Rп - сопротивление питающего фидера, может быть рассчитано из условия, что сечение фидера не менее сечения подвески обоих путей, а длина - в пределах от 0,2 до 0,5 км;

 - расстояние до точки короткого замыкания, равное при расположении поста секционирования посередине ½L.

Питающие и отсасывающие линии:

вариант 1: 6´А-185,

.

вариант 2: 9´А-185,

.

Ток нагрузки неповрежденных фидеров для обоих вариантов

Iнагр = 2113 А.

Внутреннее сопротивление тяговой подстанции

,(51)

где     Sкз- мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения тяговой подстанции, кВА;

nпт -число параллельно работающих понизительных трансформаторов;

Sпт,н – мощность понизительного трансформатора, кВА;

Sвт,н – мощность преобразовательного трансформатора, кВА;

uкпт% - напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора;

uквт% - напряжение короткого замыкания преобразовательного трансформатора;

nвт - число параллельно работающих преобразовательных трансформаторов;

Idн - номинальный ток агрегата, А;

Udн - номинальное напряжение на шинах тяговой подстанции, равное 3300 В;

А - коэффициент наклона внешней характеристики агрегата, равный 0,5 для шестипульсовых схем выпрямления и 0,26 для двенадцатипульсовых;

nв - число параллельно работающих выпрямительных агрегатов.

uкпт% = 0,5×(uвн-нн% + uсн-нн% – uвн-сн%).(52)

uкпт% = 0,5×(10,5 + 6 – 17) = -0,25%;

для обоих вариантов:

uд = 175 В;

вариант 1:

вариант 2:

При коротком замыкании в точке К2 отключится фидер подстанции Б3 и место к.з. будет питаться по трем фидерам. В этом случае минимальный ток короткого замыкания:

,(53)

где     Rк – общее сопротивление до точки к.з.

;(54)

Здесь

(55)

(56)

вариант 1:

вариант 2:

При выполнении условия Iкз,мин>Iф,м выбираются уставки защит.

При постоянном токе уставка быстродействующего выключателя фидера тяговой подстанции должна соответствовать условию:

Iф,м + 100 А £ Iу £ Iкз,мин1 – 200 А.(57)

вариант 1:

1945 + 100 £ Iу £ 2161 – 200;

2045 £ Iу £ 1961;

Т.к. установка одного быстродействующего выключателя с током уставки Iу =2000 А будет приводить к ложным срабатываниям защиты, то рекомендуется в данном случае, кроме МТЗ, применить еще один вид дополнительной защиты, например, потенциальную.

вариант 2:

2400 + 100 £ Iу £ 2774 – 200;

2500 £ Iу £ 2574;

принимается Iу = 2500 А.

Уставка быстродействующего выключателя поста секционирования должна соответствовать условию:

Iу £ Iкз,мин2 – 200 А.(58)

вариант 1:

Iу £ 1710 – 200;

Iу £ 1510;

принимается Iу = 1500 А.

вариант 2:

Iу £ 2203 – 200;

Iу £ 2003;

принимается Iу = 2000 А.

6. Определение потерь энергии на тяговых подстанциях

Потери энергии на тяговой подстанции складываются из потерь энергии DWпт в понизительных трансформаторах, Wвт - в тяговых трансформаторах выпрямительных агрегатов и DWв – в выпрямителях и вычисляются через потери мощности в названных устройствах:

DWпт = DРпт×nпт×Tпт;(59)

DWвт = DРвт×nвт×Tвт;(60)

DWв = DРв×nв×Tв,(61)

где     DРпт, DРвт, DРв - средние потери мощности в понизительном трансформаторе, тяговом трансформаторе и выпрямителе,

nпт, nвт, nв - число параллельно работающих понизительных трансформаторов, тяговых трансформаторов и выпрямителей,

Tпт = Tвт = Tв - время работы в году, которое можно принять равным 7200 часов.

6.1. Потери мощности в двухобмоточных тяговых трансформаторах выпрямительных агрегатов

Вычисляются по формуле

DРвт = DРхх + кпп×DQхх + кз2×кэ2×(DРкз + кпп×DQкз),(61)

где     DРхх - потери холостого хода трансформатора при номинальном напряжении, кВт;

DРкз - потери короткого замыкания при номинальном токе, кВт;

DQхх - реактивная мощность намагничивания трансформатора, квар, равная (Sвт×Iхх%)/100;

DQкз - реактивная мощность рассеивания трансформатора, квар, равная (Sвт×uк%)/100;

кпп - коэффициент повышения потерь, представляющий затрату активной мощности на выработку и передачу одного квара реактивной мощности, принимаемый равным от 0,02 до 0,08 кВт/квар в зависимости от удаленности тяговых подстанций от электростанций;

кэ= - коэффициент эффективности нагрузки трансформатора;

- коэффициент загрузки трансформатора.

Произведение коэффициентов равно Sвт,э/Sвт,н;

Sвт,н - номинальная мощность трансформатора;

Sвт,э - эффективная мощность нагрузки трансформатора рассчитывается в главе 4.

