Определение средних токов фидеров контактной сети для расчетных режимов расчетной тяговой подстанции

ОБРАЗЕЦ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЮ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ»

 

«Выбор параметров системы тягового электроснабжения»

ФТС 190901 КП 0942036 ПЗ

 

Красноярск 2012

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Пояснительная записка

Разраб.

Копич М.И.

Провер.

Авдеёнок Н.И.

Н. Контр.

Утверд.

«Выбор параметров системы тягового электроснабжения»

Лит.

Листов

Гр.ЭНС-09-1

ВВЕДЕНИЕ

 

Вся совокупность устройств, начиная от генератора электростанции и кончая тяговой сетью, составляет систему элетроснабжения электрифицированных железных дорог. От этой системы питаются электрической энергией, помимо собственно электрической тяги (электровозы и электропоезда), также все нетяговые железнодорожные потребители и потребители прилегающих районов. Поэтому электрификация железных дорог решает не только транспортную проблему, но и способствует решению важнейшей народохозяйственной проблемы – электрификации всей страны.

Главные преимущества электрической тяги перед автономной (имеющей генераторы энергии на самом локомотиве) определяются централизованным элекроснабжением и сводятся к следующему:

1. Производство электрической энергии на крупных электростанциях приводит, как всякое массовое производство, к уменьшению её стоимости, увеличению их к.п.д. и снижению расхода топлива.

2. На электростанциях могут использоваться любые виды топлива и, в частности, малокалорийные – нетранспортабельные (затраты на транспортировку которых не оправдываются). Электростанции могут сооружаться непосредственно у места добычи топлива, вследствие чего отпадает необходимость в его транспортировке.

3. Для электрической тяги может использоваться гидроэнергия и энергия атомных электростанций.

4. При электрической тяге возможна рекуперация (возврат) энергии при электрическом торможении.

 

5. При централизованном элетроснабжении потребная для электрической тяги мощность практически не ограничена. Это даёт возможность в отдельные периоды потреблять такие мощности, которые невозможно обеспечить на автономных локомотивах, что позволяет реализовать, например, значительно большие скорости движения на тяжелых подъёмах при больших весах поездов.

6. Электрический локомотив (электровоз или элктровагон) в отличие от автономных локомотивов не имеет собственных генераторов энергии. Поэтому он дешевле и надёжнее автономного локомотива.

7. На электрическом локомотиве нет частей, работающих при высоких температурах и с возвратно-поступательным движением (как на паровозе, тепловозе, газотурбовозе), что определяет уменьшение расходов на ремонт локомотива.

Преимущества электрической тяги, создаваемые централизованным электроснабжением, для своей реализации требуют сооружения специальной системы электроснабжения, затраты на которую, как правило значительно превышают затраты на электро

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

подвижной состав. Надёжность работы электрифицированных дорог зависит от надёжности работы системы электроснабжения. Поэтому вопросы надёжности и экономичности работы системы электроснабжения существенно влияют на надёжность и экономичность всей железной дороги в целом.

 

 

Реферат

 

ТЯГОВЫЙ ТРАНСФОРМАТОР, КОМПЕНСАЦИЯ, КОНТАКТНАЯ СЕТЬ, МОЩНОСТЬ, ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СЕЧЕНИЕ, СТОИМОСТЬ, ГОДОВЫЕ ПОТЕРИ, НАГРЕВ, ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕ, ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ, ПОСТ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ.

В данном курсовом проекте произведён расчёт системы электроснабжения электрической железной дороги, а именно 2-х путного участка, электрифицированного на одн

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

офазном токе промышленной частоты. Определена мощность и количество тяговых трансформаторов одной ТП, определено экономическое сечение проводов контактной сети, рассчитаны годовые потери в контактной сети, для раздельной и узловой схемы, произведен технико-экономический расчет для сравнения схем, произведен расчет среднего уровня напряжения в контактной сети, а также рассчитано реактивное электропотребление расчетной тяговой подстанции, мощность установки параллельной компенсации и её параметры.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….…2

Реферат …………………………………………………………………………….4

Задание на курсовой проект ………………………………………..…………… 6 Исходные данные ……………………………………………...…………………7

