Модернизация электроснабжения железнодорожного узла Брянск-Орловский

1.

Дипломный проект
на тему: Модернизация электроснабжения железнодорожного
узла Брянск-Орловский
Дипломник: Макаричев С.В.
Руководитель: Морозов С.В.
Брянск
2026 г

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ЦЕЛЬ:
Разработка комплекса технически и экономически обоснованных мероприятий по
модернизации системы электроснабжения железнодорожного узла Брянск-Орловский,
направленных на кардинальное повышение надёжности, безопасности и
эффективности энергоснабжения ответственных потребителей, включая устройства СЦБ
ЗАДАЧИ:
1
На основании анализа принять проектное решение по замене устаревших подстанций узла
на современную комплектную трансформаторную подстанцию наружной установки (КТПН) с
использованием сухих трансформаторов
2
Выполнить расчет токов короткого замыкания на шинах 6 кВ для определения требований к
электродинамической и термической стойкости нового оборудования
3Осуществить выбор и проверку всего комплекта основного электрооборудования для новой
КТПН: силовых кабелей, жестких шин, изоляторов, вакуумных выключателей, разъединителей,
трансформаторов тока и напряжения
4Разработать однолинейную схему подстанции после модернизации, предусматривающую
подключение второго независимого ввода от Брянскэнрего для обеспечения надёжного
резервирования
5 Проанализировать современные требования к надёжности питания устройств СЦБ и
исследовать возможность применения сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии
(СПИНЭ) в качестве источника мгновенного резервного питания
6 Разработать проект замены устаревших элементов распределительной сети (изоляторов ВЛ и
трансформаторов ОМ) на современное оборудование) для периферийных потребителей узла
2

