Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

методички / 4034 ЭИ

.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
14.05.2019
Размер:
1.23 Mб
Скачать

4034

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Методические указания к выполнению курсовой работы для обучающихся по специальности 23.05.05 СОДП, специализация «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения

Составители: М.А. Гаранин Т.В. Бошкарева С.А. Блинкова

Самара

2016

1

УДК 621.331

Электроснабжение железных дорог : методические указания к выполнению курсовой работы для обучающихся по специальности 23.05.05 СОДП, специализация «Электроснабжение железных дорог» очной и заочной форм обучения / составители : М.А. Гаранин, Т.В. Бошкарева, С.А. Блинкова. – Самара : СамГУПС, 2016. – 31 с.

Руководство содержит описание методики расчета и выбора основных параметров системы тягового электроснабжения: мощности тяговых подстанций и площади сечения проводов контактной сети. В качестве исходных данных используется профиль пути и расположения тяговых подстанций на реальных участках Куйбышевской, Приволжской и Южно-Уральской железных дорог. При выполнении работы обучающийся использует программный комплекс КОРТЭС.

Утверждены на заседании кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта» 29.01.2016 г., протокол № 8.

Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Составители: Гаранин Максим Алексеевич, доцент каф. ЭСЖТ; Бошкарева Татьяна Владимировна, доцент каф. ЭСЖТ; Блинкова Светлана Александровна, ст. препод каф. ЭСЖТ

Рецензенты: заместитель начальника службы электрификации и электроснабжения Куйбышевской дирекции инфраструктуры – структурного подразделения Центральной дирекции инфраструктуры – филиала ОАО «РЖД» В.Н. Положенцев; к.т.н., доцент , зав. кафедрой «ЭСЖТ» СамГУПС Е.В. Добрынин

Под редакцией составителей

Подписано в печать 31.05.2016. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,9. Заказ 96.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2016

2

Введение

Целью курсовой работы является освоение обучающимися теоретического материала и получение практических навыков по расчету системы тягового электроснабже-

ния /1/.

Расчет включает определение основных параметров устройств системы тягового электроснабжения, которыми являются:

мощность тяговых подстанций (мощность и количество понизительных трансформаторов);

расстояние между тяговыми подстанциями;

площадь сечения проводов контактной подвески.

Основные параметры устройств системы тягового электроснабжения зависят от величины и характера изменения тяговой нагрузки, применяемых схем питания тяговой сети, а также от наличия средств, повышающих качество электроэнергии и снижающих потери мощности и электроэнергии. При этом основная сложность расчета обусловлена учетом специфики тяговой нагрузки.

Таким образом, расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения и средств повышения качества электроэнергии в общем случае – это сложная технико-экономическая задача. Основные принципы выбора и размещения средств повышения качества электрической энергии с позиции системного подхода изложены в литературе /2/.

В ходе выполнения курсовой работы обучающиеся получают навыки владения ПСК-1.3, ПСК-1.6, а именно: методология расчетов основных параметров системы тягового электроснабжения, выбора мест расположения тяговых подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения в зависимости от размеров движения, знания способов выработки, передачи, распределения и преобразования электрической энергии, закономерности функционирования электрических сетей и энергосистем, теоретические основы электрической тяги. Должны уметь проводить сбор и анализ исходных данных (информации), включающих профиль пути и тяговые расчеты, параметры внешнего электроснабжения, размеры движения поездов и др., для расчета и проектирования системы тягового электроснабжения, расчета наличной пропускной способности по условиям электроснабжения, усиления системы тягового электроснабжения для пропуска поездов повышенной массы и длины.

3

Содержание курсовой работы

Для участка магистральной железной дороги, электрифицируемой на постоянном токе или однофазном переменном токе промышленной частоты, в рамках курсовой работы необходимо выполнить следующее:

1.1.Определить мощность тяговой подстанции.

1.2.Провести проверку выбранных тяговых трансформаторов.

