Проектирование железнодорожного участка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Тяговое электроснабжение является частью общей системы «Железнодорожная линия» и находится в постоянном взаимодействии с другими ее компонентами и устройствами, такими как постоянные сооружения, подвижной состав, устройства СЦБ и контактная сеть. Для интеграции тягового электроснабжения в систему необходимо выполнение следующих этапов: выбор рода тягового тока и концепции питания; определение основных электрических характеристик контактной сети; выбор и спецификация основного оборудования, а также концепции защиты и заземления.

Проектирование, а затем и сооружение всех устройств электроснабжения производится в расчете на определенный грузопоток, а точнее - на заданные размеры движения и массы поездов. Непрерывный рост грузопотоков в какой-то момент приводит к тому, что мощность элементов системы электроснабжения становится недостаточной для обеспечения нормальной работы участка. Это может проявиться различным образом и в разное время.

Недостаток мощности трансформаторов тяговых подстанций выразится в повышении температуры их обмоток и, следовательно, приведет к уменьшению срока службы трансформаторов. Кроме того, максимальная температура обмотки может выйти за пределы значений, допускаемых стандартом. к моменту, когда выявляется недостаточность мощности установленных трансформаторов, они уже имеют определенный износ. Поэтому мощность вновь устанавливаемых трансформаторов следует выбирать таким образом, чтобы их срок службы, а также срок службы трансформаторов, установленных ранее, соответствовал стандарту.

Особенно сильно это сказывается при пропуске тяжеловесных поездов. Так как постоянная времени нагревания трансформатора значительно превосходит время прохода поездом подстанционной зоны, то при пропуске одного такого поезда температура обмотки трансформатора успевает достигнуть установившегося значения.

Система тягового электроснабжения имеет комплексный характер. Ее токовая нагрузка, являющаяся основным определяющим параметром, зависит от многих факторов, изменяясь во времени и по длине участка. В связи с этим необходимо и целесообразно обеспечивать надежность системы еще на этапе разработки с помощью компьютерного моделирования, которое позволяет оптимально отображать динамические процессы в сетях.

Работа по усилению системы тягового электроснабжения позволит более эффективно использовать провозную способность, будет способствовать снижению эксплуатационных расходов и заключается в планировании комплекса мероприятий по усилению и улучшению параметров системы тягового электроснабжения.

Железная дорога как часть инфраструктуры города, региона или земли является важным фактором. В связи с этим от нее ожидается высокая эксплуатационная надежность. Это значит, что нормальная эксплуатация должна продолжаться при выходе из строя отдельных единиц оборудования. В связи с этим при разработке систем тягового электроснабжения исследуются также аварийные режимы работы. Виды исследуемых ситуаций подлежат согласованию с компаниями, эксплуатирующими электрические сети. С ними же совместно решаются вопросы уровня резервирования и степени снижения энергопотребления при выходе из строя отдельных компонентов силового оборудования.

1. Исходные данные

Электрифицированный участок Аячи - Уруша находится в границах Ерофей - Павловичской дистанции электроснабжения. Протяженность данного участка составляет 128,5 километров. Продольный профиль пути участка Аячи - Уруша представлен на рисунке.

Профиль пути участка

Наименование и координаты расположения раздельных пунктов представлены в таблице 1.

Таблица 1.Список объектов участка Аячи - Уруша

№	Наименование раздельных пунктов	Тип раздельных пунктов	Координаты, км
1	ТП Аячи	ЭЧЭ	7085,9
2	ПС Ороченский	ПС	7101,8
3	ТП Ерофей Павлович	ЭЧЭ	7112,1
4	ПС Сегачама	ПС	7134,3
5	ТП Большая Омутная	ЭЧЭ	7153,5
6	ПС Сгибеево	ПС	7190,8
7	ТП Уруша	ЭЧЭ	7208,8

Электрифицированный участок Аячи - Уруша включает в себя четыре тяговые подстанции (Аячи, Ерофей Павлович, Большая Омутная, Уруша). Тяговые подстанции получают питание от линий электропередач напряжением 220 кВ. На всем участке электроснабжения применяется двусторонняя узловая схема питания.

Характеристики силовых трансформаторов на тяговых подстанциях участка Аячи - Уруша приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры тяговых трансформаторов

ТП	Тип трансформатора	Uк, %	ДPхх, кВт	ДPкз, кВт	Iхх, %	Sкз, МВА	Плечо
							левое
							правое
Аячи	ТДТНЖ- 40000/220-76У1	9,5	66	240	1,1	943	отстающая
							опережающая
Ерофей Павлович	ТДТНЖ- 40000/220-76У1	12,5	66	240	1,1	1036	отстающая
							опережающая
Большая Омутная	ТДТНЖ- 40000/220-76У1	12,5	66	240	1,1	1668	отстающая
							опережающая
Уруша	ТДТНЖ- 40000/220-76У1	12,5	66	240	1,1	1014	отстающая
							опережающая

Параметры питающих и отсасывающих линий представлены в таблице 3.

Таблица 3. Параметры питающих и отсасывающих линий

Подстанция	№ фидера	Длина фидера, км	Марка
Аячи	1,2	2,4	4АС-185+Р65
	5,4	4,7
	отсасывающий	0,29	3АС-185+Р65
Е. Павлович	1,2	3,1	2А-185+4Р65
	5,4	7,0
	отсасывающий	0,7	4А-185+4Р65
Большая Омутная	1,2	0,4	2А-185+4Р65
	5,4	2,4
	отсасывающий	0,25	3А-185+4Р65
Уруша	1,2	3,1	2А-185+4Р65
	5,4	5,4
	отсасывающий	0,35	4А-185+4Р65

Установки продольной компенсации на участке представлены в таблице 4.

