24

Федеральное агентство ж/д транспорта

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Электрическая тяга»

Курсовая работа

по дисциплине

«Электрические железные дороги»

на тему: «Расчет системы электроснабжения участка

постоянного тока»

Проверил

Выполнил

Ветлугина О.И.

студент шифр 00/03-л/к-1416

Слободчиков Д.В.

Екатеринбург

2005

Содержание

Введение.......................................................................................................... 3

1. Исходные данные……………………….....................................................4

1.1Общие данные................................................................................…………….4

1.2 Индивидуальные данные…..........................................................………….4

2 Анализ исходных данных........................................................................... 5

2.1 Схема питания тяговой сети участка и схема соединения рельсовых нитей....………………………………………………………………..................5

2.2 Определение сопротивления тяговой сети................................ ……………7

3 Построение графика движения поездов...................................................….10

4 Выбор сечения графика движения поездов...............................................12

5 Определение токов фидеров и тяговых подстанции.................................14

6 Составление и расчет мгновенных схем...................................................20

7 Расчет мощности тяговой подстанции станции Б......................................30

Заключение.....................……........................................................................32

Список литературы...................................................…….............................33

Введение

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог отличается от систем электроснабжения промышленных предприятий тем, что от нее получают питание движущиеся поезда, не тяговые железнодорожные потребители, промышленные, сельскохозяйственные и коммунальные потребители, находящиеся в зоне электрифицированной линии, также отличается по предъявляемым к ним требованиям, условиям работы, используемому оборудованию и устройствам и по задачам, решаемым ими.

Устройства электроснабжения обладают высокой надежностью работы, бесперебойностью электроснабжения, экономичностью. Широко применяются и разрабатываются новые, более совершенные и экономичные методы обслуживания и диагностического контроля элементов системы электроснабжения.

На тяговых подстанциях установлены более экономичные и совершенные преобразовательные агрегаты, коммутационное оборудование, внедрена автоматика и телемеханика, позволяющие повысить надежность работы и сократить численность обслуживающего персонала.

На контактной сети улучшаются конструкции подвесок, методы их контроля, обслуживания и ремонта, снижается износ контактных проводов при токосъеме.

С внедрением электрической тяги высокими темпами развивается транспортная электроэнергетика. Вдоль железных дорог проводится модернизация оборудования;

устройства электроснабжения переводятся на телеуправление.

Все это предопределило особенности теории работы таких систем, методов их расчетов и проектирования и привело к появлению науки об электроснабжении электрифицированных железных дорог.

Целью данной курсовой работы является расчет системы электроснабжения участка постоянного тока методом равномерного сечения графика. Для этого необходимо решить ряд задач:

-построить график поездов;

-определить токи фидеров;

-составить и рассчитать мгновенные схемы;

-рассчитать мощность тяговой подстанции;

-рассчитать коэффициент полезного действия.

1 Исходные данные

1.1 Общие данные

1.1.1 Участок А - Б - В - двухпутный, звеньевой с автоблокировкой длиной l = 24 км.

1.1.2 Тип рельсов и их длина - Р 75 длиной 25 м.

1.1.3 Тип графика движения - параллельный с однотипными поездами.

1.1.4 Схема питания тяговой сети - узловая. Посты секционирования расположены в середине каждой межподстанционной зоны.

1.1.5 Расположение тяговых подстанций на участке - тяговые подстанции расположены на станциях А, Б, В.

1.1.6 Напряжение на шинах тяговых подстанций - 3300 В.

1.1.7 Графики тока, потребляемого электровозом при движении по участку, приведены на рисунках 3 и 4.

1.1.8 Доля трансформаторной мощности тяговой подстанции, приходящаяся на районную нагрузку - 30%.

1.1.9 Типподвески-М-95+2МФ-100+А-185

1.2 Индивидуальные данные

1.2.1 Техническая скорость движения:

- в четном направлении...... .60 км/ч;

- в нечетном направлении... .60 км/ч.

1.2.2 Длина перегона:

- между станциями А и Б - 9,6км;

- между станциями Б и В - 14,4км.

1.2.3 Интервал попутного следования - 10 мин. Остановок поезд не делает.

2 Анализ исходных данных

2.1 Схема питания тяговой сети участка и схема соединения рельсовых нитей

На рисунке 1 представлена принципиальная схема соединения рельсовых нитей на двухпутном участка при двухниточных рельсовых цепях автоблокировки с помощью путевых дросселей.

1 - изолирующий стык; 2 - стыковое соединение; 3 - дроссель-трансформатор;

4 - междурельсовый соединитель.

