3 Изменения в схеме питания и секционирования трамвайных линий

Рисунок 3.1 Система электроснабжения участка постоянного тока

Известна система электроснабжения участка постоянного тока, содержащая контактную подвеску постоянного тока и распределительную сеть трехфазного тока, питаемую от шин переменного тока тяговых подстанций, контактная подвеска и распределительная сеть соединены между собой параллельно через трехфазные дроссели с нулевыми выводами (авторское свидетельство СССР №366995, В60М3/02, H02J3/02, бюл. №8, 23.01.1973).

Однако данная система электроснабжения на постоянном токе обладает низкой надежностью, т.к. требует симметричного расположения фаз трехфазного переменного тока 10,5кВ, т.к. напряжение нулевого вывода будет равно нулю.

Наиболее близким аналогом является система электроснабжения участка постоянного тока, содержащая основной и вольтодобавочный выпрямительный агрегаты, провод повышенного напряжения постоянного тока, контактную сеть, ходовой рельс и импульсный преобразователь (авторское свидетельство СССР № 488736, В60М3/00, бюл. №39, 25.10.1975).

В данной системе электроснабжения постоянного тока для получения тягового напряжения 600 В и передачи энергии по дополнительному проводу в меж подстанционную зону устанавливаются вольтодобавочные управляемые выпрямительные преобразователи. В качестве преобразовательного пункта, связывающего провод повышенного напряжения с контактной сетью, используется импульсный преобразователь.

Недостатком такой схемы является отсутствие гальванической развязки между продольной линией 3,3 кВ и тяговой сетью 600 В. В случае пробоя главного тиристора импульсного преобразователя напряжение продольной линии попадает в тяговую сеть, что приводит к возникновению аварийного режима.

Задача модификации – повысить надежность системы электроснабжения участка постоянного тока и повысить качество выходного напряжения за счет обеспечения гальванической развязки между тяговой сетью и продольной линией.

Технический результат достигается тем, что в системе электроснабжения постоянного тока, содержащей основной и вольтодобавочный выпрямительные агрегаты, провод повышенного напряжения постоянного тока, контактную сеть, ходовой рельс, преобразователь, причем входы основного и вольтодобавочного выпрямительных агрегатов подключены к шинам питающей сети переменного тока, выходы основного выпрямительного агрегата подключены к контактной сети и к ходовому рельсу, первый выход вольтодобавочного выпрямительного агрегата и вход преобразователя подключены к проводу повышенного напряжения, первый выход преобразователя подключен к контактной сети, а второй выход преобразователя и второй выход вольтодобавочного выпрямительного агрегата подключены к ходовому рельсу, причем преобразователь содержит автономный инвертор, вход которого является выходом преобразователя, первый вход автономного инвертора подключен через трехфазный трансформатор к входу управляемого выпрямителя, первый выход которого управляется первым выходом преобразователя, а второй выход управляемого выпрямителя подключен ко второму выходу автономного инвертора и является вторым выходом преобразователя.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства.

Система электроснабжения содержит вольтодобавочный выпрямительный агрегат 1, провод повышенного напряжения 2, контактную сеть 3, преобразователь 4, ходовой рельс 5, нагрузку (Трамвай) 6, основной выпрямительный агрегат 7, входы основного 7 и вольтодобавочного 1 выпрямительных агрегатов подключены к шинам питающей сети переменного тока, выходы основного 7 выпрямительного агрегата подключены к контактной сети 3 и к ходовому рельсу 5, выходы вольтодобавочного 1 выпрямительного агрегата подключены к ходовому рельсу 5 и к проводу повышенного напряжения 2, к которому подключен вход преобразователя 4, который содержит автономный инвертор 8 (Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. для ВУЗов ж.-д. трансп.-М.:Транспорт,2001г.-с104), вход которого является входом преобразователя 4, а выход автономного генератора 8 через трехфазный трансформатор 9 подключен к входу управляемого выпрямителя 10 (Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учеб. для ВУЗов ж.-д. трансп.-М.:Транспорт,2001г.- с.291), первый выход которого является первым выходом преобразователя 4 и подключен к контактной сети 3, и второй выход является вторым выходом преобразователя 4 и подключен ко второму выходу автономного инвертора 8. В зависимости от грузонапряженности продольная линия и оборудование могут быть выполнены на напряжение 6,6 или 12 кВ.