Таблица 4. Установки продольной компенсации

Параметры УПК	ТП Аячи	ТП Б. Омутная	ТП Уруша
Номинальное опорное напряжение	27,5 кВ	27,5 кВ	27,5 кВ
Номинальная частота	50 Гц	50 Гц	50 Гц
Номинальный ток	2400 А	2400 А	2400 А
Количество параллельно соединенных конденсаторно-реакторных секций	3 шт.	4 шт.	4 шт.
Установленная реактивная мощность конденсаторных батарей	14,4 Мвар	19,2 Мвар	19,2 Мвар
Номинальное реактивное сопротивление устройства	1,875 Ом	1,875 Ом	1,875 Ом
Номинальная емкость	1698 мкФ	1698 мкФ	1698 мкФ
Номинальный ток одной конденсаторно-реакторной секции	800 А	800 А	800 А

Тип тяговой сети представлен в таблице 5

Таблица 5. Тип тяговой сети

Границы секции	Путь	Марки проводов подвесок путей	Длина, км
Аячи - Ерофей П.	1	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65	29,8
	2	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65
Ерофей П. - 7125,1 км	1	ПБСМ-95+МФ-100+4Р65	14,3
	2	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65
7125,1 км - Большая О.	1	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65	28,6
	2	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65
Большая О. - 7155,7 км	1	ПБСМ-95+МФ-100+ +4Р65	2
	2	ПБСМ-95+МФ-100+ +4Р65
7155,7 км - 7191,7 км	1	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65	36
	2	ПБСМ-95+МФ-100+А-185+4Р65
7191,7 км - Уруша	1	ПБСМ-95+МФ-100+ +4Р65	17,8
	2	ПБСМ-95+МФ-100+ +4Р65

Проанализировав исходный график движения поездов, делаем вывод, что на участке Аячи - Уруша эксплуатируются электровозы серии ЭП-1 для пассажирских перевозок и электровозы серии: 1,5xВЛ-80С, ВЛ-80С, 2x2ЭС5К, 3ЭС5К и 2ЭС5К для грузовых составов. Массы поездов на данном участке составляют: 6300/6800/7100 тонн в четном направлении движения и 4500 тонн в нечетном направлении соответственно. Пропускная способность на данном участке составляет 75 пар поездов в сутки, из которых 66 - грузовые [23].

Движение грузовых соединенных поездов массой 12000 тонн и более на участке Аячи - Уруша не разрешается [20].

2. Тяговый расчет

При эксплуатации, а также при определении путей перспективного развития железных дорог, возникают многочисленные практические задачи, которые решаются с помощью теории локомотивной тяги и ее прикладной части - тяговых расчетов. Тяговые расчеты служат для решения различного рода задач таких как: выбор локомотива и его основных характеристик, расчет массы состава, расчет скорости и времени хода поезда по перегону, определение температуры нагрева тяговых электродвигателей, определение расхода электрической энергии электровозами. Полученные с помощью тяговых расчетов данные служат основой для решения следующих задач: составление графиков движения поездов, нормирование расхода электрической энергии на тягу поездов, расчета пропускной и провозной способности, расстановка раздельных пунктов, тяговых подстанций, проектирование новых, и реконструкция существующих железных дорог и других практические задач.

Тяговый расчет выполняем при помощи программного комплекса КОРТЭС, предназначенного для работы в современных операционных системах. Он был создан с учетом опыта эксплуатации пакета, который был разработан в начале 90-х годов ВНИИЖТом на основе проведенных исследований для тяговых и электрических расчетов в сфере проектирования и эксплуатации систем тягового электроснабжения. Это позволило выбирать варианты технических решений по способам усиления устройств на действующих участках и оптимальных параметров для вновь электрифицируемых линий. КОРТЭС внедрен на сети железных дорог, а также в ряде проектных организаций. Расчеты с использованием КОРТЭС позволяют решать задачи по выбору наиболее эффективных способов усиления системы тягового электроснабжения, при которых обеспечиваются нормируемые показатели по уровню напряжения на токоприемниках электровозов, температуре нагрева проводов контактной сети и допустимым перегрузкам силового оборудования тяговых подстанций.

Тяговые расчёты являются прикладной частью теории тяги поездов и позволяют решать многочисленные практические задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации железных дорог. Важнейшими задачами тягового расчета является:

- составление графика движения поездов;

- определение времени хода, скорости по участкам и отдельным перегонам;

- выбор рационального размещения станций и раздельных пунктов при проектировании железных дорог;

- определение параметров системы энергоснабжения при электрификации железной дороги;

- размещение тяговых подстанций и определение их мощности.

На железнодорожном транспорте России методы производства тяговых расчётов и необходимые для их выполнения нормативы регламентируются Правилами тяговых расчётов для поездной работы.

2.1 Тяговый расчет для существующих масс поездов

В качестве исходных данных при тяговых расчётах используются параметры участков: расположение раздельных пунктов, продольный профиль, ограничения скорости. Параметры и характеристики подвижного состава выбираются из каталогов локомотивов и типовых составов поездов., в котором все необходимые параметры введены в соответствии с исходными данными.

Расчет выполним с использованием двухсекционных электровозов серии ВЛ-80С и 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения и 6300 тонн. Результаты расчета сведем в таблицы 6 и 7.

