Определение мощности тяговой подстанции

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине:

"Электроснабжение железных дорог"

Вариант 120

 

 

Выполнил: Прокудин С. Н.

Проверил: Добрынин Е. В.

 

 

Самара 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………………. ЗАДАНИЕ……………………………………………………………………………			4 5
	1	Тяговый расчёт………………………………………………………………	6
	2	Определение мощности тяговой подстанции.……………………………	6
	3	Определение количества понизительных трансформаторов ……………	13
	4	Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания ……………………………………………………………….	17
	5   6	Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание……………………………………………………………....... Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети…………	21 22
	7   8	Расчёт потери напряжения в тяговой сети до расчётного поезда ………………………………………………………………………... Определение перегонной способности участка……………………………	25   29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………  30

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………… 31

Приложение 1 ………………………………………………………………………32 Приложение 2 ………………………………………………………………………33

Приложение 3 ………………………………………………………………………34

Приложение 4 ………………………………………………………………………36

Приложение 5 ………………………………………………………………………37

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью курсового работы является получение практических навыков по расчету системы тягового электроснабжения.

Расчет включает определение основных параметров устройств системы тягового электроснабжения, которыми являются: мощность тяговых подстанций (мощность и количество понизительных трансформаторов); расстояние между тяговыми подстанциями; площадь сечения проводов контактной подвески.

Основные параметры устройств системы тягового электроснабжения зависят от величины и характера изменения тяговой нагрузки, применяемых схем питания тяговой сети, а также от наличия средств, повышающих качество электроэнергии и снижающих потери мощности и электроэнергии. При этом основная сложность расчета обусловлена учетом специфики тяговой нагрузки.

Таким образом, расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения и средств повышения качества электроэнергии в общем случае это сложная технико-экономическая задача.

 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Система СТЭ постоянного тока;

Масса поезда, неч – 6687 т;          

Масса поезда, чет – 4417 т;          

Минимальный межпоездной интервал, неч - 11 мин;

Минимальный межпоездной интервал, чет - 8 мин   ;       

Грузопоток неч -    62,9 млн. т∙км/км;       

Грузопоток чет -     51,1 млн. т∙км/км;                 

Мощность к.з. - 979 МВ∙А;                          

Трансф. мощность районных потреб. - 3,5 МВ∙А;

Число сут в вес/лет период -     229 сут;     

Темпер. в период повыш. инт. движ. - 33 °С;

Продолж. периода повыш. инт. движ. – 2,6 ч;

Тип участка дороги – магистральная;

Число путей – 2;

Расчётный участок – Саратов - Карамыш;

Расчётные пикеты – ТП1-38,1; ТП2-64,1;

С_кп - стоимость 1км контактной подвески (500 000 руб.);

 - стоимость поста секционирования (1 500 000 руб.);

 − стоимость пункта параллельного соединения (1 000 000 руб.);

Профиль пути расчётного участка – Приложение 1.

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

В рамках курсовой работы необходимо выполнить тяговые расчеты и по полученным данным произвести расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения: мощности опорной тяговой подстанции и площади сечения проводов контактной сети. Также необходимо выполнить проверку контактной сети на нагревание, произвести расчет потери напряжения до расчетного поезда, проверить пропускную способность участка.

 

 

Тяговые расчёты

Тяговый расчёт выполнен с помощью программного комплекса «КОРТЭС» в следующей последовательности: ввод параметров участка, ввод электроподвижного состава, указания начальной скорости, начальной температуры и выполнения расчётов. Результаты расчётов сведены в Приложении 2 и 3. График времени хода представлен в Приложении 4. Профиль пути представлен в Приложении 1.

 

Для двух схем питания

Площадь сечения контактной подвески определена экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание.

Расход электрической энергии на движение одного поезда для участков постоянного тока определен по неразложенному графику по формуле:

 

                                         A= ,                                       (1.21)

 

где U_cp - среднее расчетное напряжение в контактной сети, 3 кВ.

;

;

;

;

;

;

 

.

