5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание и исходные данные

Для участка магистральной железной дороги, электрифицируемой на однофазном переменном токе промышленной частоты, необходимо выполнить следующее:

Определить мощность тяговой подстанции.

Определить количество тяговых трансформаторов.

Рассчитать площадь сечения проводов контактной сети для двух схем питания.

Проверить выбранную площадь сечения проводов контактной сети на нагревание.

Произвести экономическое сравнение двух схем питания контактных подвесок.

Рассчитать потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда за время хода его по автоматической характеристике на условном перегоне.

Определить перегонную пропускную способность участка.

Рассчитать наибольшие токи нагрузки, токи короткого замыкания в контактной сети, уставок фидеров, питающих контактную сеть. Выбрать схему защиты.

Выполнить графическую часть проекта на миллиметровой бумаге формата А1, где необходимо поместить кривые токов и времени хода поезда, схему электроснабжения участка, фрагмент графика движения поездов для расчетной фидерной зоны, мгновенные схемы приложения нагрузок и график потери напряжения в тяговой сети на условном перегоне расчетной фидерной зоны.

Определить эффективный ток обмотки понизительного трансформатора для трех режимов работы (нормального, после окна, наибольшей пропускной способности).

мощность тяговой подстанция ток

Таблица 1. Система электрической тяги (таблица 1)

Вариант	Система электрической тяги, кВ	Межпоездной интервал ?0,мин	Мощность к.з., МВА	Трансформаторная мощность для районных потребителей, МВА	Масса поезда, т.	Грузопоток, ткм / км·106	Число суток в весенне-летний период, nвл	Температура в период повышенной интенсивности движения, °С	Продолжительность периода повышенной интенсивности движения, Твос, ч
					нечетное направление	четное направление	нечетное направление	четное направление
33	27,5	11	634	5	4600	3100	43	24	224	26	1,8

Участок дороги - Пенза - Сызрань

Тяговые подстанции расчетного участка: Елшаново - 843 км, Кузнецк(расчетная подстанция) - 830 км, Поселки - 821 км.

Тип участка дороги - главный ход.

Число путей - 2.

Профиль пути расчетного участка. (Заданы реальные данные в электронном виде применительно к расчетным участкам в компьютерном классе кафедры ЭСЖТ).

Тип рельсов - Р75.

Тип локомотива - ВЛ80 для участков переменного тока.

Система сношений - автоблокировка.

Номинальное напряжение на шинах тяговых подстанций - 26,2 кВ (переменный ток),

Схема соединения контактных подвесок между собой на перегоне - узловая на участках переменного тока.

Реферат

Курсовой проект содержит 35 страниц, 4 таблицы, 5 использованных источников.

РАСХОД ЭНЕРГИИ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ ПЕРЕГОН, РАСЧЕТНЫЙ ПОЕЗД, ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ, ТЯГОВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, КОНТАКТНАЯ ПОДВЕСКА, ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ, ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, УЗЛОВАЯ СХЕМА ПИТАНИЯ, РАЗДЕЛЬНАЯ СХЕМА ПИТАНИЯ.

Цель проекта: Освоение теоретического материала. Получение практических навыков по расчету системы тягового электроснабжения, то есть определение основных параметров:

мощности тяговых подстанций (мощности и количества понизительных трансфор маторов);

расстояния между тяговыми подстанциями;

площади сечения проводов контактной подвески.

Содержание

Введение

1. Задание и исходные данные

2. Расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения

2.1 Определение мощности опорной тяговой подстанции

2.2 Определение количества понизительных трансформаторов

2.3 Расчет площади сечения проводов контактной сети двух схем питания

3. Проверка выбранной площади сечения проводов

контактной сети на нагревание

4. Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети

5. Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда

6. Определение перегонной пропускной способности участка

7. Расчет наибольших токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети

Заключение

Список использованных источников

Приложение 1. Расчет и выбор основных параметров

Введение

Основные параметры устройств системы тягового электроснабжения зависят от величины и характера изменения тяговой нагрузки, применяемых схем питания тяговой сети, а также от наличия средств, повышающих качество электроэнергии и снижающих потери мощности и электроэнергии. При этом основная сложность расчета обусловлена учетом специфики тяговой нагрузки.

