Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном лимитирующем перегоне.

                                                      

Условный перегон находится в середине межподстанционной зоны, если в середине токи маленькие, то условный перегон перемещают в зону с большими токами.

 

В пределах условного перегона выделяется блок участок, равный 1/3 длинны

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

36

 условного перегона. Скорость поезда зависит от выпрямленного напряжения, которое пропорционально среднему за полупериод напряжению переменного тока. Поэтому в первую очередь интересуют именно эти значения напряжения и потерь напряжения.        

Расчет потерь напряжения тяговой сети и выпрямленных токов, приведённых к напряжению контактной сети: 

Потери напряжения в тяговой сети, В:                                                                                      DU_c = DU_k + DU_p;                                         (58)

где D U_k - потери напряжения в контактной сети до расчетного поезда, В;   

            (59)

 D U_р - то же в рельсах, В;        

      (60)

где    U = 25000 В;

    W_gI и W_gII -расход энергии на движение поездов типа g по фидерной зоне, по путям I и II, кВт×ч;

                                     W_gI(II) = I_I(II) × t_I(II) × U;                                     (61)

Расчет ведется аналогично, как и при постоянном токе, поэтому надо привести сопротивление контактной сети и рельсов к постоянному току.      

Z_кс=0,140 Ом/км - приведённое сопротивление контактной сети для подвески М95 + МФ100 + А185.

Z_p=0,156 Ом/км- приведённое сопротивление рельс P65.

      W_kgд = I × t × U - расход энергии на движ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

37

ение расчетного поезда типа g, на  

                к-ом перегоне в двигательном режиме;

     t_kgд - время потребления тока поезда типа g, на к-ом перегоне в  

        двигательном режиме;                                                              

W_g = I × t × U - расход энергии поездами по всей зоне;                                  

m = t / q_o - количество поездов в зоне;

 

      Потери напряжения на тяговой подстанции, в В, определим по формуле:             DU_n = 0,9 × k_эф × х_вт × ,         (62)

где     к_эф = 0,97 - коэффициент эффективности, вводимый для перехода от вы            

     прямленных токов к действующим.

      х_вт -сопротивление трансформатора и внешней сети, Ом, равное:                               ,                                      (63)

где      S_н – номинальная мощность подстанции, кВ×А;

     u_к =10 % -напряжение короткого замыкания трансформатора;

      S_кз – мощность короткого замыкания на вводах тяговой подстанции, кВ×А;

      j - угол сдвига 1ой гармоники тока относительно напряжения, равен 37⁰.          

     I_пмax - средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах  

              движения, в А, равный:                                                                         

,                               (64)

где     I_amax, I_bmax - нагрузки плеч определяемые при N = N_o.

                                                                     

Средний уровень напряжения у ЭПС определим, кВ, используя формулу:                              U = 0,9×27500 - DU_c - DU_ni ;                   (65)

 

1. Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

38

t_I = 0.7 часа; t_kg = 0.13 часа;  t_II = 1.105 часа;  

m_II = 66.3/8 =8 поездов;  m_I = 42.5/8 =6 поездов

Расход энергии, кВт×ч, определим по формуле (60)

W_kgД = 270 × 0,13 × 25 = 877.5 кВт×ч;  W_gI = 176.9 × 0.7 × 25 = 3095.75 кВт×ч;

W_gII = 221.42 × 1.105× 25 = 6116.7 кВт×ч;                                                    

 l= 46 км; l₁= 30.5 км; l₂ = 7.5 км; l_0к = 34 км; l_к = 8 км.   

 

     Рисунок 2 – Условный перегон

 

Используя формулу (59) получим потерю напряжения в контактной сети, В:

790;

Используя формулу (60) получим потерю напряжения в рельсах, В:

= 200;

Потери напряжения в тяговой сети, В, согласно формуле (58):                          

DU_c = 790 + 210= 990;

 

Сопротивление трансформатора и внеш

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

39

ней сети определим из формулы(63):

Средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения определим по формуле (64):

Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле (62):            DU_n = 0.9 × 0.97 × 1.56 × =2750;

Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне определим, используя формулу (65): U= 0.9×27500 – 990 – 2750 = 21010 В.

