Анализ эффективности применения установок продольной емкостной компенсации для усиления системы тягового электроснабжения участка Замзор–Худоеланская–Нижнеудинск–Будагово Восточно-Cибирской железной дороги

3) Лучшей схемой питания при пропуске поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении является схема с двумя трансформаторами и включенными установками КУ + УПК, так как при этой схеме пропускная способность участка больше и составляет 76 пар поездов в сутки.

4. Качество электрической энергии на шинах питающего напряжения тяговых подстанций

4.1 Общие положения

ГОСТ 13109-97 устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).

Нормы КЭ, устанавливаемые настоящим стандартом, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей электрической энергии (приемников электрической энергии).

Нормы, установленные настоящим стандартом, являются обязательными во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения, кроме режимов, обусловленных:

- исключительными погодными условиями и стихийными бедствиями (ураган, наводнение, землетрясение и т.п.);

- непредвиденными ситуациями, вызванными действиями стороны, не являющейся энергоснабжающей организацией и потребителем электроэнергии (пожар, взрыв, военные действия и т.п.);

- условиями, регламентированными государственными органами управления, а также на время ликвидации последствий, вызванных исключительными погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами.

Нормы, установленные настоящим стандартом, применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней помехоустойчивости приемников электрической энергии и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками.

Нормы КЭ в электрических сетях, находящихся в собственности потребителей электрической энергии, регламентируемые отраслевыми стандартами и иными нормативными документами, не должны быть ниже норм КЭ, установленных настоящим стандартом в точках общего присоединения. При отсутствии указанных отраслевых стандартов и иных нормативных документов нормы настоящего стандарта являются обязательными для электрических сетей потребителей электрической энергии.

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1 - Коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения

Нормально допустимое значение при Uном , кВ	Предельно допустимое значение при Uном , кВ
0,38	6-20	35	110 - 330	0,38	6-20	35	110 - 330
8,0 %	5,0 %	4,0 %	2,0 %	12,0 %	8,0 %	6,0 %	3,0 %

Нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением Uном приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Коэффициенты n-ой гармонической составляющей напряжения в процентах

Нечетные гармоники, не кратные трем, при Uном , кВ	Нечетные гармоники, кратные трем 2, при Uном , кВ	Четные гармоники при Uном , кВ
n1	0,38	6-20	35	110-330	n1	0,38	6-20	35	110-330	n1	0,38	6-20	35	110-330
5 7 11 13 17 19 23 25 25	6,0 5,0 3,5 3,0 2,0 1,5 1,5 1,5 0,2+1,325/n	4,0 3,0 2,0 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 0,2+0,825/n	3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0 1,0 1,0 0,2+0,625/n	1,5 1,0 1,0 0,7 0,5 0,4 0,4 0,4 0,2+0,2 25/n	3 9 15 21 21	5,0 1,5 0,3 0,2 0,2	3,0 1,0 0,3 0,2 0,2	3,0 1,0 0,3 0,2 0,2	1,5 0,4 0,2 0,2 0,2	2 4 6 8 10 12 12	2,0 1,0 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2	1,5 0,7 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2	1,0 0,5 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2	0,5 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле:

KU(n)пред = 1,5 KU(n)норм (4.1)

где KU(n)норм - нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей, определяемые по таблице 4.2.

Измерение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения K(n)i осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений. Для каждого i-го наблюдения за период времени, равный 24 ч, определяют действующее значение напряжения n-ой гармоники U(n)i, в вольтах, киловольтах.

Вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n)i в процентах как результат i-го наблюдения, по формуле:

(4.2)

где U(1)i - действующее значение напряжения основной частоты на i-ом наблюдении в вольтах, киловольтах.

Допускается вычислять данный показатель КЭ по формуле:

(4.3)

Относительная погрешность вычисления KU(n)i с использованием формулы (4.3) вместо формулы (4.2) численно равна значению отклонения напряжения U(1)i от Uном.

Вычисляют значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n) в процентах как результат усреднения N наблюдений KU(n)i на интервале времени Tvs, равном 3 с, по формуле

(4.4)

Число наблюдений N должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, соответствующее вероятности 95% за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Допускается определять соответствие нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально и предельно допустимые значения.

Качество электрической энергии по коэффициенту n-ой гармонической составляющей напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения - 0 % от этого периода времени.

Измерение коэффициента искажения синусоидальности напряжения KU осуществляют для междуфазных (фазных) напряжений.

Для каждого i-ого наблюдения за установленный период времени определяют действующие значения гармонических составляющих напряжения в диапазоне гармоник от 2-й до 40-й в вольтах, киловольтах.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения KUi в процентах как результат i-го наблюдения, по формуле:

(4.5)

где U(1)i - действующее значение междуфазного (фазного) напряжения

основной частоты для i-го наблюдения, в вольтах, киловольтах.

При определении данного показателя КЭ допускается

1) не учитывать гармонические составляющие, значения которых менее 0,1 в процентах;

2) вычислять данный показатель КЭ по формуле:

(4.6)

Относительная погрешность определения KUi c использованием формулы (4.6) вместо формулы (4.5) численно равна значению отклонения напряжения U(1)i от Uном.

Вычисляют значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения KU в процентах как результат усреднения N наблюдений KUi на интервале времени Tvs, равном 3 с, по формуле:

(4.7)

Число наблюдений N должно быть не менее 9.

Качество электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности напряжения в точке общего присоединения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если наибольшее из всех измеренных в течение 24 ч значений коэффициентов искажения синусоидальности напряжения не превышает предельно допустимого значения, а значение коэффициента искажения синусоидальности напряжения, соответствующее вероятности 95% за установленный период времени, не превышает нормально допустимого значения.

Допускается определять соответствие нормам настоящего стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально и предельно допустимые значения.

Качество электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности напряжения считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, а за предельно допустимые значения - 0 % от этого периода времени.

В дипломном проекте производится проверка качества электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности и по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

4.2 Расчеты несимметрии и несинусоидальности на шинах питающего напряжения для различных схем питания

4.2.1 Несимметрия напряжения при среднем графике движения поездов

Расчеты проведены в программном комплексе fazanord при движении поездов массой 6300т в четном направлении и 3000т в нечетном с МПИ=30 минутам Время моделирования составляет 1440 минут.