Таблица 6. Результаты тяговых расчетов ВЛ-80С

Направление движения	Масса состава, тонн	Время хода полное, мин	Время хода под током, мин	Расход активной энергии кВт·ч	Расход полной энергии, кВ·А·ч	Удельный расход активной энергии, кВт·ч/т·км	Удельный расход полной энергии, кВ·А·ч/т·км
четное	6300	138,1	52,5	6744,8	8289,6	8,1	10,0
нечетное	4500	125,4	82,6	10231,7	12530,9	17	20,8

Таблица 7. Результаты тяговых расчетов 2ЭС5К

Направление движения	Масса состава, тонн	Время хода полное, мин	Время хода под током, мин	Расход активной энергии кВт·ч	Расход полной энергии, кВ·А·ч	Удельный расход активной энергии, кВт·ч/т·км	Удельный расход полной энергии, кВ·А·ч/т·км
четное	6300	133	42,9	6134,9	7305,2	7,4	8,8
нечетное	4500	124,3	80,3	9413,7	11198,6	15,6	18,6

Для наглядности на рисунке 2 представлен график изменения удельного расхода активной электроэнергии в зависимости от массы состава и типа электровоза, так как это наиболее удобный показатель для учета и анализа расхода энергии, потребляемой на тягу поездов. Удельный расход представляет собой расход электроэнергии, выраженный в киловатт-часах, отнесенный к 1 т массы поезда на 1 км его пробега.

Анализ результатов тягового расчета позволяет сделать следующий вывод: удельный расход активной электроэнергии при движении поезда в четном и нечетном направлениях с электровозом ВЛ-80С выше, чем при движении поезда той же массы и в тех же направлениях, но с электровозом 2ЭС5К, что объясняется характеристиками каждого электровоза.

Согласно распоряжению ОАО «РЖД» об организации обращения грузовых поездов повышенной массы и длины на железнодорожных путях общего пользования Забайкальской и Дальневосточной железных дорог, поезд массой более 6000 т. и с числом осей более 350 считается повышенной массы. Поезда повышенной массы обслуживаются локомотивами в 3-х или 4-х секционном исполнении. В границах Забайкальской железной дороги поезда массой более 6300 т. до 6800 т. могут эксплуатироваться с постановкой в голове состава 3-х секционного локомотива, а поезда массой более 6800 т. должны эксплуатироваться с постановкой в голове состава 4-х секционного локомотива серии 2х2ЭС5К[24].

Выполним тяговый расчет с учетом этих требований, то есть с использованием электровоза серии 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения и с использованием электровоза серии 2х2ЭС5К, массой 7100 тонн в четном.

Результаты тяговых расчетов сведем в таблицу 8.

Таблица 8. Результаты тяговых расчетов

Направление движения	Масса состава, т	Количество секций ЭПС, шт.	Время хода полное, мин	Время хода под током, мин	Расход активной энергии кВт·ч	Расход полной энергии, кВ·А·ч	Удельный расход активной энергии, кВт·ч/т·км	Удельный расход полной энергии, кВ·А·ч/т·км
четное	7100	4	130,3	39,6	7125,1	8477	7,4	8,8
нечетное	4500	2	125,6	79,8	9376,9	11154,5	15,5	18,5

Для возможности сравнить результаты тяговых расчетов существующих масс поездов в четном направлении движения выполним тяговый расчет с использованием локомотива 3ЭС5К для поезда массой 6800 тонн.

Результаты тягового расчета сведем в таблицу 9.

Таблица 9. Результаты тягового расчета с использованием локомотива 3ЭС5К для поезда массой 6800 тонн

Направление движения	Масса состава, т	Количество секций ЭПС, шт.	Время хода полное, мин	Время хода под током, мин	Расход активной энергии кВт·ч	Расход полной энергии, кВ·А·ч	Удельный расход активной энергии, кВт·ч/т·км	Удельный расход полной энергии, кВ·А·ч/т·км
четное	6800	3	128,5	40,7	6696,9	7967,2	7,4	8,9

При пропуске поездов большей массы удельный расход активной электроэнергии будет таким же, как и при пропуске в том же направлении поездов меньшей массы. Это позволяет сделать следующий вывод: расход электроэнергии в киловатт-часах, затраченный на перевозку 1 тонны массы поезда на 1 км его пробега, будет меньше при перевозке груза поездом большей массы.

2.2 Тяговый расчет для поездов повышенной массы на перспективу

Стратегическая задача ОАО «РЖД» по повышению объемов перевозок и эффективности работы и инвестиционный проект «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей» во многом решаются увеличением средней массы и длины грузовых поездов на основных направлениях сети железных дорог.

Согласно паспорту, инвестиционного проекта «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей» одной из главных задач является приоритетное развитие железнодорожной инфраструктуры к 2020 году и увеличение пропускной и провозной способностей Транссибирской магистрали для обеспечения пропуска грузовых поездов, перевозящих грузы в порты Дальнего Востока, с весовой нормой в размере 7100 тонн. Наличная пропускная способность на участке Аячи - Уруша после реализации проекта должна составить 123 пары поездов в сутки, 105 из которых грузовые.

Выполним тяговый расчет с использованием электровоза серии 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения, и с использованием электровоза 2x2ЭС5К для поездов массой 8300 тонн в четном.

Результаты тяговых расчетов сведем в таблицу 10

Таблица 10. Результаты тяговых расчетов

Направление движения	Масса состава, т	Количество секций ЭПС, шт.	Время хода полное, мин	Время хода под током, мин	Расход активной энергии кВт·ч	Расход полной энергии, кВ·А·ч	Удельный расход активной энергии, кВт·ч/т·км	Удельный расход полной энергии, кВ·А·ч/т·км
четное	8300	4	130,3	41,6	9320,2	11401,2	7,5	8,9
нечетное	4500	2	133,4	93,6	12176,3	14937,9	16,1	19,8

Сравним данные об удельном расходе активной энергии, полученные в результате тягового расчета для поезда массой 8300 тонн с удельным расходом активной энергии для поезда массой 7100 тонн.

Удельный расход активной энергии при пропуске поезда массой 7100 тонн будет меньше, чем при пропуске поезда, массой 8300 тонн на 0,1 кВт·ч/т·км. Дальнейшие расчеты будут произведены, как для существующих, так и для перспективных масс поездов.