Рисунок 1 - Принципиальная схема соединения рельсовых нитей на двухпутном участке при двухниточных рельсовых цепях

На рисунке 2 представлена схема питания тяговой сети участка.



2.2 Определение сопротивления тяговой сети

Сопротивление контактной сети r_кс, Ом/км, определяется по формуле

(2.1)

где S_кс - проводимость контактной сети, которая определяется по формуле

(2.2)

Где - сопротивление 1км несущего троса при 20 С,

= 0,2 Ом/км;

- сопротивление 1км контактного провода при 20 С,

= 0,177 Ом/км;

По формуле 2.1 находят сопротивление контактной сети

Значение сопротивления рельсового пути с рельсовыми звеньями длиной 25м могут быть получены согласно /1, таблица 2.3 / умножением на коэффициент 0,92

Сопротивление тяговой сети определяется по формуле

(2.3)

3 Построение графика движения поездов

Наиболее тяжелые условия работы системы электроснабжения будут при пропуске по участку максимального количества поездов, т.е. при движении поездов с минимальным интервалом попутного следования.

Для построения графика движения поездов необходимо знать:

- время отправления каждого поезда с начальной станции;

- время хода по перегонам;

- время стоянки на промежуточных станциях.

Если перегонные времена хода одинаковы у всех поездов, то получается параллельный график движения поездов. В настоящей работе предусматривается движение поездов без остановки на промежуточной станции Б.

Времена хода по перегонам (участку) могут быть получены с помощью тяговых расчетов или по заданной технической скорости движения. В этом случае время хода по участку определяется из выражения

(3.1)

где t_x - время хода в мин;

l - длина участка в км;

V_t - техническая скорость движения в км/ч.

Прибавляя к времени отправления поезда время хода по участку, получим время прибытия поезда на конечную станцию, отмечая его на графике движения. После этого точки отправления и прибытия поезда соединяются прямой линией, т.е. получается одна нитка графика движения. Остальные нитки получают, проводя параллельные линии со сдвигом по времени на величину интервала попутного следования 10. Такие построения выполняются для четного и нечетного направления движения с указанием у каждой линии номера поезда.

В курсовой работе изображается график движения для интервала времени от 0...1 ч. Время отправления первого четного и нечетного поезда выбирается по усмотрению студента. При этом необходимо обеспечить условие недопустимости одновременного отправления и прибытия поездов на каждую из станций.

При параллельном графике движения и однотипных поездах положение поездов на участке и нагрузке фидеров тяговых подстанций повторяется с периодом, равным интервалу времени между поездами, поэтому можно ограничиться исследованием графика движения на протяжении времени, равному интервалу попутного следования.

На рисунке 5 представлен график движения поездов.

4 Выбор сечения графика движения поездов

Сначала строится график движения поездов (копируется с ранее построенного) для интервала времени, равного интервалу попутному следования.

Затем на оси времени с равным интервалом 1 мин намечаются точки, через которые проводятся вертикальные линии, которые и будут являться сечением графика движения. Точки пересечения вертикальной линии с нитками графика движения определяют положения поездов в фидерной зоне, а токи фидеров находятся по соответствующим кривым. В результате для каждого сечения графика движения может быть составлена мгновенная схема.

На рисунке 6 представлен график движения поездов с сечениями.

5 Определение токов фидеров и тяговых подстанций

При одинаковых напряжениях на тяговых подстанциях и одинаковых площадях поперечного сечения контактных проводов обоих путей ток каждого электровоза может быть легко разложен на токи фидеров тяговых подстанций следующим образом.

Сначала находится распределение тока электровоза между подстанциями, затем определяются токи фидеров. При наличии нескольких поездов в межподстанционной зоне ток каждого фидера находится методом наложения нагрузок - как сумму токов от каждой нагрузки. Так для схемы на рисунке 7 при расположении поезда левее поста секционирования, который находится посередине межподстанционной зоны, токи фидеров от каждой нагрузки находятся по формулам:

(5.1)

(5.2)

Где - токи подстанций А и Б соответственно;

- расстояние от левой подстанции до электровоза;

- расстояние фидерной зоны.

При расположении поезда правее поста секционирования токи фидеров будут определяться по формулам:

(5.3)

(5.4)

Аналогичные выражения могут быть получены и для движения поезда по другому пути:

(5.5)

(5.6)

(5.7)

(5.8)

Рисунок 7- Мгновенная схема и токораспределение при узловой схеме питания

Результаты расчетов распределения тока электровоза по фидерам для каждой межподстанционной зоны и каждого направления движения занесены в таблицы 1 и 2.