Результаты по вычислению коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности для различных схем питания сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Несимметрия напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций для различных схем питания

Тяговая подстанция	Тип схемыК2U	Нормальная схема без КУ	Нормальная схема+КУ	Нормальная схема+К + УПК	Нормальная схема без КУ+УПК	Нормальная схема 2 Тр без КУ	Нормальная схема 2 Тр+КУ	Нормальная схема 2Тр+КУ+УПК	Нормальная схема 2 Тр без КУ+УПК
Замзор	Сред. %	2,414	1,971	1,867	2,276	2,337	1,92	1,811	2,206
	Макс. %	4,7	3.84	3,61	4,36	4,41	3,65	3,48	4,17
	Т1, %	61	51	47	54	58	47	44	54
	Т2, %	3	0	0	3	3	0	0	3
Ук	Сред. %	3,182	2,636	2,56	3,075	3,096	2,58	2,543	3,026
	Макс. %	5,96	4.81	4.5	5,53	5,57	4.53	4.3	5,28
	Т1, %	84	75	74	84	84	74	74	84
	Т2, %	28	16	6	25	25	9	6	25
Нудинск	Сред. %	2,769	2,258	2,153	2,653	2,687	2,184	2,097	2,598
	Макс. %	5,66	4.63	4.29	5,2	5,27	4.35	4.08	4,93
	Т1, %	77	51	45	74	74	48	45	70
	Т2, %	16	6	3	16	16	3	3	16
Худоеланская	Сред. %	2,394	1,967	1,911	2,345	2,326	1,9	1,9	2,359
	Макс. %	5,47	4,61	4,45	5,17	5,15	4,41	4,39	5,08
	Т1, %	63	41	35	63	63	35	35	63
	Т2, %	9	6	3	9	9	3	3	9
Будагово	Сред. %	1,412	1,29	1,209	1,304	1,358	1,258	1,181	1,25
	Макс. %	3,06	2,74	2,42	2,65	2,82	2,57	2,25	2,42
	Т1, %	19	13	9	13	16	13	9	9
	Т2, %	0	0	0	0	0	0	0	0

Примечание: Т1 - относительное время превышения нормально допустимого значения, %, Т2 - относительное время превышения предельно допустимого значения, %.

Рисунок 4.1 - График изменения среднего значения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности К2U, %, на тяговых подстанциях

По результатам расчета можно сказать, что качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности при применении установок продольной компенсации не соответствует ГОСТ-13109-97, и превышает нормально допустимое значение.

Значение коэффициента несимметрии при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК превышает нормально допустимое значение на тяговых подстанциях Замзор (К2U=3,48 %), Будагово (2,25 %) и предельно допустимое на тяговых подстанциях. Ук (К2U=4,3 %) и Нижнеудинск (К2U=4,08 %), Худоеланская (К2U=4,39 %),

Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение на подстанциях Замзор (Т1= 44 %) , Ук (Т1= 74 %), Нижнеудинск (Т1= 45 %), Худоеланская (Т1= 35 %) , Будагово (Т1= 9 %) и предельно опустимое значение на подстанциях Ук (Т2= 6 %), Нижнеудинск (Т2= 3 %), Худоеланская (Т2= 3 %).

По рисунку 4.1,при сравнении схемы питания 2 Тр + КУ + УПК и 2 Тр + КУ можно сказать, что установки продольной компенсации (УПК) оказывают малое влияние на улучшение качества электрической энергии в системе внешнего электроснабжения по коэффициенту несимметрии напряжения.

4.2.2 Несинусоидальность напряжения при среднем графике движения поездов

Расчеты проведены в программном комплексе fazanord при МПИ = 30 минутам.

Время моделирования составляет 1440 минут.

Так как процесс вычисления коэффициента несинусоидальности занимает очень много времени, поэтому расчеты были сделаны для следующих основных схем питания:

- нормальная схема 1 Тр + КУ,

- нормальная схема 1 Тр + КУ + УПК,

- нормальная схема 2 Тр + КУ,

- нормальная схема 2 Тр + КУ+ УПК.

Расчеты производятся при движении поездов массой 6300т в четном направлении и 3000т в нечетном

Результаты по вычислению коэффициента несинусоидальности напряжения при МПИ = 30 минутам для указанных схем питания сведены в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 - Несинусоидальность напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций для различных схем питания

Название ТП	Коэффициент несинусоидальности напряжения
	Нормальная схема 1 Тр + КУ
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2 %	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	6,5	4,3	11	85	8,3	4,4	14	76	12,9	7,3	1	96
Ук	10,3	5,4	10	83	7,8	5,2	8	89	15,7	8,9	1	97
Н-удинск	10,5	5,4	13	83	8	5,2	7	89	16,1	9	1	97
Худоелань	7,3	4,7	8	88	9,6	5	11	83	14,7	8,2	1	96
Будагово	5,4	3,4	30	62	10,3	5,8	8	88	6,8	3,5	24	59
	Нормальная схема 2 Тр + КУ
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	6,5	4,1	11	85	8,2	4,6	8	83	13,5	7,4	1	96
Ук	9,9	5,6	4	90	7,8	5	5	92	16,4	8,9	1	97
Н-удинск	10,1	5,7	7	90	8	5	5	92	16,9	9,1	1	97
Худоелань	7,3	4,5	5	91	9,3	5,2	4	89	15,4	8,3	1	96
Будагово	5,4	3,3	39	56	10,9	5,9	5	92	6,5	3,7	21	69
	Нормальная схема 1 Тр + КУ + УПК
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	6,5	4,2	14	82	7,9	4,6	4	86	13,3	7,3	1	96
Ук	9,7	5,6	4	90	7,8	5	2	95	16,1	8,9	1	97
Н-удинск	9,7	5,7	4	90	8	3,8	2	94	16,6	6,2	1	97
Худоелань	7,3	4,5	5	91	8,8	5,2	4	89	15,1	8,1	1	96
Будагово	5,2	3,3	39	56	10,7	5,7	5	92	6,3	3,7	21	69
	Нормальная схема 2 Тр + КУ + УПК
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	5,9	3,8	10	80	7,7	4,5	4	85	13	7,1	1	96
Ук	9,2	5,5	7	90	7,6	4,7	2	94	16,2	8,9	1	97
Н-удинск	9,3	5,5	7	90	7,8	4,7	2	94	16,7	9	1	97
Худоелань	7,2	4,3	14	82	8,4	4,9	4	89	15,3	8,3	1	96
Будагово	4,9	3	36	54	10,3	5,4	5	90	6,2	3,3	19	68

Из расчетов видно, что качество электроэнергии по несинусоидальности напряжения при применении установок продольной компенсации не соответствует нормам ГОСТ 13109-97:

- значение коэффициента несинусоидальности с вероятностью 95% превышает нормально допустимое значение при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК на всех подстанциях участка Замзор - Будагово. Превышение нормально допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук 16,2 %, Нижнеудинск 16,7 %, Худоеланская 15,3 %.

