Введение

Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Кроме того, электроэнергия на железных дорогах расходуется на различные технические нужды: освещение вокзалов и станций, выполнение работ по ремонту подвижного состава, пути, изготовление запасных частей и т.д. Удовлетворение потребности железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется с помощью тяговых подстанций, которые получают энергию от систем внешнего электроснабжения.

Тяговые подстанции – это комплекс электротехнических устройств, предназначенных для питания электрической тяги поездов, устройств автоблокировки, не тяговых потребителей продольного электроснабжения и районных потребителей (нагрузок).

Каждая тяговая подстанция является ответственным электротехническим сооружением (электроустановкой), оснащенной мощной современной силовой (трансформаторы, автотрансформаторы, полупроводниковые преобразователи, батареи конденсаторов), коммутационной (выключатели переменного и постоянного тока, разъединители, короткозамыкатели) и вспомогательной аппаратурой, большая часть которой работает в режиме автотелеуправления.

В ходе выполнения данного курсового проекта, согласно выданному заданию, производится разработка эскизного проекта тяговой подстанции постоянного тока 3,3 кВ. Для проектирования тяговой подстанции выполняется:

1. Краткое обоснование главной схемы тяговой подстанции и выбор числа, типа и мощности рабочих и резервных тяговых агрегатов и трансформаторов.

2. Расчет токов к.з. на шинах РУ.

3. Выбор, расчет и проверка шин, основных коммутационных аппаратов, измерительных трансформаторов.

4. Подбор аппаратуры и схем питания собственных нужд подстанции.

5. Расчет контура заземления тяговой подстанции.

1. Выбор числа, типа силовых и тяговых агрегатов

Электрическая энергия, которая необходима для питания подвижного состава, вырабатывается на различных электростанциях. От электрических станций по трёхфазным линиям электропередач (ЛЭП) высокого напряжения электрическая энергия передаётся к тяговым подстанциям, расположенным на электрифицированной железной дороге. В данном варианте задания тяговые подстанции питаются электроэнергией от внешней энергосистемы по схеме двухстороннего питания, т.е. при выходе из строя одной электростанции, питание тяговых подстанций будет осуществляться от другой электростанции. Согласно заданию тяговые подстанции 1, 4 – опорные (получают питание по более чем трем ЛЭП 110 кВ), 2, 3 – транзитные (получают питание по одной ЛЭП 110 кВ), В курсовом проекте необходимо рассчитать транзитную тяговую подстанцию постоянного тока. На тяговой подстанции постоянного тока устанавливают два понижающих трансформатора, а также два тяговых трансформатора и две выпрямительных установки. Трансформатор вместе с выпрямительной установкой называется преобразовательным агрегатом. Т.к. железная дорога является потребителем первой категории (т.е. перерыв в ее электроснабжении может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов или причинить ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом), принимаем два выпрямительных агрегата и понижающих трансформатора, из которых один является резервным. В выпрямительных установках используют кремниевые полупроводниковые вентили, соединенные в двенадцатипульсовую мостовую схему выпрямления последовательного типа.

Необходимое число выпрямителей определяется по следующей формуле:

где средний ток подстанции, А;

номинальный ток выпрямителя.

Следовательно, принимаем число рабочих выпрямителей равное 1.

Согласно расчетам составляем таблицу параметров выпрямительного агрегата.

Таблица 1

Параметры выпрямительного агрегата

Тип выпрямителя	Номинальный выпрямленный ток, А	Номинальное выпрямленное напряжение, В	Тип вентилей	Число вентилей, соединённых		Общее кол. вентилей
				последовательно	параллельно
В-ТПЕД-3,15К-3,3К-21-У1	3150	3300	ДП153-2000-20	2	2	48

Схема выпрямления двенадцатипульсовая мостовая, последовательного типа.

Для выбранного преобразователя подобран тяговый трансформатор ТРДП–12500/10Ж-У1, параметры которого приведены в табл. 2.

Таблица 2

Параметры тягового трансформатора

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Потери, кВт		Ixx, %	Uk, %
		Px, кВт	Pк, кВт
ТРДП-12500/10Ж-У1	11400	16	71,5	1,1	8

Максимальная расчётная мощность, на основании которой выбирается тип главного понижающего трансформатора, определяется по формуле:

где S_T –мощность тяговой нагрузки, кВА;

S_СН –мощность трансформатора собственных нужд, принимаем кВА;

k_Р –коэффициент, учитывающий равномерность наступления максимумов тяговой и не тяговой нагрузки, принимаем 0,97.

Для двенадцатипульсовая схемы

S_T =U_d·I_{d ,}

S_T =3.3·1900=6270 кВА

кВА.

По справочным данным производим выбор главного понижающего трансформатора, основываясь на условии выбора, которое приводится ниже.

Условие выбора:

Согласно этого условия выбран трансформатор типа ТДН-10000/110.

Электрические характеристики этого трансформатора приведены в табл.3.

Таблица 3

Электрические характеристики трансформатора

ТИП	Номинальная мощность, МВА	Напряжение обмоток		Ixx, %	Uk, %
		Px, кВт	Pк, кВт		ВН-СН	ВН-НН	СН-НН
ТДН - 10000/110	10	14	58	0,9	–	10,5	–

По расчётной мощности собственных нужд S_тсн= 400 кВА выбирается трансформатор собственных нужд типа ТС-400-10/0,4. Его характеристики приведены в табл. 4.

Таблица 4

Электрические характеристики трансформатора собственных нужд

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Потери, кВт	Uk, %
ТС-400/10	400	1150	6