3. СХЕМА ПИТАНИЯ УЗЛА

В ф.ТП-2
В ТМ-1
ЛР ф.602
ЛР ф.ТП-2
ЛР ТМ-1
НТМИ-6
ТМ-1
630/6/0,4
ШР ф.606
ШР ф.ТП-5
В ф.ТП-9
В ТМ-2
В ф.606
В ф.ТП-5
ЛР ф.ТП-9
ЛР ТМ-2
ЛР ф.606
ЛР ф.ТП-5
ТМ-2
630/6/0,4
В ф.ТП-2
В ф.ТП-5
ШР ТМ-1
ШР 1
В ТМ-1
В Секционный
ЛР ТМ-1
В ТМ-2
ШР 2
НТМИ-6
ЛР ТМ-2
ТМ-1
320/6/0,4
ШР ТСН
ТМ-2
250/6/0,4
ШР ф.ТП-9
ШР ф.ТП-4
В ТМ-1
В ф.ТП-9
В ф.ТП-4
А СБ 3х50 L-460м
ШР
НТМИ-6
ВН
Ф.ТП-6
6кВ
ШР ТМ-2
ТМ-2
400/6/0,4
ЛР Ф.605
В Ф.605
ШР Ф.605
ЛР ф.КМТ С
В ф.КМТС
ШР ф.КМТС
А СБ 3х70 L-300м
ШР
Ф.ТМ-2
ШР
Ф.ТП-7
ТСН-1
ЛР ТМ-2
ТМ-2
400/6/0,4
ШР Ф.ТП-1
ТМ пост ЭЦ
2Х25/10/0,4
ТП-4
ЛР ф.А/Б
Бр. Восточный
В ф.А/Б
Бр. Восточный
ШР ф.А/Б
Бр. Восточный
10кВ
ТМ-А/Б
100/0,4/6
ТП-4
ТМ-2
1000/6/0,4
ЛР ТМ-1
В Ф.ТП-5
В ТМ-1
ШР Ф.ТП-5
ШР ТМ-1
ШР 2
В Секционный
ТП-9
ШР 1
ЛР ТМ-2
ЛР Ф.ЦРП-3
В ТМ-2
В Ф.ЦРП-3
ШР ТМ-2
ШР Ф.ЦРП-3
ТСН-2
ШР ТСН-2
2-ая секция 6кВ
Оп. 63/1
6кВ
ЛР Ф.ТП-7
НТМИ-6
В Ф.ТП-7
В Ф.ТП-8
ШР Ф.ТП-8
ШР
НТМИ-6
ТМ-2
630/6/0,4
ТМ-1
630/6/0,4
А СБ 3х120 L-300м
ЛР Ф.ТП-8
ТП-7
В ф.А/Б
Бр. Северный
ШР ф.А/Б
Бр. Северный
ВН ТП-4
Ф.ТП-5
6кВ
1-ая секция 6кВ
ТМ-1
560/6/0,4
В Ф.ТП-1
ЛР ф.А/Б
Бр. Северный
ЛР Ф.ТП-5
ШР
Ф.ТМ-1
ЛР Ф.ТП-1
Оп. 1Ф
В ТМ-2
ТМ-1
1000/6/0,4
ШР ТСН-1
ТП-1
ВА-1000А
А СБ 3х240 L-770м
ТМ-1
250/6/0,4
ШР
Ф.ТП-6
ШР ТМ-400
1-ая секция 6кВ
ШР Ф.ТП-7
ЛР ТМ-1
В ТМ-1
ШР ТМ-1
ЛР ф.ПЭ
Жуковка
От РУ-0,4кВ
ЦПР-3
ТМ-400
400/6/0,4
ШР
Ф.ТМ-1
А СБ 3х50 L-2600м
ТМ-2
160/6/0,4
1-ая секция 6кВ
Шинный
мост
ШР
Ф.ТП-1
ШР
Ф.ТМ-2
А СБ 3х240 L-470м
2-ая секция 6кВ
ШР
Ф.ТП-4
НТМИ-10
ШР ф.ПЭ
Жуковка
В ф.ПЭ
Жуковка
ТМ ПЭ
Жуковка
400/0,4/10
ТМ-1000
1000/6/0,4
А СБ 3х70 L-305м
ШР
ШР
ТП-6
Ф.ЦРП-3 Секционный
ЛР ТМ-400
10кВ
ШР
НТМИ-10
В ТМ-400
НТМИ-6
ЛР
ф.ТП-4
ЛР ф.ТП-9
ТМ-1
400/6/0,4
НТМИ-6
Ф.606
ЛР
ТМ-1000
ШР ф.ЦРП-3
ШР ТМ-1
ЛР ТМ-1
ШР ТМ-400
В ф.ЦРП-3
ТП-5
ШР
НТМИ-6
ШР ТМ-2
ШР место
НТМИ-6
А СБ 3х95 L-370м
ТСН
ШР ф.ТП-5
2-ая секция 6кВ
ТП-2
ЦРП-3
Опасное
ШР
ТМ-1000
В
ТМ-1000
В ф.ТП-6
А СБ 3х 95 L-490м
В ф.ЦРП-3
НТМИ-6
ШР ТМ-2
ЛР ф.ТП-5
ШР ф.ЦРП-3
ШР
НТМИ-6
ШР 2
2-ая секция 6кВ
ШР ф.ТП-9
А СБ 3х95 L-880м
ЛР ф.ЦРП-3
1-ая секция 6кВ
В Секц
ионный
ТСН
ЛР ф.Нефтебаза
ШР 1
От РУ-0,4
ТП-4
В ф.602
ШР ТСН
ШР 2
В Секционный
ТП-8
ШР 1
ЛР Ф.ТП-1
Новая
В Ф.ТП-1
Новая
ШР Ф.ТП-1
Новая
НТМИ-6
ЛР ТМ-2
В ТМ-2
В Ф.606
ШР
НТМИ-6
ШР ТМ-2
2-ая секция 6кВ
ЛЭП 6кВ
От ТП Бр. Восточный
ШР ТМ-1
2-ой фидер пост ЭЦ
ШР ф.ТП-2
ШР
НТМИ-6
А СБ 3х70 L-360м
ШР ф.602
ШР ф.Нефтебаза
В ф.Нефтебаза
От РУ-0,4
ЦРП-3
ЦРП-3
1-ая секция 6кВ
А СБ 3х95 L-440м
А СБ 3х240 L-860м
А СБ 3х240 L-3200м
От РП Володарская
ЛР ф.А/Б
Жуковка
В ф.А/Б
Жуковка
ШР ф.А/Б
Жуковка

4.