- по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта на подстанциях Замзор - фаза А (Т1= 10 %, Т2= 80 %), фаза В (Т2=85 %), фаза С (Т2=96 %), Ук - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 90 %), фаза В (Т2=94 %), фаза С (Т2=97 %), Нижнеудинск - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 90 %), фаза В (Т2= 94 %), фаза С (Т2=97 %), Худоеланская - фаза А (Т1= 14 %, Т2= 82 %), фаза В (Т2=89 %), фаза С (Т2=96 %), Будагово - фаза А (Т1= 36 %, Т2= 54 %), фаза В (Т2=90 %), фаза С (Т1= 19 %, Т2= 68 %).

При сравнении схемы питания 2 Тр + КУ + УПК и 2 Тр + КУ можно сказать, что установки продольной компенсации (УПК) оказывают малое влияние на улучшение качества электрической энергии в системе внешнего электроснабжения по коэффициенту несинусоидальности напряжения.

4.2.3 Несимметрия и несинусоидальность напряжения при максимальной пропускной способности

Тяговая нагрузка относительно сети внешнего электроснабжения и тягового трансформатора является несимметричной, это является причиной несимметрии трехфазного напряжения в сети внешнего электроснабжения. Поэтому при увеличении тяговой нагрузки увеличивается и несимметрия напряжения.

Так как ЭПС является нелинейным потребителем и потребляет несинусоидальный ток, который содержит нечетный спектр высших гармоник, кроме основной частоты 50 Гц (1-я гармоника) появляется 3-я 150 Гц, 5-я 250 Гц, 7-я 350 Гц, 9-я 450 Гц, 11-я 550 Гц, 13-я 650 Гц. Поэтому при увеличении нагрузки также увеличивается и несинусоидальность напряжения.

Данные расчетов несимметрии и несинусоидальности напряжения при максимальной пропускной способности для различных схем питания приведены в таблицах 4.5, 4.6.

Расчеты поводятся при движении поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном

Таблица 4.5 - Несимметрия напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций

Тяговая Подстанция	Тип схемы К2U	Нормальная схема без КУ, 38 минут	Нормальная схема + КУ,30минут	Нормальная схема + КУ +УПК,24 минуты	Нормальная схемабез КУ + УПК, 30 минут	Нормальная схем 2 тр без КУ, 31 минута	Нормальная схема 2 тр + КУ, 25 минут	Нормальная схема 2 тр + КУ +УПК, 19 минут	Нормальная схема 2тр без КУ+УПК, 22 минуты
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Замзор	Сред. %	1,788	1,97	2,284	2,276	2,261	2,271	2,94	3,031
	Макс. %	3,62	3.84	4,1	4,36	4,16	4,61	5,07	5,73
	Т1, %	33	51	56	54	59	54	86	83
	Т2, %	0	0	4	3	3	7	20	22
Ук	Сред. %	2,281	2,64	3,041	3,075	2,972	3,006	3,923	4,038
	Макс. %	5,25	4.81	5,26	5,53	5,72	5,93	6,88	7,52
	Т1, %	55	74	81	84	87	77	97	84
	Т2, %	5	16	28	25	15	15	40	48
Нижнеудинск	Сред. %	2,069	2,26	2,639	2,653	2,587	2,63	3,374	3,539
	Макс. %	5,03	4.63	4,7	5,2	5,31	5,33	6,86	7,3
	Т1, %	40	51	75	74	74	65	76	83
	Т2, %	5	6	12	16	9	11	30	34
Худоеланская	Сред. %	1,843	1,97	2,396	2,345	2,225	2,307	3,144	3,301
	Макс.,%	4,66	4,61	4,8	5,17	4,66	4,77	6,49	7,27
	Т1, %	33	41	63	63	58	60	75	82
	Т2, %	2	6	4	9	9	7	34	30
Будагово	Сред. %	1,106	1,29	1,448	1,304	1,273	1,527	1,375	1,631
	Макс. %	2,8	2,74	2,97	2,65	2,66	3	3,81	3,87
	Т1, %	7	13	20	8	15	15	30	34
	Т2, %	0	0	0	0	0	0	0	0

По результатам расчета можно сказать, что качество электрической энергии по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности при максимальной пропускной способности не соответствует ГОСТ-13109-97, и превышает нормально допустимое значение.

Из таблицы 20 видно, что при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК значение коэффициента несиметрии напряжения превышает нормально допустимое значение на подстанции Будагово (К2U= 3,81 %), и предельно допустимое значение на подстанциях Замзор (К2U= 5,07 %), Ук (К2U= 6,88 %), Нижнеудинск (К2U= 6,86 %), Худоеланская (К2U= 6,49 %).

Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение на подстанциях Замзор (Т1= 86 %) , Ук (Т1= 97 %), Нижнеудинск (Т1= 76 %), Худоеланская (Т1= 75 %) , Будагово (Т1= 30 %) и предельно допустимое значение на подстанциях Замзор (Т2= 20 %), Ук (Т2= 40 %), Нижнеудинск (Т2= 30 %), Худоеланская (Т2= 34 %).

Таблица 4.6 - Несинусоидальность напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций

Название ТП	Коэффициент несинусоидальности напряжения
	Нормальная схема 1 Тр + КУ, МПИ=30 минутам
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2 %	95%	Сред %	Т1%	Т2%
Замзор	6,5	4,3	11	85	8,3	4,4	14	76	12,9	7,3	1	96
Ук	10,3	5,4	10	83	7,8	5,2	8	89	15,7	8,9	1	97
Н-удинск	10,5	5,4	13	83	8	5,2	7	89	16,1	9	1	97
Худоелань	7,3	4,7	8	88	9,6	5	11	83	14,7	8,2	1	96
Будагово	5,4	3,4	30	62	10,3	5,8	8	88	6,8	3,5	24	59
	Нормальная схема 2 Тр + КУ, МПИ=25 минутам
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	6,8	4,8	6	91	8,9	5,4	5	92	14,1	9	1	97
Ук	10,8	6,7	1	97	8,7	5,8	1	96	16,5	11	1	98
Н-удинск	11	6,7	1	97	9	5,9	1	96	17,3	11,3	1	98
Худоелань	8,2	5,3	6	92	10	6,2	1	96	15,7	10,3	1	97
Будагово	6,6	3,9	20	76	11,5	7,3	1	97	6,7	4,3	10	87
	Нормальная схема 1 Тр + КУ + УПК, МПИ=24 минутам
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	7,8	5,6	12	87	8,1	5,1	4	90	13,7	7,8	1	97
Ук	11,2	6,7	1	97	7,9	5,9	2	96	16,5	11,4	1	98
Н-удинск	11,3	6,8	1	97	8,3	6	2	96	16,8	11,6	1	98
Худоелань	7,4	5,3	2	95	10,3	6,2	1	97	15,6	10,6	1	98
Будагово	5,4	3,6	32	63	11,2	7,1	3	96	6,9	5,2	18	74
	Нормальная схема 2 Тр + КУ + УПК, МПИ=19 минутам
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	8,2	5,8	7	91	9,6	7,1	1	97	16,9	12,2	1	98
Ук	11,7	8,8	1	97	10	7	6	92	20,5	15	1	98
Н-удинск	11,8	8,9	1	97	10,3	7,1	6	92	21,1	15,3	1	98
Худоелань	9,4	6,4	6	92	10,7	8,2	1	97	19,6	14	1	98
Будагово	6,9	4,7	7	85	13,5	9,8	1	97	7,5	5,8	1	96

По расчетам видно, что качество электроэнергии по несинусоидальности напряжения при максимальной пропускной способности не соответствует нормам ГОСТ 13109-97:

- значение коэффициента несинусоидальности с вероятностью 95% превышает нормально допустимое значение при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК на всех подстанциях участка Замзор - Будагово. Превышение нормально допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук - 20,5 %, Нижнеудинск - 21,1 %, Худоеланская - 19,6 %.

- по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта на подстанциях Замзор - фаза А (Т1= 7 %,

Т2= 91 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Ук - фаза А (Т2= 97 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Нижнеудинск - фаза А (Т2=97 %), фаза В (Т1= 6 %, Т2= 92 %), фаза С (Т2=98 %), Худоеланская - фаза А (Т1= 6 %, Т2= 92 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Будагово - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 91 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=96 %).

Анализируя состояние качества электрической энергии при среднем графике движения равным 30 минутам и при максимальной пропускной способности можно сказать, что с увеличением пропускной способности увеличивается несимметрия и несинусоидальность напряжения на шинах питающего напряжения подстанции.

4.3 Сводные результаты

1) Применение установок продольной емкостной компенсации повышает напряжение в системе тягового электроснабжения, тем самым увеличивается пропускная способность участка Замзор - Будагово.

Максимальная пропускная способность участка при пропуске поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении при схеме питания 2 Тр + КУ составляет 58 пар поездов в сутки, а при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК пропускная способность участка равна 76 пар поездов в сутки, при этом на токоприемнике электровозов поддерживается напряжение не менее 22 кВ.

2) Качество электрической энергии на шинах питающего напряжения подстанций при применении установок продольной компенсации не соответствует номам ГОСТ 13109-97

При среднем графике движения равным 30 минутам:

а) значение коэффициента несимметрии при схеме питания

2 Тр + КУ + УПК превышает нормально допустимое значение на тяговых подстанциях Ук (К2U=2,54 %) и Нижнеудинск (К2U=2,097 %). Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение на подстанциях Замзор (Т1= 44 %) , Ук (Т1= 74 %), Нижнеудинск (Т1= 45 %), Худоеланская (Т1= 35 %) , Будагово (Т1= 9 %) и предельно допустимое значение на подстанциях Ук (Т2= 6 %), Нижнеудинск (Т2= 3 %), Худоеланская (Т2= 3 %).

б) значение коэффициента несинусоидальности с вероятностью 95% превышает нормально допустимое значение при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК на всех подстанциях участка Замзор - Будагово. Превышение нормально допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук - 16,2 %, Нижнеудинск - 16,7 %, Худоеланская - 15,3 %. Среднее значение KU превышает предельно допустимое значение при той же схеме питания на всех подстанциях данного участка. Превышение предельно допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук - 8,9 %, Нижнеудинск - 9 %, Худоеланская - 8,3 %. Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение на подстанциях Замзор - фаза А (Т1= 10 %, Т2= 80 %), фаза В (Т2=85 %), фаза С (Т2=96 %), Ук - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 90 %), фаза В (Т2=94 %), фаза С (Т2=97 %), Нижнеудинск - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 90 %), фаза В (Т2= 94 %), фаза С (Т2=97 %), Худоеланская - фаза А (Т1= 14 %, Т2= 82 %), фаза В (Т2=89 %), фаза С (Т2=96 %), Будагово - фаза А (Т1= 36 %, Т2= 54 %), фаза В (Т2=90 %), фаза С (Т1= 19 %, Т2= 68 %).

При максимальной пропускной способности:

а) среднее значение коэффициента несиметрии напряжения при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК превышает нормально допустимое значение на подстанциях Замзор (К2U= 2,94 %), Ук (К2U= 3,92 %), Нижнеудинск (К2U= 3,37 %), Худоеланская (К2U= 3,14 %). Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение на подстанциях Замзор (Т1= 86 %) , Ук (Т1= 97 %), Нижнеудинск (Т1= 76 %), Худоеланская (Т1= 75 %) , Будагово (Т1= 30 %) и предельно допустимое значение на подстанциях Замзор (Т2= 20 %), Ук (Т2= 40 %), Нижнеудинск (Т2= 30 %), Худоеланская (Т2= 34 %).

б) значение коэффициента несинусоидальности с вероятностью 95% превышает нормально допустимое значение при схеме питания 2 Тр + КУ + УПК на всех подстанциях участка Замзор - Будагово. Превышение нормально допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук - 20,5 %, Нижнеудинск - 21,1 %, Худоеланская - 19,6 %. Среднее значение KU превышает предельно допустимое значение при той же схеме питания на всех подстанциях данного участка. Превышение предельно допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Ук - 11,2 %, Нижнеудинск - 12,1 %, Худоеланская - 10,9 %. Качество электрической энергии не соответствует нормам стандарта по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение на подстанциях Замзор - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 91 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Ук - фаза А (Т1= 97 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Нижнеудинск - фаза А (Т2=97 %), фаза В (Т1= 6 %, Т2= 92 %), фаза С (Т2=98 %), Худоеланская - фаза А (Т1= 6 %, Т2= 92 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=98 %), Будагово - фаза А (Т1= 7 %, Т2= 91 %), фаза В (Т2=97 %), фаза С (Т2=96 %).