1 Определение мощности тяговой подстанции...….…………….………….. 8

1.1 Определение средних и эффективных значений тока поезда ФКС ТП…..8

1.2 Определение средних токов ФКС для режимов расчетной ТП ………....18

1.3 Определение средних и эффективных токов плеч питания ТП………….21

1.4 Определение расчетных токов трансформатора. Эквивалентный,

эффективный ток по нагреву масла ………………………………… …….22

1.5 Расчет трансформаторной мощности …..…………………………………24

1.5.1 Основной расчет ………………………………………………………..…24

1.5.2 Уточнение расчета мощности трансформатора ………………………. …28

1.5.3 Проверка трансформатора по максимальному и максимально допустимому

току и максимально допустимой температуре обмотки и масла…..…... 29

2 Определение экономического сечения проводов контактной сети одной

МПЗ для раздельной и узловой схем питания …………………………...31

3 Проверка контактной сети по нагреву…………………………………... 33

4 Годовые потери энергии в контактной сети для двух схем питания ….. 33

5 Технико-экономический расчет для сравнения раздельной и узловой схем

питания ……………………………………………………………………. 34

6 Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного

поезда на условном лимитирующем перегоне..………………………....36

7 Расчет перегонную пропускную способность с учетом уровня

напряжения……………………………………………………..……….......40

8 Расчет реактивного электропотребления расчетной ТП, мощность

установки параллельной компенсации и ее параметры…………………41

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………. 50

ПРИЛОЖЕНИЕ А – Распределение поездного тока между подстанциями

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

Задание на курсовой проект

 

1. Определить мощность тяговой подстанции, выбрать мощность и количество тяговых трансформаторов.

2. Определить экономическое сечение проводов контактной сети

межподстанционной зоны для раздельной и узловой схемы питания.

3. Рассчитать годовые потери электрической энергии в контактной сети для этих схем.

4. Провести проверку выбранного сечения проводов контактной сети по нагреву.

5. Провести технико-экономический расчет для сравнения раздельной и узловой схем питания.

6. Для схемы раздельного питания произвести расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном перегоне и блок участке при максимальном использовании пропускной способности.

7. Рассчитать перегонную пропускную способность с учетом уровня напряжения.

8. Рассчитать реактивное электропотребление расчетной тяговой подстанции, мощность установки параллельной компенсации и ее параметры.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1. Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами;

Типы тяговых подстанций II и III;

2. Расположение тяговых подстанций:

ТП №1 L₁ = 0 км;

ТП №2 L₂ = 46 км;

ТП №3 L₃ = 83 км;

Тип дороги – магистральная;

3. Число путей - 2

4. Тип рельсов - P65

5. Размеры движения:

Число пар поездов в сутки: 100

6. Минимальный межпоездной интервал Тпер = 8 мин;

7. Номинальное напряжение тягов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

ых подстанций U_н = 27.5 кВ;

8. Продолжительность периода повышенной интенсивности движения: T_вос=2,5 часа;

9. Трансформаторная мощность районных потребителей S =7 МВ×А;

10. Мощность короткого замыкания на вводах подстанции S_кз = 800 МВ×А;

11.Эквивалентная температура в весенне-летний период и температура

в период повышенной интенсивности движения после окна:

θхлс = 30ºС; θхло = 25ºС;

12. Длительность весенне - летнего периода n_вл = 250 суток;

13. Амортизационные отчисления:

а) Контактная сеть а_к = 4,6 %;

б) Посты секционирования а_п=5,5 %;

в) Стоимость электрической энергии К₀ = 2.44 руб/кВтч;

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

1 Определение мощности тяговой подстанции и количества тяговых трансформаторов

1.1 Определение средних и эффективных значений тока поезда, фидеров контактной сети тяговой подстанции.

