5. Примеры расчетов

Пример 1. Определить требуемую мощность понижающего трансформатора для замены устаревшего на тяговой подстанции постоянного тока. Общая длина подстанционной зоны l_з = 26,7 км. На подстанции установлены агрегаты с 12-пульсовой схемой выпрямителей. В период интенсивной работы планируется осуществлять пропуск пакетов из пяти пар грузовых поездов массой: в нечётном направлении 6300 т двумя электровозами ВЛ10, в чётном 3800 т с одним электровозом той же серии. Мощность районной нагрузки S_р = 1600 кВ·А. Станция является промежуточной: трогание одновременно двух поездов не рассматривается.

Р е  ш  е  н  и  е.

Расход активной электроэнергии на рассматриваемом участке поездами заданной массы по пути I и II согласно результатам тяговых расчётов, выполненных с учётом собственных нужд локомотивов, составляет соответственно W_I = 2930, W_II = 550 кВт·ч.

Расходы электроэнергии каждого поезда, отнесённые к расчётной подстанции, по формуле (2.6) при κ = 0,5 и k_м = 0,98:

W_0I = 0,5 · 2930 / 0,98 = 1495 , W_0II = 0,5 · 550 / 0,98 = 281 кВ·А·ч.

Поскольку длина подстанционной зоны l_з = 26,7 < 45 км, коэффициенты заполнения часового графика движения для обоих путей γ_ч I = γ_ч II = 1. Согласно п. 2.3.2 номинальное приведенное напряжение трансформатора при 12-пульсовой схеме выпрямителя U_ном = 3,6 кВ. Тяговые расчёты выполнены при напряжении U_р = 3 кВ. Значения часовой мощности на каждом пути по формуле (2.3) при k_снэ = 1 (см. п. 2.3.5) и N_ичI = N_ичII = 5

S_{ич I} = (3,6/3) · 1495 · 1 · 5 · 1 =  8970; S_{ич II} = 1686 кВ·А.

Мощность подстанции по (2.2) S_ич = 8970 + 1686 = 10656 кВ·А.

Максимальный ток электровоза ВЛ10 на позиции П-ОП3 составляет 2780 А. При двух электровозах в поезде массой 6300 т I_{э1 пуск} = 2 · 2780 = 5560 А. Требуемая мощность для обеспечения тяговой нагрузки по (3.1)

S_т = (10656 + 0,9 · 3,6 · 5560) / 2 =  14335 кВ·А.

В итоге требуемая мощность трансформатора по (1.1')

S_треб = 1,025 (14335 + 0 + 0,7 · 1600) = 15800 кВ·А.

Пример 2. Выбрать номинальную мощность трёхфазного трансформатора для дополнительной тяговой подстанции, сооружаемой на ст. С в межподстанционной зоне А – Б длиной 97,8 км по титулу строительства вторых путей. Участок электрифицирован по системе переменного тока 25 кВ. Расчётные размеры грузового движения приведены в табл. П.1: в последней строке рассчитана средневзвешенная масса поездов по направлениям. Количество пассажирских поездов меньше 20 пар в сутки. Питание районных потребителей не предусматривается.

Таблица П.1 – Размеры движения грузовых поездов к примеру 2

Нечётное направление		Чётное направление
Количество поездов в сутки	Масса, т	Количество поездов в сутки	Масса, т
20 18 10	6300 4500 2800	22 16 10	4500 3200 2800
Всего 48	Qсрв1 = 4900	48	Qсрв2= 3710

Р е  ш  е  н  и  е.

В табл. П.2 представлены результаты расчётов часовых мощностей в фидерах и плечах подстанции.

Полные расходы электроэнергии W_срвf поездами средневзвешенной массы получены на основе тяговых расчётов при U_р = 25 кВ с учётом собственных нужд электровозов, поэтому в формуле (2.3) принято k_снэ = 1.