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И МАКСИМАЛЬНЫХ ТОКОВ
Sтр. = 630 кВ А
Uкз = 5,5 %
ААБПУ -3×70
0,13 км
Х*бтр.
0,873
Ток уставки
Потребитель
Х*бкл1
0,069
АС-50
4,2 км
Х*бЛЭП
0,152
ААБПУ -3×70
0,11 км
Х*бкл2
0,05
ТП шины 10 кВ
К
К
Расчетная схема токов
короткого замыкания
Iуст, А
Ввод
200 А
Фидер ТП-2
200 А
Фидер Нефтебаза
200 А
Фидер ТП-5
200 А
Фидер ТП-9
200 А
Фидер ТП-6
200 А
Схема замещения
Ток короткого замыкания
0,51 кА
Мощность короткого замыкания
8,83 МВА
Ударный ток
1,4 кА
Тепловой импульс
0,195 кАс 2
кА с

5.

ВЫБОР КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Назначение линии
Марка и сечение
кабеля
Результат проверки
Ввод №1 (от РП
«Володарская»)
ААБл-10 3×120 мм²
Термическая стойкость: qmin = 52
мм² << 120 мм² — запас > 20 раз
Ввод №2 (новый, от
«Брянскэнерго»)
ААБл-10 3×120 мм²
Термическая стойкость: qmin = 52
мм² << 120 мм² — запас > 20 раз
Секция шин 1
ААБл-10 3×120 мм²
Термическая стойкость: qmin = 52
мм² << 120 мм² — запас > 20 раз
Секция шин 2
ААБл-10 3×70 мм²
Термическая стойкость: qmin = 52
мм² << 70 мм² — запас > 13 раз
Все кабели удовлетворяют нормам ПУЭ по напряжению, току и термической
стойкости Сечения выбраны с запасом, что гарантирует долговременную
надежность Ввод №2 выполнен кабелем равного сечения с Вводом №1, что
обеспечивает полноценное резервирование

6.

ВЫБОР ОШИНОВКИ
Элемент
ошиновки
Вводы №1, №2
и Секция шин 1
Секция шин 2
Камеры КСО
(общие)
Камеры ТСН
Тип и размер шин
(АД31Т)
Допустимый ток, А
Проверка по току КЗ
3×(20×4000 мм)
Iдоп = 215 А > Iраб
= 200 А
qmin = 502 мм²
qвыбр = 60 мм²
Запас > 10 раз
3×(20×4000 мм)
Iдоп = 215 А > Iраб
= 200 А
qmin = 502 мм²
qвыбр = 60 мм²
Запас > 10 раз
3×(15×4000 мм)
Iдоп = 165 А > Iраб
= 50 А
qmin = 502 мм²
qвыбр = 45 мм²
Запас > 8 раз
3×(15×4000 мм)
Iдоп = 165 А > Iраб
= 50 А
qmin = 502 мм²
qвыбр = 45 мм²
Запас > 8 раз
Вся ошиновка выбрана с многократным запасом по всем критериям
(длительный ток, термическая и электродинамическая стойкость) Выбранные
шины АД31Т гарантируют механическую прочность и пожаробезопасность в
нормальном и аварийном режимах

7.