Таблица 1 - Положение поездов, их нагрузки и токи фидеров в межподстанционной зоне А-Б

Номер мгновенной схемы	Момент времени	Условный номер поезда	lЭ, км	IЭ, А	А1	А2	Б1	Б2
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0	2л	0	1000	0	1000	0	0
1	0	13л	4,8	1180	295	295	295	295
всего	295	1295	295	295
2	1	2л	1	1000	52	844	52	52
2	1	13л	3,9	1100	223	430	223	223
всего	276	1273	276	276
3	2	2л	1,8	2000	188	1438	188	188
3	2	13л	2,9	1040	157	569	157	157
всего	345	2006	345	345
4	3	2л	2,8	1920	280	1080	280	280
4	3	13л	1,9	0	0	0	0	0
всего	280	1080	280	280
5	4	2л	3,8	1560	309	634	309	309
5	4	13л	0,9	0	0	0	0	0
всего	309	634	309	309
6	5	2л	4,7	1620	397	430	397	397
6	5	13л	0	0	0	0	0	0
всего	397	430	397	397
7	6	2п	5,6	1520	317	317	317	570
7	6	15п	8,6	0	0	0	0	0
всего	317	317	317	570
8	7	2п	6,6	1440	225	225	225	765
8	7	15п	7,7	1340	133	133	133	942
всего	358	358	358	1707
9	8	2п	7,5	1400	153	153	153	941
9	8	15п	6,8	1280	187	187	187	720
всего	340	340	340	1661
10	9	2п	8,5	0	0	0	0	0
10	9	15п	5,8	1220	241	241	241	496
всего	241	241	241	496

Таблица 2 - Положение поездов, их нагрузки и токи фидеров в межподстанционной зоне Б-В

Номер мгновенной схемы	Момент времени	Условный номер поезда	lЭ, км	IЭ, А	Б3	Б4	В1	В2
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	0	16л	0,1	0	0	0	0	0
1	0	15л	5,7	0	0	0	0	0
1	0	14л	9,4	0	0	0	0	0
всего	0	0	0	0
2	1	16л	0,7	0	0	0	0	0
2	1	15л	3,8	0	0	0	0	0
2	1	14п	10,2	1300	190	190	190	731
2	1	1п	14,4	1000	0	0	0	1000
всего	190	190	190	1731
3	2	16л	2	0	0	0	0	0
3	2	15л	2,9	0	0	0	0	0
3	2	14п	11	1420	168	168	168	917
3	2	1п	13,4	1000	35	35	35	896
всего	202	202	202	1813
4	3	16л	3	0	0	0	0	0
4	3	15л	1,9	0	0	0	0	0
4	3	14п	11,9	1560	135	135	135	1154
4	3	1п	12,4	2000	139	139	139	1583
всего	274	274	274	2737
5	4	16л	4	0	0	0	0	0
5	4	15л	0,9	0	0	0	0	0
5	4	14п	12,7	0	0	0	0	0
5	4	1п	11,4	1840	192	192	192	1265
всего	192	192	192	1265
6	5	16л	4,9	0	0	0	0	0
6	5	15л	0	0	0	0	0	0
6	5	14п	13,5	0	0	0	0	0
6	5	1п	10,4	1600	222	222	222	933
всего	222	222	222	933
7	6	16л	5,9	0	0	0	0	0
7	6	14п	14,4	0	0	0	0	0
7	6	1п	9,5	1410	240	240	240	690
всего	240	240	240	690
8	7	16л	6,8	440	104	128	104	104
8	7	1п	8,5	1460	299	299	299	563
всего	403	427	403	667
9	8	16п	7,8	-460	-105	-105	-105	-144
9	8	1п	7,5	1520	364	364	364	428
всего	259	259	259	284
10	9	16п	8,8	0	0	0	0	0
10	9	1л	6,4	1580	351	527	351	351
всего	351	527	351	351

Ток тяговой подстанции находится как сумма токов всех её фидеров. Результаты токов фидеров т токов тяговых подстанций представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Токи фидеров и тяговых подстанций

