1. Расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения

   1. Определение мощности опорной тяговой подстанции

Выполнение проекта начинается с расчёта мощности подстанции, мощности её понизительных трансформаторов. Трансформаторы выбираются по ГОСТ 14209-85, согласно которому при сроке службы 25 лет средняя относительная интенсивность износа его изоляции не должна превышать единицы, а температура наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоёв масла не должна быть больше нормативных /1/.

При расчёте относительной интенсивности износа изоляции трансформатора принимается, что размеры движения и расход электроэнергии на тягу поездов в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний. Расчёт ведётся 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 должны быть определены токовые нагрузки подстанций, средний и эффективный ток.

Указав расположение тяговых подстанций на участке, выбрав из них расчетную фидерную зону, необходимо найти средние и эффективные токи поездов отнесенных к фидерам расчетной подстанции. Для этого, по разложенной кривой поездного тока при двустороннем питании или непосредственно по кривой поездного тока при одностороннем питании находятся средние значения и квадрат эффективного значения тока каждого фидера.

Для этого кривую поездного тока (разложенного или неразложенного) необходимо разбить на отрезки, в пределах которых ток изменяется не более чем на 80–100 А для участков постоянного тока. После чего среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) могут быть определены по формулам:

; (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.

Неразложенная кривая

Четный путь:

Нечетный путь:

Разложенная кривая

Четный путь:

Нечетный путь:

Найдем эффективное значение поездного тока Неразложенная кривая

Четный путь:

Нечетный путь:

Разложенная кривая

Четный путь:

Нечетный путь:

Сведем найденные значения токовых нагрузок подстанций (средний и эффективный ток) в таблицу 1.

Таблица 1 – Рассчитанные значения токовых нагрузок подстанций

Фидерная зона	Средний ток, А		Эффективный ток, А
	Неразложенная кривая	Разложенная кривая	Неразложенная кривая	Разложенная кривая
1	1222,58	770,39	1358,97	1005,35
2	1174,44	579,25	1245,49	741,55
3	820,02	543,33	1016,40	857,48
4	516,74	126,93	862,46	215,40

Эти токи являются исходными для расчёта нагрузок фидеров подстанций постоянного тока.

Зная средние и эффективные значения поездного тока, отнесённого к фидеру, можно найти средние и эффективные токи фидера от всех поездов /1/. Для этого воспользуемся формулами, которые при однотипных поездах имеют вид:

, (1.3)

где: – наибольшее число поездов в фидерной зоне

, (1.4)

– заданный минимальный интервал между поездами;

– число пар поездов в сутки при нормальном режиме, равное:

, (1.5)

– пропускная способность участка дороги в сутки:

. (1.6)

;

;

;

;

Найденное значение второго и третьего фидеров в дальнейших расчетах принимаем равными 1.

;

;

.

Коэффициент использования пропускной способности зависит от расчетного режима.

Для режима после окна:

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

.

Для режима нормальной работы определяется раздельно для двух путей:

.

Тогда средние токи фидера от всех поездов будут равны:

. (1.7)

Для режима нормальной работы:

.

Для режима после окна:

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

;

;

;

.

Для эффективных токов при двустороннем питании:

(1.8)

Для режима нормальной работы:

;

;

;

.

Для режима после окна:

;

;

;

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

;

;

;

.

Для подстанций постоянного тока, где нагрузки фаз понизительного трансформатора одинаковы, определим сначала среднюю нагрузку подстанции по постоянному току для трех режимов , и по формуле:

(1.9)

Для режима нормальной работы:

.

Для режима после окна:

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

.

Затем определим квадрат эффективного тока подстанций (по постоянному току) для указанных выше трех режимов по формуле:

(1.10)

Для режима нормальной работы:

Для режима после окна:

Для режима наибольшей пропускной способности:

Для перехода к эффективным токам силового понизительного трансформатора определим эффективную потребляемую мощность для трех режимов по формуле:

, (1.11)

где: – эффективный ток нагрузки подстанции по постоянному току;

– номинальное напряжение на шинах постоянного тока, 3,6 кВ;

– к.п.д. преобразовательного агрегата, примем равным 0,98;

– коэффициент мощности преобразованного агрегата, примем равным 0,96.

Для режима нормальной работы:

.

Для режима после окна:

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

.

Далее определим эффективный ток обмотки понизительного трансформатора для трех рассматриваемых режимов , и по формуле:

, (1.12)

где: – напряжение на вторичной обмотке силового понизительного трансформатора при схеме соединения обмоток Y/, равно 10,5 кВ.

Для режима нормальной работы:

.

Для режима после окна:

.

Для режима наибольшей пропускной способности:

.