ВЫБОР ИЗОЛЯТОРОВ
Выберем опорные изоляторы ИО-10-75×120
Место установки
Тип опорных изоляторов
изоляторов
Ячейки
заменяемых
ИО-10-75×120
выключателей
Секции шин
ИО-10-75×120
Причина выбора
Армирующий состав выполнен из высококачественного бездобавочного портландцемента с
показателем линейного расширения не более 0,03% Защита армированных швов выполнена с
помощью силиконового герметика, который увеличивает надежность и долговечность изолятор
Выберем проходные изоляторы ИП-10/1600-8 УХЛ1
Место установки
изоляторов
Ячейки заменяемых
выключателей
Тип проходных изоляторов
ИП-10/1600-8 УХЛ1
Причина выбора изоляторов ИП
высокая твердость, прочность, термостойкость и антикоррозионная
устойчивость

8.

ВЫБОР СИЛОВЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
Критерий выбора /
Преимущество
Расчётные / Требуемые
данные
Данные выключателя VF12Вывод / Комментарий
10-20/630 У2
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Номинальное
напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Uраб = 6
Uн = 10
✅ Запас > 15 раза
Iраб = 200
Iн = 630
✅ Запас > 3 раза
Ток отключения,
кА
Iк = 051
Iоткл = 20
✅ Запас > 39 раз
Мощность
отключения, МВА
Sк = 883
Sоткл = 346
✅ Запас > 39 раз
КЛЮЧЕВЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Универсальность
Подходит для КСО и КРУ на
выкатной тележке
Лёгкий монтаж и
обслуживание
Надёжность контактов
Вакуумная камера с
технологией AMF
Равномерный износ,
увеличенный срок службы
Защищённость
Герметичный корпус полюса
Исключает пробой от пыли и
влаги
Безопасность обслуживания
Лёгкое вкатывание без перекосов
Снижает риск повреждения
при ремонте
Выбираем вакуумные высоковольтные
выключатели типа VF12-10-20/630 У2

9.

ВЫБОР И ПРОВЕРКА РАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ
Критерий выбора и
проверки
Расчетные
(фактические)
данные
Паспортные данные
разъединителя
Вывод
1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Номинальное
напряжение, кВ
Uраб = 6
Uн = 10
✅ Соответствует
Номинальный ток, А
Iраб = 200
Iн = 630
✅ Запас > 3 раза
2 ПРОВЕРКА НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКУЮ СТОЙКОСТЬ
Ударный ток КЗ (iy), кА
14
iпрс = 51
3 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
✅ Запас > 36 раз
,
Тип привода
ПР-10 (для главных и
заземляющих ножей)
Удобное и безопасное
управление
Исполнение
С заземляющими
ножами
Обеспечивает
безопасность при ремонте
200 (250)
Соответствует
требованиям для РУ-6 кВ
Межфазовое расстояние, мм
Разъединитель РВЗ-10/630 УХЛ2 выбран с многократным
запасом по току и стойкости к токам КЗ
Наличие заземляющих ножей и стандартного привода ПР10 обеспечивает безопасность оперативных
переключений и ремонтных работ

10.

ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Тип трансформатора и место
установки
Основные параметры и проверка
Назначение и вывод
На вводах и секциях шин (Iн=200 А)
Uн = 10 кВ ≥ Uраб = 6 кВ
Iн = 200 А ≥ Iраб = 200 А
Класс точности: 05S (учёт) и 10P (защита)
Проверка нагрузки: Zн = 009 Ом < Zдоп = 02 Ом ✅
Для учета (к счетчику СЭТ) и защиты (к
терминалу «Сириус») Условия по нагрузке и
точности выполнены
В камерах ТСН (Iн=50 А)
Uн = 10 кВ ≥ Uраб = 6 кВ
Iн = 50 А ≥ Iраб = 50 А
Классы точности: 05S / 10P
Для питания цепей собственных нужд
Параметры соответствуют
U1н = 10 кВ ≥ Uраб = 6 кВ
Класс точности 05
S2н = 75 В·А > S2расч = 48 В·А ✅
Для питания цепей измерения, учета и
защиты Мощности достаточно для всех
приборов (вольтметры, ваттметры,
счетчики)
1 ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ТОЛ-10
2 ТРАНСФОРМАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
3×ЗНОЛП-10/100
На секциях шин 6 кВ
Выбранные трансформаторы тока ТОЛ-10 и напряжения ЗНОЛП-10 полностью соответствуют
требованиям по номинальным параметрам, обеспечивают необходимую точность для
коммерческого учёта и надёжную работу защит, что подтверждено проверкой по вторичной
нагрузке

11.

