Автоматика регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В результате проделанной работы, в данном дипломном проекте на тему: «Автоматика регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции» можно сделать следующие выводы.
В первом разделе проведен анализ режимов работы тяговой сети 2х25кВ по напряжению.
Во втором разделе рассмотрены режимы работы тяговой подстанции с однофазными трансформаторами системы 2х25кВ.
В третьем разделе рассмотрено устройство РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ.
В четвертом разделе проанализировано устройство автоматики РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ.
В пятом разделе предложены мероприятия по совершенствованию автоматики РПН тяговой подстанции и АТП системы 2х25кВ.
В шестом разделе разработаны вопросы охраны труда. Произведен расчет молниезащиты подстанции переме ...

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4
1 Анализ режимов работы тяговой сети 2х25кВ по напряжению 6
2 Режимы работы тяговой подстанции с однофазными трансформаторами системы 2х25кВ 16
3 Устройство РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ 29
4 Устройство автоматики РПН однофазных силовых трансформаторов системы 2х25кВ 41
5 Совершенствование автоматики РПН тяговой подстанции и АТП системы 2х25кВ 49
6 Вопросы охраны труда 61
7 Технико-экономический расчет 71
7.1 Резюме проекта 71
7.2 Формирование сметной стоимости работ по созданию проекта 72
7.3 Текущие затраты 75
7.4 Оценка экономической целесообразности проекта 76
Заключение 80
Список используемых источников 81
Приложение А 83
Приложение Б 88
Приложение В 115

ВВЕДЕНИЕ

Техническое перевооружение железнодорожного транспорта осуществляется на базе широкой электрификации линий, которая проводится с использованием новейших достижений техники, нового прогрессивного оборудования. Одним из перспективных направлений решения этой задачи является применение системы электроснабжения 2x25 кВ.
Система электроснабжения 2х25 кВ имеет ряд достоинств по сравнению с обычной системой переменного тока 25 кВ: меньшие нагрузки на провода контактной сети и потери напряжения и энергии в тяговой сети, уменьшенные влияния на линии связи. Снижение потерь позволяет значительно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями, что дает определенный экономический эффект, и располагать их в наиболее удобных для эксплуатации местах. Эти преимущества определили направления, гд е используется система - дороги с большой грузонапряженностью, пролегающие в малонаселенных районах, а также линии с высокоскоростным пассажирским движением, отличающиеся большими токами электроподвижного состава.
Положительные свойства системы электроснабжения 2x25 кВ дают возможность применять ее для усиления устройств электроснабжения при возросшем грузопотоке без увеличения числа тяговых подстанций. Такой вид усиления можно производить на отдельных лимитирующих межподстанционных зонах и даже на части их около подстанций, где особенно велика нагрузка проводов и потери напряжения.
При системе электроснабжения 2х25 кВ в пять раз по сравнению с системой 25 кВ уменьшается зона, в которой требуется реконструкция существующих воздушных линий связи и других коммуникаций по условиям электромагнитного влияния.
Электрификация железных дорог сопровождается значительными капиталовложениями на сооружение контактной сети, тяговых подстанций, реконструкцию линии связи. Поскольку использование системы 2х25 кВ значительно сложнее системы 25 кВ, то решение вопросов правильного выбора параметров всех обустройств требует от проектировщиков и эксплуатационников точного знания закономерностей изменения токов и напряжений в различных режимах работы.
В системе электроснабжения 2x25 кВ используется в основном то же оборудование, что и в системе 25 кВ. Вместе с тем она имеет ряд особенностей по конструкции, силовым схемам, защитам и некоторым видам оборудования.