Таким образом, расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения и средств повышения качества электроэнергии в общем случае - это сложная технико-экономическая задача.

Задание и исходные данные

Исходные данные для проведения тяговых расчетов получили от преподавателя в электронном виде в компьютерном классе. Исходные данные представляют собой профиль пути реальных участков главного хода Куйбышевской, Приволжской и Южно-Уральской железных дорог, а также параметры электроподвижного состава.

В рамках курсового проекта мы выполнили тяговые расчеты на базе программного комплекса «Кортэс». Данный комплекс имеет широкое применение на железных дорогах.

В общем случае значения тяговых расчетов выглядит следующим образом:

Дорога: Куйбышевская

Участок: Новообразцовое -- Пенза / Новообразцовое-Пенза 4 катег.

Тип пути: бесстыковой

Состав: Груз., 100%рол.

Поезд: гр.6300, масса 4600 т, локомотив ВЛ80ст

Расход энергии: 11614.9 кВт·ч; рекуперация 0.0 кВт·ч;

Удельный расход: активн. 10.5 Вт·ч/т·км; полн. 12.8 В·А·ч/т·км

Техническая скорость: 70.7 км/ч

Макс. ток поезда 410 А на km 950.75

Макс. перегрев обмоток двиг. 94° (доп. 120°) на km 848.99

Так же программа выдала нам значение тока и скорости потребляемых на разных километрах, по данным которых мы строим кривую тока и скорости (рис.1, 2).

Таблица

Направление
Нечетное	Четное
l , км	V, км/ч	Iэ, A	l , км	V, км/ч	Iэ, A
843.52	74	16	821.22	75	111
842.25	76	16	822.47	75	74
841.03	73	16	823.72	74	16
839.83	71	16	824.90	69	16
838.68	68	16	826.02	67	20
837.52	71	16	827.17	71	156
836.34	73	16	828.36	73	202
835.11	74	16	829.59	73	16
833.86	75	16	830.81	75	16
832.62	73	182	832.07	74	16
831.44	70	322	833.29	75	143
830.29	69	326	834.56	77	143
829.11	74	177	835.84	77	178
827.87	75	16	837.11	77	209
826.62	72	203	838.39	76	144
825.45	73	276	839.64	74	34
824.22	73	61	840.84	71	97
823.08	65	358	842.02	73	304
822.03	63	324	843.26	76	286
820.93	67	140	-

Определение мощности опорной тяговой подстанции

При проведении расчетов принимаем:

· размеры движения и расход электроэнергии на тягу поездов в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний;

· износ изоляции обмоток происходит только в период восстановления нормального движения после «окна». При этом учтем три режима движения поездов, определяющих температуру обмоток и масла: режим нормального движения поездов, режим движения поездов после «окна» и режим наибольшего размера движения поездов на участке.

Расчет нагрузок фидеров расчетной подстанции и ее понизительных трансформаторов ведем по полному току поезда.

Прежде всего, используя исходные данные, на миллиметровой бумаге формата А1 (Приложение 1) построим кривые поездного тока и времени хода поезда для четного и нечетного направления движения заданного участка дороги.

Далее, указав расположение тяговых подстанций на участке, выбрав из них расчетную найдем средние и эффективные токи поездов, отнесенных к фидерам расчетной подстанции.

Для этого по разложенной кривой поездного тока при двустороннем питании или непосредственно по кривой поездного тока при одностороннем питании найдем средние значения и квадрат эффективного значения тока каждого фидера.

Для этого кривую поездного тока (разложенного или не разложенного) необходимо разбить на отрезки, в пределах которых ток изменяется не более чем на 40-60А. После чего среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) определим по формулам:

; (1)

, где (2)

n₀ - количество отрезков на кривой поездного тока;

- среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени t_i;

t - время хода поезда по фидерной зоне.