5. Расчет параметров режима при применении регулируемых установок поперечной компенсации

5.1 Описание регулируемых КУ

Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (СТК) предназначены для стабилизации требуемых уровней напряжения, компенсации реактивной мощности, компенсации несимметрии напряжения.

СТК включает в себя конденсаторную батарею КБ и тиристорно - реакторную группу ТРГ.

Схема включения СТК на подстанциях приведена на рисунке 6.1

Рисунок 6.1 - Схема включения СТК: Р1 - компенсирующий реактор, Р2 - защитный реактор, ТТ - тяговый трансформатор, кс - контактная сеть, ТК - тиристорный ключ, НВ - нейтральная вставка, от - отстающая фаза, опер - опережающая фаза

Тиристорно - реакторная группа состоит из тиристорного ключа и реактора типа РКОС 10000/35 «компенсирующий однофазный с естественным воздушным охлаждением».

Характеристики реактора:

- номинальная мощность 10 Мвар,

- номинальное напряжение 35 кВ,

- номинальный ток 630 А.

Для защиты конденсаторной батареи от резонансных явлений на высоких частотах применяют защитный реактор типа ФРОМ 3200/35.

В дипломном проекте предлагается установить СТК на подстанциях в место уже установленных нерегулируемых КУ.

Для сравнения параметров режима электроснабжения при установке регулируемых КУ на подстанциях, произведен расчет следующих схем:

- нормальная схема + регулируемая КУ установленная на подстанциях Ук - в опережающую фазу, Нижнеудинск - в отстающую фазу, Худоеланская - в отстающую фазу + нерегулируемая КУ установленная в отстающую фазу на подстанциях Замзор, Будагово и в опережающую фазу подстанции Нижнеудинск - нормальная схема + регулируемая КУ установленная в отстающую фазу и опережающую фазу на подстанциях Ук, Нижнеудинск, Худоеланская + нерегулируемая КУ установленная в отстающую фазу на подстанциях Замзор, Будагово.

5.2 Расчеты параметров режима при применении регулируемых установок поперечной компенсации на подстанциях при среднем графике движения поездов

Схемы с регулируемыми КУ на подстанциях рассчитываются при пропуске поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении при МПИ=30 минутам

Время моделирования составляет 1440 минут.

Данные расчеты сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Параметры режима СТЭ при движении поездов с установкой регулируемых КУ на подстанциях

Тип схемы	направление	Интервал, мин	Мин. Напряжение, кВ
Нормальная схема + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе; Худоеланская - в отс. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Нижнеудинск - в опер. фазе; Будагово - в отс. фазе)	четное	30	24,1
	нечетное	30	24,5
Нормальная схема + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе и отс. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе и опер. фазе; Худоеланская - в отс. фазе и опер. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Будагово - в отс. фазе)	четное	30	25,1
	нечетное	30	25,7

Генерация реактивной мощности регулируемых КУ составляет в среднем 10 мвар.

По данным расчетов можно сказать, что лучшей схемой питания является схема с установкой регулируемых КУ в две фазы на подстанциях Ук, Нижнеудинск, Худоеланская, так как минимальное напряжение на токоприемнике электровозов составляет в четном направлении 25,1 кВ и в нечетном направлении 25,7 кВ и соответственно пропускная способность при этой схеме питания будет больше. Но с экономической точки зрения статические тиристорные компенсаторы дороги и установка их в две фазы на подстанциях Ук, Нижнеудинск, Худоеланская приведет к значительным затратам. Поэтому предлагается установить СТК на подстанции Ук в опережающую фазу, а на подстанциях Нижнеудинск и Худоеланская в отстающую фазу. Минимальное напряжение на токоприемнике электровозов при выбранной схеме питания будет составлять для поездов четного направления 24,1 кВ и для поездов нечетного направления 24,5 кВ.

5.3 Расчеты параметров режима при применении регулируемых установок поперечной компенсации на подстанциях при максимальной пропускной способности

Расчет произведен при установке СТК в отстающую фазу на подстанциях Нижнеудинск, Худоеланская и в опережающую фазу на подстанции Ук.

Время моделирования составляет 1440 минут.

Данные расчеты сведены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Параметры режима СТЭ при движении поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном при максимальной пропускной способности с установкой регулируемых КУ на подстанциях

Тип схемы	направление	Интервал, мин	Мин. Напряжение, кВ
Нормальная схема + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе; Худоеланская - в отс. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Нижнеудинск - в опер. фазе; Будагово - в отс. фазе)	четное	16	22,2
	нечетное	16	22,6

Из расчетов видно, что при минимальном межпоездном интервале равным 16 минутам напряжение на токоприемнике электровозов составляет 22,2 кВ для поездов четного направления и 22,6 кВ для поездов нечетного направления.

5.4 Расчет режима работы системы тягового электроснабжения при движении пакета поездов после технологического окна

Данный расчет производится для максимальной нагрузки на ТП в период пропуска поездов после окна (режим сгущения). Продолжительность окна составляет 120 минут.

При межпоездном интервале 30 минут, во время окна, на участке скопится по четыре поезда в четном и нечетном направлениях, поэтому их необходимо пропускать с минимальным МПИ и с поддержанием уровня напряжения на токоприемнике 22 кВ.

График движения поездов показан на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 - График движения поездов массой 6300 в четном направлении с интервалом 10 минут и 3000 тонн в нечетном направлении с интервалом 8 минут

Минимальный уровень напряжения на токоприемнике при межпоездноминтервале 10 минут в четном направлении составляет 22,1 кВ и при межпоездном интервале 8 минут в нечетном направлении 25,2 кВ. График изменения напряжения поезда при прохождении данного участка в четном направлении представлен на рисунке 6.3.



Рисунок 6.3 - График изменения напряжения от координаты расположения поезда четного направления при МПИ = 10 минутам

Таким образом, после технологического окна равным 120 минутам следует пропускать поезда с интервалом 10 минут в четном направлении 8 минут в нечетном направлении.