Момент времени сечения графика, мин	Токи фидера, А	Ток подстанций, А
	А1	А2	Б1	Б2	Б3	Б4	В1	В2	А	Б	В
0	295	1295	295	295	0	0	0	0	1590	590	0
1	276	1273	276	276	190	190	190	1731	1549	930	1921
2	345	2006	345	345	202	202	202	1813	2351	1094	2015
3	280	1080	280	280	274	274	274	2737	1360	1109	3011
4	309	634	309	309	192	192	192	1265	943	1001	1457
5	397	430	397	397	222	222	222	933	827	1238	1156
6	317	317	317	570	240	240	240	690	633	1366	930
7	358	358	358	1707	403	427	403	667	715	2895	1070
8	340	340	340	1661	259	259	259	284	680	2518	543
9	241	241	241	496	351	527	351	351	483	1615	702
Сред	316	797	316	633	233	253	233	1047	1113	1436	1280
эф. Токи	319	974	319	828	255	287	255	1318

По данным таблицы 3 строятся зависимости токов фидеров и подстанций от времени. На рисунках 8 и 9 представлены зависимости токов фидеров от времени на участке А-Б и участке Б-В соответственно.

На рисунке 10 представлены зависимости токов подстанций от времени.

6 Составление и расчет мгновенных схем

По данным таблиц 1 и 2 составляются мгновенные схемы, которые оформляются так, как показано на рисунках 11, 12 и 13. Зная токи фидеров, и используя первый закон Кирхгофа, можно легко определить распределение токов по отдельным частям сети.

Для каждой мгновенной схемы необходимо рассчитать потери напряжения до каждого поезда и потери мощности в сети, которые находятся по следующим выражениям:

(6.1)

(6.2)

где ДU - потеря напряжения до i-ого поезда, В;

r - сопротивление тяговой сети. Ом/км;

I_сj - ток, протекающий по участку сети длиной L_j, км;

I_i - ток i-ого поезда, А;

к - число участков сети от ближайшей подстанции до i-ого поезда;

Р - потери мощности, кВт;

n - число поездов в фидерной зоне.

Расчет U и Р для схемы №1 на рисунке 11 при r = 0,0684 Ом/км

Подобные расчеты выполняются для всех мгновенных схем одной и другой межподстанционных зон. Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Для каждой потери напряжения до каждого поезда необходимо рассчитать напряжение на токоприёмнике электровоза в четном и нечетном направлений

(6.3)

Результаты расчетов представлены в таблице 4.

Среднее значение потери мощности в сети в целом для участка определяется по формуле (6.4)

(6.4)

Таблица 4 - Падения напряжения до каждого поезда, потери мощности в сети и напряжение на токоприёмнике электровоза

№ схемы	№ поезда	l, км	Iэ, А	ДUэ, В	Uэ, В	ДU, В	ДР, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8
1	2л	0	1000	0	3300	0	0
1	13л	4,8	1180	387	2913	387	457
2	2л	1	1000	68	3232	68	68
2	13л	3,9	1100	293	3007	293	323
3	2л	1,8	2000	246	3054	246	492
3	13л	2,9	1040	206	3094	206	215
4	2л	2,8	1920	368	2932	368	706
4	13л	1,9	0	0	3300	0	0
5	2л	3,8	1560	405	2895	405	633
5	13л	0,9	0	0	3300	0	0
6	2л	4,7	1620	521	2779	521	844
6	13л	0	0	0	3300	0	0
7	2п	4	1520	416	2884	416	632
7	15п	1	0	0	3300	0	0
8	2п	3	1440	295	3005	295	426
8	15п	1,9	1340	174	3126	174	233
9	2п	2,1	1400	201	3099	201	282
9	15п	2,8	1280	245	3055	245	314
10	2п	3,8	0	0	3300	0	0
10	15п	1,1	1220	92	3208	92	112
11	16л	0,1	0	0	3300	0	0
11	15л	5,7	0	0	3300	0	0
11	14л	5	0	0	3300	0	0
12	16л	0,7	0	0	3300	0	0
12	15л	3,8	0	0	3300	0	0
12	14п	4,2	1300	373	2927	373	486
12	1п	0	1000	0	3300	0	0
13	16л	2	0	0	3300	0	0
13	15л	2,9	0	0	3300	0	0
13	14п	3,4	1420	330	2970	330	469
13	1п	1	1000	68	3232	68	68
14	16л	3	0	0	3300	0	0
14	15л	1,9	0	0	3300	0	0
14	14п	2,5	1560	267	3033	267	416
14	1п	2	2000	274	3026	274	547
15	16л	4	0	0	3300	0	0
15	15л	0,9	0	0	3300	0	0
15	14п	1,6	0	0	3300	0	0
15	1п	3	1840	378	2922	378	695
16	16л	4,9	0	0	3300	0	0
16	15л	0	0	0	3300	0	0
16	14п	0,9	0	0	3300	0	0
16	1п	4	1600	438	2862	438	700
17	16л	5,9	0	0	3300	0	0
17	14п	0	0	0	3300	0	0
17	1п	4,9	1410	473	2827	473	666
18	16л	6,8	440	205	3095	205	90
18	1п	5,9	1460	589	2711	589	860
19	16п	6,6	-460	-208	3508	-208	96
19	1п	6,9	1520	717	2583	717	1090
20	16п	5,6	0	0	3300	0	0
20	1л	6,4	1580	692	2608	692	1093
Всего	13013
ДРср	651

Среднее значение потери мощности в сети в целом для участка составило Д Р_ср = 651 кВт.