Средний ток и время сведем в таблицу

Таблица №1.1 «1 фидер»

Не разложенная кривая	Iicр	230	342	227	185	238	147	134	250
	tiср	1,2	1,6	2,7	4,1	5,7	7,2	8,6	10
Разложенная кривая	Iicр	102	132	119	136	172	126	130	243
	tiср	0,5	1,6	2,7	3,1	5,7	7,2	8,6	10,1
tобщ	10,5

Получаем по формуле (1)

Среднее значение поездного тока

Для 1 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Получаем по формуле (2)

Квадрат эффективного тока

Для 1 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Таблица №1.2 «2 фидер»

Не разложенная кривая	Iicр	148	178	123	16	16	30	103
	tiср	1,2	2,8	4,1	5,3	6,6	8,2	9,7
Разложенная кривая	Iicр	138	158	113	0	0	16	16
	tiср	1,2	2,7	4			8,1	9,8
tобщ	10,8

Получаем по формуле (1)

Среднее значение поездного тока

Для 2 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Получаем по формуле (2)

Квадрат эффективного тока

Для 1 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:



Таблица №1.3 «3 фидер»

Не разложенная кривая	Iicр	325	282	213	135	16	16	16	16	16	16	16
	tiср	1,2	2	2,8	3,8	5,1	6,6	8,2	9,5	10,8	12,2	13,8
Разложенная кривая	Iicр	308	258	193	130	0	0	0	0	0	0	0
	tiср	1,2	2	2,7	3,7
tобщ	15,5

Получаем по формуле (1)

Среднее значение поездного тока

Для 3 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Получаем по формуле (2)

Квадрат эффективного тока

Для 3 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Таблица №1.4 «4 фидер»

Не разложенная кривая	Iicр	200	202	60	119	175	193	162	144	117	16	16
	tiср	0,6	1,9	3,2	4,8	6,4	8,1	9,6	11,2	12,8	14,2	15,5
Разложенная кривая	Iicр	75	75	16	80	127	141	132	128	110	0	0
	tiср	0,6	1,9	3,2	4,6	5	7,9	9,5	10,2	12,8
tобщ	15,7

Получаем по формуле (1)

Среднее значение поездного тока

Для 4 фидера

Не разложенная кривая:

Разложенная кривая:

Получаем по формуле (2)

Квадрат эффективного тока

Для 4 фидера

Не разложенная кривая:



Разложенная кривая:

Эти токи являются исходными для расчёта нагрузок плеч подстанций переменного тока от всех поездов, проходящих по участку. Для удобства расчетов сведем все полученные данные в таблицу:

Таблица №1.5 «Среднее значение поездного тока и квадрат эффективного тока»

Фидерная зона	1	2	3	4
Не разложенная кривая	Iф, А	789,314	242,204	214,052	593,577
	Iф2,А2	170900	2689	3240	8595
Разложенная кривая	Iф, А	615,714	96,685	121,787	430,841
	Iф2,А2	10980	1351	2696	4930

Средние и эффективные токи фидера от всех поездов

Зная средние и эффективные значения поездного тока, отнесённого к фидеру, можно найти средние и эффективные токи фидера от всех поездов. Для этого воспользуемся формулами, которые при однотипных поездах имеют вид:

n_ф - наибольшее число поездов в фидерной зоне, равное:

(2,3)

?₀=11 мин. - заданный минимальный интервал между поездами.

t - время хода по фидерной зоне

t_ф1=10,5 мин., t_ф2=10,8 мин., t_ф3=15,5 мин., t_ф4=15,7 мин.,

примем n_ф1=1

примем n_ф2=1

примем n_ф3=2

примем n_ф4=2

N - число пар поездов в сутки при нормальном режиме

(2,4)

Где

М - грузопоток, т км/км

- коэффициент тары, 0,45

Q - Масса поезда, т

- коэффициент годовой не равномерности движения.

Известно из исходных данных

М_нч=43*10⁶т км/км, М_ч=24*10⁶т км/км, Q_нч=4600т, Q_ч=3100т, К_н=1,3

Наибольшая пропускная способность для четного и нечетного путей:

пар поездов

пар поездов

Определим пропускную способность участка дороги в сутки:

N₀ =1440/ ?₀=131, где 1440 - число минут в сутках

Коэффициент использования пропускной способности . Его следует брать каждый раз соответствующим расчетному режиму.