5.5 Сводные результаты

1) При пропуске поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении и средним графике движения равным 30 минутам, минимальное напряжение на токоприемнике электровозов, при схеме питания с одним трансформатором и включенными регулируемыми КУ на подстанциях Ук в опережающую фазу, Нижнеудинск и Худоеланская в отстающую фазу составляет для поездов четного направления 24,1 кВ и для поездов нечетного направления 24,5 кВ.

2) При максимальной пропускной способности 90 пар поездов в сутки

межпоездной интервал равен 16 минутам, напряжение на токоприемнике электровозов для поездов четного направления составляет 22,2 кВ и нечетного направления 22,6 кВ.

6. Качество электрической энергии на шинах питающего напряжения при применении регулируемых установок параллельной компенсации

Расчеты по вычислению несимметрии и несинусоидальности напряжения производятся при движении поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении.

6.1 Несимметрия напряжения при среднем графике движения поездов

Расчеты несимметрии произведены за сутки.

Данные расчетов сведены в таблицы 6.1.

Таблица 6.1 - Несимметрии на шинах питающего напряжения тяговых подстанций при МПИ = 30 минутам

Тяговая подстанция	Тип схемы К2U	Нормальная схема + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе; Худоеланская - в отс. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Нижнеудинск - в опер. фазе; Будагово - в отс. фазе)
1	2	3
Замзор	Сред. %	1,23
	Макс.,%	2,46
	Т1, %	10
	Т2, %	0
Ук	Сред. %	1,639
	Макс. %	2,92
	Т1, %	12
	Т2, %	0
Н-удинск	Сред. %	1,261
	Макс. %	2,57
	Т1, %	9
	Т2, %	0
Худоеланская	Сред. %	1,14
	Макс. %	2,28
	Т1, %	4
	Т2, %	0
Будагово	Сред. %	0,804
	Макс. %	1,59
	Т1, %	0
	Т2, %	0

По результатам расчета видно, что при применении регулируемых КУ среднее значение коэффициента несимметрии не превышает нормально допустимого значения на подстанциях Замзор К2U=1,5 %, Ук К2U=1,5 %, Нижнеудинск К2U=1,3 %, Худоеланская К2U=1 %, Будагово К2U=0,8 % и соответствует нормам ГОСТ-13109-97.

По суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение Т1 качество электроэнергии не соответствует ГОСТ. На подстанциях Замзор Т1=10 %, Ук Т1=12 %, Нижнеудинск Т1= 9 %.

6.2 Несинусоидальность напряжения при среднем графике движения поездов

Данные расчета сведены в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 - Несинусоидальность напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций при МПИ=30 минутам

Название ТП	Коэффициент несинусоидальности напряжения
	Нормальная схема 1тр + регул. КУ
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред %	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	1,3	0,2	3	0	1,6	0,3	0	3	1,8	0,4	0	3
Ук	1,8	0,3	0	3	1,5	0,3	0	3	1,9	0,5	6	3
Н-удинск	1,8	0,3	0	3	1,7	0,3	0	3	1,9	0,4	6	3
Худоелань	1,7	0,3	3	0	1,7	0,3	0	3	1,9	0,3	3	3
Будагово	1,3	0,2	0	0	1,5	0,3	0	3	1,3	0,2	3	0

Из расчета видно, что:

- значение КU с вероятностью 0,95 % соответствует ГОСТ и не превышает нормально допустимого значения и достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 1,8 %, Ук - 1,9 %, Нижнеудинск - 1,9 %, Худоеланская - 1,9 %, Будагово - 1,3 %;

- среднее значение КU не превышает предельно допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 0,4 %, Ук - 0,5 %, Нижнеудинск - 0,4 %, Худоеланская - 0,3 %, Будагово - 0,2 %;

- по суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электроэнергии соответствует нормам ГОСТ на подстанциях Замзор по фазе А (Т1=3 %), Худоеланская по фазе А (Т1=3 %), Будагово по фазам А (Т1=0 %), и С (Т1=3 %). Для остальных фаз подстанций качество электроэнергии не соответствует нормам ГОСТ.

6.3 Несимметрия и несинусоидальность напряжения при максимальной пропускной способности

Максимальная пропускная способность при установке регулируемых КУ составляет 90 пар поездов в сутки при МПИ=16 минутам.

Расчеты произведены за сутки.

Данные расчетов сведены в таблицы 6.3, 6.4.

Таблица 6.3 - Несимметрия напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций при максимальной пропускной способности

Тяговая Подстанция	Тип схемыК2U	Нормальная схема + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе; Худоелань - в отс. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Нижнеудинск - в опер. фазе; Будагово - в отс. фазе) 16 минут
Замзор	Сред. %	1,91
	Макс. %	3,81
	Т1(2%), %	41
	Т2(4%), %	0
Ук	Сред. %	2,39
	Макс. %	4,68
	Т1(2%), %	52
	Т2(4%), %	1
Нижнеудинск	Сред. %	1,75
	Макс. %	3,4
	Т1(2%), %	45
	Т2(4%), %	0
Худоеланская	Сред. %	1,675
	Макс. %	3,25
	Т1(2%), %	12
	Т2(4%), %	0
Будагово	Сред. %	1,1
	Макс. %	2,1
	Т1(2%), %	1
	Т2(4%), %	0

По расчетам несимметрии напряжения по обратной последовательности при максимальной пропускной способности видно, что качество электроэнергии соответствует ГОСТ-13109-97 и не превышает нормально допустимое значение на подстанциях Замзор К2U=1,91 %, Нижнеудинск К2U=1,75 %, Худоеланская К2U=1,75 %. На подстанции Ук К2U=2,39 %, качество электроэнергии не соответствует нормам стандарта и превышает нормально допустимое значение.

Таблица 6.4 - Коэффициент несинусоидальности напряжения на шинах питающего напряжения тяговых подстанций при максимальной пропускной способности

Название ТП	Коэффициент несинусоидальности напряжения
	Нормальная схема 1тр + регул. КУ, 16 минут
	Фаза А	Фаза В	Фаза С
	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%	95%	Сред%	Т1%	Т2%
Замзор	1,9	0,9	10	2	2,2	1,2	5	10	2,5	1,4	5	10
Ук	2,5	1,1	5	8	2,1	1,1	7	4	2,7	1,6	9	5
Н-удинск	2,6	1,2	5	8	2,5	1,3	7	4	2,6	1,5	9	5
Худоелань	2,3	1,1	3	5	2,6	1,4	8	4	2,6	1,5	5	5
Будагово	1,9	0,9	10	0	2,1	0,9	8	3	1,8	0,9	6	0

Из расчета видно, что качество электроэнергии при максимальной пропускной способности по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения не соответствует нормам ГОСТ-13109-97 и превышает нормально допустимое значения с вероятностью 95 % на подстанциях Замзор - фаза В 2,2 %, фаза С 2,5 %, Ук - фаза А 2,5 %, фаза В 2,1 %, фаза С 2,7 %, Нижнеудинск - фаза А 2,6 %, фаза В 2,5 %, фаза С 2,6 %, Худоеланская - фаза А 2,3 %, фаза В 2,6 %, фаза С 2,6 %, Будагово - фаза В 2,1 %.