Кроме того, необходимо найти среднее значение напряжения за время хода поезда по блок - участку, что при разграничении поездов блок - участками Т_пер/3    

  Потери напряжения на блок-участке определим по формуле:

                       DU_бу = DU_k + DU_p;                                    (66)

Средний уровень напряжения на блок-участке определим по формуле:

U_бу = 27500 - 1,11 × (DU_бу + DU_ni);                         (67)

где 1,11 - коэффициент для перехода к потери действующего напряжения;    Напряжение на блок - участке должно быть не менее 21 кВ; U_бу ³21 кВ; 

2. Средний уровень напряжения на блок-участке:

t_kg = 0,043 часа; W_kgД = 350 × 0,043 × 25 = 376.25 кВт×ч;

   l= 46 км; l₁= 33 км; l₂ = 10 км; l_0к = 34 км; l_к = 8 км

 

Рисунок 3 – Блок участок

Используя формулу (59) получим:

950;

     Используя формулу (60) получим

+ 240;

 Потери напряжения в тяговой сети согласно (66):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

40

DU_бу = 950+240 = 1190;

Средний уровень напряжения на блок-участке согласно (67):

U_бу  = 27500 – 1.11×(1190+2750) = 23127;

Вывод: напряжение на блок-участке удовлетворяет условию по  

         минимальному уровню напряжения в тяговой сети, то есть U_бу > 21кВ.     

                             

 

7. Расчёт перегонной пропускной способности с учетом уровня напряжения

 

       По найденному значению напряжения можно откорректировать минимальный межпоездной интервал и перегонную пропускную способность, мин:                              

                                                                   (68)

где    Z_э = 12 Ом - приведённое сопротивление ЭПС;                                             

     I - средний ток электровоза за t_э, приведённый к выпрямленному  

          напряжению.                                                                           

Пропускная способность определится как: ,                 (69)

      Пересчитаем межпоездной интервал и пропускную способность участка по формуле (68):   

 

I_ср = 270 A;        t_э = 8 мин;            Т_пер = 8 мин;     

.

 

Пропускную способность определим по формуле (69) и сравним её до пересчета:                                                

 ; .

 

8. Р

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

41

асчет реактивного электропотребления расчетной тяговой подстанции, мощность установки параллельной компенсации и её параметры   Рисунок 4 - Схема включения компенсирующей установки на тяговой 

                           подстанции.

 

Формула для нахождения реактивной мощности, кВар:

                                             Q = U×I×sin(37º);                                                  (70)  

Формула для нахождения активной мощности, кВт:

                                         P = U×I× cos(37º)                                           (71)

 

Определим реактивную мощность плеч питания по формуле (70):

Q_|  = 27.5 × 1031.2 × sin(37º) = 15570;                        

Q_|| = 27.5 × 1178.6× sin (37º) = 17780;                                  

Определим активную мощность плеч питания по формуле (71):                           P_| = 27.5 × 1031.2  × cos(37º) = 23702;

                              P_|| = 27.5 × 1178.6× cos(37º) = 27090;

        

  Определение экономического значения реактивной мощности, кВ×Ар:                                         Q_э = tg(φ_э)×P                                                          (72)

где tg(φ_э) = 0,25      

     Найдём экономическое значение реактивной мощности по формуле (72):              

 Q_э| = 0,25 × 23702= 5925.5;         

Q_э|| = 0,25 × 27090= 6772.5;                                       

Мощность, подлежащая компенсации, кВ×Ар:                       

                                              Q_ку = Q - Q_э                                                                                  (73)

    Найдём мощность, подлежащую компенсации, используя формулу (73):

     Q_ку| = 15570– 5925.5 = 9644.5;                      

     Q_ку|| = 17780– 6772.5 = 11007.5;                         

Ориентировочное значение установленной мощности КБ, кВ×Ар:    

                                             Q_уст = Q_ку / k_g;                                              (74)

где - k_g = 0,5;

  При помощи формулы (74) найдём значение установленной мощности КБ:

Q_уст| = 9644.5/0.5= 19289;

Q_уст|| = 11007.5 /0.5= 22015;

 

    Количество последовательно включенных конденсаторов:       

                         M = [ U_тс / U_кн ] × 1,1 × 1,05 × 1,15 × 1,15                       (75)

где   1,1 - коэффициент, учитывающий номинальный разброс;         

    U_кн - номинальное напряжение 1-го конденсатора = 1,05 кВ;

    1,15 – коэффиц

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

42

иент, учитывающий увеличение напряжения на КБ от   

               индуктивности защитного реактора;                                             

     1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев конденсаторов токами внешних гармоник и солнечной радиации;

По формуле (75) найдём количество включенных конденсаторов, шт:

М = 27500 / 1050 × 1,53 = 40;

  

 

Мощность одной последовательной цепи:          

