Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электроснабжение транспорта. Курс лекций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1510 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

стоянными по длине межподстанционной зоны. Ввиду неопределенности пере-

1111

gggg

U U U U

′ ′′ ′′′

∆ =∆ +∆ +∆

1 1 11

;

g gg

U zI l

′′

∆=

11 1

1 11

11 1

;

g hh g h

h hg

U z Il l I

−

= = +



′′ ′

∆= +

 

∑∑

1 21 1 2

2 22

() .

g hg h

h hg

U z z Il l I

= = +



′′′ ′ ′

∆ = −∆ +

 

∑∑

11 2 2

1 11 1 1 2 2 1 2

1 11 2 2 2

1 д1

11 1 1

( ) ( )( )

gm g m

g hh h hh g h

h hg h hg

U z Il l I z z Il l I

==+==+

′ ′′

∆ = + + −∆ +

∑∑ ∑ ∑

ходного сопротивления «рельсы–земля» z лесообразно вести расчеты по средним значениям z´ точность определения z´

и z´0 будет не ниже (5–9) % [17].

Верхний индекс «штрих» сопротивлений z´

и изменения его в течение года це-

и z´0 при zп = ∞ и zп = 0,

и z´0 означает, что сопротив-

ление отнесено к выпрямленному напряжению. Соответственно сопротивление

(z´

- Δ z´), учитывающее явление взаимоиндукции, можно принять постоянным

по длине и равным [5] 0,134 Ом/км Рассмотрим случай определения потери напряжения до поезда с номером «g

» ΔUg1 при одностороннем раздельном питании двухпутного участка (под-

станция Б отключена, нет поста секционирования (рис. 3.15)). Тогда ΔU

можно найти из выражения

(3.69)

где ΔU´

– потеря напряжения от тока собственного тока, т. е. с номером «g1»,

в;

ΔU"

– потеря напряжения до поезда «

», в; вызванная нагрузками поез-

дов, расположенных левее и правее расчетного поезда. Левее рас-

ΔU"´

четного поезда будут находиться поезда с номером h

g1-1, правее поезда с номерами от h

– потеря напряжения до поезда «

= g1 + 1 до h1 = m1, В;

», вызванная токами поездов,

=1 до h1 =

расположенных на смежном пути.

По аналогии с расчетом потерь напряжения на постоянном токе, заменяя

омическое сопротивление тяговой сети эквивалентным приведенным сопротив-

лением, найдем

(3.70)

(3.71)

Подставляя выражения (3.70), (3.71) и (3.72) в (3.69), окончательно полу- чим

(3.72)

(3.73)

Определим потерю напряжения до поезда с номером «g

1 11

;

′

−

′

∆

1 1 11 1 1 1

1 11

( ) ( );

g hh g h h

h hg

U ll Il l Ill

−

= = +



′

′′

∆= − + −

 

∑∑

1 1 22 1 2 2

2 22

()

( ) ( ).

g g hh g h h

h hg

U ll Il l Ill

= = +



′′

−∆

′′′

∆= − + −

 

∑∑

1 1 11 1 1 1

1 11

1 2 1 22

2 22

()

() ()

g g hh g h h

h hg

g hh g h h

h hg

z zz

U ll Il l Ill

ll Il l Ill

−

= = +



′ ′′

−∆

∆= − + − +

 



−+ −

 

∑∑

1 10 1с

gg g

UU U

∆ =∆ +∆

» для случая дву-

стороннего раздельного питания контактной сети двухпутного участка, исполь-

зуя выражение (3.69) (подстанция Б в работе, нет поста секционирования С (рис. 3.15)).

Тогда

(3.74)

(3.75)

(3.76)

Окончательно по аналогии с предыдущим получим

(3.77)

Для узловой схемы питания, когда включен в работу пост секционирования, при двустороннем питании контактной сети потеря напряжения до поезда

«g

» определяется исходя из следующего выражения:

где ΔU

– потеря напряжения до поезда «g1» при раздельной работе путей и

g10

наличии фиктивной подстанции в месте расположения поста секци-

онирования;

ΔU

– составляющая потери напряжения до поезда «g

g1с

результате разноса всех токов между подстанцией и постом секци-

онирования нагрузки фиктивной подстанции в точке С.