1.3.Рассчитать площадь сечения проводов контактной сети для двух схем питания.

1.4.Проверить выбранную площадь сечения проводов контактной сети на нагревание.

1.5.Произвести экономическое сравнение двух схем питания контактных подвесок.

1.6.Рассчитать потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда за время хода его по автоматической характеристики на условном перегоне.

1.7.Определить перегонную пропускную способность участка.

1.8.Рассчитать наибольшие токи нагрузки, токи короткого замыкания в контактной сети, уставок фидеров, питающих контактную сеть. Выбрать схему защиты.

При оформлении курсовой работы необходимо соблюдать стандарты и ЕСКД, согласно которым пояснительная записка составляется следующим образом: титульный лист, реферат, содержание, введение, задание на проектирование, исходные данные, расчетная часть работы, выводы, список использованных источников, приложения.

Графическую часть работы рекомендуется выполнять на бумаге формата А1, где необходимо поместить кривые токов и времени хода поезда, схему электроснабжения участка, фрагмент графика движения поездов для расчетной фидерной зоны, мгновенные схемы приложения нагрузок и график потери напряжения в тяговой сети на условном перегоне расчетной фидерной зоны.

Задание и исходные данные

Врамках курсовой работы обучающимся необходимо выполнить тяговые расчеты

ипо полученным данным произвести расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения: мощности опорной тяговой подстанции и площади сечения проводов контактной сети. Также необходимо выполнить проверку контактной сети на нагревание, произвести расчет потери напряжения до расчетного поезда, проверить пропускную способность участка и выбрать ток уставки проводов фидеров контактной сети.

Исходные данные:

1.Система электрической тяги (приложение 1, табл. П.1.1).

2.Тяговые подстанции расчетного участка. Три тяговые подстанции расчетного участка выбираются по табл. П.1.1, в которой приведен пикет и название расчетной тяговой подстанции.

3.Тип участка дороги – главный ход.

4.Число путей – 2.

4

5.Профиль пути расчетного участка. (Заданы реальные данные в электронном виде применительно к расчетным участкам в компьютерном классе кафедры ЭСЖТ).

6.Тип рельсов – Р75.

7.Тип локомотива – ВЛ10У для участков постоянного тока и ВЛ80ст – для участков переменного тока.

8.Номинальное напряжение на шинах тяговых подстанций – 27,5 кВ (переменный ток), – 3,3 кВ (постоянный ток).

9.Схема соединения контактных подвесок между собой на перегоне: параллельная – на участках постоянного тока и узловая – на участках переменного тока.

10.Масса поездов для четного и нечетного направления задается преподавателем.

11.Минимальный межпоездной интервал Θ – задается преподавателем.

12.Грузопоток для четного и нечетного направления задается преподавателем.

Тяговые расчеты

Исходные данные для проведения тяговых расчетов обучающиеся получают от преподавателя в электронном виде в компьютерном классе. Исходные данные представляют собой профиль пути реальных участков главного хода Куйбышевской, Приволжской и Южно-Уральской железных дорог, а также параметры электроподвижного состава.

Внастоящее время существуют программные средства для выполнения тяговых расчетов на ЭВМ. В рамках курсовой работы обучающимся предлагается выполнить тяговые расчеты на базе программного комплекса «Кортэс». Данный комплекс имеет широкое применение на железных дорогах.

Вобщем случае последовательность выполнения тяговых расчетов можно описать следующим образом.

1. Ввод параметров участков (профиль пути, ограничений скорости и т. д.).

2. Ввод параметров электроподвижного состава (масса и длина поезда, тип состава и др.).

3. Дополнительные параметры (начальная скорость движения, начальная температура движения и др.).

4. Расчет.

1. Определение мощности опорной тяговой подстанции

Выполнение курсовой работы начинается с расчёта мощности подстанции, мощности её понизительных трансформаторов.