УСТАНОВКА ВСЕХ ПОДСТАНЦИЙ УЗЛА В КТПН
Конкретное исполнение в проекте
ЦРП-3
Преимущества для всей сети узла
ЕДИНЫЙ СТАНДАРТ
Ликвидация разрозненной,
Замена всех подстанций узла устаревшей
(ЦРП-3, ТП-1, ТП-2, ТП-4, ТП-5, инфраструктурыСоздание
ТП-6, ТП-7, ТП-8) на типовые унифицированной, управляемой
КТПН
системы
На примере ЦРП-3 детально
проработан проект КТПН блочного
типа в исполнении УХЛ1
Унификация: Сокращение
номенклатуры запчастей,
упрощение обучения персонала,
единые стандарты обслуживания
для всех ТП узла
КОМПЛЕКТНОСТЬ И
ЗАВОДСКАЯ ГОТОВНОСТЬ
Вся аппаратура размещается
в готовых блоках КТПН
Максимальное сокращение сроков
монтажа и повышение качества
Блок УВН: Камеры КСО-393 с
установленными
внутри вакуумными
выключателями
VF12, разъединителями РВЗ, ТТ
ТОЛ-10 и шинами АД31Т
Скорость и безопасность: Поэтапная
замена подстанций с минимальным
простоемГарантированное качество
сборки и испытаний
Создание законченного,
защищённого энергообъекта
В составе КТПН ЦРП-3 размещается:
Силовые трансформаторы ТСЗ
(сухие)
Коммутационная
Защищённость и
аппаратура (выключатели,
надёжность: Оборудование
разъединители)
защищено от климата, вандализма,
Измерительные цепи (ТТ, ТН)
несанкционированного
Системы учёта и защиты (АСКУЭ,
доступаСозданы штатные условия
терминалы «Сириус»)
для работы аппаратуры
Вспомогательные
системы (отопление, вентиляция,
освещение)
Обеспечение основы для будущего
развития (АСКУЭ, АСДУ, цифровые
РЗА)
Проектом заложена архитектура для Перспектива: Все подстанции узла
подключения АСКУЭ (через ТТ 05S) получат единую цифровую
и микропроцессорных защит (через платформу для диспетчеризации,
ТТ 10P)Модульная конструкция
учёта и повышения интеллекта
позволяет добавлять ячейки
энергосистемы
Ключевой принцип
3ИНТЕГРАЦИЯ ВСЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ
КТПН — единый кожух для
всей системы
МАСШТАБИРУЕМОСТЬ И
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УРОВЕНЬ
КТПН — платформа для
цифровизации
Цель внедрения

12.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ СЦБ
СТАНЦИИ БРЯНСК-ОРЛОВСКИЙ
10 кВ
380 В
ТСН
ДГА
VT14
Холодная зона
Lн
K3
K4
VT13
Lски
СКИ
K1
VT15
K2
VT7
Сd+
-
VT16
VT3
VT1
ia VT11
VT9
VT4
ib
R
VT8
VT10
VT12
VT6
VT5
ic
VT2
Схема СПИНЭ
Текущая проблема
Решение
1Низкая категория надёжностиПотребители I
(особой) категории (СЦБ, ПЭ) фактически питаются
по ненадёжной схеме
Формирование устойчивой питающей сети 10/6 кВ для
всего узла, что является первым условием для
построения истинно резервированных схем
(двустороннего питания) линий автоблокировки
Техническое предложение по СПИНЭ
2Невозможность мгновенного восстановления
Для перегона (91 кВтч): Масса 81 т, Диаметр 15 м
питанияДаже при наличии ДГА критические
Для узла (175 кВтч): Масса 12 т, Диаметр 17 м
системы испытывают перерыв в питании на время
Преимущества: КПД >95%, время отклика , долгий срок
его запуска
службы

13.