Среднее значение КU не превышает предельно допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 1,4 %, Ук - 1,6 %, Нижнеудинск - 1,5 %, Худоеланская - 1,5 %, Будагово - 0,9 %.

По суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электроэнергии не соответствует нормам ГОСТ и достигает значения на подстанциях Замзор по фазе В и С Т1=5 %, Т2=10 %, Ук по фазе С Т1=9 %, Т2=5 %, Нижнеудинск по фазе С Т1=9 %, Т2=5 %, Худоеланская по фазе В Т1=8 %, Т2=4 %, Будагово по фазам В Т1=8 %, Т2=3 %.

6.4 Сводные результаты

1) Применение регулируемых статических компенсаторов реактивной мощности повышает напряжения в тяговой сети, тем самым увеличивается пропускная способность участка Замзор - Будагово.

При пропуске поездов массой 6300 тонн в четном направлении и 3000 тонн в нечетном направлении пропускная способность участка при схеме питания 2 Тр + КУ составляет 58 пар поездов в сутки, а при схеме питания 1 Тр + регулируемая КУ (Ук - в опер. фазе; Нижнеудинск - в отс. фазе; Худоелань - в отс. фазе) + нерегулируемая КУ (Замзор - в отс. фазе; Нижнеудинск - в опер. фазе; Будагово - в отс. фазе) пропускная способность равна 90 пар поездов в сутки, при этом на токоприемнике электровоза поддерживается напряжение не менее 22 кВ.

2) Качество электрической энергии при применении регулируемых КУ

а) при среднем графике движения

Среднее значение коэффициента несимметрии соответствует нормам ГОСТ-13109-97 и не превышает нормально допустимого значения на подстанциях Замзор К2U=1,5 %, Ук К2U=1,5 %, Нижнеудинск К2U=1,3 %, Худоеланская К2U=1 %, Будагово К2U=0,8 %.

По суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое значение Т1 качество электроэнергии не соответствует ГОСТ. На подстанциях Замзор Т1=10 %, Ук Т1=12 %, Нижнеудинск Т1= 9 %.

Значение коэффициента несинусоидальности с вероятностью 0,95 % не превышает нормально допустимого значения и достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 1,8 %,Ук - 1,9 %, Нижнеудинск - 1,9 %, Худоеланская - 1,9 %, Будагово - 1,3 %, что соответствует нормам ГОСТ.

Среднее значение КU не превышает предельно допустимого значения и достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 0,4 %, Ук - 0,5 %, Нижнеудинск - 0,4 %, Худоеланская - 1,9 %, Будагово - 0,2 % - соответствует ГОСТ

По суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электроэнергии соответствует нормам ГОСТ на подстанциях Замзор по фазе А (Т1=3 %), Худоеланская по фазе А (Т1=3 %), Будагово по фазам А (Т1=0 %), и С (Т1=3 %). Для остальных фаз подстанций качество электроэнергии не соответствует нормам ГОСТ.

б) При максимальной пропускной способности

Качество электроэнергии по несимметрии напряжения соответствует ГОСТ-13109-97 и не превышает нормально допустимое значение на подстанциях Замзор К2U=1,91 %, Нижнеудинск К2U=1,75 %, Худоеланская К2U=1,75 %. На подстанции Ук К2U=2,39 %, качество электроэнергии не соответствует нормам стандарта и превышает нормально допустимое значение.

Превышение времени выхода за нормально допустимое значение наблюдается на подстанциях Замзор Т1=41 %, Ук Т1=52 %, Нижнеудинск Т1=45 %, Худоелань Т1=12 %, а за предельно допустимое значение на подстанции Ук Т2=1 %.

Качество электроэнергии по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения не соответствует нормам стандарта и превышает нормально допустимое значения с вероятностью 95 % на подстанциях Замзор - фаза В 2,2 %, фаза С 2,5 %, Ук - фаза А 2,5 %, фаза В 2,1 %, фаза С 2,7 %, Нижнеудинск - фаза А 2,6 %, фаза В 2,5 %, фаза С 2,6 %, Худоеланская - фаза А 2,3 %, фаза В 2,6 %, фаза С 2,6 %, Будагово - фаза В 2,1 %.

Среднее значение КU не превышает предельно допустимого значения достигает по фазе С на подстанциях Замзор - 1,4 %, Ук - 1,6 %, Нижнеудинск - 1,5 %, Худоеланская - 1,5 %, Будагово - 0,9 %.

По суммарной продолжительности времени выхода за нормально допустимое и предельно допустимое значение качество электроэнергии не соответствует нормам ГОСТ и достигает значения на подстанциях Замзор по фазе В и С Т1=5 %, Т2=10 %, Ук по фазе С Т1=9 %, Т2=5 %, Нижнеудинск по фазе С Т1=9 %, Т2=5 %, Худоеланская по фазе В Т1=8 %, Т2=4 %, Будагово по фазам В Т1=8 %, Т2=3 %.

7. Проверка оборудования тяговой подстанции Худоеланская

7.1 Описание тяговой подстанции

Тяговая подстанция Худоеланская - транзитная, включена в рассечку ЛЭП-110 кВ. Входное РУ-110 кВ подстанции выполнено по схеме два ввода подстанции с двумя перемычками рабочей - содержащей выключатель и ремонтной. РУ - 110 выполнено гибкими шинами АС-185.

Исходя из условий бесперебойного питания тяговых потребителей, на подстанции установлены два главных понижающих трансформатора. Понижающие трансформаторы подключаются к шинам 110 кВ через выключатели МКП-110/1000 с разъединителями со стороны шин 110 кВ. На каждом вводе в РУ-27.5 кВ установлен выключатель и разъединители со стороны понижающего трансформатора и сборной системы шин 27.5 кВ.