Для заданного пропускного режима:

Для четного пути

Для нечетного пути

Для режима после окна

Для режима наибольшей пропускной способности

одновременно найти средние значения неразложенных поездных токов для одной фидерной зоны двустороннего питания для различных режимов, которые будут использованы в дальнейшем для расчёта потерь электроэнергии по формуле:

Режим наибольшей интенсивности движения ():

Режим после окна ():



Нормальный режим на нечетном пути():

Нормальный режим на четном пути():

Найдем эффективные токи фидеров при двухстороннем питании по формуле:

Режим наибольшей интенсивности движения():



Режим после окна () :

Режим нормальной работы участка:

Для нечетного пути()

Для четного пути()

Внесем полученные данные в таблицу

Таблица

Нормальный режим	I, А	1 фидер	291
		2 фидер	74
		3 фидер	158
		4 фидер	363
	I2эф , А2	1 фидер	55810
		2 фидер	9124
		3 фидер	40170
		4 фидер	112800
После окна	I, А	1 фидер	710
		2 фидер	218
		3 фидер	385
		4 фидер	1068
	I2эф , А2	1 фидер	36920
		2 фидер	16420
		3 фидер	127200
		4 фидер	586700
Режим наибольшей пропускной способности	I, А	1 фидер	789
		2 фидер	242
		3 фидер	428
		4 фидер	1187
	I2эф , А2	1 фидер	20260
		2 фидер	16290
		3 фидер	147500
		4 фидер	698900

Далее найдем линейные нагрузки.

Для двухпутного участка средние токи плеч:

(9)

Для нормального режима:

Для режима после окна:

Получаем для режима наибольшей интенсивности движения:

Квадраты эффективных токов плеч:

(10)

Для нормального режима:

Для режима после окна:

Получаем для режима наибольшей интенсивности движения:

Для дальнейших расчетов полученные данные сведем в таблицу

Таблица

Нормальный режим	I , А	Iа	365
		Iв	520
	Iэф2 , А2	Iа2	108000
		Iв2	268500
Режим после окна	I , А	Iа	928
		Iв	1454
	Iэф2 , А2	Iа2	836600
		Iв2	2111000
Режим наибольшей пропускной способности	I , А	Iа	1032
		Iв	1615
	Iэф2 , А2	Iа2	1039000
		Iв2	2606000

Нагрев масла в трехфазном силовом трансформаторе определяется потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке неодинаковы. Для учета этого обстоятельства можно оперировать эквивалентным эффективным током фазы, который вызовет при симметричной нагрузке те же потери, что и действительные несимметричные нагрузки.

Формулы для расчета квадрата эффективного тока обмоток «а» и «с», в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обоих плечах равны, имеют вид:

(11)

Для определения наибольшего эффективного тока обмотки значения величин I_аэ, I_вэ, должны быть рассчитаны при , т.е для режима наибольшей пропускной способности. За ток I_{э наиб} принимается больший из токов I_аэ и I_сэ.. Получаем для режима наибольшей интенсивности движения:

;

Эквивалентные по нагреву масла токи обмотки (при этом же предположении) находятся по формуле:

(12)

По этой формуле находим эквивалентный по нагреву масла ток обмотки при заданных размерах движения I_эо и ток в период восстановления нормального графика движения после окна I_сг, подставляя соответствующие этим режимам величины I_аэ, I_вэ, .

Для нормального режима:

;

Для режима после окна:

;

Далее определим необходимую трансформаторную мощность для питания тяговой нагрузки.

Определение количества понизительных трансформаторов

Для дальнейших расчетов выбираем по каталогу трансформатор мощностью S_н, принимаемой в качестве базовой. Для данной подстанции переменного тока можно принять ее равной 80 МВА (т.е. два транс форматора по 40 МВА). Тогда мощность понизительного транс форматора, которую допустимо использовать для тяги S_нт, определим из выражения:

, где (13)

K_у =0,9- коэффициент участия районной нагрузки в максимуме;

S_p =5- мощность районной нагрузки, МВА.

Получаем:

Далее находим часть номинального тока, приходящуюся на тягу поездов по формуле:

, где (14)

U_ш - напряжение на вторичной обмотке силового понизительного трансформатора, равное 27,5 кВ.