Если l

< lc, то

(3.78)

» от полученной в

10 1 1 1 1 1 1

1 11

1 22 1 2 2

2 22

()

() ()

( ) ( ).

g g hh g h c h

h hg

c g hh g h c h

h hg

z zz

U l l Il l I l l

ll Il l Ill

= = +



′ ′′

−∆

∆= − + − +

 



−+ −

 

∑∑

()

g с

U zI

−

′

∆=

(3.79)

Если l

, то все расстояния до нагрузок и поста секционирования от-

g1>lc

кладываются от подстанции Б. Фиктивный ток в узле С определяется методом

переноса токов, как и при постоянном токе. Тогда [5]

(3.80)

При параллельной двусторонней схеме питания двухпутного участка рас-

чет потерь напряжения производится следующим образом: все нагрузки двухпутного участка переносятся на один эквивалентный путь с километровым со-

противлением z´

и с теми же координатами относительно подстанций А и Б. В

дальнейшем расчет ведется по формулам двустороннего питания однопутного участка. Таким образом, в этом случае пренебрегаем индуктивным влиянием нагрузок на одном пути в формировании потерь напряжения до нагрузок на

другом пути.

4. Определение параметров системы электроснабжения электрифицированных железных дорог

4.1 . Основные параметры системы электроснабжения и требования,

предъявляемые к ним

Главное назначение всех расчетов системы электроснабжения сводится к

установлению таких параметров ее тяговой части, которые обеспечивали бы надежные и экономичные условия работы электрической железной дороги. Бесперебойная эксплуатация данной железной дороги должна быть обеспечена

при всех возможных режимах движения.

К основным параметрам системы электроснабжения относятся:

1. Расстояние между тяговыми подстанциями, определяющее число под- станций на электрифицированном участке.

2. Трансформаторная и выпрямительная мощность подстанций.

3. Сечение проводов контактной сети.

Система тягового электроснабжения должна обеспечивать питание тяго-

вых нагрузок, как электроприемников первой категории, от двух независимых

источников и предусматривать, как правило, двустороннее питание контактной

сети [2].

Устройства тягового электроснабжения должны обеспечивать пропуск-

ную и провозную способность участка в соответствии с заданными в месяце максимальных перевозок размерами грузового и пассажирского движения

(включая и пригородное), с учетом времени на технологические перерывы для

ремонта и восстановления сооружений и устройств, при следующих условиях работы участка и системы тягового электроснабжения [2]. Параметры системы

электроснабжения участка должны быть выбраны таким образом, чтобы [9]:

1. При ее нормальном режиме работы имелась необходимая мощность для

обеспечения всех возможных вариантов графика движения поездов на участке при заданных размерах движения, которые имеют место при экс-

плуатации.

2. Обеспечивалось необходимое качество энергии на токоприемнике элек-

троподвижного состава и зажимах нетяговых потребителей, питающихся от тяговых подстанций, и отсутствие недопустимого нагрева проводов

контактной сети.

3. Имелся достаточный резерв, позволяющий при выходе из строя отдель-

ных элементов системы электроснабжения обеспечивать работу участка при заданных размерах движения, а при вынужденном режиме работы тяговой части системы электроснабжения заданные для этого случая разме-

ры движения.

4. При выполнении вышеперечисленных требований обеспечивалась

наибольшая эффективность капитальных вложений как в денежном, так и

в материальном выражениях.

Различают нормальный и вынужденный режимы работы тяговой части системы электроснабжения [2]. Нормальный режим работы – это режим, при котором в работе находятся

все тяговые подстанции участка при принятом режиме работы оборудования на них и заданной схеме питания контактной сети; в нормальном режиме система

электроснабжения работает с наиболее высокими технико-экономическими показателями. Вынужденный режим работы – рабочий режим, при котором временно (в том числе внезапно) отключены какие-либо элементы системы электроснабже-

ния: одна или несколько питающих тяговые подстанции линии электропередачи, тяговая подстанция, линейные устройства, отдельные участки тяговой сети; в вынужденном режиме возможно временное ограничение размеров движения, изменение основных показателей, характеризующих работу тяговой части системы электроснабжения (электрических нагрузок, потерь напряжения и мощности и т. д.), превышение соответствующих значений для нормального режи-

ма, но не выходящих за предельно допускаемые. Значения допустимых коэффициентов использования пропускной спо-

собности по устройствам электроснабжения, исходя из выбранных значений параметров системы электроснабжения, для компенсации внутрисуточных ко-

лебаний размеров движения принимаются равными 0,85 и 0,91 соответственно

для однопутных и двухпутных железнодорожных линий [2]. В проектах и на действующих электрифицированных участках для вы-