В изложенной ниже методике, при расчёте относительной интенсивности износа изоляции трансформатора принимается, что размеры движения и расход электроэнергии на тягу поездов в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний. Расчёт ведётся в

5

предположении, что износ изоляции обмоток происходит только в период восстановления нормального движения после «окна». При этом учитываются три режима движения поездов, определяющих температуру обмоток и масла: режим нормального движения поездов, режим движения поездов после «окна» и режим наибольшего размера движения поездов на участке.

Для каждого из режимов (нормальный режим, режим движения после «окна» и режим наибольшей интенсивности движения) должны быть определены токовые нагрузки подстанций: средний и эффективный ток.

В курсовом работе для участков переменного тока расчет нагрузок фидеров расчетной подстанции и ее понизительных трансформаторов ведем по полному току поезда.

Прежде всего, используя исходные данные, на миллиметровке формата А1, где будут выполнены и все последующие построения, построим кривые поездного тока и времени хода поезда для четного и нечетного направления движения заданного участка дороги.

Далее, указав расположение тяговых подстанций на участке и выбрав расчетные фидерные зоны, необходимо найти средние и эффективные токи поездов, отнесенных к фидерам расчетной подстанции.

Для этого по разложенной кривой поездного тока при двустороннем питании или непосредственно по кривой поездного тока при одностороннем питании находятся средние значения и квадрат эффективного значения тока каждого фидера.

Для этого кривую поездного тока (разложенного и неразложенного) необходимо разбить на отрезки. После чего среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) могут быть определены по формулам:

 

 

n0

 

 

 

 

 

 

I = 1

 

 

 

 

 

;

Iicp ti

 

t

i=1

 

 

I 2

=

1 n0

 

2 t ,

 

I

 

э

 

t i=1

 

 

 

 

 

icp i

где n0 − количество отрезков на кривой поездного тока;

Iicp − среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени ti;

(1.1)

(1.2)

t − время хода поезда по фидерной зоне под током.

Эти токи являются исходными для расчёта нагрузок фидеров подстанций постоянного тока и нагрузок плеч подстанций переменного тока от всех поездов, проходящих по участку.

Рекомендуется одновременно найти средние значения неразложенных поездных токов для одной фидерной зоны двустороннего питания, которые будут использованы в дальнейшем для расчёта потерь электроэнергии.

Зная средние и эффективные значения поездного тока, отнесённого к фидеру, можно найти средние и эффективные токи фидера от всех поездов. Для этого воспользуемся формулами, которые при однотипных поездах имеют вид:

6

 

 

 

=

nф N

 

 

;

(1.3)

Iф

I

 

 

 

 

 

 

N0

 

для эффективных токов при двустороннем питании:

I 2

=

4

 

nф N

I 2

+ (n

4)

nф N 2

(

 

)2 .

(1.4)

I

3

N0

N02

фэ

 

 

э

ф

 

3

 

 

 

 

Здесь nф − наибольшее число поездов в фидерной зоне, равное:

nф =

t

;

(1.5)

 

 

θ0

 

θ0 − заданный минимальный интервал между поездами (см. исходные данные);

N − число пар поездов в сутки при нормальном режиме определяется по формуле (1.6); N0 − пропускная способность участка дороги в сутки определяется по формуле (1.7).

Среднесуточные размеры движения поездов по четному и нечетному пути, или, иначе число пар поездов в сутки при нормальном режиме, определяются следующим образом:

N = M (1+ KT ) KH ,

(1.6)

365 Q

 

где М − грузопоток, т км/км (см. исходные данные); КT − коэффициент тары, 0,45;

Q − масса поезда, т. (см. исходные данные);

Кн − коэффициент годовой неравномерности движения, 1,1–1,5.

Пропускная способность участка дороги в сутки определяется следующим обра-

зом:

N = 1440 .