Для расчета средней интенсивности износа изоляции обмотки трансформатора определим отношения:

(15)

Так как k_наиб < 1,5 что удавлетворяет условиям

Далее найдем среднюю интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:

, (16)

где .

Здесь - номинальная температура наиболее нагретой части обмотки, равная 98С;

=26 ⁰С - температура окружающей среды в период восстановления нормального дви жения поездов, задается в зависимости от района;

- коэффициент, равный 0,115 1/^оС.

;(17)

.(18)

В последнем выражении

(19)

В формулах (17) и (18) величины b, a, g и h постоянные, аппроксимирующие зависимости разности температур "обмотки-масло" и "масло-окружающая среда"

а = 20,5; b = 2,5; g = 39,7; h = 15С;

t₀ - среднее время хода по фидерной зоне поездов основного типа в чётном и нечётном направлениях;

_M - постоянная времени масла; её можно принять равной 2,5ч для трансформаторов мощностью до 32 МВА и 3,5ч - для трансформаторов большей мощности.

Получаем:

По полученной средней интенсивности износа производим пересчет номиналь ного тока. Находим такой расчетный номинальный ток, при котором относительная интенсивность износа изоляции будет нормальной, по формуле:

, где(20)

n_сг - число суток с предоставлением окон за год, в курсовом проекте принимаем равным 2/3 числа суток в весенне-летний период.



Так как полученное значение тока I_oном > I_нт, мощность выбранных трансформаторов достаточна.

Выбранные по износу изоляции трансформаторы должны быть проверены по наибольшему допустимому току и наибольшим допустимым температурам обмотки и масла.

Наибольшая температура масла может быть определена по формуле:

,(21)

а наибольшая температура обмотки по формуле:

.(22)

Значения входящих в формулы (21) и (22) величин определены ранее.

Условие < 95С или < 140С выполняется.

Принимаем к установке два трансформатора ТДТНЭ - 40000/110 мощностью 40 МВА (основные параметры приведены в таблице 3).

Таблица 4

U,%	,%	,%	,кВт	,кВт	I,%
10,5	17	6	145	45	1

Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания

Площадь сечения проводов контактной сети определяется экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание /3, с.49-67/.

Для проводов контактной сети можно принять, что с ростом площади сечения уменьшаются потери энергии, но возрастают капитальные затраты. Отсюда следует, что необходимо найти оптимальное сечение, при котором приведенные расходы будут наименьшими. Общеизвестно, что зависимость приведенных затрат от площади сечения в области экономического сечения имеет пологий минимум, а это дает возможность при выборе типа подвески, допустить некоторое отклонение от экономического сечения. Если решается вопрос пропуска поездов с наибольшими скоростями движения, то не следует площадь сечения брать больше экономической, т.к. её увеличение от этого уровня на 30% даёт приращение скорости всего на 1%. Расчет экономической площади сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте для одной фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, можно провести по формуле /3, с.52-67; 1, с.428-432/:

, мм², где(23)

В_о - годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВтч/Омгод.

Величина удельных потерь энергии находится по формуле:

, где(24)

А_год - годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, кВтч;

r_экв - сопротивление омическое или активное параллельно соединенных проводов контактной сети одного пути (при узловой и параллельной схемах сопротивление всех проводов всех путей, как параллельно соединенных), Ом/км;

l - длина фидерной зоны, км.

При раздельной схеме питания контактной сети путей величины В_о и S_мэ рассчитываются для каждого пути отдельно.

Величина годовых потерь

, где(25)

А_сут - потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки, кВтч.

Для определения величины А_сут на одном пути при отсутствии рекуперации, двустороннем питании, однотипных поездах можно воспользоваться следующими формулами /1,с.356, формула 7.125 и 7.126; 4, с.59, формула 2-14/.

Раздельная схема питания путей при отсутствии рекуперации

, кВтч, где(26)

А - расход энергии на движение одного поезда по фидерной зоне, кВтч;

r_экв - сопротивление контактной подвески одного пути, Ом/км;

А_Т - расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по фидерной зоне, кВтч;

U - напряжение в контактной сети, кВ;

n - наибольшее число поездов в фидерной зоне.

Расход электрической энергии на движение одного поезда определяется по не разложенной кривой для участков переменного тока по следующей формуле.