 

Срабатывание ДЗТ происходит при превышении дифференциальным током значения, определяемого по характеристике ДЗТ (рис. 5.5). Возврат защиты происходит при снижении дифференциального тока ниже уставки с учетом коэффициента возврата.Характеристика ДЗТ включает два участка (рис. 5.5). Угол наклона характеристики на первом участке нулевой, на втором участке задается коэффициентами торможения "Кт".Рис. 5.5. Характеристика срабатывания ДЗТВ блоке обеспечивается блокирование срабатывания защиты при бросках тока намагничивания в условиях включения трансформатора и при внешних КЗ, сопровождающихся значительным насыщением первичных трансформаторов тока. Коэффициент искажения (КИ) рассчитывается как отношение действующего значения первой гармоники дифференциального тока к среднеквадратичному значениюдифференциального тока. При снижении КИ ниже уставки "Кб" формируется блокирующий сигнал. Блокировка ДЗТ по коэффициенту искажения вводится программным ключом 823.Функциональные схемы алгоритмов и их работа для БМРЗ-АТП приведены в Приложении В.6 Вопросы охраны трудаМолния представляет собой разряд скопившегося атмосферного электричества на землю. В процессе разряда величина тока может достигать 200 кА, а температура в канале ствола – 25000 °С. Отсутствие молниезащиты или ее неудовлетворительное состояние являются одной из причин поражения людей, выхода из строя электронных устройств, пожаров, взрывов и разрушений.Молниезащитой называется комплекс защитных устройств от разрядов атмосферного электричества. Ее применение обеспечивает безопасность людей, оборудования, материалов, зданий и сооружений от возможных возгораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии [26].Прямым ударом молнии осуществляется непосредственный контакт канала молнии со зданием или сооружением, сопровождающихся протеканием через последний тока молнии. Прямой удар молнии может вызвать загорание зданий и сооружений.Вторичное воздействие, вызванное близкими разрядами молнии, проявляется в наведении потенциалов на металлических элементах конструкций, оборудования, в незамкнутых металлических контурах, создает опасность искрения внутри защищаемого объекта. Возможное перенесение в защищаемое здание по протяженным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям и т. п.) электрических потенциалов, возникающих при близких ударах молнии и создающих опасность искрения внутри защищаемого объекта, называется заносом высокого потенциала [26].Для защиты объектов от прямого удара, вторичного воздействия молнии и заноса высоких потенциалов применяют широкий комплекс молниезащитных мероприятий. Они разрабатываются с учетом интенсивности грозовой деятельности в месте расположения объекта, степени его пожаро- и взрывоопасности и специфики.Молниеотвод создает зону защиты – часть пространства, примыкающего к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено с определенной степенью надежности. Электроустановки должны иметь защиту от грозовых и внутренних перенапряжений, выполненную в соответствии с требованиями ПУЭ (правила устройства электроустановок). Защита зданий ЭРУ (электрические распределительные устройства) и закрытых подстанций, а также расположенных на территории подстанций, зданий и сооружений, выполняются в соответствии с “Инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений” [27].Защита зданий и сооружений подстанций от прямых ударов молнии осуществляется отдельно стоящими стержневыми тросовыми молниеотводами. Они обеспечивают необходимую зону защиты, представляющую пространство; защищаемое от прямых ударов молнии.Произведем расчет молниезащиты на примере тяговой подстанции переменного тока «М», Муромской дистанции электроснабжения Горьковской железной дороги.Тяговая подстанция представляет собой огражденную территорию на которой расположено здание тяговой подстанции, открытые распределительные устройства (ОРУ-110 кВ, ОРУ-50 кВ) с расположенными на них электрическим оборудованием.