(1.7)

θ0

 

В данном случае найденное значение nф не следует округлять. По формулам (1.3– 1.4) определяют средние токи всех фидеров расчётной подстанции участка постоянного и переменного тока, а также квадраты эффективных токов для трех возможных режимов:

- режима нормальной работы участка (γ = N );

N0

- режима после окна (γ СГ = NСГ = 0,9);

N0

- режима наибольшей пропускной способности (γ max = N0 =1).

N0

Далее для участков переменного тока выполняются расчеты по формулам 1.8–1.11. Находятся линейные нагрузки.

Для двухпутного участка средние токи плеч

 

 

 

=

 

 

+

 

 

 

 

Ia

Iф1

Iф2

(1.8)

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ib

Iф3 + I

ф4

 

и квадраты эффективных токов плеч

7

Iаэ2 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ia2 + (Iфэ2 1 Iф21) + (Iфэ2 2

Iф22 )

 

Ib2э =

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(1.9)

Iв2 + (Iфэ2 3 Iф23 ) + (Iфэ2 4

I

ф24 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из формул видно, что фидерные токи зависят от коэффициента использования пропускной способности (γ ). Его следует брать каждый раз соответствующим расчетному режиму, т. е. формулы 1.8 и 1.9 необходимо рассчитывать по 3 раза.

Нагрев масла в трехфазном силовом трансформаторе определяется потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке неодинаковы. Для учета этого обстоятельства можно оперировать эквивалентным эффективным током фазы, который вызовет при симметричной нагрузке те же потери, что и действительные несимметричные нагрузки.

Формулы для расчета квадрата эффективного тока обмоток «а» и «b», в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обеих плечах равны, имеют вид:

 

 

 

Iаэ2 = 1

(4Iаэ2 + Iвэ2 +

2

 

 

 

 

 

Iв )

 

 

 

Iа

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.10)

 

 

 

Ib2э = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

(4Iвэ2 + Iаэ2 +

2

Iа

 

Iв)

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выражение 1.10 рассчитывается для режима наибольшей пропускной способности,

т. е. при γ max

=

N0

= 1. За ток Iэ наиб. принимается больший из токов Iаэ и Ibэ.

 

 

 

 

 

N0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эквивалентные по нагреву масла токи обмотки (при том же предположении) нахо-

дятся по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iэк2 =

1[2(Iаэ2 + Iвэ2

) +

 

 

 

 

(1.11)

 

 

 

Iа Iв ].

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По этой формуле находят эквивалентный по нагреву масла ток обмотки при нор-

мальных размерах движения, т. е. для γ = N и в период восстановления нормального

N0

графика движения после окна, т. е. для γ СГ = NСГ = 0,9.

N0

Для участков постоянного тока, где нагрузки фаз понизительного трансформатора одинаковы, определим сначала среднюю нагрузку подстанции по постоянному току для трёх режимов γ0, γсг и γнаиб.

Определяем ток тяговой подстанции по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iф4 = M

 

фk , А,

(1.12)

 

Iп =

Iф1 +

Iф2 +

Iф3 +

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =1

 

где М – количество фидерных зон, питаемых тяговой подстанцией.

Затем определим квадрат эффективного тока подстанций (по постоянному току) для указанных выше трёх режимов по формуле:

8

Iэп2 = (∑М

 

фк )2 + M (Iфкэ2

 

фк2 ) .

(1.13)

I

I

k =1

 

k =1

 

Для перехода к эффективным токам силового понизительного трансформатора оп-

ределим эффективную потребляемую мощность для трёх режимов по формуле:

 

Sэ = Iэ Uш η / cosφ , кВА

(1.14)

где Iэп − эффективный ток нагрузки подстанции по постоянному току, Uш − номинальное напряжение на шинах постоянного тока, 3,6кВ; η − КПД преобразовательного агрегата, примем равным 0,98;

cos ϕ − коэффициент мощности преобразованного агрегата, примем равным 0,96. Далее определим эффективный ток обмотки понизительного трансформатора для

трех рассматриваемых режимов Iэо, Iэсг и Iэ наиб по формуле:

 

Iэ =

Sэ

,

(1.15)

 

 

 

 

3 U

 

где U − напряжение

на вторичной обмотке силового понизительного трансформатора

при схеме соединения обмоток Y/ равно 10,5кВ.

