей»; Ф_с< Ф_п, фаза С яв-
ляется «опережающей».

Несимметричная нагрузка по фазам трансформатора при-
водит к дополнительным потерям напряжения в трансформа-

торе и питающей линии, а также вызывает дополнительные
потери мощности и энергии в питающей энергосистеме.

Рис. 2. Векторная диаграмма для определения токов фаз трехфазного
трансформатора

Весь необходимый теоретический материал для выполне-
ния данного задания приведен в [3; 4; 5, с.173—175].