 

Потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки при узловой схеме питания путей, :

 

(1.22)

 

Потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки при параллельной схеме питания, :

 

, (1.23)

 

где N_чет, N_нечет - среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути;

А_чет, А_{нечет -} расход энергии на движение одного поезда по четному и нечетному пути;

n - наибольшее число пар поездов, могущих одновременно занимать фидерную зону, вычисляется как средняя величина от поездов по обоим путям:

r_экв - сопротивление всех проводов обеих путей, Ом/км;

А_T  - расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по обоим путям фидерной зоны, ;

t _тчет, t _тнечет - время потребления тока поездом на четном и нечетном пути соответственно, час.

Для узловой схемы питания:

;

.

Для параллельной схемы питания:

;

.

Величина годовых потерь энергии найдена по формуле:

 

                                    .                                   (1.24)

 

Для узловой схемы питания:

;

.

Для параллельной схемы питания:

;

.

Величина удельных потерь энергии:

 

                                                                                        (1.25)

 

где В₀ - годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВтч/Ом∙год;

r _экв - сопротивление омическое или активное параллельно соединенных проводов контактной сети одного пути (при узловой схеме сопротивление всех проводов всех путей, как параллельно соединенных), Ом/км;

l - длина фидерной зоны, км;

∆А_год - годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, .

Для узловой схемы питания:

;

.

Для параллельной схемы питания на нечетном пути:

;

.

Расчет экономической площади сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте для одной фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, проведен по формуле:

 

                                             (1.26)

 

Для узловой схемы питания:

;

;

Для параллельной схемы питания:

;

;

Выбран тип контактной подвески для всех путей с обеих сторон тяговой подстанции с указанием допустимой нагрузки по току, а также найдено электрическое сопротивление.

Таблица 1.4 - Тип выбранной контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току

Схема питания	Тип конт.подвески	S, мм²	Iдоп, А	Rтс,Ом/км
Узловая схема	М 120 + 2МФ 100 + 3А 185 (4 Р75)	646,4	3445	0,039
Паралл. схема

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Произведен расчет основных параметров СТЭ, выбран трансформатор марки ТДТН-25000/110, выбрана подвеска М 120 + 2МФ 100 + 3А 185 (Р 75) для всех фидерных зон, выбранное оборудование проверено на нагрев. Схема питания обеих межподстанционных зон – параллельная.

Выполнен расчет СТЭ по графику движения в соответствии с заданными размерами, получено, что движение с требуемым интервалом обеспечено.

Выполнен расчёт пропускной способности, получено, что требуемая суточная пропускная способность участка выполняется.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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

2. Тер-Оганов, Э. В.Электроснабжение железных дорог / Э.В. Тер-Оганов, А.А. Пышкин // учеб. для студентов университета. — Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. — 432 с

3. Бесков, Б.А. Проектирование систем электроснабжения электрических железных дорог / Б.А. Бесков и др.. − М.: Трансжелдориздат, 1963. − 471 с.

 

Приложение 1

Профиль пути расчётного участка

 

 

Приложение 2

Параметры расстояния, скорости и тока

Нечётное

Четное

L V Iа 38,1 39 3173 38,52 31 2493 38,99 29 83 39,53 38 83 40,32 57 83 41,38 68 83 42,58 76 142 43,92 85 3708 45,34 83 5026 46,67 76 6479 47,84 65 6030 48,83 53 4802 49,62 43 2828 50,26 35 3278 50,78 29 1362 51 30 1362 51,26 32 83 51,89 41 83 52,52 36 83 53,18 46 83 54,06 60 83 55,14 70 83 56,42 82 2312 57,82 84 1040 59,11 69 6190 60,07 47 3858 60,71 32 1548 61,19 30 83 61,88 58 83 63,01 74 83 64,1 71 83

L V Iа 38,1 86 83 38,14 57 83 38,82 30 83 39,33 35 1670 40,11 64 3630 41,4 85 2164 42,83 87 320 44,28 86 1164 45,69 86 232 47,16 90 83 48,58 83 83 49,87 66 83 50,67 34 83 51 30 83 51,18 29 83 51,68 36 2331 52,38 45 898 53,11 46 83 53,93 53 83 54,83 55 83 55,79 61 83 56,83 65 83 57,91 62 235 58,85 53 83 59,68 48 83 60,42 39 83 60,95 28 220 61,47 37 1998 62,29 65 4058 63,56 83 4069 64,1 84 2186