Окончательно:

(62)

для обоих вариантов:

кпп = 0,05;

вариант 1:

вариант 2:

6.2 Потери мощности в трёхобмоточных понизительных трансформаторах

(63)

Для трехобмоточных трансформаторов потери мощности и падения напряжений можно определить по формулам:

DРкз1 = 0,48×DРкз;(64)

DРкз2 = 0,23×DРкз;(65)

DРкз3 = 0,29×DРкз;(66)

uк1% = 0,5×(uвн-сн% + uвн-нн% – uсн-нн%);(67)

uк2% = uвн-сн% – uк1%;(68)

uк3% = uвн-нн% – uк1%.(69)

DРкз1 = 0,48×105 = 50,4 кВт;

DРкз2 = 0,23×105 = 24,2 кВт;

DРкз3 = 0,29×105 = 30,5 кВт;

uк1% = 0,5×(17 + 10,5 – 6) = 10,75%;

uк2% = 17 – 10,75 = 6,25%;

uк3% = 10,5 – 10,75 = -0,25%.

вариант 1:

вариант 2:

6.3 Потери мощности в выпрямителях

Находятся по формуле:

DРв = DРд + DРдт + DРш + DРгс,(70)

где     DРд - потери мощности в диодах выпрямителя;

DРдт - потери мощности в делителях тока;

DРш - потери мощности в шунтирующих резисторах;

DРгс - потери мощности в контуре RC.

Потери мощности в делителях тока, шунтирующих резисторах и контуре RC принимаются равными 5% от потерь мощности в диодах.

В свою очередь:

,(71)

где     Uo - пороговое напряжение диода, может быть принято равным среднему значению, т.е. 0,96 В.

Rд - среднее значение динамического сопротивления диода, равное 6,4×10-4 Ом;

Iдэ =  - эффективное значение тока за период;

Iд - средний ток диода, равный

,(72)

где кн = 1,2 - коэффициент учитывающий неравномерность распределения тока по параллельным ветвям;

m - число фаз выпрямителя;

s - число последовательно включенных диодов на фазу;

а - число параллельных ветвей на фазу;

I d,ср - средний ток выпрямительного агрегата, равный среднему току подстанции Б.

вариант 1:

DРв = 1,05×10,35 =10,9 кВт.

вариант 2:

DРв = 1,05×10,53 =11,1 кВт.

Потери энергии в понизительных трансформаторах:

вариант 1:

DWпт = 135,4×1×7200 = 974880 кВт.

вариант 2:

DWпт = 191,2×1×7200 = 1376640 кВт.

Потери энергии в тяговых трансформаторах:

вариант 1:

DWвт = 88,4×1×7200 = 636480 кВт.

вариант 2:

DWвт = 125,0×1×7200 = 900000 кВт.

Потери энергии в выпрямителях:

вариант 1:

DWв = 10,53×1×7200 = 75816 кВт.

вариант 2:

DWв = 11,1×1×7200 = 79920 кВт.

7. Проверка выбранного оборудования по граничным условиям

После выбора оборудования проводится проверка его по граничным условиям.

7.1 Проверка контактной сети по уровню напряжения

Проверка контактной сети по уровню напряжения производится путем сопоставления фактического напряжения с допустимыми по условию:

Uдоп £ Uтп – DUп,ср,(73)

где     Uдоп – уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава, установленный ПТЭ железных дорог равным не менее 2700 В при постоянном токе.

вариант 1:

2700 £ 3300 – 353;

2700 В £ 2947 В; условие выполняется.

вариант 2:

2700 £ 3300 – 409;

2700 В £ 2891 В; условие выполняется.

7.2 Проверка сечения контактной подвески по нагреву

Производится по условию:

Iф,э £ Iдоп,(74)

где     Iдоп – допустимый ток на контактную подвеску;

Iф,э – наибольший из среднеквадратичных токов фидеров.

вариант 1:

1671 А £ 1740 А; условие выполняется.

вариант 2:

1630 А £ 1870 А; условие выполняется.

7.3 Проверка трансформаторов по перегреву

Выполняется по условию:

Iтп,м < Iт,доп,(75)

где Iтп,м - эффективный ток тяговой подстанции при максимальном числе поездов;

Iт,доп - допустимый ток трансформатора с учетом перегрузки.

В курсовом проекте трансформатор выбран с учетом перегрузки, поэтому такая проверка уже выполнена.

8. Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор наиболее экономичного

По каждому варианту определяются приведенные годовые затраты

Эпрi = Сi + Ен×Кi,(76)

где     Сi - годовые эксплуатационные расходы по варианту;

Кi - капитальные вложения по варианту;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, принимаемый для устройств электроснабжения равным 0,12.

При расчете капиталовложений и эксплуатационных расходов учитываются только составляющие, меняющиеся по вариантам.