нужденных режимов определяется пропускная способность железнодорожной линии по устройствам тягового электроснабжения с учетом использования резервного оборудования, и случае необходимости вводится соответствующее ограничение на пропуск поездов, например, увеличение межпоездного интер-

вала. Основные параметры системы тягового электроснабжения следует устанавливать по результатам технико-экономических расчетов с учетом возмож-

ности изменения параметров линии по мере изменения размеров перевозок. Так, сечение проводов контактной сети, количество агрегатов основного оборудования тяговых подстанций следует выбирать из условий эксплуатации без

переустройства на расчетный срок пять лет [2]. При этом коэффициенты полезного действия системы тягового электроснабжения в нормальном режиме работы не должен быть меньше 0,96–0,97 при электрификации железной дороги на переменном токе и 0,90–0,92 для системы

постоянного тока. Главную трудность расчета параметров системы электроснабжения создают резкие случайные изменения тяговых нагрузок, исключающие возможность использования методов расчета, применяемых в системах со стационарными нагрузками. Это особенно сильно проявляется при выборе

трансформаторной мощности тяговых подстанций.

4.2. Расстояние между тяговыми подстанциями. Определение сечения

контактной подвески и мощности тяговых подстанций

Расстояние между тяговыми подстанциями

Расстояние между тяговыми подстанциями является основным парамет-

ром системы тягового электроснабжения, от которого зависит подавляющее большинство показателей работы электрической железной дороги. Уменьшение расстояний между подстанциями ведет к уменьшению мощности отдельных подстанций, уменьшению потерь электроэнергии в контактной сети и питающих ЛЭП, уменьшению сечений проводов и стоимости контактной сети и ЛЭП; способствует стабилизации уровня напряжения в контактной сети, повышению скоростей движения поездов и улучшению общетранспортных показателей. Кроме того, уменьшаются фидерные токи в контактной сети и возрастают токи короткого замыкания, что облегчает защиту фидеров, повышает надежность и бесперебойность эксплуатации, уменьшает мешающее влияние контактной сети на линии связи и низковольтные линии и повышает надежность их работы, а при постоянном токе также уменьшает блуждающие токи и их разрушающее

влияние на подземные металлические сооружения и коммуникации. Уменьше-

ние сопротивлений контактной сети увеличивает влияние внешних характеристик тяговых подстанций на распределение между ними тяговых нагрузок и

нивелирует их, разгружая перегруженные и догружая малозагруженные под-

ΣЭ

пр

пр.к.с

пр.т.п

пр.к.с

ΣЭ

пр

опт

станции [22].

В принятой у нас системе комплексного электроснабжения более частое

размещение тяговых подстанций улучшает условия и удешевляет питание от них нетяговых (районных) потребителей, уменьшает стоимость линии про-

дольного электроснабжения.

С другой стороны, более частое размещение тяговых подстанций вызыва-

ет увеличение расходов по постоянной части подстанции (независимой от нагрузки), по питающим ЛЭП или по вводам и отпайкам от продольных питающих ЛЭП, по питающим и отсасывающим фидерам контактной сети, увеличивает коэффициент эффективности и в соответствии с этим несколько увеличивает суммарную нагрузку питающей энергосистемы. Условия резервирования, если не пересматривать их в зависимости от количества преобразователей, потребуют при более частом размещении подстанции увеличения резервной

мощности, что ухудшает использование оборудования.

Наконец, увеличение числа подстанций увеличивает расходы на содер-

жание и обслуживание их, на автоматику и телеуправление, на сооружение

устройств водоснабжения, подъездных путей, жилых домов и др.

Оптимальные экономически и технически оправданные расстояния меж-

ду тяговыми подстанциями дают возможность рационально использовать оборудование, обеспечить минимум приведенных расходов, экономически оправданный минимум потерь электроэнергии и расход дефицитных материалов в

системе тягового, районного и внешнего электроснабжения (рис. 4.1)

Рис. 4.1. Кривые приведенных ежегодных расходов на сооружение контактной

сети Э

, подстанций Э

пр. к.с

и суммарные расходы ∑ Эпр в зависимости

пр.т.п

от расстояния между подстанциями

Приведенные ежегодные расходы определяются по следующему выраже-

пр

Э Э,

= +

нию:

(4.1)

где К и Э – соответственно капитальные затраты и годовые эксплуатационные

расходы.

Кривая Э

имеет явно выраженный минимум, который соответствует

пр

оптимальному расстоянию между подстанциями.