По результатам расчётов строятся зависимости напряжения на токоприемнике электровоза от пути, пройденного поездом, которые представлены на рисунке 14.

На рисунке 15 представлена зависимость потери мощности ДР_ср от времени.

На дорогах постоянного тока напряжение на токоприемнике электровоза не должно быть меньше 2700 В. Тогда при заданном напряжении на шинах тяговой подстанции - 3300 В, допустимая потеря напряжения составляет

Наибольшее падение напряжения на токоприемнике электровоза составило U_Э = 521 В. Это меньше допустимой потери напряжения, т.е. удовлетворяет требованию.

Провода подвески проверяются на возможный их перегрев. Для этого сравнивается значение эффективного тока наиболее загруженного фидера с допустимым для данного типа подвески током, значения которого приведены в таблице 2.5 /2/. Для определения эффективного значения тока наиболее загруженного фидера необходимо рассчитать среднее значение квадрата тока этого фидера

(6.3)

Допустимый ток заданного типа подвески составляет I = 2370 А. Из этого следует, что данный тип подвески подходит для эксплуатации на данном электрифицированном участке.

Минимальное допустимое значение напряжения на токоприемнике составляет U_Э = 2700 В, а минимальное рассчитанное U_Э = 2779 В.

7 Расчет мощности тяговой подстанции станции Б

Средняя мощность тяговой подстанции, отдаваемая в тяговую сеть, определяется по формуле

(7.1)

Где U_тп - напряжение на шинах тяговой подстанции, U_ТП = 3300 В;

I_ср - средний ток подстанции, I_ср = 1436 А.

кВт.

Необходимая трансформаторная мощность для питания тяговой и районной (нетяговой) нагрузки находится по формуле

(7.2)

Где S_т - потребная трансформаторная мощность для питания тяговой нагрузки, кВА;

S_р - потребная трансформаторная мощность для питания районной нагрузки, кВА

K_р -коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов тяговой и районной нагрузок, К_р = 0,93.

Районная нагрузка определяется по формуле

(7.3)

Где _р - доля трансформаторной мощности тяговой подстанции, приходящаяся на районную нагрузку _р = 0,30.

Тогда получим

(7.4)

Потребная тяговая мощность для питания тяговой нагрузки определяется по формуле

(7.5)

Где Р - средняя мощность тяговой подстанции, отдаваемая в сеть, кВт;

К_З - коэффициент, учитывающий повышение потребляемой электровозом мощности зимой за счет увеличения сопротивления движению,

К_З = 1,08;

К_сн - коэффициент, учитывающий мощность собственных нужд электровоза.

К_сн = 1,05;

соs - коэффициент мощности подстанции, cos = 0,93.

кВА.

Коэффициент полезного действия тяговой сети рассчитывается по формуле

(7.6)

Где i_а, i_б, i_в - средние токи тяговых подстанций А, Б и В, А;

Р_ср - среднее значение потерь мощности в сети, Р_ср = 651 кВт.

Заключение

Заданный тип контактной подвески М-95+2МФ-100+А-185 можно применять в условиях рассчитываемой интенсивности движения, т.к. в результате расчета значения критериев не превышают их допустимых значений.

Так минимальное допустимое значение напряжения на токоприемнике составляет U_Э = 2700 В, а минимальное рассчитанное U_Э = 2779 В.

Значение эффективного тока фидера составило I_эфф = 1318 А, а допустимое значение тока наиболее загруженного фидера равна I = 2370 А, что удовлетворяет требованию. Мощность тяговой подстанции Б равняется S = 7454 кВА. Коэффициент полезного действия тяговой сети получился равным = 0,948. Из полученных зависимостей токов фидеров и подстанций от времени видно, что нагрузки на них распределяются неравномерно.

Список использованной литературы

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

2. Ткачев Ю.В. Расчет системы электроснабжения участка постоянного тока. -Екатеинбург, 2001. - 15 с.

3. Звездкин М.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.:Транспорт, 1974. - 168 с.