Система электроснабжения работает следующим образом: питание нагрузки 6 в тяговом режиме осуществляется по контактной сети 3, ходовому рельсу 5 и по проводу повышенного напряжения 2 через преобразователь 4. Изменением угла управления тиристоров управляемого выпрямителя 10 можно обеспечить стабильное напряжение в контактной сети 3 в местах подключения преобразователя 4. При этом в работе может участвовать преобразователь 4, ближайший к нагрузке 6. В зависимости от грузонапряженности продольная линия и оборудование могут быть выполнены на напряжение 6,6 или 12 кВ.

В случае инверторного режима преобразователя 4 избыточная энергия рекуперации может передаваться по проводу повышенного напряжения 2 и по контактной сети 3 основному преобразовательному агрегату 7 тяговой подстанции или преобразователям 4, находящимся на соседней - меж подстанционной зоне, для потребления ее подвижным составом. При этом в инверторный режим переводится преобразователь 4, ближайший к рекуперативному трамваю 6.

При пропуске скоростного состава, а также при пакетном графике движения на участке постоянного тока наблюдается снижение уровня напряжения на токоприемнике подвижного состава, что приводит к уменьшению скорости движения трамваев и увеличению потерь энергии в устройствах электроснабжения.

Данная система электроснабжения позволяет реализовать требуемую скорость движения, снизить потери энергии и повысить безопасность эксплуатации системы электроснабжения постоянного тока.

4 Расчетная часть

4.1 Расчет электропотребления на тягу ПС

В практике проектирования устройств электроснабжения для электрифицируемых дорог пользуются результатами тяговых расчетов, которые позволяют определить расход элек­троэнергии для ПС разных типов и массы с различными тяговыми двигателями в зависимости от профиля пути данного участка.

В дипломном проекте не выполняется тяговый расчет. По­этому для определения расхода энергии на тягу ПС исполь­зуем данные по удельному расходу электроэнергии на тягу ПС , Вт-ч/(т-км брутто),

Грузооборот от пассажирских перевозок, млн. т-км брутто:

_nac=2N_nac•365Q_nacL•10^-6 (4.1.1)

где Q_nac-масса Подвижного Состава, т;

N_nac-число пар Трамваев в сутки.

млн

Приведенный грузооборот, млн. т-км брутто:

∑p1=∑р1_пас (4.1.2)

млн

Расход электроэнергии на тягу ПС, млн. кВт-ч:

_(4.1.3)

_где -определяются по формулам (1.3);

—удельный расход электроэнергии на тягу ПС, Вт-ч/(т-км брутто)

Значение =120 Вт ч/км брутто.

Расход электроэнергии на тягу ПС по формуле (4.1.3)

млн

Полное электропотребление на тягу ПС, млн. кВт-ч:

w_{t год} = w'_{t год} К_д К_нм К_з К_dК_u , (4.1.4)

где К_д-коэффициент, учитывающий дополнительное электропотребление на

собственные нужды ПС и их маневры; к_д=1,05 при по­стоянном токе

К_д=1,05;

К_нм- коэффициент месячной неравномерности движения; К_нм=1,1÷1,15;

К₃-коэффициент, учитывающий дополнительное электропотребление в зимних условиях; К₃=1,08 при среднесуточной температуреt на­ружного воздуха в зимние месяцы (-5÷-25 °С), К₃= 1,15 при t≤25 °С;

K_d-коэффициент, учитывающий переход от среднего значения выпрям­ленного тока к действующему значению переменного тока; K_d=l при постоянном и 0,97 при переменном токе;

К_u-отношение действующего значения напряжения первичной обмотки трансформатора ПС к среднему значению выпрямленного напряжения; К_u=1,11 при переменном токе; К_u=1 при постоян­ном токе.

Полное электропотребление на тягу ПС:

млн

Электропотребление на тягу ПС, отнесенное к шинам тягового напряжения подстанций, млн. кВт ч:

w_тп =w_{т год} К_{с ,} (4.1.5)

где К_с-коэффициент потерь электроэнергии в тяговой сети, равный 1,05 для постоянного тока и 1,03 для переменного тока.

Если размеры движения заданы в виде количества N и мас­сы Q Подвижного Состава разных типов, то среднесуточный расход электро­энергии на тягу ПС, на любом перегоне L длиной l_j(или участке питания 1_т, кВт ч).

w_симj=К_мп К_нм l_j•10^-3 (4.1.6)

где К_мп=1,1 —коэффициент потерь и расхода электроэнергии на маневры;

К_мп=1,1÷1,15 —коэффициент месячной неравномерности движения;

-суточное число Трамваев каждого типаi;

Qi-масса ПС каждого типа, т;

-удельный расход электроэнергии на тягу ПС, Вт•ч / (т•км брутто).