Территория тяговой подстанции имеет размеры:- длина - 145 м- ширина - 170 мВысота расположенного на ОРУ оборудования – 10 м.Здание тяговой подстанции имеет размеры:- длина - 35 м- ширина - 10 м- высота - 4,5 мОРУ обычно защищают от прямых ударов молнии при помощи стержневых одиночных молниеотводов, которые располагают вблизи защищаемого оборудования. Указанные молниеотводы имеют заземление, которое обычно совмещаются с заземлением электрооборудования.Двойной стержневой молниеотвод высотой до 150 м имеет зону, которая приведена на рис. 6.1.Рис. 6.1. Двойной стержневой молниеотвод с одинаковой высотой и зона защитыОбозначения на рис. 6.1 обозначают: – расстояние; – высоту молниеотводов; – высоту вершины защитного конуса; – высоту защищаемого оборудования; – минимальную высоту зоны защиты; – радиус защиты на уровне земли; – радиус защиты оборудования для высоты защищаемого оборудования; – половину ширины между молниеотводами для высоты защищаемого оборудования; – ширину зоны посредине между молниеотводами на уровне земли.При этом высоту , м, можно определить по формуле:. (6.1)Радиус зоны , м, можно определить по формуле:. (6.2)Радиус , м, можно определить:. (6.3)Внутренние размеры , , , м, можно определить по формулам:- для случая, когда :, (6.4), (6.5), (6.6)- для случая, когда :, (6.7), (6.8), (6.9)- для случая, когда :, (6.10), (6.11). (6.12)Для случая, когда молниеотводы принято рассматривать как одиночные.Зоны защит двухстержневых молниеотводов для случая с разной высотой (до 150 метров) приведены на рис. 6.2.Рис. 6.2. Зона защиты для двух стержневых молниеотводов разной высотыНа рис. 6.2 приведены обозначения: и – высот соответствующих молниеотводов; и – высот вершин конусов для зон защит соответствующих молниеотводов; и – радиусов зон защит молниеотводов на уровне земли соответственно; и – радиусов зон защит молниеотводов для высоты защищаемого оборудования соответственно.Внешние зоны определяются по вышеприведенным формулам.Значение внутренних размеров зоны защиты , , , м, можно определить по формулам:, (6.13), (6.14). (6.15)Значения величин , , , можно определить по формулам (6.4) – (6.12).Основное условие защищенности для площади подстанции – это выполнение для всех попарно взятых молниеотводов следующего условия:. (6.16)Среднегодовая продолжительность гроз в часах определяется по региональным картам продолжительности гроз. Подсчет ожидаемого количества N поражений молнией в год производится по формуле:N=S+6hL+6h-7,7h2n∙10-6,(6.17)где h – наибольшая высота здания или сооружения, м; S, L – соответственно ширина и длина здания или сооружения, м; n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте нахождения здания или сооружения.Поскольку среднегодовая продолжительность гроз в области месторасположения подстанции составляет 25-35 часов, то удельная плотность ударов молнии в землю n=2 км2 ∙ год.Рассчитаем количество поражений молнией в год:N=250+6∙18180+6∙18-7,7∙182∙2∙10-6=0,2.Поскольку N<1, то выбираем зону защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов типа Б.Для одиночного стержневого молниеотвода высотой h<50 м зона защиты представляет собой конус. Основание конуса имеет радиус r=1,5h. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h представляет собой окружность радиусом rх (радиус защиты).Для графического построения образующей конуса зоны защиты необходимо соединить вершину молниеотвода с точками, расположенными на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r/2=0,75h в обе стороны от него. Затем точку на молниеотводе, расположенную на высоте 0,8h соединить с точками на уровне земли, отстоящими от основания молниеотвода на расстоянии r = 1,5h в обе стороны от него.Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов имеют следующие габариты.Зона, которая обладает надежностью 95% и выше (зона Б):h0=0,92h, (6.18)r0=1,5h, (6.19)rx=1,5h-hx0,92, (6.20)Поскольку минимальное расстояние от молниеотвода до здания должно быть не менее 5м, то принимаем = 5м . Радиус защищаемой зоны молниеотвода на высоте определим, используя теорему Пифагора [28]:м.