, кВтч, где (27)

U_ср - среднее расчетное напряжение в контактной сети, 25 кВ;

К_м - коэффициент мощности нагрузки, равный 0,85.

где А_чет, А_неч - расход энергии на движение одного поезда по четному и нечетному пути соответственно, кВч;

t_mчет, t_mнеч -время потребления тока поездом на четном и нечетном пути соответственно, час;

N_чет, N_неч - среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути;

n - наибольшее число пар поездов, могущих одновременно занимать

фидерную зону, вычисляется как средняя величина от поездов по обоим путям;

r_экв - сопротивление всех проводов обоих путей, Ом/км;

А_T - расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа

по обоим путям фидерной зоны, кВч.

При расчете потерь электроэнергии в проводах контактной сети переменного тока в формулe (28) необходимо вместо величин расхода электроэнергии на тягу поездов подставить произведение К_эфА, где К_эф - условный коэффициент эффективности, который может быть принят равным 0,97. Величина напряжения, входящая в эти же формулы, должна быть заменена расчетным значением выпрямленного напряжения, приведенного к стороне высшего напряжения трансформатора электровоза U_d, равной 22,5кВ.

Получаем для раздельной схемы питания:

Получаем для узловой схемы питания:



При узловой и параллельной схеме питания полученное значение площади сечения проводов контактной сети необходимо разделить на два.

Далее выбираем тип контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току /1, с.431, табл. 8.3/, а также найдем электрическое сопротивление /1, с.52, табл. 2.1 или с.120-121, табл. 2.10-2.14/.

Так как возможны 2 варианта питания контактной сети по узловой и раздельной схеме, то по рассчитанным сечениям принимаем контактную подвеску:

· для раздельной схемы питания -- ПБСМ 95 + 2МФ 100 + 2А 185 (Р 75) (; r_тс=0,081Ом/км; x_тс=0,304Ом/км );

· для узловой схемы питания -- М 95 + 2МФ 100 (Р 75) (;r_тс=0,101Ом/км; x_тс=0,395Ом/км

)

Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание

Проверку на нагревание проводов произведем сравнением наибольших эффективных рабочих нагрузок фидеров с допустимыми для данного типа подвески.

Определение величины эффективного тока фидера выполняется для одного пути наиболее нагруженной фидерной зоны при раздельном питании путей по формуле /1,с.430-432; 4, с.66-67/:

, А², где(28)

А_T - расход электроэнергии на движение всех поездов за период Т = 24 часа на наиболее нагруженном пути расчетной фидерной зоны от расчетной подстанции в кВАч для участков переменного тока, в период наибольшей перегрузки;

U - среднее расчетное напряжение в контактной сети 25000 В;

- суммарное полное время хода всех поездов по фидерной зоне, ч;

- то же под током, ч;

- наименьший межпоездной интервал, ч;

N - количество поездов, проходящих за сутки по наиболее нагруженному пути фидерной зоны в нормальном режиме.

Условие выполняется.

Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети

Экономическое сравнение двух схем питания фидерной зоны производится по приведенным затратам:

, где(29)

С_пр -приведенные затраты на сооружение и содержание контактной сети;

С_э - эксплуатационные расходы;

Е_Н - коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15;

К - капитальные вложения в контактную сеть рассматриваемого варианта.

Эксплуатационные расходы могут быть определены по формуле:

, где(30)

- амортизационные отчисления, составляющие 4,6% от капитальных затрат;

С_а - стоимость 1кВт·ч активной энергии;

A_год - годовые потери электроэнергии в контактной сети рассматриваемого варианта, кВт·ч.

Капитальные вложения при раздельной работе путей могут быть определены по формуле:

, где (31)

С_кп - стоимость 1км контактной подвески;

l - длина фидерной зоны, км;

n - число путей.

При узловой схеме питания

, где(32)

К_пс - стоимость поста секционирования.

Получаем для раздельной схемы питания:

С_а=1,5 руб/кВт·ч С_кп=2 млн.руб.

Получаем для узловой схемы питания:

С_а=1,5 руб/кВт·ч С_кп=1.5 млн.руб. К_пс=7 млн.руб.