В общем случае увеличение расстояний между тяговыми подстанциями

приводит к уменьшению капиталовложений, но зато увеличиваются эксплуатационные расходы. С другой стороны, чем дешевле каждая тяговая подстанция, тем экономичнее уменьшение расстояний между ними и тем меньше эксплуа-

тационные расходы.

В последнее время решениями ОАО «РЖД», направленными на осу-

ществление коренного технического перевооружения транспорта, поставили перед железнодорожниками две новые задачи: значительно повысить скорости движения поездов и обеспечить комплексное электроснабжение не только тяговых, но и районных потребителей при электрификации железных дорог. Эти задачи лучше решаются при уменьшении расстояний между тяговыми подстанциями, так как при этом повышается уровень напряжения в контактной сети, уменьшается протяженность сетей, питающих районных потребителей, и потери в них. Так как при этом еще больше увеличиваются тяговые и районные нагрузки, а следовательно, и эксплуатационные расходы, то становится оправ-

данным еще большее сближение тяговых подстанций [22].

Такое же влияние на размещение тяговых подстанций оказывает и внед-

рение новой техники. Новое экономичное оборудование, новые рациональные схемы электроснабжения, внедрение автоматики и телеуправления, упразднение обслуживающего персонала на подстанциях, а также индустриализация,

унификация и техническое совершенствование строительно-монтажных работ снижают стоимость подстанций и оправдывают их сближение.

Это положение характерно для последних электрифицированных линий

РФ, оно подтверждается и зарубежным опытом электрификации железных до-

рог.

Следует учитывать, что есть и другие элементы новой техники, которые,

напротив, способствуют увеличению расстояний между тяговыми подстанциями. К ним относится автоматическое регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности, рекуперация электроэнергии и др. Поэтому выбор опти-

мального расстояния между тяговыми подстанциями должен быть техникоэкономически обоснован [22].

На размещение тяговых подстанций влияет конфигурация и напряжение

питающих линий электропередачи.

Если эти ЛЭП сооружаются одновременно с электрификацией железной

з Д т.с. мэ

ср p p

кк к к

р,

24к

∑

дороги и проходят вдоль нее на небольшом расстоянии, то влияние их на размещение тяговых подстанций несущественно. Если же в системах с развитыми сетями тяговые подстанции присоединяются в разных пунктах, то стоимость этих присоединений по разным вариантам различная. В системах с питающим

напряжением 220 кв эти различия особенно заметны. В таких случаях более оправдано редкое размещение подстанции.

Большое влияние на размещение тяговых подстанций оказывает совме-

щение тяговых и районных подстанций. Месторасположение таких подстанций, естественно, должно быть возможно ближе к центру районных нагрузок. При переменном токе с напряжением в контактной сети 25 кв тяговые подстанции не так жестко привязаны к трассе электрифицируемой линии и могут без особого ущерба для системы тягового электроснабжения перемещаться вдоль линии

на 3–5 км [22].

При сопоставлении вариантов в части внешнего электроснабжения следу-

ет учитывать следующие затраты:

а) при наличии продольной питающей ЛЭП – затраты по отпайкам от нее к

тяговым подстанциям;

б) при отсутствии продольной питающей ЛЭП – затраты по тем линиям, ко-

торые сооружаются к тяговым подстанциям, и по оборудованию выводных яче-

ек в начале их, т. е. на опорных районных подстанциях.

В проектной практике принята следующая методика выбора наиболее ра-

ционального размещения тяговых подстанций. Предварительно определяют оп-

тимальное расстояние между подстанциями l

в области экономических зна-

опт

чений, которое может быть определено по кривым, приведенным в [22], в зави-

симости от удельного электропотребления на 1 км эксплуатационной длины электрифицированного участка Р

ср

где А

– расход электроэнергии на движение поезда типа «р» по рассматривае-

мому участку, кВтч – для участка постоянного тока, кВА·ч – для участка переменного тока;

– суточные размеры движения поездов типа «р» на пятый год эксплуа-

тации в месяц интенсивной работы;

ν – суммарное число типов поездов, обращающихся на электрифицируе-

мом участке;

L – длина рассматриваемого участка, км;

– коэффициент, учитывающий увеличение потребления электроэнергии

на тягу поездов в зимнее время, можно принять равным 1,08 [22];

– коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в тяговой сети

т.с.