 

Разложенные и неразложенные эффективные токи   Нечётное

Приложение 3 Четное

неразложенные разложенные Iразлож время, мин I*t I2*t I*t I2*t 0,00 81,17 0,72 2039,76 5861872,08 29,22 2371,74 5,73 0,94 1210,72 2924310,86 40,84 3111,84 9,20 0,97 80,27 6662,79 7,22 56,79 14,28 1,00 82,83 6874,50 11,72 144,04 21,10 1,02 84,46 7010,25 18,01 330,41 49,31 1,00 112,50 13526,50 35,21 1438,66 1672,91 1,00 1922,61 6876161,56 860,04 1398792,84 2820,79 1,01 4429,39 19783612,43 2278,95 5454580,56 4304,27 1,00 5774,21 33745922,87 3575,97 13291760,28 4552,88 1,00 6227,89 39002493,18 4409,73 19544205,28 3994,22 1,01 5452,72 29911476,08 4302,53 18465626,26 2525,47 0,99 3767,31 15334289,08 3219,10 11026328,51 3089,96 0,98 3006,03 9227258,09 2764,52 7840417,69 1338,77 0,98 2262,00 6142659,90 2159,01 5528328,78 1362,00 0,45 609,44 830053,59 604,24 816018,34 1362,00 81,35 0,50 363,58 3466,72 363,17 468418,25 77,36 1,04 85,96 7134,36 82,18 6525,93 73,37 0,98 81,49 6763,75 73,99 5580,56 69,19 0,97 80,17 6653,77 68,84 4911,38 63,61 1,00 82,69 6863,00 66,15 4400,06 56,77 1,00 82,74 2667882,30 60,01 3623,46 1355,43 1,01 1210,11 3247298,02 713,53 929895,84 498,56 1,01 1696,19 19936185,54 938,17 1055446,35 2357,87 1,01 3657,53 26913074,73 1445,02 2938224,89 1186,85 0,99 4989,35 8580646,18 1760,14 3460054,76 400,59 0,97 2627,73 1168134,32 771,62 762694,79 18,44 0,93 757,63 6400,10 194,64 74699,64 14,07 0,94 78,10 6481,92 15,29 253,00 6,91 1,03 85,26 7076,88 10,77 126,12 0,00 0,90 74,87 3107,18 3,11 21,51

неразложенные разложенные Iразлож время, мин I*t I2*t I*t I2*t 0,00 0,26 0,03 2,79 231,24 0,00 0,00 4,63 0,94 77,85 6461,41 2,29 10,10 159,23 0,94 825,26 1316171,44 77,14 11946,46 565,60 0,95 2505,45 7547469,09 342,65 163215,53 553,58 1,04 3009,77 9277504,77 581,38 325371,41 117,33 1,00 1239,11 2387083,70 334,68 159737,39 557,64 1,01 746,29 732859,84 339,44 163301,70 136,50 0,98 686,64 692893,67 341,42 162113,34 58,29 1,00 157,86 30425,49 97,62 11040,52 67,43 0,98 81,75 6785,47 61,92 3912,70 75,73 1,04 86,23 7157,16 74,37 5340,95 80,88 0,96 79,68 6613,44 75,17 5892,48 83,00 0,62 51,36 4262,57 50,70 4154,92 83,00 81,86 0,37 30,39 2522,07 30,18 2487,66 2210,00 0,92 1114,15 2510976,92 1057,78 2257295,88 803,40 1,04 1674,30 3235537,41 1562,51 2867179,65 69,63 0,96 472,17 391453,11 420,21 313002,76 64,44 0,99 82,50 6847,25 66,63 4472,98 58,73 1,00 83,00 6889,00 61,58 3800,81 52,65 0,99 82,43 6841,49 55,31 3089,43 46,06 0,99 82,21 6823,39 48,89 2423,61 111,04 1,02 162,26 31692,81 80,16 7373,94 33,26 0,98 155,96 30462,87 70,77 6589,86 28,00 0,99 81,85 6793,51 30,21 932,25 23,32 1,02 84,72 7031,53 26,19 677,68 52,90 0,95 143,81 26241,64 36,17 1586,26 401,13 0,96 1064,64 1939393,92 217,93 78575,96 560,69 0,96 2921,13 9868636,33 463,93 229247,71 167,73 1,03 4184,31 17002961,66 375,04 176341,99 0,00 0,39 1213,54 4139314,77 32,54 5458,19