     Q_1уст = 40 × (50, 60, 75, 125) = 2000, 2400, 3000, 5000 кВ×Ар;

      Количество параллельных ветвей в КБ, шт:                             

                         N = Q_уст / (Q_кн × M)                                                         (76)

где Q_уст – установленная мощность КБ, кВАр,

Q_кн – номинальная мощность конденсатора, кВАр,

M - количество последовательно включенных конденсаторов, шт;

    Используя формулу (76) найдём количество параллельных ветвей в КБ, и занесем их в таблицу 13:

      Таблица 13 – Количество КБ в каждом из плечей                             

Q1уст Q1уст	I плечо	II плечо
50  60  75 125	N = 10; N = 8; N = 6; N = 4;	N = 6; N =  5; N = 4; N = 2;
	125    N = 4 шт.	60       N = 5 шт.

Выбираем для 1-ого плеча питания:                         КЭК - 1,05 -125

           для 2-ого плеча питания:                        КЭК - 1,05 -60

 

Параметры КБ:                         

Номинальный ток конденсаторной батареи, А:

                               I_кн = Q_кн / U_кн;                                        (77)

где U_кн – номинальное напряжение конденсатора, кВ;

 

Номинальное сопротивление конденсаторной батареи, Ом:

                                X_кн = U_кн² / Q_кн;                                    (78)

Номинальная ёмко

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

43

сть конденсаторной батареи, мкФ:

                    ;                                          (79)

где  = 3.14;

   f – частота сети, 50 Гц;

 

      Сопротивление конденсаторных батарей, Ом:

                       Х_кб = Х_кн × М / N;                                           (80)

       Ёмкость конденсаторных батарей, мкФ:

                        C_кб = Скн × N / M;                                        (81)

         Далее, находим все параметры конденсаторных батарей, пользуясь формулами (77), (78), (79), (80) и (81), и заносим их в таблицу 14.

 

Таблица 14 – Параметры конденсаторных батарей

I плечо	II плечо
Iкн = 119;           Xкн= 8,82; ;         Xкб = 88.2;                 Cкб =  36.1;	Ikн= 57.14; Xкн= 18.37;                  ; Xкб =  147; Скб = 21.67;

 

         Индуктивность реактора в мГн, находим по формуле:

                                             ;                                    (82)

    Среднюю индуктивность в мГн, по формуле:

                                              L_Pср = (L_P1 + L_P2) / 2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

44

;                                 (83)

где L_P – индуктивность реактора, мГн;

 

    Частота реактора, Гц:

                                          ;                                (84)

      Вычисляем параметры реактора по формулам (82) и (83) для каждого плеча.

I плечо:              

                        

                              L_Рср = (41.56+38.54) / 2 = 40.05;

 

Далее, выбираем реактор с L = 42 мГн и считаем для него частоту по формуле (84):

 

II плечо:                    

                                    

L_Рср = (69.23+64.2) / 2 = 98.81;

Далее, выбираем реактор с L = 99 мГн и считаем для него частоту по формуле (84):

 

     Сопротивление реактора, Ом:

                                                X_зр = 2×p×f × L_зр;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

45

                                         (85)

где  = 3.14;

   f – частота сети, 50 Гц;

   L_зр – индуктивность реактора, мГн;

 

     Сопротивление КУ, Ом:

                                               Х_ку = Х_кб - Х_зр;                                             (86)

где Х_кб - сопротивление КБ, Ом;

   Х_зр – сопротивление реактора, Ом;

       

     Ток КУ, А:

                                                ;                                                   (87)

где  - напряжение, 27.5 кВ;

    – сопротивление КУ;

 

     Полезная реактивная мощность, МВАр:

                                                ;                                                     (88)

     Установленная реактивная мощность КУ, МВАр:

                                                Q_уст = Q_кб × М × N;                                     (89)

      Параметры КУ рассчитаем с помощью формул (85), (86), (87), (88) и (89), для каждого плеча:

I плечо:                       Х_зр = 2×π × 50 × 42 / 1000 = 13.188;

                                     Х_ку = 88.2 – 13.188 = 75;

                                       I_ку = 27500 / 75 = 366.6;

                                       Q_п = 27.5² / 75 = 10.08;

                                   Q_уст = 125 × 40 × 4 / 1000=20;

II плечо:

                                Х_зр = 2×π × 50 × 99 / 1000 = 31.1;

                                     Х_ку = 147 – 31.1 = 115.9;

                                    I_ку = 27500 / 115.9 = 237.27;

                                     Q_п = 27.5² / 115,9 = 6.53;