Замена ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ЗАМЕНА КТП В БРЯНСК-ОРЛОВСКОМ РАЙОНЕ
трансформаторов
Выбираем
КРУН
серии
К-59У1
для
эксплуатации
на
открытом
Замена
изоляторов
на ШПУ-10
ОМ
на ОЛ
воздухеПроизводства фирмы Rospol-Electro
Основные преимущества этого КТП
Полная заводская готовность
Применение современного, надежного и безопасного в эксплуатации
оборудования
Малые габариты
Возможность разработки индивидуального решения для каждого объекта
Возможность работы оборудования при температуре окружающей среды от –
60°С до +45°С
Применение трансформаторов мощности любых типов российского и западного
производства
Качество внешней и нутренней отделки
Аспект
Существующее положение
(Проблема)
Проектное решение
Эффект
Оборудование
Трансформаторы ОМ (масляные,
70-80-е гг)Ресурс исчерпан
Трансформаторы ОЛ/ТСЗ (с литой
изоляцией, сухие)
Безопасность: Нет масла → нет
пожара и утечек
Надёжность: Стойкость к влаге и
КЗ
Ключевые дефекты
1Пробой изоляции (влага в баке)
2Отказы выключателей (АВМ-1)
3Разрушение изоляторов
1Герметичная литая изоляция
2Современная встроенная
аппаратура
3Прочный корпус
Ликвидация аварийности на ВЛ 6
кВ Повышение устойчивости сети
Системный подход
Разрозненные, нестандартные
точки питания
Установка в типовые КТП К59У1 (заводская готовность)
Унификация: Единый стандарт
для узла Защита: Работа от -60°C
до +45°C
Пример расчёта
Суммарная нагрузка поста ЭЦ: ≈23
кВА
Выбрано: КТП К-59У1 с
трансформатором ТСЗ25/10/0,4 (25 кВА)
Гарантированное питание СЦБ
Запас мощности Готовая к
монтажу ячейка

14.

ИТОГИ ПРОЕКТА
1.✅ Принято стратегическое проектное решение
Обоснован полный переход узла на современные КТПН с сухими трансформаторами, начиная с
ЦРП-3
2.✅ Выполнен расчёт токов короткого замыкания
Получены результирующие параметры для выбора оборудования: Iк = 0,51 кА; iу = 1,4 кА; Bк =
0,195 кА²·с
3.✅ Выбран и проверен полный комплект оборудования для новой КТПН
Всё оборудование (кабели, выключатели, разъединители, шины, трансформаторы) выбрано
с многократным запасом прочности по результатам расчётов
4.✅ Разработана принципиальная схема модернизированной подстанции
Главное достижение — схема предусматривает подключение второго независимого ввода
от «Брянскэнерго», что обеспечивает истинное резервирование питания
5.✅ Исследованы современные требования к питанию СЦБ и перспективная технология
Проанализированы недостатки существующих системПроведено исследование
возможности применения СПИНЭ — рассчитаны его параметры как источника мгновенного
резервного питания
6.✅ Разработан проект модернизации распределительной сети
Предложена замена устаревших трансформаторов ОМ на пожаробезопасные ОЛ/ТСЗ,
размещаемых в типовых КТП К-59, для повышения надёжности периферийных потребителей
Главный результат работы:
Разработан комплексный, технически и экономически обоснованный проект
модернизации, который ликвидирует системные риски, кардинально повышает надёжность
электроснабжения ключевого железнодорожного узла и создаёт основу для его будущего
технологического развития