Тогда высота молниеотвода:м.Ориентируясь на типовые конструкции [26] примем высоту молниеотвода =23м.Тогда на высоте здания =4,5м радиус зоны защиты составит:м.Ширина защитной зоны м превышает наибольший размер здания м. На рис. 6.3 молниеотвод с номером 13 защищает здание тяговой подстанции от прямых ударов молнии.Рассчитаем молниезащиту на ОРУ тяговой подстанции с высотой =10м.Радиус защитной зоны для молниеотвода:мТ.е. ширина защитной зоны: м.Ориентируясь на типовые решения, примем, что на территории тяговой подстанции установлены 3 мачты высотой 28м.Радиус защитной зоны для молниеотвода:м.Тогда ширина защитной зоны равна: м.Расположим молниеотводы на территории таким образом, чтобы оборудование тяговой подстанции было защищено от прямых ударов молнии. Зона защиты двух стержневых молниеотводов, находящихся вблизи друг друга на расстоянии меньшем 3h, расширяется по сравнению с зонами отдельных молниеотводов, так как возникает дополнительный объем зоны защиты, обусловленный совместным действием двух молниеотводов [28]. Поэтому разместим молниеотводы таким образом, чтобы радиусы защитных зон соседних между собой молниеотводов пересекались, что будет достаточной мерой при защите оборудования тяговой подстанции. Таким образом, расставлены молниеотводы 1-12 (рис. 6.3).Произведем расчет защитной зоны для молниеотводов № 11, 14, 15 (рис. 6.3):м.На рис. 6.3 проведена окружность через следы молниеотводов № 11, 14, 15, равная 113,5м.Молниеотводы № 9, 12 высотой 20м, имеют радиус защиты:м.Ширина защитной зоны для молниеотводов № 9, 12 составляет 27,38м.7 Технико-экономический расчет7.1 Резюме проектаЦелью дипломного проекта является повышение качества регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции.В данном проекте разрабатываются мероприятия по увеличению пропускной способности питающего участка тяговой подстанцией ОП 324 км – ОП Слезавка. Такого увеличения можно достичь с помощью повышения веса поездов от 6000 до 9000 тонн, т.е. необходимо будет обеспечить пропуск тяжеловесных поездов. В свою очередь повышение пропускной способности участка ОП 324 км – ОП Слезавка откроет возможность для сокращения времени простоя вагонов и формирования поездов, а с экономической стороны – произойдет повышение доходов железной дороги.Для пропуска тяжеловесных поездов на участке ОП 324 км – ОП Слезавка необходимо провести мероприятия по повышению качества регулирования напряжения на шинах питающей тяговой подстанции. Это позволит электроподвижному составу обеспечить постоянное снятие тока с контактного провода токоприемниками в размере более чем 800 А.Для случая повышения пропускной способности тяжеловесных поездов на участке ОП 324 км – ОП Слезавка, величина снимаемого тока с контактной сети принимает разные значения, а величина напряжения прямопропорционально влияет на ток, снимаемый с контактной подвески. Обеспечить стабильное снятие токов с контактной подвески можно с помощью проведения мероприятий по повышению качества регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции. В процессе разработки мероприятий установлено, что для повышения качества регулирования напряжения необходимо применить микропроцессорную релейную защиту и автоматику для автотрансформаторного пункта системы тягового электроснабжения 2х25 кВ переменного тока, в виде модуля БМРЗ-АТП. Для этого необходимо сформировать сметную стоимость работ по созданию данного проекта.7.2 Формирование сметной стоимости работ по созданию проектаПри составлении смет применяются следующие методы определения стоимости:- базисно-индексный;- ресурсный;- ресурсно-индексный;- базисно-компенсационный;- на основе стоимостных показателей по объектам-аналогам.