 

После расчета

величин Iэо, Iэсг и Iэ наиб следует определить необходимую трансфор-

маторную мощность для питания тяговой нагрузки.

 

2. Проверка выбранных тяговых трансформаторов

Для дальнейших расчетов следует выбрать по каталогу трансформатор мощностью Sн, принимаемой в качестве базовой.

Напомним, что ступени трансформаторной мощности для трансформаторов, выпускаемых отечественной промышленностью, равны: 10, 16, 20, 25, 40 МВ·А.

В большинстве случаев для подстанций переменного тока можно принять ее равной 25 МВ·А или для подстанций постоянного тока равной 10 МВ·А. Тогда мощность понизительного трансформатора, которую допустимо использовать для тяги Sнт, определится из выражения:

Sнт

=

Sн

Sр ,

(2.1)

 

 

 

Kу

 

где Kу − коэффициент участия районной нагрузки в максимуме, 0,97. Sp − мощность районной нагрузки, МВ А (см. исходные данные).

Далее находится часть номинального тока, приходящаяся на тягу поездов по фор-

муле:

Iнт =

Sнт

,

(2.2)

 

 

3Uш

 

где Uш − напряжение на вторичной обмотке силового понизительного трансформатора, равное 27,5 кВ для подстанций переменного тока и 10,5 кВ для подстанций постоянного тока.

9

Для расчета средней интенсивности износа изоляции обмотки трансформатора определим отношения:

k0 =

Iэо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iнт

 

 

 

 

 

 

kсг =

 

Iэсг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(2.3)

 

Iнт

 

 

 

 

 

 

kнаиб

=

Iэнаиб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

нт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данной формуле значения числителей представляют собой значения для трех режимов, рассчитанных ранее, и берутся из формул 1.15 (для системы постоянного тока) и 1.10, 1.11 (для системы переменного тока).

Если окажется, что kmax > 1,5 то уже на этом этапе следует выбрать следующий из ряда трансформаторов большей мощности.

После определения этих отношений следует найти среднюю интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:

 

 

 

= Асг Lобнаиб Lтсг Tвос / 24,

(2.4)

 

 

χ

где

А = eα (θономθссг ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь θ0ном − номинальная температура

наиболее нагретой части

обмотки,

равная 98 °С;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

θссг − температура окружающей среды

в период восстановления нормального дви-

жения поездов (см. исходные данные);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α − коэффициент, равный 0,115 1/оС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lобнаиб

 

 

α (ak2

 

 

+b)

;

(2.5)

 

 

= γ сг e

наиб

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α {g[(1η )k2 + k

2 ]+ h}

.

 

(2.6)

 

 

Lмсг = e

 

 

сг

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В последнем выражении

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tвоc t0

 

 

 

 

 

 

 

 

η = e

 

 

τ м

 

.

 

 

 

(2.7)

В формулах (2.5 и 2.6) величины b, a, g и h постоянные, апроксимирующие зависимости разности температур «обмотки-масло» и «масло-окружающая среда»

(а = 20,5; b = 2,5; g = 39,7; h = 15,3°С);

t0 − среднее время хода по фидерной зоне поездов основного типа в чётном и нечётном направлениях, ч;

τ M − постоянная времени масла; её можно принять равной 2,5ч для трансформаторов мощностью до 32 МВ А и 3,5ч − для трансформаторов большей мощности;

k0,kсг,kнаиб − коэффициенты, расчет которых приведен в выражении 2.3.

По полученной средней интенсивности износа χ производится пересчет номинального тока. Находится такой расчетный номинальный ток, при котором относи-

тельная интенсивность износа изоляции будет нормальной, по формуле:

10

Соседние файлы в папке методички