а) строим зависимость тока поезда от времени и расстояния I_n(l),I_n(t);

б) располагаем тяговые подстанции;

в) строим векторные диаграммы напряжений тяговых подстанций

г) определяем поездные токи на каждом километре в четном и нечетном

направлении по зависимости поездного тока от расстояния I_n(l)

Методика расчета токов фидеров контактной сети: Для одностороннего питания ток поезда полностью равен току фидера: I_ф = I_п. Для двухстороннего питания ток поезда распределяется между фидерами смежных подстанций обратно пропорционально расстояниям:

 

Рисунок 1 – Межподстанционная зона и поезд Iк

Кривые поездного тока раскладываем по фидерам смежных подстанций четного и нечетного пути по формулам (1) и (2) для схемы раздельного питания пути и заносим в таблицу 1.

(1)   (2)

Ток подстанции А, в А:

Ток подстанции В, в А:

 

Таблица 1 - Поездной т

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

ок по километрам четного и нечетного пути и фидеров тяговых подстанций.

Расстояние от ТП	Ток четного пути	Ток нечетного пути	Токи фидеров
ТП1	ТП2	ТП3
Q4	Q5	Q1	Q2	Q4	Q5	Q1	Q2
			190,00	0,00	0,00	0,00	-	-	-	-
			185,87	0,00	0,00	4,13	-	-	-	-
			181,74	0,00	0,00	8,26	-	-	-	-
			177,61	0,00	0,00	12,39	-	-	-	-
			173,48	0,00	0,00	16,52	-	-	-	-
			169,35	0,00	0,00	20,65	-	-	-	-
			165,22	0,00	0,00	24,78	-	-	-	-
			161,09	0,00	0,00	28,91	-	-	-	-
			156,96	0,00	0,00	33,04	-	-	-	-
			152,83	0,00	0,00	37,17	-	-	-	-
			148,70	0,00	0,00	41,30	-	-	-	-
			144,57	0,00	0,00	45,43	-	-	-	-
			140,43	258,70	91,30	49,57	-	-	-	-
			136,30	222,39	87,61	53,70	-	-	-	-
			132,17	222,61	97,39	57,83	-	-	-	-
			0,00	235,87	114,13	0,00	-	-	-	-
			0,00	65,22	34,78	0,00	-	-	-	-
			75,65	0,00	0,00	44,35	-	-	-	-
			225,22	115,65	74,35	144,78	-	-	-	-
			176,09	111,52	78,48	123,91	-	-	-	-
			141,30	110,22	84,78	108,70	-	-	-	-
			130,43	107,61	90,39	109,57	-	-	-	-
			122,61	104,35	95,65	112,39	-	-	-	-
			115,00	105,00	105,00	115,00	-	-	-	-
			106,17	106,17	115,83	115,83	-	-	-	-
			98,61	105,00	125,00	117,39	-	-	-	-
			91,30	102,17	132,83	118,70	-	-	-	-
			82,61	101,61	144,39	117,39	-	-	-	-
			76,70	97,83	152,17	119,30	-	-	-	-
			68,00	92,39	157,61	116,00	-	-	-	-
			62,61	86,96	163,04	117,39	-	-	-	-
			54,78	81,52	168,48	113,22	-	-	-	-
			50,22	76,09	173,91	114,78	-	-	-	-
			46,63	70,65	179,35	118,37	-	-	-	-
			43,04	65,22	184,78	121,96	-	-	-	-
			39,46	59,78	190,22	125,54	-	-	-	-
			35,87	54,35	195,65	129,13	-	-	-	-
			32,28	48,91	201,09	132,72	-	-	-	-
			28,70	43,48	206,52	136,30	-	-	-	-
			25,11	38,04	211,96	139,89	-	-	-	-
			21,52	32,61	217,39	143,48	-	-	-	-
			17,93	27,17	222,83	147,07	-	-	-	-
			14,35	21,74	228,26	150,65	-	-	-	-
			10,76	16,30	233,70	154,24	-	-	-	-
Продолжение Таблицы 1
			7,17	10,87	239,13	157,83	-	-	-	-
			3,78	5,43	244,57	170,22	-	-	-	-
			0,00	0,00	250,00	184,00	-	-	-	-
			-	-	-	-	190,00	240,00	0,00	0,00
			-	-	-	-	196,54	223,78	5,46	6,22
			-	-	-	-	198,65	208,11	11,35	11,89
			-	-	-	-	202,16	192,97	17,84	17,03
			-	-	-	-	196,22	178,38	23,78	21,62
			-	-	-	-	190,27	164,32	29,73	25,68
			-	-	-	-	184,32	159,19	35,68	30,81
			-	-	-	-	178,38	154,05	41,62	35,95
			-	-	-	-	172,43	148,92	47,57	41,08
			-	-	-	-	166,49	151,35	53,51	48,65
			-	-	-	-	160,54	153,24	59,46	56,76
			-	-	-	-	0,00	154,59	0,00	65,41
			-	-	-	-	0,00	155,41	0,00	74,59
			-	-	-	-	0,00	155,68	0,00	84,32
			-	-	-	-	0,00	155,41	0,00	94,59
			-	-	-	-	0,00	154,59	0,00	105,41
			-	-	-	-	0,00	148,70	0,00	113,30
			-	-	-	-	129,73	142,16	110,27	120,84
			-	-	-	-	133,51	0,00	126,49	0,00
			-	-	-	-	136,22	0,00	143,78	0,00
			-	-	-	-	137,84	0,00	162,16	0,00
			-	-	-	-	129,73	0,00	170,27	0,00
			-	-	-	-	121,62	0,00	178,38	0,00
			-	-	-	-	113,51	0,00	186,49	0,00
			-	-	-	-	105,41	0,00	194,59	0,00
			-	-	-	-	97,30	0,00	202,70	0,00
			-	-	-	-	89,19	0,00	210,81	0,00
			-	-	-	-	81,08	0,00	218,92	0,00
			-	-	-	-	63,24	0,00	196,76	0,00
			-	-	-	-	47,57	0,00	172,43	0,00
			-	-	-	-	41,62	41,62	178,38	178,38
			-	-	-	-	35,68	34,05	184,32	175,95
			-	-	-	-	29,73	24,86	190,27	159,14
			-	-	-	-	23,78	16,43	196,22	135,57
			-	-	-	-	17,84	12,41	202,16	140,59
			-	-	-	-	11,89	9,19	208,11	160,81
			-	-	-	-	5,95	5,41	214,05	194,59
			-	-	-	-	0,00	0,00	0,00	210,00

