50

Глава 10. Трансформаторы тяговых подстанций электрифицированных железных дорог и выбор их мощности

10.1.Метод расчёта нагрузочной способности тяговых трансформаторов подстанций электрических железных дорог постоянного и переменного тока

1. Состояние вопроса

Условия работы силовых трансформаторы тяговых подстанций:

- Значительная неравномерность нагрузок в течение суток, месяца и года; - Наибольшая нагрузка в час интенсивных перевозок при наличии поездов повышенной массы в 2–3 раза и более превосходит среднесуточную нагрузку;

- Температура окружающего воздуха в течении суток и года изменяется в широких пределах (для условий Сибири – 50 ÷ +40⁰С);

- Значительные токовые нагрузки создаются при организации тяжеловесного движения поездов с пакетным графиком движения по сигналам автоблокировки;

- Значительные токи по обмоткам трансформатора возникают из-за отсутствия параллельной работы тяговых трансформаторов;

- В аварийной ситуации при односторонней схеме питания контактной сети электроснабжение тяговых, районных нетранспортных и нетяговых железнодорожных потребителей тяговые трансформаторы подстанции значительно перегружаются и снижается расчётный срок службы трансформатора.

- Значительное количество коротких замыканий в контактной сети.

При проектировании тяговых подстанций номинальная мощность трансформатора выбирается меньше максимальной суточной или часовой мощности с учётом его перегрузки в различные периоды времени. Условием систематических перегрузок и повышенной нагрузки является сохранение нормального срока службы изоляции трансформатора [1].

Существующая методика определения требуемой мощности трансформаторов тяговых подстанций при проектировании электрификации железных дорог основывается на методике ВНИИЖТ в 1960–80-х г. [2], [3]. Методика базируется на статистических данных по тяговой нагрузке и анализов суточных расходов электроэнергии подстанциями, в основном, на участках постоянного тока [4], [5]. Износ изоляции учитывается только в периоды наибольшего заполнения пропускной способности участка. При определении нагрузочной способности трансформаторов использовалась фундаментальная работа Л. М. Шницера [6]. Исследования методов выбора мощности трансформаторов для тяговых подстанций в МИИТ и других транспортных вузах отражены в работе [7].

Для современных условий проектирования и эксплуатации устройств тягового электроснабжения методика выбора мощности трансформаторов учитывает следующее:

• Исследования в области нестационарных тепловых режимов трансформаторов и старения изоляции;

• Современные методы и нормативы при определении нагрузочной способности трансформаторов;

• Современные стандарты по нагрузочным режимам трансформаторов;

• Изменение характера тяговой нагрузки;

Электрифицированные участки железных дорог характеризуются:

• Применением новых мощных локомотивов;

• Повышением массы грузовых поездов;

• Пакетным графикам их движения с минимальным интервалом движения по сигналам автоблокировки;

• Применение скоростных пассажирских поездов;

• Изменением характера тяговой нагрузки по максимальным и средним значениям токов;

• Особенностями режимов нагрузки трансформаторов в системах тягового электроснабжения постоянного и переменного тока при различных профилях участка, длинах межподстанционных зон и способах организации движения поездов.

Нагрузочная способность тягового трансформатора должна обеспечивать:

1.Заданный график нагрузки подстанции для условий нештатных режимов нагрузок:

• отключение смежных подстанций межподстанционной зоны;

• значительное увеличение размеров движения поездов при возникших ограничениях их пропуска на параллельных ходах;

• значительное увеличение нагрузок в связи с повышением массы грузовых поездов и пакетного графика их движения с минимальным интервалами по условиям автоблокировки.

2. Перспективные графики нагрузки в зависимости от заданных размеров движения.

Для улучшения методики выбора мощности трансформаторов тяговых подстанций выполнены:

1.Анализ режимов работы тяговых трансформаторов при повышенных нагрузках и возможных рисках их повреждения. Определены погрешности имеющейся методики для современных нагрузочных условий:

2.Сравнительные анализы действующих и существовавших нормативов и руководящих материалов по расчётам нагрузочной способности трансформаторов.

3. Компьютерная модель для расчётов температуры элементов трансформатора и степени износа изоляции с целью определения допустимых режимов работы трансформатора при заданных графиках нагрузки.

4.Расчётные графики определяются моделированием работы систем электроснабжения для условий обращения грузовых поездов повышенной массы и скоростных пассажирских поездов.