Экономически выгодным является вариант с наименьшими приведенными затратами, то есть узловая схема питания.

Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда

Среднее значение напряжения на блок-участке U_бу за время хода поезда под током для участка переменного тока

, где(33)

U_о - напряжение на шинах тяговой подстанции 27,5 кВ для подстанций переменного тока;

U_бу - падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время , определяемое из кривой U_бу=f(t);

U_п - падение напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции.

Коэффициент 1,11 введён для перехода к потере действующего напряжения.

Для построения кривой U_бу=f(t) можно использовать метод равномерного сечения графика движения поездов с составлением мгновенных схем нагрузок поездов. Предварительно следует для расчетной зоны построить график движения поездов. Из графика взять фрагмент, равный наименьшему межпоездному интервалу в том месте, где предполагаются наибольшие потери напряжения. Для построения кривой потери напряжения в тяговой сети до поезда необходимо использовать метод характерных сечений или метод равномерного сечения графика движения, с последующим составлением мгновенных схем.

Потерю напряжения при узловой схеме можно рассчитывать по формуле:

,где(34)

U_k10 -потеря напряжения до расчетного поезда при раздельной схеме питания и наличии подстанций в точке С;

U_k1c - составляющая потери напряжения до расчетного поезда от нагрузки фиктивной подстанции в точке С.

, где(36)

 - эквивалентное сопротивление тяговой сети двух путей (приведённое к выпрямленному напряжению) при параллельном соединении контактных подвесок, Ом/км /3, с.75, табл.2-10/;

Предварительно рассчитаем ток поста секционирования (I_c) по формуле:

(38)

Данные необходимые для расчетов сведем в таблицу.

Таблица

№ сечения	1	2	3	4	5	6	7
lk, км	1	2	4.5	8.6	5.6	7.1	8.1	4.3	5.5	7.3	4.2
Ii, А	325	150	276	202	202	190	176	0	210	202	50
lс, км	9
l , км	22
Z0	0.304
Z1	0.081
Z2	0.211

Первое сечение



Второе сечение

Третье сечение

Четвертое сечение

Пятое сечение

Шестое сечение



Седьмое сечение

Восьмое сечение

По полученным значениям построим кривую U_бу=f(t) и определим падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда U_бу на лимитирующем блок-участке за время .

Таблица

Время	1	1,9	4,1	5,3	7,6	5,1	9,8	10,8
напряжение	321,5	267	1484	1281	544	1338	150	23,5

Рассчитаем величину U_п по формуле:

, где(39)

- приведенное сопротивление тяговой подстанции к первичной сети, Ом;

K_эф - коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, 0,97;

A_Т - полный расход электроэнергии по обоим путям за сутки, кВтч;

U - расчётное напряжение на шинах переменного тока 25000 В.

A_wi - расход энергии на движение рассматриваемого поезда по перегону i, кВтч;

t_i - время хода поезда по условному ограничивающему перегону, ч;

t_im - время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, ч;

t - время хода поезда по фидерной зоне, ч;



Среднее значение напряжения на блок-участке за время хода поезда под током:

Определение перегонной пропускной способности участка

Наибольшее количество поездов за сутки необходимо находить по действительному времени хода поезда по ограничивающему перегону. Условный ограничивающий перегон определяется по кривой потери напряжения до расчетного поезда, построенной по данным расчета мгновенных схем. Время хода поезда по условному перегону на этом этапе составляет одну треть наименьшего межпоездного интервала.

Действительное время хода поезда по условному ограничивающему перегону при системе переменного тока определяется по формуле:

, где(40)

t_m - время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, мин;

- минимальный межпоездной интервал, заданный выше, мин;

U_p - напряжение, для которого приведены тяговые расчёты, 25 кВ;

U_cp - действительное среднее значение напряжения в тяговой сети у поезда за время t_m, кВ.

,где(41)

U₀ - напряжение на подстанции, равное 27,5 кВ.

Величину U_TCP на участках переменного тока при узловой схеме питания определяют по формуле /3, с.104-107/.