3. Определение наличной пропускной способности на участке Аячи - Уруша

Оценка показателей работы СТЭ требует использования как вероятностного, так и детерминированного графиков движения поездов. Исполненный график содержит периоды, когда его можно характеризовать как детерминированный, или как вероятностный. Для детерминированного графика можно наперед указать межпоездные интервалы, чаще всего он имеет место в периоды сгущения поездов при восстановлении нормального графика движения после окна, когда в нем не остается свободных нитей, которые бы давали возможность для варьирования числа поездов на рассматриваемом участке. Вероятностный или случайный график движения в большей степени отвечает нормальному режиму движения, когда интервалы выпускаемых поездов на участок подвержены случайным изменениям и потому не могут быть предсказаны заранее. Однако межпоездные интервалы вероятностного графика подчиняются некоторой вероятностной закономерности, что позволяет «разыгрывать» эти интервалы при имитации. Примером детерминированных графиков движения поездов могут служить параллельные и пакетные графики. Детерминированные графики определяют наибольшие нагрузки на устройства железной дороги и систему тягового электроснабжения, в частности. Следовательно, такие графики являются расчетными для определения предельных возможностей СТЭ. Время, в течение которого имеют место такие графики движения, все же незначительное по сравнению с тем периодом, когда поезда движутся в нормальном режиме. В некоторых случаях параллельный график практически не «чувствует» эффективности ПСК (особенно по напряжению), поскольку не учитывает неравномерности колебания веса поездов и неравномерности их движения. Рациональные области применения детерминированных графиков определяются необходимостью оценки режимов работы в наиболее нагруженные периоды (пакетный график движения в период восстановления нормального графика после «окна»), случайные графики следует использовать для технико-экономических оценок работы СТЭ.

В системе тягового электроснабжения для оценки пропускной способности и планирования мероприятий по усилению существующих технических средств определяющими факторами являются вес поезда, количество поездов на фидерной зоне и схема их пропуска (например, 9, 6-9 тысяч тонн), межпоездной интервал. На участках обращения поездов повышенной массы система тягового электроснабжения должна обладать соответствующей нагрузочной способностью. При пропуске поездов массой более 6 тысяч тонн существенно возрастает токовая нагрузка в системе и, следовательно, более интенсивно происходит нагрев оборудования, снижается уровень напряжения в контактной сети, увеличиваются потери электроэнергии и осложняются условия работы устройств защиты от токов короткого замыкания [2].

3.1 Определение наличной пропускной способности при пропуске поездов существующей массы

Для определения наличной пропускной способности принимаем поезда массой 4500 тонн для нечетного направления и 7100 тонн для четного направления.

Результаты расчета сведем в таблицы 11 и 12.

Таблица 11. Минимальные допустимые интервалы при пропуске поездов повышенной массы

Наименование межподстанционной зоны	Значение интервала, мин, ограниченное	Результирующее значение
	мощностью понижающих тр-ров	напряжением в конт. сети	нагревом проводов конт. сети
Аячи - Ерофей П.	8	8	8	8
Ерофей П. - Б. Омутная	8	9	8	9
Б. Омутная - Уруша	9	10	8	10
Аячи - Уруша	9	10	8	10

Таблица 12. Наличная суточная пропускная способность грузовых поездов, пар поездов в сутки

МПЗ	Понижающие трансформаторы	Напряжение	Нагрев проводов КС	Итоговый
Аячи - Ерофей П.	160	160	160	160
Ерофей П. - Б. Омутная	160	144	160	144
Б. Омутная - Уруша	144	120	160	120
Аячи - Уруша	144	120	160	120

Проанализировав таблицы 11 и 12 можно сделать вывод, что по результатам расчета наличная суточная пропускная способность грузовых поездов составила 120 пары поездов в сутки. Лимитирующих зон не обнаружено, так как для повышенных масс допустимый минимальный межпоездной интервал составляет 10 минут.

3.2 Определение наличной пропускной способности при пропуске поездов повышенного веса на перспективу

Для определения наличной пропускной способности принимаем поезда массой 4500 тонн для нечетного направления и 8300 тонн для четного направления. Результаты расчета сведем в таблицы 13 и 14.

Таблица 13. Минимальные допустимые интервалы при пропуске поездов повышенной массы на перспективу

Наименование межподстанционной зоны	Значение интервала, мин, ограниченное	Результирующее значение
	мощностью понижающих тр-ров	напряжением в конт. сети	нагревом проводов конт. сети
Аячи - Ерофей П.	9	9	9	9
Ерофей П. - Б. Омутная	9	10	9	10
Б. Омутная - Уруша	10	12	9	12
Аячи - Уруша	10	12	9	12

Таблица 14. Наличная суточная пропускная способность при пропуске поездов повышенной массы на перспективу

МПЗ	Понижающие трансформаторы	Напряжение	Нагрев проводов КС	Итоговый
Аячи - Ерофей П.	144	144	144	160
Ерофей П. - Б. Омутная	144	120	144	144
Б. Омутная - Уруша	120	95	144	120
Аячи - Уруша	120	95	144	120

Проанализировав таблицы 13 и 14 можно сделать вывод, что лимитирующим участком является МПЗ Большая Омутная - Уруша, так как на ней не обеспечивается пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом, следовательно на данной МПЗ необходимо провести усиления для обеспечения пропуска поездов с 10 минутным интервалом.

4. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при пропуске поездов повышенного веса

При росте грузонапряжённости железнодорожного транспорта с пропуском тяжеловесных поездов, а также при организации скоростного движения на электрифицированных участках железных дорог необходимо решать вопросы усиления и совершенствования системы тягового. Усиление СТЭ должно производиться как с целью обеспечения пропуска по всем элементам системы непрерывно возрастающих токов тяговой нагрузки - усиление по току, так и с целью обеспечения необходимого для нормальной работы ЭПС уровня и напряжения в тяговой сети - усиление по напряжению. Необходимо также выполнение мероприятий по компенсации реактивной мощности в задаваемых питающей электрической системой размерах. Важными задачами, которые должны быть решены, являются снижение до допустимых значений электромагнитного влияния тяговых сетей на линии связи и ограничение уравнительных токов в тяговой сети.

