9. Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети

В экономическом расчете производится сравнение узловой схемы питания с раздельной (для участков переменного тока) и узловой с параллельной (для участков постоянного тока).

Экономическое сравнение двух схем питания фидерной зоны производится по приведенным затратам:

, (9.1)

где С_э – эксплуатационные расходы;

Е_н − коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15;

К − капитальные вложения в контактную сеть рассматриваемого варианта.

Эксплуатационные расходы могут быть определены по формуле:

, (9.2)

где  − амортизационные отчисления, составляющие 4,6 % от капитальных затрат;

С_а − стоимость 1 кВт·ч активной энергии (принять равной 1-1,5 руб);

A_год − годовые потери электроэнергии в контактной сети рассматриваемого варианта, кВт·ч.

Капитальные вложения определяются следующим образом:

- при раздельной работе путей

, (9.3)

- при узловой схеме

, (9.4)

- при параллельной схеме

, (9.5)

где С_кп − стоимость 1км контактной подвески;

l − длина фидерной зоны, км;

n − число путей;

−стоимость поста секционирования;

−стоимость пункта параллельного соединения.

Величины С_а, С_кп,и задаются преподавателем.

Экономически выгодным является вариант с наименьшими приведенными затратами.

10. Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда

Для дальнейших расчетов необходимо построить фрагмент графика движения поездов (рис. 10.1) для наиболее нагруженной межподстанционной зоны и произвести 7-8 сечений графика движения поездов, используя метод характерных сечений графика движения поездов.

Фрагмент графика движения поездов строится следующим образом: для максимальных токовых нагрузок на четном и нечетном пути определяются скорости движения поездов, далее по полученным скоростям строятся нитки графика движения с заданным межпоездным интервалом.

При использовании метода характерных сечений графика движения поездов на графике поездного тока берутся точки, соответствующие большим значением тока. Далее эти точки сносятся на график движения поездов (на соответствующую нитку графика движения), и по полученной точке проводится сечение. Таким же образом выбирается несколько других характерных точек и по ним проводятся сечения графика движения.

На рис.10.1 приведен пример реализации данного метода.

После получения сечений графика движения поездов необходимо выбрать расчетный поезд, т. е. поезд, до токоприемника которого будут определяться потери напряжения. Расчетный поезд определяется следующим образом: на фрагменте графика движения поездов выбирается нитка поезда, на которую приходятся наибольшие токи, этот поезд и берется в качестве расчетного.

Среднее значение напряжения на блок-участке U_бу за время хода поезда под током:

для участка постоянного тока

; (10.1)

для участка переменного тока

. (10.2)

Рис.10.1. Пример реализации метода характерных сечений

графика движения поездов

В формулах 10.1 – 10.2:

U_о − напряжение на шинах тяговой подстанции 3,3 кВ для подстанций постоянного тока, 27,5 кВ для подстанций переменного тока;

U_бу − падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время ₀/3, определяемое из кривой U_бу = f(t);

U_п − падение напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции (расчет приведен далее).

Коэффициент 1,11 введён для перехода к потере действующего напряжения.

Величина U_бу определяется из кривой U_бу=f(t) (рис. 10.2).

Рис.10.2. Пример определения падения напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время ₀/3

Для построения кривой U_бу = f(t) необходимо определить мгновенные значения потерь напряжения для каждого из построенных сечений.

Потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда определяются по формулам, приведенным ниже.

Для участков постоянного тока потеря напряжения определяется для параллельной схемы по формуле:

, (10.3)

где − длина межподстанционной зоны;

−расстояние от расчетной тяговой подстанции до расчетного поезда;

−сопротивление 1 км тяговой сети двухпутного участка т. е. двух путей, соединенных параллельно;

−ток i-го поезда;

−расстояние от расчетной тяговой подстанции до i-го поезда;

−количество поездов на участке.

При этом m − число поездов на всех путях.

Рис.10.3. Схема, поясняющая выбор расчетных величин

Для участков переменного тока необходимо учитывать взаимное влияние проводов соседних путей друг на друга, поэтому потеря напряжения определяется для узловой схемы следующим образом.

Потеря напряжения до поезда k определяется как сумма двух слагаемых:

(10.4)

где − потеря напряжения от нагрузок, лежащих на том же пути той же части схемы (расчетная тяговая подстанция А – узел «С» или узел «С» − соседняя тяговая подстанция В), где и нагрузка k, в предположении, что в точке C имеется подстанция;

−потеря напряжения от тока I_C в узле «C» между подстанциями A и B, т. е. как бы от уравнительного тока, текущего к фиктивной подстанции C.