РУ-27.5 кВ предназначено для питания тяговой сети переменного тока, нетяговых линейных железнодорожных потребителей по линиям ДПР, трансформаторов собственных нужд. РУ-27.5 кВ имеет двухфазную рабочую систему шин, секционированную разъединителем, и запасную шину. Третья фаза С обмоток понижающего трансформатора соединена с контуром заземления подстанции и рельсами подъездного пути.

Фидера контактной сети 1ФКС и 2ФКС питают левое плечо подстанции и питаются от фазы В, 4ФКС и 5ФКС, питающие правое плечо подстанции, питаются от фазы А. От 3ФКС питаются пути стации Худоеланская.

Запасной выключатель с помощью разъединителей может быть присоединен к любой из фаз, обеспечивая питание любого фидера контактной сети при отключении выключателя этого фидера.

Сборные шины каждой фазы выполнены проводом АС-300. 1ТСН и 2ТСН присоединены к шинам РУ с помощью трехфазных выключателей МКП-35/630. Такие же выключатели установлены на фидерах ДПР.

Компенсирующая установка КУ-27,5 присоединена к сборным шинам с помощью выключателя ВВК-35/1000. Фидера 27,5 кВ выполнены проводами АС-185.

На фидерах контактной сети использованы однополюсные выключатели ВБН-27,5/1600, на запасном фидере - ВБН-27,5/1600. РУ-10 кВ предназначено для питания нетяговых районных потребителей. РУ-10 кВ выполнено по схеме, одна рабочая система сборных шин секционированная разъединителем. К шинам подключены четыре фидера для питания нетяговых районных потребителей и два фидера для питания устройств СЦБ. 1Ф-10 питает РРС-88, 2Ф-10 - лесозаготовительный пункт, 3Ф-10 - освещение станции, 4Ф-10 - колхоз Хингуй. РУ-10 получает питание от одного понижающего трансформатора. На вводах в РУ-10 установлены выключатели ВВТЭ-10/1000 с разъединителями со стороны понижающего трансформатора и сборных шин. На фидерах 10 кВ установлены вакуумные выключатели ВВТЭ-10/630 и разъединители РВ-10/1000. Сборные шины 10 кВ выполнены жесткими шинами АДО-100х8, ввода выполнены кабелем. Отходящие линии фидеров 10 кВ выполнены кабелем АСБ.

В дипломном проекте необходимо произвести расчет токов короткого замыкания для присоединений подстанции и проверить основное оборудование на термическую и динамическую стойкость.

На присоединениях подстанции установлена следующая силовая аппаратура:

- РУ-110 кВ - выключатель МКП-110/1000, разъединитель РНДЗ-110/1000, трансформатор тока ТВ-110 600/5.

- Транзитная перемычка 110 кВ - разъединители РНДЗ-110/1000, выключатель МКП-110/1000, трансформатор тока ТВ-110 600/5

- Ввода РУ-27.5 кВ - выключатель МКП-35/1000, разъединитель РНДЗ-35/1000, трансформатор тока ТФЗМ-35 1500/5.

- Сборные шины РУ-27.5 кВ - разъединитель РНДЗ-35/2000.

Фидера ДПР: выключатель МКП-35/630, разъединители РНДЗ-35/630, трансформаторы тока ТФЗМ-35 1500/5.

- ТСН - выключатель МКП-35/630, разъединители РНДЗ-35/630, трансформаторы тока ТФЗМ-35 1500/5, трансформатор ТМ-160/35.

- Фидера контактной сети - выключатели ВБН-27,5/1600, разъединители РНДЗ-35/2000, трансформатор тока ТФЗМ-35 1000/5.

- ТН-27.5 - разъединитель РНДЗ-35/1000, трансформатор напряжения ЗНОМ-35-54, ограничитель перенапряжения ОПН-35 АУ.

КУ-27.5 - выключатель ВВК-35/1000, разъединитель РНДЗ-35/1000, трансформатор тока ТФЗМ-35 200/5, трансформатор напряжения ЗНОМ-35-65.

- Ввода в РУ-10 кВ - выключатель ВВТЭ-10/1000, разъединители РВ-10/630, РВ-10/1000, трансформатор тока ТПЛ-10 1000/5.

- Сборные шины 10 кВ - разъединитель РВ-10/630.

- Фидера районных потребителей - выключатель ВВТЭ-10/630, разъединитель РВ-10/400, трансформатор тока ТПЛ-10 400/5.

-Фидера СЦБ - выключатель ВМГ-10/630, разъединители РВ-10/1000, трансформатор тока ТПЛ-10 300/5.

- ТН-10 - разъединитель РВ-10/400, трансформатор напряжения НТМИ-10, разрядники ОПН-П1-10 АУ.

7.2 Проверка аппаратуры и токоведущих частей тяговой подстанции

Для обеспечения надёжной работы аппаратуры и токоведущих частей электроустановки необходимо правильно выбрать их по условиям длительной работы в нормальном режиме и кратковременной работы в режиме короткого замыкания.

Выбор аппаратуры и токоведущих частей выполняется по следующим условиям:

- по номинальному напряжению установки

Uуст Uн

- по номинальному току аппарата

Iраб.max Iн ,

где Uуст - номинальное напряжение установки,

Uн - номинальное напряжение аппарата,

Iраб.max - максимальный рабочий ток присоединения, где установлен

аппарат,

Iн - номинальный ток аппарата.

Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений тяговой подстанции.

Максимальный рабочий ток вводов и перемычки тяговой подстанции определим, используя выражение:

где - коэффициент перспективы, равный 1.3,

n - число понижающих трансформаторов,

- номинальная мощность трансформатора, ВА,

- номинальное входное напряжение тяговой подстанции, В.

Используя выражение (9.1) получим

.

Максимальный рабочий ток обмотки высокого напряжения силового трансформатора определим по формуле

где составляющие формулы те же, что и в формуле (9.1), кроме

- коэффициент перегрузки трансформатора, равный 1.4,

- номинальное напряжение стороны высокого напряжения, В.

Используя выражение (9.2) получим

.

Максимальный рабочий ток обмотки среднего напряжения силового трансформатора определим, используя выражение

где составляющие формулы те же, что и в формуле (9.2) кроме

- номинальное напряжение стороны среднего напряжения, В.

Используя формулу (9.3) получим

.

Максимальный рабочий ток сборных шин среднего напряжения определим по формуле



где - коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения, равный 0.5 - 0.7 (0.5 при числе присоединений пять и более; 0.7 - при меньшем числе присоединений),

n - число понижающих трансформаторов,