Наибольший эффект усиления может быть получен при переходе от системы 25 кВ к схеме питания тяговых нагрузок по системе 2x25 кВ с обратным питающим проводом и автотрансформаторами. Эта система находит все большее применение на электрифицированных железных дорогах переменного тока в России и за рубежом. В России СТЭ 2x25 кВ применяется, как правило, лишь при электрификации новых участков железных дорог при больших грузопотоках, превышающих 60,0 млн. т. брутто в год на один путь.

К традиционным способам повышения нагрузочной способности тяговых сетей переменного тока относятся сооружение постов секционирования и пунктов параллельного соединения, подвеска усиливающих проводов, усиление с помощью экранированного усиливающего провода, применение установок продольной и поперечной емкостной компенсации.

Для определения параметров работы СТЭ используем график движения поездов, созданный с помощью программы «Редактор графиков движения» программного комплекса КОРТЭС. Типы поездов, принимаемых к моделированию для максимального графика, весом 4500 тонн в нечетном направлении и 8300 тонн в четном направлении с межпоездным интервалом равным 10 минут на участке Аячи - Уруша.

Результаты расчета при существующей схеме питания с двумя работающими трансформаторами при пропуске поездов массой 4500 тонн и 8300 тонн представлены в таблицах 14-17.

Таблица 14. Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов при существующей схеме питания

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	20,42	7181,59
	2-й	20,54	7181,80

Таблица 15. Расход и потери электроэнергии при существующей схеме питания

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	870282	719009	12892
Уруша	894264	705322	13625

Таблица 16. Нагрузочная способность ТП при существующей схеме питания

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции,	Температура тягового трансформатора,°С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	402717	267825	26,50	123	88
	правое	316023	222893	25,94
Уруша	левое	305728	243440	26,98	132	82
	правое	399596	306312	25,05

Таблица 17. Нагрев проводов контактной подвески в точках подключения фидеров при пропуске поездов повышенной массы

Тяговая подстанция	Фидер	Среднее значение длительного тока за период 20 мин, А	Средняя температура нагрева проводов за период 20 мин, 0С	Марки проводов
Аячи	Ф1	784	55	ПБСМ-95+ МФ-100+А-185
	Ф2	561	46
	Ф5	408	43
	Ф4	173	40
	Отс.	1573	64	3А-185
Е. Павлович	Ф1	236	41	ПБСМ-95+ МФ-100+А-185
	Ф2	111	40
	Ф5	84	40
	Ф4	679	50
	Отс.	859	64	4А-185
Б. Омутная	Ф1	784	54	ПБСМ-95+ МФ-100+А-185
	Ф2	835	57
	Ф5	519	47
	Ф4	708	52
	Отс.	1599	61	3А-185
Уруша	Ф1	806	54	ПБСМ-95+ МФ-100
	Ф2	494	45
	Ф5	678	50
	Ф4	1010	64
	Отс.	1767	82	4А-185

Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод что, что минимальное напряжение на токоприемнике локомотива в течении 3 минут на участке Большая Омутная - Уруша 20,42 кВ по первому пути и 20,54 кВ по второму пути. Следовательно МПЗ Большая Омутная - Уруша является лимитирующим участком и требуются разработать мероприятия по усилению системы тягового электроснабжения на участке для обеспечения пропуска поездов с массами 8300 и 4500 тонн в четном и нечетном направлениях.

5. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при подвешивании экранирующего провода

Наиболее эффективным средством повышения нагрузочной способности тяговой сети по току является увеличение суммарного сечения проводов тяговой сети путем подвески УП. Влияние УП на снижение потерь напряжения в тяговой сети незначительно. Расчёты показывают, что подвеска 10 км УП на головном участке фидерной зоны при токах, близких к предельно допустимым, снижает потери напряжения не более чем на 160-200 В. Стоимость УП и его монтажа высоки. Таким образом, УП целесообразно использовать лишь для усиления тяговой сети по току, то есть для повышения ее нагрузочной способности.

Усиливающий провод - это провод, электрически соединённый с контактной подвеской, служащий для снижения общего электрического сопротивления контактной сети. На железных дорогах такие линии имеют один или несколько многопроволочных усиливающих проводов, обычно типа А-185.

Усиливающий провод применяют и на наиболее грузонапряжённых участках переменного тока. Снижение индуктивного сопротивления контактной сети переменного тока зависит не только от характеристик самого усиливающего провода, но и от его размещения по отношению к проводам контактной подвески. Усиливающие провода чаще всего подвешивают с полевой стороны на отдельных (фидерных) консолях [4].

Экранирующий провод - это провод, электрически соединённый со средней точкой дроссель-трансформатора, служащий для снижения общего электрического сопротивления обратной тяговой сети.

На лимитирующем участке Большая Омутная - Уруша сделаем усиление экранирующим проводом марки А-185. Схема подвешивания экранирующего провода представлена на рисунке 5.

Выполняем расчет параметров работы СТЭ участка Б. Омутная - Уруша при пропуске поездов с массами 4500 и 8300 тонн для нечетного и четного пути соответственно с межпоездным интервалом 10 минут. Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 18-20.