Первое слагаемое в этом случае определяется следующим образом.

При расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С» поста секционирования (рис. 10.4):

. (10.5)

При расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В) (рис. 10.5):

. (10.6)

Второе слагаемое определяется следующим образом.

При расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С» поста секционирования:

. (10.7)

При расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В):

. (10.8)

Рис.10.4. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расположении нагрузки k между расчетной тяговой подстанцией (А) и узлом «С»

Рис.10.5. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расположении нагрузки k между узлом «С» поста секционирования и соседней тяговой подстанцией (В)

Ток фиктивной подстанции C ( I_с ) будет определяться выражением:

; (10.9)

где , , , − составляющие токов, со всех 4-х участков (для двухпутного участка), перенесенных в точку С (рис. 10.6).

Под участками понимаются: − участок между расчетной тяговой подстанцией А и узлом «С» на первом пути; − участок между расчетной тяговой подстанцией А и узлом «С» на втором пути; − участок между узлом «С» и соседней тяговой подстанцией В на первом пути; − участок между узлом «С» и соседней тяговой подстанцией В на первом пути. Эти составляющие определяются следующим образом:

(10.10)

Рис.10.6. Схема, поясняющая выбор расчетных величин при расчете составляющей потери напряжения от тока в узле «C»

В приведенных выше формулах:

−расстояние между расчетной тяговой подстанцией и постом секционирования,

−эквивалентное сопротивление одного пути двухпутного участка, Ом/км; 1 – путь, на котором находится расчетная нагрузка; 2 – соседний путь;

−эквивалентное сопротивление для расчета потерь напряжения от нагрузок соседнего пути, Ом/км,

−эквивалентное сопротивление 1 км тяговой сети переменного тока всех путей, соединенных параллельно.

Величина изменяется в достаточно узких пределах и в большинстве случаев может быть принята = 0,11 0,13 Ом/км.

Формулу 10.3 (для системы постоянного тока) или 10.4 (для системы переменного тока) необходимо рассчитать для каждого сечения графика движения поездов. Далее, используя значения, полученные по формулам 10.3 – 10.4, необходимо построить кривую U_бу = f(t) (рис. 10.2).

Потеря напряжения на тяговых подстанций (U_П) для тяговых подстанций постоянного тока определяется по формуле:

, (10.11)

где _п − приведенное внутреннее сопротивление подстанций и внешней системы электроснабжения, Ом;

t_i − время хода поезда по условному ограничивающему перегону, ч;

t_im − время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, ч;

t − время хода поезда по фидерной зоне, ч;

С − коэффициент, зависящий от числа путей С = 1 при одном пути и С = 0,5 при двух;

A_wi − расход энергии на движение поезда по условному ограничивающему перегону i, кВтч;

U − расчетное напряжение на шинах постоянного тока, 3300-3500 В.

Условным ограничивающим перегоном в курсовом проекте принимается отрезок пути, по которому поезд идет за время (θ/3).

, Ом (10.12)

где U₀ − напряжение холостого хода на шинах выпрямленного тока, можно принять равным 3800 В;

I_н − номинальный ток агрегата можно принять равным 3000 А;

U_k% − напряжение короткого замыкания в % (от 7 до 10 %);

A_Т − полный расход электроэнергии по обеим путям за сутки, расчет был приведен ранее;

S_Н − номинальная мощность первичной обмотки тягового трансформатора, (можно принять равной 12 МВ·А);

S_КЗ − мощность короткого замыкания на шинах, от которых получают питание тяговые трансформаторы, находится в пределах до 100 МВ·А;

n − число включенных в момент короткого замыкания агрегатов (обычно 1);

n₀ − число рабочих агрегатов (обычно 2);

A − коэффициент относительного наклона внешней характеристики агрегата. Для схем звезда-звезда с уравнительным реактором или мостовой А = 0,5.

Для тяговых подстанций переменного тока по упрощенной формуле:

, (10.13)

где − приведенное сопротивление тяговой подстанции к первичной сети, Ом;

K_эф − коэффициент эффективности для выпрямительных электровозов, 0,97;

U − расчётное напряжение на шинах переменного тока 25000 В;

t_im − время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, (автоматической характеристикой в курсовом проекте принимается отрезок пути, по которому поезд идет за время (θ/3) (см. рис. 9.1);

l − длина фидерной зоны, км;

l_oi − расстояние в км от расчетной тяговой подстанции до середины условного ограничивающего перегона, т. е. перегона, проходимого поездом за промежуток времени, (см. рис. 10.1).