Расчёт системы электроснабжения электрической железной дороги

1.     Заданное количество поездов:

Коэффициент использования пропускной способности:

, (10)

где No = 1440 / θo; (11)

No - пpопускная способность, пар поездов в сутки;

θo - минимальный межпоездной интеpвал, мин;

Согласно исходным данным:

Nзад = 100 паp/сут;

θo = 8 мин;

Используя выражение (11) получим:

No = 1440 / θo = 180 пар поездов;

Согласно выражению (10) получим:

= 0,556;

Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для заданного режима занесём в таблицу 6.

Таблица 6. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции при заданном режиме

1.     Режим сгущения:

0.9; (12)

Nсг = N0 ×0.9= 180×0.9 = 162 пары поездов.

Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для режима сгущения занесём в таблицу 7.

Таблица 7. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции в режиме сгущения

2.     Режим максимальной пропускной способности:

 1 (13)

Nmax = N0 ×1= 180×1 = 180 пар поездов.

Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для режима максимальной пропускной способности занесём в таблицу 8.

Таблица 8. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции в режиме максимальной пропускной способности

1.3 Определение средних и эффективных токов плеч питания расчетной тяговой подстанции

После определения средних нагрузок фидеров тяговой подстанции определим нагрузки плеч питания.

Для двухпутного участка будем иметь средние токи плеч:

 (14)

квадраты эффективных токов плеч:

 (15)

Результаты расчётов для трех режимов, полученные по формулам (14) и (15) сведем в таблицу 9.

Таблица 9. Числовые характеристики токов плеч питания расчётной тяговой подстанции

1.4 Определение расчетных токов трансформатора. Эквивалентный эффективный ток по нагреву масла

Нагрев масла в трёхфазном трансформаторе будет определяться потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке будут неодинаковы. Эквивалентный эффективный ток по нагреву масла определяем при заданных размерах движения, режима сгущения и для режима максимальной пропускной способности по формуле:

, А2; (16)

Для проверки температуры обмотки должен быть найден эффективный ток обмотки при максимальных и заданных размерах движения:

, А2; (17)

, А2; (18)

, А2;          (19)

Из трех токов выбираем максимальный.

1.     Заданный режим

Используя выражение (16) получим:

 А2;

А;

Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:

 А2;

 А2; А2;

За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.

2.     Режим сгущения:

Используя выражение (16) получим:

 А2;

А;

Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:

 А2;

 А2; А2;

За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.

3. Максимальный режим

Используя выражение (16) получим:

 А2;

А;

Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:

А2

А2; А2;

За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.

1.5 Расчет мощности трансформатора

1.5.1 Основной расчет

Для расчета трансформаторной мощности выбираем по каталогу мощность трансформаторов Sн по каталогу в качестве базовой Sн= 2 x 40 =80 МВА;

Мощность трансформаторов, необходимую для питания тяги определим по формуле:

 , МВ×А (20)

где Kу= 0.97 – коэффициент участия в максимуме районной нагрузки.

Sp.pасч – мощность районных потребителей; согласно исходным данным:

Sp.pасч = 10 МВА;

Мощность тяги

Используя выражение (20) получим:

 МВ×А.

По мощности Sнт определим соответствующий ей номинальный ток для двух трансформаторов:

, А (21)

где Uш – напряжение на шинах тяговой подстанции Uш = 27.5 кВ;

Согласно выражению (21) будем иметь:

А.

Кратность нагрузки по обмоткам трансформатора

1. Для заданного количества поездов

; (22)

где Iэо - эквивалентный ток обмотки по нагреву масла для заданного режима, А;                   Используя выражение (22) получим:

;

2. Для режима сгущения

; (23)

где Iэсг - эквивалентный ток обмотки по нагреву масла для режима сгущения, А;

Используя выражение (23) получим:

;

3.     Для максимального режима

, А (24)

Если Kmax ³ 1,5 , то надо выбирать следующий по шкале более мощный трансформатор.

Используя выражение (24) получим:

;

Мощность трансформатора выбираем по средней интенсивности относительного износа витковой изоляции и проверяем по максимальной температуре наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоев масла.

Средняя интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:

, (25)

где

. (26)

где Qинтб - температура наиболее нагретой точки, при которой срок службы трансформатора условно принят за единицу,

Qинтб =980 С;

Qохлс - температура окружающей среды в период восстановления нормального движения, задается в зависимости от района; согласно исходным данным Qохлс = =300С

α = 0.115 - коэффициент, определяющий скорость старения изоляции;

итак,

; (27)

; (28)

В выражении (28)

. (29)

В выражениях (27), (28) и (29):

a, b, g, h - постоянные в выражениях, аппроксимирующие зависимости разности температур обмотка-масло и масло - окружающая среда(они равны: a = 17,7; b = 5,3; g = 39,7; h = 15,3ºC);

to - среднее время хода поезда основного типа по фидерной зоне; to = (48.65+45.3)/120 = 0.78 часа;

τ = 3ч - тепловая постоянная времени масла.

Используя выражение (29) получим:

;

Согласно выражениям (27) и (28) получим:

;

Используя выражение (25) получим:

Так как F1<1 , то по полученной интенсивности износа F1 пересчёт номинального тока производить не надо.  

Если F1>1, то полученной интенсивности износа F1 производится пересчёт номинального тока, то есть находится такой ток, при котором относительная интенсивность износа будет номинальной по формуле:

, (30)

где nсг – число суток с предоставлением окон за год;

nсг =суток.