Схема подвешивания экранирующего провода

Таблица 18. Нагрузки тяговых подстанций после подвешивания экранирующего провода

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции,	Температура тягового трансформатора,°С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	403885	268238	26,51	118	83
	правое	339285	219180	25,93
Уруша	левое	291237	236678	26,34	126	76
	правое	400228	306673	25,06

Таблица 19. Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после подвешивания экранирующего провода

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	21,03	7181,59
	2-й	21,07	7181,80

Таблица 20. Расход и потери электроэнергии после подвешивания экранирующего провода

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	876750	643510	12588
Уруша	879405	691465	13188

В таблице 21 и на рисунках 6 - 8 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.

Таблица 21. Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после подвешивания экранирующего провода

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	21,03	21,07
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	50720
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	34555

Сравнив значения в таблице 21, делаем вывод, что подвешивание экранирующего провода позволила значительно повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 кВ. Также удалось снизить потери в тяговой сети и в трансформаторах и обеспечить пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом.

6. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при установке пунктов параллельного соединения

Пункт параллельного соединения контактной сети железной дороги предназначен для электрического соединения секций контактной сети железной дороги главных путей двухпутного участка железной дороги с целью снижения потерь напряжения и электрической энергии железнодорожного электроподвижного состава.

Использование пунктов параллельного соединения в тяговых сетях постоянного и переменного тока приводит к сокращению потерь электрической энергии, которые зависят как от особенностей рельефа, по которому проходит железнодорожная магистраль, так и от размеров движения и ритмичности графика движения поездов по путям различного направления [5].

Подключение и отключение пункта параллельного соединения осуществляется секционными разъединителями с двигательными приводами. Вся аппаратура пункта параллельного соединения размещается в шкафу, приспособленного для наружной установки.

На лимитирующем участке Б. Омутная - Уруша устанавливаем пункты параллельного соединения. Схема установки пунктов параллельного соединения представлена на рисунке 9.

Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 22-24.

Схема установки пунктов параллельного соединения

Таблица 22. Нагрузки тяговых подстанций после установки ППС

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции,	Температура тягового трансформатора,°С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	402839	267681	26,50	121	85
	правое	316560	222240	25,95
Уруша	левое	306069	243038	26,28	130	79
	правое	399586	306307	25,05

Таблица 23 - Минимальные напряжения на токоприемниках после установки ППС

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	20,59	7181,59
	2-й	20,57	7181,80

Таблица 24. Расход и потери электроэнергии после установки ППС

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	870378	719673	12437
Уруша	894276	705655	12967

В таблице 25 и на рисунках 10 - 12 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после установки ППС.

Таблица 25. Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после установки ППС

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	20,59	20,57
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	53033
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	34183

Сравнив значения в таблице 28, делаем вывод, что установка пунктов параллельного соединения не позволила добиться повышения минимальных уровней напряжения выше 21 кВ и тем самым обеспечить пропуск поездов с 10 минутным интервалом, следовательно данный вариант усиления не эффективен.

7. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при установке устройств поперечной компенсации на посту секционирования

Соответствие нагрузочной способности тяговой сети токовым нагрузкам участка не является достаточным условием нормальной работы СТЭ. Другим необходимым условием является величина напряжения на токоприемнике электровоза. Минимальное напряжение на токоприемнике электроподвижного состава на любом блок-участке не должно быть менее 21 кВ. Одним из решений данной проблемы является компенсация реактивной мощности - важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения.

Основное назначение КУ - компенсировать реактивную мощность тяговой нагрузки. На электрифицированных железных дорогах с целью симметрирования напряжений на шинах подстанций и токов тяговой нагрузки применяют КУ в однофазном исполнении. Другой особенностью является наличие реактора, главное назначение которого - ограничивать опасные резонансные явления в тяговой сети [3].

Применение устройств компенсации реактивной мощности позволяет:

- увеличить пропускную способность системы тягового электроснабжения;

- снизить потери мощности в тяговой сети;

- повысить напряжение в тяговой сети;

- уменьшить нагрузку элементов СТЭ (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;

- снизить тепловые потери тока;

- снизить влияние высших гармоник;

- снизить несимметрию фаз;

- снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования.

В системах тягового электроснабжения 25 кВ с трёхфазными трансформаторами в целях обеспечения требуемого уровня напряжения на токоприёмниках электроподвижного состава могут предусматриваться установки поперечной емкостной компенсации, размещаемые на постах секционирования и(или) тяговых подстанциях. Для компенсации реактивной мощности от токов прямой последовательности, не важно, на какую фазу включается КУ. Однако для компенсации токов обратной последовательности и симметрировании токов и напряжения в зависимости от отношения средних токов плеч питания КУ должны включаться на определенную фазу.

Рассмотрим вариант установки устройства поперечной компенсации на ПС Сгибеево, по причине того, что минимальные уровни напряжения на МПЗ Б. Омутная - Уруша зафиксированы вблизи ПС.

Поэтому в качестве мероприятий по повышению энергоэффективности на лимитирующем участке Б. Омутная - Уруша рассмотрим монтаж установок продольной емкостной компенсации и (или) установок поперечной емкостной компенсации.

7.1 Расчет реактивной мощности установки поперечной компенсации

Расчетная мощность КУ, необходимая для повышения напряжения до нормированного значения (Q*_к), определяется разностью наименьших значений нормированного и фактического действующего напряжения на токоприемнике ЭПС (U_{мин.норм} - U_мин.ф) и входным индуктивным сопротивлением до КУ (Х_вх) по формуле (1)

, МВАр (1)

где U_ном - номинальное напряжение КУ (U_ном=27,5 кВ);

Х_вх - входное индуктивное сопротивление до КУ, Ом.

Входное индуктивное сопротивление до КУ поста секционирования при двустороннем питании контактной сети от смежных подстанций ТП А и ТП В определяется по формуле (2)

, Ом, (2)

где А и В-индуктивные сопротивления системы тягового электроснабжения 25кВ, Ом.