В дипломном проекте используется ресурсный метод. Ресурсный метод, основывается на определении реальной стоимости составляющих смету компонентов. Стоимость работы определяется как сумма зарплаты рабочих, стоимости эксплуатации оборудования и стоимости материалов, необходимых для проведения работ. Стоимость составляющих определяется на основании реальных цен на ресурсы, задействованные при производстве работ (основная заработная плата рабочих, эксплуатация машин и механизмов, материалы и т.п.).Смета составляется в виде таблицы.Технико-экономическая оценка мероприятий по развитию железнодорожных линий осуществляется с Типовой методикой определения экономической эффективности капитальных вложений и Инструкцией по определению экономической эффективности капитальных вложений на железнодорожном транспорте. При этом различают эффективность общую (абсолютную), характеризующую влияние суммы капитальных вложений на прирост национального дохода общества, и сравнительную (относительную), отражающую технико-экономические преимущества и недостатки каждого из вариантов технического решения. Общую экономическую эффективность определяют на стадиях разработки годовых, пятилетних и более длительных перспективных планов, а также при решении технико-экономических задач развития и размещения народного хозяйства, его отраслей и в ряде других случаев. Показателей сравнительной экономической эффективности – общие капитальные вложения и текущие издержки (годовые эксплуатационные расходы) на весь предусматриваемый объем работы рассчитывают для анализа и выбора вариантов технических решений и способов усиления пропускной способности железнодорожных устройств.Смета приведена в табл. 7.1.Таблица 7.1Смета по реализации мероприятий повышения качества регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции№ ппНаименование затратЕд. изм.Кол.ВсегоСтоимость, рубЦенавсего1Аренда оборудованиячас240810324002Трудозатратычас1204800270012960003Отчисления с заработной платы%301440813888004Транспортные расходымото-час12120450540005Расходы на формирование проектной документации, договоровПроектная документация на реконструкцию тяговой подстанциишт.14500004500004500006Прочееруб.-120000120000120000Итого   =SUM(ABOVE) 576400 =SUM(ABOVE) 1991280Необходимые вложения можно разделить на два блока – инвестиции в основной капитал и инвестиции в пополнение оборотного капитала.Оценка инвестиционных вложений приведена в табл. 7.2.Таблица 7.2Оценка инвестиционных вложений№Наименование инвестицийСтоимость, руб.1Инвестиции в основной капитал82600002Приобретение оборудования82600003Инвестиции в оборотный капитал4463004Денежные средства, необходимые для осуществления текущих расходов проекта на первоначальном этапе (на оплату труда, электроэнергии, для непредвиденных расходов и т.п.)324005Материалы1435006Комплектующие75400ИТОГО =SUM(ABOVE) 17217600Расчет годовой нормы амортизации: - срок службы объекта основных средств, год.Расчет суммы амортизации:Оценка амортизационных отчислений приведена в табл. 7.3.Таблица 7.3Оценка амортизационных отчисленийНаименование оборудованияКол-во, натуральные единицыПервоначальная стоимость (Sп)Норма амортизацииСумма амортизацииОРДТНЖ-25000/110-81У1245680004182720АОМНЖ-10000/55-76У118245100004980400БМРЗ-АТП1882600005413000Итого: =SUM(ABOVE) 7845000 =SUM(ABOVE) 15761207.3 Текущие затратыПроизведем расчет основных периодически возобновляемых затрат на производство.Затраты на материалы (затраты на покупку материалов: топливо, энергия, полуфабрикаты, комплектующие, основные и вспомогательные материалы) Затраты на амортизацию всех объектов основного капитала.Затраты на оплату труда, в т.ч. социальные отчисления.Прочие затраты.Результаты приведем в табл. 7.4.Таблица 7.4Текущие затраты на весь выпуск продукцииНаименование затратКол-во, натуральные единицыЦенаСуммаМатериальные затраты21000017217600Электроэнергия6503,04197610Амортизация1023500 =SUM(ABOVE) 1576120Компьютер22500050000Программный продукт4800032000Затраты на оплату труда445000180000Заработная плата482700001296000Отчисления с заработной платы2259400285120НДФЛ2,9783037584ЕСН5,11377066096Прочие затраты4000ИТОГО =SUM(ABOVE) 209421307.4 Оценка экономической целесообразности проектаДля оценки экономической эффективности на железнодорожном транспорте используется система интегральных показателей, позволяющая оценить преимущества технического нововеденния.