Выбор мощности трансформатора по току Ioном (в предположении, что износ изоляции обмотки происходит только в период восстановления нормального движения после окна) занижает мощность не более чем на 8%, поэтому необходимая расчетная мощность лежит в пределах [Smin и Smax], которые определяются по формулам:

Smin = Kу×( 3× I0ном×Uш + Sp.pасч); (31)

Smax= Kу ×( 3×K×I0ном ×Uш + Sp.pасч); (32)

где Kу = 0,97 ; K = 1,08.       

Используя выражения (31) и (32) получим:

Smin = Kу×( 3× I0ном×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×878.8×27.5 + 10×103) = 80025.97 кВА;

Smax= Kу ×( 3×K×I0ном ×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×878.8×1.08×27.5 + 10×103) = 85652.05 кВА;

1.5.2 Уточнённый расчета мощности трансформатора

Коэффициент, учитывающий износ изоляции обмотки за счет нагрева масла в период нормального графика:

;

Более точное значение среднегодового износа находят по формуле:

, ( 33)

где nвл – число суток в весенне-летний период;

nсг – число суток с предоставлением окон;

= 21-2.5 –0.78 = 17.72 часа;

, (34)

где Qохл0 – эквивалентная температура в весенне-летний период; согласно исходным данным Qохл0 = 200 С;

Согласно выражению (34) получим:

;

Используя выражение (33) будем иметь:

=0.00314;

Используя выражение (30) произведём пересчёт номинального тока:

= 286.8 А.

Расчётная мощность

Sрасч = Kу×( 3× Ioном×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×286.8×27.5 + 10×103) = 32649.9 кВА :

или

Sрасч = 3× Ioном×Uш = 3×286.8×27.5 = 23659.7 кВА

Вывод: выбранные трансформаторы по мощности проходят.

1.5.3 Проверка трансформаторов по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла

Ток, соответствующий располагаемой мощности для тяги определим по формуле:

, А (35)

Используя выражение (35) получим:

А.

Коэффициент сгущения:

<1.5;

Максимальную температуру масла определим по формуле:

<950 С; (36)

Используя выражение (36) получим:

0С <95 0С;

Максимальная температура обмотки:

<1400 C; (37)

Согласно выражению (37) будем иметь:

<1400 C;

В нормальных условиях заданные размеры движения должны быть обеспечены при работе одного трансформатора

95 0С; (38)

140 0 С; (39)

где I1нт – ток, соответствующий мощности, которая может быть использована для тяги при работе одного трансформатора, который определяется по формуле (21),

где Sнт 40 МВА.

А.

Согласно выражению (38) получим:

0С £ 950 С ;

Используя выражение (39) получим:

0 С £ 1400 С;

Вывод:

Трансформаторы по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла проходят.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОДНОЙ МЕЖПОДСТАНЦИОННОЙ ЗОНЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ

Для раздельной схемы питания:

Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:

мм2, (40)

где В0 – годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВт×ч/Ом×год

Энергию потерь по четному и нечетному пути определим по формуле:    

Wт = Iср × Uш × t × Np; (41)

где Np = N / kнд = 100 / 1,15 = 87 пар/сутки;

Uш= 25 кВ;

t – время хода поезда в режиме тяги; tт.чет = 47.15/60 = 0.79 часа;

tт.нечет = 45.3/60 = 0.76 часа;

Iср – средний ток поезда, А.

Согласно выражению (41) получим:

для чётного пути:

Wт.ч = Iср × Uш × t × Np =215.8×25×0.79×87=370798.35 кВт×ч;

для нечётного пути:

Wт.неч = Iср × Uш × t × Np = 204.4×25×0.76×87=337873.2 кВт×ч.

Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:

, кВт×ч/Ом×год. (42)

где  - напряжение контактной сети, кВ (=25 кВ);

Tпер = 8 мин = 8/60 = 0.13 часа.

t – полное время хода поезда по фидерной зоне, час. tт.чет = 48.65/60 = 0.811 часа; tт.нечет = 45.3/60 = 0.76 часа;

Используя выражение (42) получим:

для чётного пути:

451664.59 кВт×ч/Ом×год.

Используя выражение (40) получим:

мм2.

для нечётного пути:

382042.92 кВт×ч/Ом×год.

Используя выражение (40) получим:

284.32 мм2.

Для узловой схемы питания:

Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:

мм2, (43)

Общий расход энергии определим по формуле:

Wт = Wтч + Wтнч; (44)

Согласно выражению (44) получим:

Wт = Wтч + Wтнч =370798.35 + 337873.2 = 708671.55 кВт×ч.

Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:

 (45)

Используя выражение (45) получим:

Экономическое сечение проводов контактной сети по (43):

мм2.

По результатам расчетов выбираем подвеску М120 + МФ100 + А185; для этой подвески сечение:

F = 120+100+=328.82 мм²;

3. ПРОВЕРКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО НАГРЕВУ

Для подвески М120 + МФ100 + А185 допустимый ток 1230 А, его нужно сравнить с эффективными токами фидеров контактной сети при режиме максимальной пропускной способности

Iфэ1 = 263,0 А< 1230 А; Iфэ2 = 612,3 А< 1230 A;

Iфэ5 = 424,5 А< 1230 А; Iфэ4 = 320,0 А < 1230 A;

Вывод: подвеска М120 + МФ100 + А185 по нагреву проходит.

4. ГОДОВЫЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ

Значение потерь энергии определим по формуле:

DWгод = Вo × l × ra; (45)

где l - длина зоны,км; l =40км;

ra - активное сопротивление подвески; для подвески М120 + МФ100 + А185;

Страницы: 1, 2, 3, 4