Индуктивные сопротивления А и В системы тягового электроснабжения 25 кВ определяются по формуле (3)

, Ом (3)

где и - индуктивные сопротивления тяговой сети соответственно от тяговых подстанций А и В, Ом;

и - индуктивные сопротивления включенных в работу трансформаторов на подстанциях А и В, Ом;

и - индуктивные сопротивления системы внешнего электроснабжения соответственно до подстанций ТП А и ТП В, Ом.

Индуктивное сопротивление включенных в работу трансформаторов на подстанции ТП А (ТП В) определяется по формуле (4)

, Ом, (4)

где U_кз - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

U_ном - номинальное напряжение трансформатора (U_ном=27,5 кВ);

S_тр - номинальная мощность трансформатора, МВ•А;

n - количество включенных в работу трансформаторов.

Индуктивное сопротивление системы внешнего электроснабжения определяется по формуле (5)

, Ом, (5)

где S_кз - мощность трехфазного короткого замыкания на шинах 110 (220) кВ тяговой подстанции, МВ•А.

Индуктивное сопротивление тяговой сети от тяговой подстанции А определим как

, Ом, (6)

где х₂₂ - погонное сопротивление, Ом/км;

l_an - расстояние до поста секционирования от подстанции ТП А.

Индуктивное сопротивление тяговой сети от тяговой подстанции В определим как

, Ом, (7)

где l_an - расстояние до поста секционирования от подстанции ТП В.

Погонное сопротивление х₂₂ определим по программе КОРТЭС, согласно типу тяговой сети на МПЗ Б. Омутная - Уруша.

Для предотвращения частых отключений КУ поста секционирования от повышенного напряжения при малых нагрузках в тяговой сети номинальная мощность КУ Q_к не должна превышать среднюю реактивную мощность тяговой нагрузки рассматриваемой межподстанционной зоны Q_тс.

(8)

Для межподстанционной зоны между тяговыми подстанциями А и В средняя реактивная мощность определяется по формуле (9)

, Мвар, (9)

где W_Qтс.а - расход реактивной энергии в тяговой сети от подстанции А за интенсивный месяц, МВарч;

D_u - число суток интенсивного месяца.

Если неравенство 8 не выполняется, то номинальную мощность КУ, размещаемую на ПС, ограничивают значением, не превышающим Q_тс, и предусматривают дополнительную КУ на одной из смежных тяговых подстанций

Выполним расчет мощности КУ по формулам 1-9 при этом ТП Большая Омутная примем как ТП А, ТП Уруша как ТП В.

Определим индуктивное сопротивление включенных в работу трансформаторов на подстанции ТП А и ТП В по формуле (4)

Ом,

Ом.

Определим индуктивное сопротивление системы внешнего электроснабжения по формуле (5)

Ом,

Ом.

Определим индуктивное сопротивление тяговой сети от тяговой подстанции А и В соответственно

Ом,

Ом.

Определим индуктивные сопротивления А и В системы тягового электроснабжения 25 кВ по формуле (3)

Определим входное индуктивное сопротивление до КУ поста секционирования при двустороннем питании контактной сети от смежных подстанций ТП А и ТП В по формуле (2)

Ом.

Определим расчетную мощность КУ по формуле (1)

Мвар.

Определим для межподстанционной зоны между тяговыми подстанциями А и В среднюю реактивную мощность по формуле (9)

Мвар.

.

Так как неравенство (8) выполняется, нет необходимости ограничивать мощность КУ на посту секционирования. Следовательно, полная мощность КУ на ПС Сгибеево составит 6000 МВАр.

7.2 Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при установке устройств поперечной емкостной компенсации на посту секционирования

На посту секционирования Сгибеево устанавливаем устройства поперечной емкостной компенсации номинальной мощностью 6000 кВАр, так как провал минимальных уровней напряжения наблюдаются вблизи данного поста секционирования. Схема установки КУ на ПС, представлена на рисунке 13.

Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 26-28.

Рисунок 13. Схема установки КУ на ПС

Таблица 26. Нагрузки тяговых подстанций после установки КУ на ПС

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции,	Температура тягового трансформатора, °С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	406767	279829	26,51	114	78
	правое	332425	194220	26,01
Уруша	левое	321067	193015	25,99	119	71
	правое	405710	313430	25,06

Таблица 27. Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после установки КУ на ПС

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	21,59	7181,59
	2-й	21,50	7181,80

Таблица 28. Расход и потери электроэнергии после установки КУ на ПС

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	866573	729412	11534
Уруша	865829	687044	11083

В таблице 29 и на рисунках 14 - 16 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.

Таблица 29. Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после установки КУ на ПС

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	21,59	21,50
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	48218
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	31396

Сравнив значения в таблице 29, делаем вывод, что установка КУ на ПС Сгибеево позволила значительно повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 кВ. Также удалось снизить потери в тяговой сети и в трансформаторах и обеспечить пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом.

8. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при увеличении мощности устройств продольной компенсации

Эффективным по техническим показателям средством повышения напряжения в тяговой сети являются установки продольной емкостной компенсации. Чаще УПРК устанавливают на тяговой подстанции и редко на фидерной зоне. На тяговой подстанции УПК обычно устанавливают либо в рабочих фазах, либо в цепи отсоса. В тех случаях, когда необходимо поднять напряжение только на одной из рабочих фаз, обычно отстающей, то рекомендуется включать УПРК только в эту фазу. Если же необходимо обеспечить подъем напряжения на обоих рабочих фазах, то рекомендуется применять УРК в цепи отсоса.

Неоспоримым преимуществом продольной емкостной компенсации как способа регулирования напряжения является автоматичность и безынерционность действия по компенсации индуктивной составляющей потери напряжения. Под этим понимают, что с увеличением тока нагрузки плеча питания подстанции, когда напряжение на плече резко падает, добавка по напряжению за счет установки УПК значительно возрастает. При уменьшении тока плеча питания картина обратная; все происходит практически мгновенно. Это качество особо ценно в условиях резких и случайных изменений, что свойственно тяговой нагрузке. В тех случаях, когда необходимо поднять напряжение только на одной из рабочих фаз, обычно отстающей, то рекомендуется включать УПК только в эту фазу.