 

 

По данным таблицы 1 строим кривые токов фидеров расчетной тяговой подстанции I_ф(l), разложенная кривая поездного тока. По разложенной кривой поездного тока определяем средние и эффективные токи фидеров контактной сети и другие числ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

овые характеристики расчетной тяговой подстанции.

Также выбираем самую загруженную межподстанционную зону, и производим расчет средних и эффективных токов четного и нечетнго пути.

 

Методика расчета:

1. Кривая разложенного и неразложенного тока разделяется на отрезки 40-60 А.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

2. Определяются средние токи отрезков и .

3. Определяется время движения на этом участке, t_i.

4. Определяется произведение [А×мин], [А²×мин].

5. По сумме этих произведений определяется средний ток и значение квадрата тока.

Средний ток фидера, , А, вычисляется по формуле:

(3)

Квадрат эквивалентного тока фидера, , А², вычисляется по формуле:

(4)

Эквивалентный ток фидера, , А, вычисляется по формуле:

(5)

где I_срi – среднее значение тока за рассматриваемый промежуток времени t_i;

t – время хода поезда по фидерной зоне;

Результаты расчетов по формулам (3), (4) и (5) заносим в таблицу 2

 

Таблица 2 -Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного

тока

Q2
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
	57,8	15,5	57,8	28,9	447,95	835,21	12945,76
57,8			57,8	28,9	28,9	835,21	835,21
	44,35		44,35	22,175	221,75	491,7306	4917,306
44,35			59,65	74,175	148,35	5501,931	11003,86
	144,78	0,5	40,78	124,39	62,195	15472,87	7736,436
144,78	109,51		35,21	127,145	508,58	16165,85	64663,4
109,51	150,65		41,14	130,08	2601,6	16920,81	338416,1
150,65			33,35	167,325	334,65	27997,66	55995,31
					4353,975		496513,4
Продолжение Таблицы 2
Q2
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
	56,76		56,76	28,38	340,56	805,4244	9665,093
56,76	120,84		64,08	88,8	710,4	7885,44	63083,52
120,84		0,4	60,84	90,42	45,21	8175,776	4087,888
		0,4
		0,4
		0,4
	178,38	0,4	58,38	149,19	74,595	22257,66	11128,83
178,38			31,62	194,19	1165,14	37709,76	226258,5
					2410,905		319173,9