В большинстве случаев основными показателями общей экономической эффективности инноваций на железнодорожном транспорте выступает чистый дисконтированный доход и срок окупаемости инвестиций (период возврата единовременных затрат).Чистый дисконтированный доход (ЧДД), или интегральный эффект, определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период, приведенный к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.Проведем расчет интегрального экономического эффекта (ЧДД) и срока окупаемости.Значение норматива дисконтирования и продолжительность расчетного периода существенно влияют на дисконтированные затраты по реконструкции станции. В интегральных критериях расходы и доходы, разнесенные во времени, приводятся к одному (базовому) моменту времени. Базовым моментом времени обычно является дата начала реализации проекта, дата начала производственной деятельности и условная дата, близкая ко времени проведения расчетов эффективности проекта.Разновременные затраты по рекомендациям [17] приводятся к расчетному году по формуле:(7.1)где α – коэффициент приведения разновременных затрат к расчетному году (коэффициент дисконтирования); Е – норма дисконта, * – количество лет, отделяющих затраты данного года t от расчетного.Определение чисто дисконтированного дохода (ЧДД) как сумму текущих эффектов за весь расчетный период, приведенный к начальному шагу:(7.2)где Rt – результаты, достигаемые на первом шаге, тыс. руб.; Зt – затраты достигаемые на первом шаге, тыс. руб.; ∆Э – прибыль (экономия эксплуатационных расходов), тыс. руб.Так как основные конструкции выработали свой ресурс, их необходимо заменить. В первом случае – заменить на аналогичное, выпускаемое в настоящие время фирмами-производителями. Во втором выбрать качественно-новые комплектующие. Например: на более дорогие, но дающие более качественные показатели:- увеличение срока капитального ремонта;- уменьшение затрат на текущий ремонт;- повышение надежности работы контактной сети.Что в итоге должно принести и экономический эффект. Для проверки необходим экономический расчет. Расчетный период принят 2016-2026 гг., в пределах которого используются прогнозируемые данные об объемах работы станции.Коэффициент дисконта установлен на уровне 12,4 %.Произведем расчет снижения себестоимости одного отправленного вагона со станции за счет увеличения прогнозируемых объемов работ на участке ОП 324 км – ОП Слезавка. Данные расчеты сводим в табл. 7.5.Таблица 7.5Расчет интегрального экономического эффектаГоды ,t20162017201820192020202120222023202420252026Капитальное вложение по проекту, тыс. руб.20942,13Рост кол-ва отправленных со станции вагонов с переработкой, тыс. ваг.33354042454545454545Увеличение прибыли за счет сокращения эксплуатационных расходов, тыс. руб.3960420048005040540054005400540054005400Коэффициент приведения, α(при Е= 12,4 %)10,8760,7520,6280,5040,380,2560,1320,008-0,116-0,24Чистый дисконтированный доход (ЧДД), тыс.руб.-20942,13468,963158,43014,42540,220521382,4712,843,2-626,4-1296Тоже, по нарастающим итогам, тыс. руб.-20942,1-16982,1-12782-7982,13-29422457,97857,913258186582405829458На рис. 7.1 представлена графическая форма интерпретации расчета ЧДД, на котором виден темп изменения ЧДД по годам инвестиционного проекта.Рис. 7.1. Изменение ЧДД по годам проектаРасчет окупаемости капитальных вложений:Ток=20942,135040=4,2 года.В соответствии с выполненными расчетами определено, что:- чистый дисконтированный доход – 29458 тыс. руб.;- срок окупаемости 4,2 года.ЗаключениеВ результате проделанной работы, в данном дипломном проекте на тему: «Автоматика регулирования напряжения на шинах тяговой подстанции» можно сделать следующие выводы.В первом разделе проведен анализ режимов работы тяговой сети 2х25кВ по напряжению.