Включение установки УПК в отсасывающую линию тяговой подстанции по сравнению с ее включением в питающую линию подстанции имеет ряд существенных преимуществ:

- по установке протекает ток обоих плеч питания подстанции, обеспечивая повышение напряжения на них;

- повышение напряжения на плече питания с «отстающей» фазой более значительно, чем на плече с «опережающей» фазой. Это и требуется в эксплуатации, так как напряжение на плече питания подстанции с «отстающей» фазой, как правило, меньше, чем на плече питания с «опережающей» фазой;

- существенная добавка по напряжению на «отстающей» фазе, незначительная на «опережающей» и остающееся без изменения напряжение на самой менее загруженной (свободной) фазе (где оно и так высокое) уменьшают несимметрию напряжений на шинах 27,5 кВ.

В целях повышения напряжения на токоприемниках ЭПС установку продольной емкостной компенсации на тяговых подстанциях системы тягового электроснабжения 25 кВ следует включать в разрыв отсасывающей линии тяговой подстанции.

8.1 Расчет реактивной мощности установки продольной компенсации

Лимитирующей МПЗ на участке Аячи - Уруша, является МПЗ Большая Омутная - Уруша, а также учитывая, что на ТП Большая Омутная и Уруша уже установлены УПК мощностью 19,2Мвар, произведем расчет потребной мощности УПК, чтобы определить необходимость в увеличении мощности действующих установок в условиях повышения грузооборота. Расчет мощности УПК будет производиться на основе ТП Большая Омутная.

Реактивная мощность УПК вычисляется по формуле, кВАр:

(12)

где I_от - ток в отсасывающем проводе, 2336 А;

х_упк - реактивное сопротивление установки продольной компенсации, Ом;

k - коэффициент кратности, принимается равным 1-2.

Реактивное сопротивление УПК рассчитывается по формуле:

, (13)

где X_C - сопротивление системы Ом, равное.

, (14)

где X_T: - сопротивление трансформатора Ом, равное.

, (15)

где k = (1; 1.5; 2) - коэффициент, учитывающий парность работы трансформаторов;

U_тс = 27,5кВ;

U_кз - напряжение короткого замыкания, %;

S_кз - мощность короткого замыкания на вводе тяговой подстанции, МВА;

S_н - номинальная мощность силового трансформатора, МВА.

Рассчитаем реактивную мощность установки продольной компенсации, включенной в отсос ТП Б. Омутная:

Ом;

Ом;

Ом;

кВАр.

Аналогичным образом определим реактивную мощность установки продольной компенсации на ТП Уруша, которая получилась 23137 кВАр. В связи с тем, что мощность одной секции УПК выпускаемой промышленностью составляет 4800 кВАр, целесообразнее установить на ТП Б. Омутная и Уруша, УПК мощностью 24000 кВАр каждая, то есть добавить по одной секции мощностью 4800 кВАр к уже имеющимся.

8.2 Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при увеличении мощности устройств продольной компенсации на тяговых подстанциях

Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 30-33.

Схема установки УПК на тяговых подстанциях приведена на рисунке 17.

Рисунок 17. Схема установки УПК на ТП

Таблица 30. Нагрузки тяговых подстанций после увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Подстанция	Плечо	Расход	Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции,	Температура тягового трансформатора,°С
		активной энергии, кВт•ч	реактивной энергии, кВар•ч
					обмотки (доп. 140)	масла (доп. 95)
Аячи	левое	325928	241100	24,15	120	89
	правое	112639	148917	25,24
Е. Павлович	левое	127512	15484	25,75	70	65
	правое	219826	189556	25,75
Б. Омутная	левое	385619	268848	26,57	111	74
	правое	322219	224933	26,22
Уруша	левое	316742	260358	26,40	115	68
	правое	391705	246938	26,04

Таблица 31. Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Межподстанционная зона	Путь	Напряжение, кВ в течении 3 мин	Координаты, км
Аячи - Е. Павлович	1-й	23,67	7106,43
	2-й	23,82	7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная	1-й	21,91	7132,25
	2-й	21,24	7129,39
Б. Омутная - Уруша	1-й	21,89	7181,59
	2-й	21,69	7181,80

Таблица 32. Расход и потери электроэнергии после увеличении мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша

Подстанция	Суточный расход электроэнергии	Потери электроэнергии в трансформаторах
	полный, кВ•А•ч	активный, кВт•ч	при нагрузке, кВт•ч	на холостом ходу, кВт•ч
Аячи	586902	438568	6049	1584
Е. Павлович	403342	347337	2730
Б. Омутная	815581	728145	10295
Уруша	828067	728446	10889

В таблице 33 и на рисунках 18 - 20 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.

Таблица 33. Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после установки УПК на ТП

Параметры	Межпоездная зона
	Б. Омутная - Уруша
	Путь 1	Путь 2
Минимальное напряжение, кВ	До усиления	20,42	20,54
	После усиления	21,86	21,69
Потери электроэнергии, кВт•ч в тяговой сети	До усиления	53885
	После усиления	46193
Потери электроэнергии, кВт•ч в трансформаторах	До усиления	35296
	После усиления	29963

Сравнив значения в таблице 34, делаем вывод, что установка УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша, предполагающая увеличение мощности существующих установок позволила значительно повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 кВ. Данного мероприятия достаточно для пропуска поездов повышенного веса с 10 минутным интервалом на участке Аячи - Уруша. Помимо этого, данное мероприятие позволило значительно сократить потери электроэнергии, как в тяговой сети, так и в трансформаторах.