,где(42)

- сопротивление подвески одного пути двухпутного участка, Ом/км;

K_эф - коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, равный 0,97;

A_T1, A_T2 - суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов по первому и второму путям за период Т, кВтч;

A_wi - расход энергии на движение рассматриваемого поезда w по перегону i, кВтч;

A_wfi - расход энергии на движение рассматриваемого поезда w по перегону i на рассматриваемом пути f, кВтч;

A_f - суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов пути f за расчётный период Т, кВтч;

A_T - то же по всем путям;

t_im - время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, ч;

l - длина фидерной зоны, км;

l_oim - расстояние от тяговой подстанции до середины отрезка пути на перегоне i, проходимого рассматриваемым поездом по автоматической характеристике, км;

l_oi - расстояние в км от тяговой подстанции до середины перегона i, км;

l_i - длина перегона i, км;

l_im - длина участка перегона i, проходимого под током по автоматической характеристике, км.

Получаем для узловой схемы:

· для раздельной схемы питания -- ПБСМ 95 + 2МФ 100 + 2А 185 (Р 75) (; r_тс=0,081Ом/км; x_тс=0,304Ом/км );

· для узловой схемы питания -- М 95 + 2МФ 100 (Р 75) (;r_тс=0,101Ом/км; x_тс=0,395Ом/км

)

Расчёт наибольших токов нагрузки, токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети

Ток короткого замыкания в контактной сети переменного тока можно найти по формуле /3, с.145/

 где (43)

U_HK - номинальное напряжение в контактной сети, 25 кВ;

S_КЗ - мощность короткого замыкания на вводе подстанции, МВА;

S_Н - мощность понизительного трансформатора, МВА;

х - индуктивное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км;

r_a - активное сопротивление 1 км тяговой сети, Ом/км.

Наибольший рабочий ток определим расчетным способом по следующей формуле, применимой для узловой схемы питания:

(44)

Здесь n_ф1 и n_ф2 - наибольшее число поездов, которое может находиться в фидерной зоне соответственно на первом и втором путях

I₁ и I₂ - среднее значение разложенных поездных токов для нечетного и четного направлений.



Уставки защиты фидеров переменного тока должны быть выбраны так, чтобы удовлетворялись неравенства

; (45)

, где (46)

k_з - коэффициент запаса;

k_ч- коэффициент чувствительности;

k_В- коэффициент возврата реле.

Эти коэффициенты можно принять равными:

k_з = 1,15 1,25; k_ч = 1,5; k_В = 0,850 0,90.

Выбираем ток уставки фидера .

Заключение

Основные параметры устройств системы тягового электроснабжения зависят от величины и характера изменения тяговой нагрузки, применяемых схем питания тяговой сети, а также от наличия средств повышающих качество электроэнергии и снижающих потери мощности и электроэнергии. При этом основная сложность расчета обусловлена учетом специфики тяговой нагрузки.

По результатам расчетов были приняты к установке на расчетной подстанции два трансформатора ТДТНЭ-40000/110.

Экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание для заданной узловой схемы питания была принята контактная подвеска

М 95 + 2МФ 100.

В результате проведенного экономического сравнения двух схем питания фидерной зоны по приведенным затратам было установлено, с экономической точки зрения при заданных условиях наиболее выгодным является применение узловой схемы питания.

В результате определения средней величины потери напряжения в тяговой сети видно, что действительное среднее значение напряжения в тяговой сети не ниже нормированного показателя.

После определения тока короткого замыкания и наибольшего значения тока фидера, был выбран ток уставки удовлетворяющий необходимым условиям.

Список использованных источников

1.Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог.- М.:Транспорт, 1982.- 528 с.

2.Тер-Оганов Э.В. Определение трансформаторной мощности тяговых подстанций.-М.: ВЗИИТ, 1980.-42 с.

3.Бесков Б.А. и др. Проектирование систем электроснабжения электрических железных дорог.- М.: Трансжелдориздат, 1963.- 471 с.

4.Григорьев В.Л. Рельсовая сеть в системе электроснабжения электрических железных дорог: Учебное пособие.- М.:ВЗИИТ, 1988.-68 с.

5.Справочник по электроснабжению железных дорог.- т.1./ Под ред. К.Г. Марквардта.- М.: Транспорт, 1980.-256 с.

Размещено на Allbest.ru