 

Средний ток для фидера №2, , А, вычисляем по формуле (3):

А;

Квадрат эквивалентного тока фидера №2, , А², вычисляется по формуле (4):

;

Эквивалентный ток фидера №2, , А, вычисляется по формуле (5):

.

 

 

Таблица 3 -

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного

тока фидера №1 расчётной тяговой подстанции

Q1
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
		0,5
	91,3	0,5	51,3	65,65	32,825	4309,923	2154,961
91,3			56,3	63,15	315,75	3987,923	19939,61
				17,5	17,5	306,25	306,25
		3,5	48,7
	74,3	0,5	58,7	67,15	33,575	4509,123	2254,561
74,3	132,8		58,5	103,55	1346,15	10722,6	139393,8
132,8	190,22		57,42	161,51	1453,59	26085,48	234769,3
190,22			59,78	220,11	2641,32	48448,41	581380,9
					5955,71		983549,5
Продолжение Таблицы 3
Q1
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
	59,46		59,46	29,73	386,49	883,8729	11490,35
59,46		0,3	59,46	29,73	8,919	883,8729	265,1619
		0,2
	110,27	0,3	50,27	85,135	25,5405	7247,968	2174,39
110,27	170,27			140,27	561,08	19675,67	78702,69
170,27	218,92		48,65	194,595	1362,165	37867,21	265070,5
218,92	178,38	1,5	40,54	198,65	297,975	39461,82	59192,73
178,38	214,05		35,67	196,215	1569,72	38500,33	308002,6
214,05		0,2	54,05	187,025	37,405	34978,35	6995,67
		0,2
		0,2
		0,1
					4297,295		736474,1

 

 

Средний ток для фидера №1, , А, вычисляем по формуле (3):

;

Квадрат эквивалентного тока фидера №1, , А², вычисляется по формуле (4):

;

Эквивалентный ток фидера №1, , А, вычисляется по формуле (5):

.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

 

Таблица 4 - Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного

тока фидера №5 расчётной тяговой подстанции

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

Q5
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
		0,3			7,5		187,5
		0,3			22,5		1687,5
		0,3			37,5		4687,5
		0,3
	258,7	0,3	48,7	234,35	70,305	54919,92	16475,98
258,7			58,7	229,35	229,35	52601,42	52601,42
		1,5
				92,5		8556,25	17112,5
				32,5	32,5	1056,25	1056,25
				87,5	87,5	7656,25	7656,25
	65,2		49,8	90,1	1531,7	8118,01	138006,2
65,2			65,2	32,6	423,8	1062,76	13815,88
					3151,655		333006,9
Q5
I,A		t	I	Iср	ti*Iср	I^2ср	ti*I^2ср
		13,5
		0,2
		0,3			10,5		367,5
		0,2		32,5	6,5	1056,25	211,25
	129,73	0,3	64,73	97,365	29,2095	9479,943	2843,983
129,73	89,19		40,54	109,46	985,14	11981,49	107833,4
89,19	35,68		53,51	62,435	312,175	3898,129	19490,65
35,68			35,68	17,84	107,04	318,2656	1909,594
		34,5			3630,565		480256,4
		75,5			6782,22		813263,3

 

Средний ток для фидера №5, , А, вычисляем по формуле (3):

;

Квадрат эквивалентного тока фидера №5, , А², вычисляется по формуле (4):

;

Эквивалентный ток фидера №5, , А, вычисляется по формуле (5):

.

Таблица 5 - Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного

тока фидера №4 расчётной тяговой подстанции