 

График разложенного, неразложенного тока и времени нечетного и четного пути соответственно

Приложение 4

 

Приложение 5

Параллельная схема питания расчётного участка

[W1]проводов в обратной линии

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине:

"Электроснабжение железных дорог"

Вариант 120

 

 

Выполнил: Прокудин С. Н.

Проверил: Добрынин Е. В.

 

 

Самара 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ……………………………………………………………. ЗАДАНИЕ……………………………………………………………………………			4 5
	1	Тяговый расчёт………………………………………………………………	6
	2	Определение мощности тяговой подстанции.……………………………	6
	3	Определение количества понизительных трансформаторов ……………	13
	4	Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания ……………………………………………………………….	17
	5   6	Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание……………………………………………………………....... Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети…………	21 22
	7   8	Расчёт потери напряжения в тяговой сети до расчётного поезда ………………………………………………………………………... Определение перегонной способности участка……………………………	25   29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………  30

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………………… 31

Приложение 1 ………………………………………………………………………32 Приложение 2 ………………………………………………………………………33

Приложение 3 ………………………………………………………………………34

Приложение 4 ………………………………………………………………………36

Приложение 5 ………………………………………………………………………37

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью курсового работы является получение практических навыков по расчету системы тягового электроснабжения.

Расчет включает определение основных параметров устройств системы тягового электроснабжения, которыми являются: мощность тяговых подстанций (мощность и количество понизительных трансформаторов); расстояние между тяговыми подстанциями; площадь сечения проводов контактной подвески.

Основные параметры устройств системы тягового электроснабжения зависят от величины и характера изменения тяговой нагрузки, применяемых схем питания тяговой сети, а также от наличия средств, повышающих качество электроэнергии и снижающих потери мощности и электроэнергии. При этом основная сложность расчета обусловлена учетом специфики тяговой нагрузки.

Таким образом, расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения и средств повышения качества электроэнергии в общем случае это сложная технико-экономическая задача.

 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Система СТЭ постоянного тока;

Масса поезда, неч – 6687 т;          

Масса поезда, чет – 4417 т;          

Минимальный межпоездной интервал, неч - 11 мин;

Минимальный межпоездной интервал, чет - 8 мин   ;       

Грузопоток неч -    62,9 млн. т∙км/км;       

Грузопоток чет -     51,1 млн. т∙км/км;                 

Мощность к.з. - 979 МВ∙А;                          

Трансф. мощность районных потреб. - 3,5 МВ∙А;

Число сут в вес/лет период -     229 сут;     

Темпер. в период повыш. инт. движ. - 33 °С;

Продолж. периода повыш. инт. движ. – 2,6 ч;

Тип участка дороги – магистральная;

Число путей – 2;

Расчётный участок – Саратов - Карамыш;

Расчётные пикеты – ТП1-38,1; ТП2-64,1;

С_кп - стоимость 1км контактной подвески (500 000 руб.);

 - стоимость поста секционирования (1 500 000 руб.);

 − стоимость пункта параллельного соединения (1 000 000 руб.);

Профиль пути расчётного участка – Приложение 1.

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

В рамках курсовой работы необходимо выполнить тяговые расчеты и по полученным данным произвести расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения: мощности опорной тяговой подстанции и площади сечения проводов контактной сети. Также необходимо выполнить проверку контактной сети на нагревание, произвести расчет потери напряжения до расчетного поезда, проверить пропускную способность участка.