Таблица П.2 – Значения параметров при определении нагрузок подстанции

Номер пути	П а р а м е т р	Плечо подстанции, зона		Источник данных, № пункта или формулы Методики
		левое, А – С lз л = 39,8 км	правое, С – Б lз п = 58,0 км
I	WсрвI , кВ·А·ч	2304	3882	Тягов. расчёты
	W0срвI , кВ·А·ч	1151	1941	(2.6)
	NичI	5	5	ЦЭ-462
	γч I	1	0,85	п. 2.3.1
	Sич I , кВ·А	6331	9074	(2.3)
II	WсрвII , кВ·А·ч	1982	3108	Тягов. расчёты
	W0срвII , кВ·А·ч	991	1554	(2.6)
	NичII	4,6	4,6	пп. 2.2.2, 2.3.1
	γч II	1	1	п. 2.3.1
	Sич II , кВ·А	5014	7863	(2.3)
I+II	Sич , кВ·А	11345	16937	(2.2)

В соответствии с п. 2.2.2, исходя из электропотребления на рассматриваемом участке, принят пропуск пакета поездов по первому пути. При заданном количестве 48 пар грузовых поездов согласно ЦЭ-462, табл. 2.3, N_ич1 = 5, J_р = 9 мин. Интервал в потоке поездов по второму пути J₂ = 1,4 · 9 = 13 мин, и N_ич2 = 60 / 13 = 4,6.

Поскольку длина межподстанционной зоны слева от подстанции l_з л < 45 км, коэффициент заполнения часового графика движения на первом пути этой зоны γ_ч Iл = 1. Для зоны справа l_з п > 45 км, и γ_ч Iп = 0,85. Для потока поездов на втором пути в обеих зонах γ_ч II = 1.

Часовые мощности фидеров подстанции, рассчитанные по формуле (2.3), в табл. П.2 выделены жирным шрифтом. Например, мощность фидера

первого пути в правом плече

S_ич I п = (27,5 / 25,0) 1941 · 1 · 5 · 0,85 = 9074 кВ·А .  

Мощность для обеспечения тяговой нагрузки определим по (3.2) при коэффициентах k_то б = 2, k_то м = 0,45. Из табл. П.2 видно, что большее значение часовой мощности суммарно по фидерам имеет правое плечо, поэтому S_ич б =16937, S_ич м = 11345 кВ·А . Примем k_нич = 0,87, так как доля поездов наибольшей массы 6300 т составляет 20 / 48 · 100 = 42% (см. табл. П.1), и эта масса в 6300 / 4500 = 1,4 раза превышает массу других поездов. Тогда

S_т = 0,87 (2 · 16937 + 0,45 · 11345) = 33 912 кВ·А .

Требуемая мощность трансформатора по (1.1'):

S_треб = 1,033 · 33912 = 35030 кВ·А .

Этому значению соответствует номинальная мощность трансформатора S_ном = 40000 кВ·А .

6.Содержание

1. Состояние вопроса 1

По результатам исследований разработана новая методика выбора мощности трансформаторов тяговых подстанций при проектировании электрификации железнодорожных участков. 4

2. Особенности работы трансформаторов при нагрузке выше номинальной 4

Работа трансформатора в режиме нагрузки, превышающей 1,5 номинального тока , ограничивается нагрузочной способностью других частей трансформатора: вводы, концевые кабельные соединения, устройства переключения ответвлений и соединения. Необходимо учитывать характеристики присоединенного оборудования: кабели, выключатели, трансформаторы тока и др. 7

3. Нормы нагрева элементов трансформатора 7

4. Определение тепловых параметров режима трансформатора и сте-пени износа витковой изоляции 11

4.1. Исходные положения 11

4.2. Расчет температуры масла и обмоток 15

4.3. Расчет относительного износа витковой изоляции 16

4.4. Проверка допустимости заданного графика нагрузок 18

5.Список использованных источников 19

1. Общие положения 20

1.9. Возможность и порядок использования резервного понижающего трансформатора параллельно с рабочими трансформаторами в периоды пиковых нагрузок при соответствующем обосновании согласовывается с ОАО «РЖД» и с энергоснабжающей организацией. 24

2. Расчетные параметры и режимы 24

2.1. Температура окружающей среды 24

2.2. Расчетные режимы 25

2.3. Нагрузки подстанции 27

3. Требуемая мощность для обеспечения тяговой нагрузки 30

3.1. Подстанции постоянного тока 30

3.2. Подстанции переменного тока 30

3.3. Автотрансформаторы системы 2х25 кВ 31

4.1. Исходные данные и методы расчета 32

4.2. Анализ результатов 34

1. Решаемые задачи 39

2. Описание алгоритмов 40

3. Структура модели и функции программных модулей 43

4. Иерархия программных компонентов 44

5. Межмодульные интерфейсы 45

6. Входные и выходные данные модели 45

7. Интерфейс пользователя 46

9.3.Реализация компьютерной модели расчета температуры обмоток и степени износа изоляции трансформаторов в условиях тяговых нагрузок с учетом обращения грузовых поездов повышенной массы и скоростных пассажирских поездов