(для системы постоянного тока равен 1,07, для переменного тока –

1,03) [22];

(4.2)

p ii

A K It

= ∆

∑

опт ср

l ap=

– коэффициент, учитывающий потребление электроэнергии на соб-

ственные нужды электровозов (для системы постоянного тока 1,02, переменного – 1,03) [22];

– коэффициент мощности электровоза (для системы постоянного тока

м. э

равен 1, переменного – 0,82) [26];

– коэффициент годовой неравномерности перевозок, равный 1,1–1,15.

(4.3)

где М

– число попарных значений тока и времени его потребления, исходя из

тяговых расчетов, по элементам пути, где ток изменяется линейно, для

поезда типа «р».

– среднее значение тока на i-ом элементе профиля пути, А;

Δt

– время хода поезда по i-тому элементу пути, мин;

– расчетный коэффициент для расхода электроэнергии на тягу поездов,

для системы постоянного тока 0.05, переменного – 0.41.

Кривые, приведенные в [29], могут быть аппроксимированы следующим

выражением для определения оптимального расстояния между тяговыми под-

станциями l

опт

(4.4)

где «а» и «b» – постоянные аппроксимирующего выражения (для системы по-

стоянного тока 108 и 0,36, переменного 436 и 0,43); р

– опре-

ср

деляется по формуле (4.2).

Установив оптимальное расстояние, следует привязать тяговые подстанции к местным условиям в двух-трех вариантах. Выбор месторасположения тя-

говых подстанций осуществляется с учетом целого ряда факторов: расположения раздельных пунктов (станций) на участке (обязательное расположение на крупных станциях), профиля участка, конфигурации линии внешнего электроснабжения, величины и расположения нетяговой нагрузки, обеспечения жи-

лищно-бытовых условий для обслуживающего персонала. Необходимо учитывать, что подстанции, как правило, в силу ряда причин (в том числе и в соответ-

ствии с требованиями гражданской обороны к системе электроснабжения электрифицированных железных дорог) располагаются относительно оси станций

(пассажирского здания) со сдвигом, в отдельных случаях до 1-2 км. Рассчитав на основе тяговых расчетов и перспективных размеров движе-

ния трансформаторную и выпрямительную мощность, выбирают стандартное оборудование с учетом необходимого резерва мощности на тяговой подстанции. Исходя из выбранных параметров системы электроснабжения по результа-

100

там технико-экономического сравнения рекомендуют для внедрения вариант

расположения подстанций с меньшими ежегодными приведенными расходами

при условии равноценности технических показателей.

Сечение контактной подвески

Сечение проводов контактной сети влияет на следующие показатели работы системы электроснабжения:

1. Потери электроэнергии в контактной подвеске.

2. Уровень напряжения в тяговой сети.

3. Нагрев проводов контактной сети.

4. Стоимость сооружения контактной подвески.

Для выбора сечения проводов контактной сети применять методику, по

которой выбирают сечение линий электропередач, в прямом смысле, без изменения исходных величин, не представляется возможным. Дело в том, что непосредственно воспользоваться экономическими плотностями тока для выбора

сечения проводов контактной сети нельзя из-за иных условий работы контакт-

ной подвески электрифицированных железных дорог. Это различие определяется тем, что ток в проводах контактной сети неодинаков по ее длине и непрерывно изменяется. В сетях же, для которых предусмотрена норма экономической плотности тока, нагрузки расположены в конце линии одного и того же сечения. Поэтому наиболее удобно перейти от расчета по току в конце линии к расчету по потерям энергии в проводах, которые находятся в непосредственной зависимости от поперечного сечения и материала проводов, и при переменном

токе и от взаимного расположения проводов контактной сети [9]. Если обратить

внимание на то, что с увеличением сечения стоимость подвески довольно равномерно растет, а экономия от уменьшения потерь энергии падает, то становится ясно, что в процессе изменения сечения провода при некотором его значении будет достигнут оптимум, при котором ежегодные приведенные расходы будут

наименьшими. Существуют два подхода к определению экономического сечения контактной подвески – только при учете потерь энергии и при учете потерь энер-

гии и учете влияния сечения контактной сети на скорость движения поездов. Улучшение качества напряжения в контактной сети за счет увеличения сечения в большинстве случаев экономически нецелесообразно, так как такое улучшение можно достичь за счет применения устройств регулирования напряжения.

На рис. 4.2 приведены зависимости годовых приведенных расходов в зависимо-

сти от сечения проводов контактной сети, из которых следует, что значение Э

пр

для первого случая, как и значение экономического сечения меньше, чем для

второго случая.

101

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1510 11 12 13 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]