 

 

Тяговые расчёты

Тяговый расчёт выполнен с помощью программного комплекса «КОРТЭС» в следующей последовательности: ввод параметров участка, ввод электроподвижного состава, указания начальной скорости, начальной температуры и выполнения расчётов. Результаты расчётов сведены в Приложении 2 и 3. График времени хода представлен в Приложении 4. Профиль пути представлен в Приложении 1.

 

Определение мощности тяговой подстанции

Трансформаторы выбраны по ГОСТ 14209-85, согласно которому при сроке службы 25 лет средняя относительная интенсивность износа его изоляции не превышает единицы, а температура наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоёв масла не должна быть больше нормативных.

При расчёте относительной интенсивности износа изоляции трансформатора принято, что размеры движения и расход электроэнергии на тягу поездов в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний. Расчёт проведён в предположении, что износ изоляции обмоток происходит только в период восстановления нормального движения после «окна». При этом учитываются три режима движения поездов, определяющих температуру обмоток и масла. Режим нормального движения поездов, режим движения поездов после «окна» и режим наибольшего размера движения поездов на участке.

Для каждого из этих режимов определены токовые нагрузки подстанций; средний и эффективный ток.

Указав расположение тяговых подстанций на участке СТЭ, найдены фидерные зоны, рассчитаны средние и эффективные токи поездов.

Для этого по разложенному графику поездного тока при двустороннем питании найдены средние значения и квадрат эффективного значения тока каждого фидера.

;                                          (1.1)

 

,                                         (1.2)

 

где n₀ – количество отрезков на кривой поездного тока;

– среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени t_i;

t – время хода поезда по фидерной зоне.

Расчёт выполнен в программе Microsoft Excel и результаты представлены в Приложении 3, 4.

Среднее значение тока для неразложенного тока (1.1).

 

      

 

Эффективное значение тока для неразложенного тока (1.2).

 

 

 

Аналогично рассчитаны значения токов для оставшихся трех фидеров и для разложенного графика поездного тока, результаты сведены в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2 - Результаты расчета фидерных зон

Фидерная зона	Средний ток, А		Квадрат эфф. тока, А²		Время хода
	Неразложенный график	Разложенный график	Неразложенный график	Разложенный график	Под током
Ф1	2636,64	1729,89	12070807,00	5931282,83	12,82
Ф2	1117,3	459,9	4381902,04	680382,99	15,01
Ф3	831,2	207,04	1916175,26	88431,73	12,87
Ф4	875,83	297,83	382913,96	382913,96	12,92

 

Зная среднее и эффективное значения поездного тока, отнесенного к фидеру, найдены среднее и эффективные токи фидера от всех поездов. Для этого использованы формулы, которые при однотипных поездах имеют вид:

 

.                                                (1.3)

 

Для эффективных токов при двустороннем питании:

 

 ,                             (1.4)

 

 

где n_ф – наибольшее число поездов в фидерной зоне, равное:

 

,                                                      (1.5)

 

где ₀ – заданный минимальный интервал между поездами (11 мин. и 8 мин.);

t – время хода по фидерной зоне;

N – число пар поездов в сутки при нормальном режиме;

N₀ – пропускная способность участка дороги в сутки.

N₀ =1440/ ₀   ,                                         (1.6)

 

где 1440 – число минут в сутках.

N₀ =1440/11=130,91 – для нечётного пути

N₀ =1440/8=180 – для чётного пути

                                  ,                             (1.7)

 

где М – грузопоток, т км/км;

= 0,45 - коэффициент тары;

Q – масса поезда, т;

=1,1 - 1,5 - коэффициент годовой не равномерности движения.

 

;

Аналогично для чётного пути: .

 

Коэффициент использования пропускной способности . Для режима наибольшей пропускной способности , для режима после окна .

Для нормального пропускного режима.

Для нечетного пути:

 

Для четного пути:

.

 

Найдены наибольшее число поездов в фидерной зоне по формуле (1.5):

;

;

;

;

Найдено среднее значение поездного тока по формуле (1.3)

Для режима наибольшей пропускной способности:

;

Для режима после окна:

;

.

Для нормального режима:

;

Найдены эффективные токи по формуле (1.4).

Для нормального режима:

;

;

 

Для режима после окна:

;

;

;

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

;

;

;

.