                                    Q_уст = 60 × 40 × 5 / 1000 =12;

 

Коэффициент использования установленной мощности:

                                     k_q = Q_п/ Q_уст;                                                                                                   (90)

где Q_уст – установленная мощность, МВАр;

   Q_п – сопротивление КУ;

 

Номинальный ток в ветви КБ, А:

                                       I_икб = I_кб × N;                                                      (91)

где I_кб – ток КБ, А;

   N – количество параллельных ветве

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

46

й в КБ;

 

       Коэффициент

                                             k_и = I_икб / I_ку;                                                 (92)

где  I_ку – ток КУ, А;

 

        Номинальное напряжение батареи, В:

                                            U_акб = M × U_кн;                                                                                  (93)

где   M - количество последовательно включенных конденсаторов, шт;

         U_кн - напряжение банки, В;

 

Рабочее напряжение батареи, В:

                                                     U_кб = I_икб × Х_кб;                                        (94)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

47

     Произведём расчеты коэффициентов использования КБ по формулам (90), (91), (92), (93) и (94) для каждого плеча.

 

I плечо:                                   k_q = 10.08 / 20 = 0.504;

I_икб = 119 × 4 = 476;

k_и = 476 / 366.6 = 1.3;

U_акб = 40 × 1050 = 42000;

U_кб = 476 × 88.2 = 41983.2;

 

II плечо:                                k_q = 6.53 / 12 = 0.544;

I_икб = 57.14× 5 = 285.7;

k_и = 285.7 / 237.27 = 1.2;

U_акб = 40 × 1050 = 42000;

U_кб = 285.7 × 147 = 41998;

 

 

    Увеличение напряжения в точках включения:

     Найдём суммарное сопротивление системы, Ом:                                

        ;                                                          (95)

где  -  мощность короткого замыкания, МВА;

    -  напряжение короткого замыкания, %;

        н – номинальная мощность одного трансформатора, МВА;

 

     Найдём суммарное сопротивление системы, Ом, по формуле (95):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

48

           ;

        

      Определим падение напряжения, В, в КУ:

                                   DU = I_икб ×Х_сум;                                                                          (96)

      По формуле (96) найдём:

ΔU_| = 476 × 1 = 476;        ΔU_|| = 285.7 × 1 = 285.7;

 

     Определение стоимости активной и реактивной энергии за год:

      Значение потерь активной и реактивной мощности, кВт×ч и кВАр×ч соответственно, определим по формулам:

                                           W_p = (P_|+P_||)×8760                                                     (97)

                                           W_q = (Q_|+Q_||)×8760                                                     (98)

где     8760 – количество часов в году;

 

         Найдём значения потерь по (97) и (98) формулам:

                            W_p = (23702+ 27090) × 8760 = 444 937 920;

                             W_q =(15570+ 17780) × 8760 = 292 146 000;        

 

 

         Стоимость потерь электроэнергии, руб:

                                         C_p = W_p×К_э× 0.95                                                      (99)

                                          C_q = W_q×К_э ×0.95                                                     (100)

где К_э  = 2.44 руб/КВтч – стоимость электроэнергии;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

49

     Найдём эту стоимость по формулам (99) и (100):

           C_p = 444 937 920 × 0.95 × 2.44 = 1 031 366 098;     

                         C_q = 292 146 000× 0.95 × 2.44 = 677 194 428;          

             

          Стоимость реактивной энергии скомпенсированной с помощью установок компенсации, руб:  

                                  С_qк = (Q_ку|+ Q_ку||)× 0.95× 8760× К_э                                   (101)

Найдём стоимость по формуле (101):

  С_qк = (9644.5 + 11007.5) × 0.95 × 8760 × 0.244 = 419 352 903

 

Вывод: При помощи компенсации удалось снизить стоимость электроэнергии  

          на 38%

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

                                                                                    

1. Марквардт К.Г. "Электроснабжение электрифицированных ж.д." М.:  

"Транспорт".                                                                                          

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. М.:  

"Транспорт" 1980 г.                                                                     

3. Справочник по электроснабжению железных дорог под редакцией

Марквардта К.Г.                                                                                             

4. Задание на курсовой проект с методическими указаниями

     "Электроснабжение электрических железных дорог", Москва – 1990.

5. Мамошин Р.Р. Зимакова А.Н. "Электроснабжение

 электрифицированных железных дорог" М.: "Транспорт" – 1980.

6. Гительсон С. М. Экономические решения при проектировании  

электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1971.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

50