Следует иметь в виду то, что цены на объекты капитальных затрат с годами меняются, поэтому при пользовании справочными данными необходимо привести цены к году, в котором проводится расчет. Индексы цен по отношению к базисному 1998 году приведены в табл. 5.

Таблица 5. Индексы к стоимостным показательным объектов электроснабжения

8.1 Размер капиталовложений

К = Ктп + Ккс + Квл + Квсп + Кпп + Кж,(77)

где     Ктп - стоимость всех тяговых подстанций, принимается по /2, табл. 1.5/;

Ккс – стоимость контактной сети, принимается по /2, табл. 1.5/;

Квл - стоимость присоединений тяговых подстанций к высоковольтным линиям электропередачи, длина таких присоединений принимается равной 1,0 км, а стоимость одного километра по /2, табл. 1.5/;

Квсп - стоимость вспомогательных устройств /2, табл. 1.6/;

Кпп - стоимость подъездных путей ко всем тяговым подстанциям, длину подъездных путей к каждой подстанции можно принять равной 1,0 км, а стоимость в ценах 1984 г. - 100 тыс. руб. за 1 км;

Кж - стоимость жилья, при каждой тяговой подстанции должно быть предусмотрено строительство жилья, стоимость которого в ценах 1984 г. следует принять равной 416 тыс. руб. на одну подстанцию.

вариант 1:

Ктп = (690×2 + 600×2 + 510×2)×24 = 86400 тыс. руб.;

Ккс = 2×32×5×14,0×24 = 107520 тыс. руб.;

Квл = 12,0×4×24 = 1152 тыс. руб.;

Квсп = 16,0×5×24 = 1920 тыс. руб.;

Кпп= 100×6×24 = 14400 тыс. руб.;

Кж= 416×6×24 = 59904 тыс. руб.;

К = 86,4 + 107,52 + 1,152 + 1,92 + 14,4 + 59,904 = 271,2960 млн. руб.

вариант 2:

Ккс = 2×35×5×15,0×24 = 126000 тыс. руб.;

К = 86,4 + 126 + 1,152 + 1,92 + 14,4 + 59,904 = 289,7760 млн. руб.

8.2 Эксплуатационные расходы

С = Стп + å(ai×Кi) + DWтп×Ц + DWтс×Ц,(78)

где                                                                                                          Стп - суммарные расходы на эксплуатацию тяговых подстанций, принимаемые равными по данным 1998 г. 210 тыс. руб. на одну подстанцию;

å(ai×Кi) - сумма амортизационных отчислений, приведенных в /2, табл. 1.5/, для подъездных путей принять aпп = 5,5%;

DWтп - потери энергии на тяговых подстанциях, равные потерям энергии на одной подстанции, умноженные на число подстанций;

DWтс - потери энергии в тяговой сети;

Ц - стоимость 1 кВт×ч электрической энергии.

Потери энергии в тяговой сети определяются через потери мощности на одной межподстанционной зоне DРтс, число таких зон nзон и время работы контактной сети, т.е. DWтс=DРтс×nзон ×8760.

вариант 1:

Стп = 210×6 = 1260 тыс. руб.;

å(ai×Кi) = 0,046 107520+ 0,028×1152 + 0,055×1920 + 0,055×14400 + 0,02×59904 = 7073,82 тыс. руб.;

DWтп×Ц = (974880 + 636480 + 75816)×0,00029 = 489,3 тыс. руб.;

DWтс = 734,4×5×8760 = 32166720 тыс. руб.;

DWтс×Ц = 32166720×0,00029 = 9328,3 тыс. руб.;

С = 1260 + 7073,82 + 489,3 + 9328,3 = 18151,42 тыс. руб.;

Эпр = 18,151 + 0,12×271,296 = 50,7069 млн. руб.

вариант 2:

å(ai×Кi) = 0,046 126000+ 0,028×1152 + 0,055×1920 + 0,055×14400 + 0,02×59904 = 7923,9 тыс. руб.;

DWтп×Ц = (1376640 + 900000 + 79920)×0,00029 = 683,4 тыс. руб.;

DWтс = 932,7×5×8760 = 40852260 тыс. руб.;

DWтс×Ц = 40852260×0,00029 = 11847,2 тыс. руб.;

С = 1260 + 7923,9 + 683,4 + 11847,2 = 21714,5 тыс. руб.;

Эпр = 21,714 + 0,12×289,776 = 56,4876 млн. руб.

Результаты по двум вариантам приведены в табл. 6.

Таблица 6. Технико-экономическое сравнение вариантов

Вариант с меньшими приведенными затратами – вариант 1 считается экономичным.

9. Схема внешнего электроснабжения

Для наиболее экономичного варианта в соответствии с Правилами устройства системы тягового электроснабжения железных дорог РФ и /6/ разрабатывается принципиальная схема присоединения тяговых подстанций к линиям внешнего электроснабжения.

Заключение

В данном курсовом проекте произведен расчет системы электроснабжения участка железной дороги электрифицированном на постоянном токе.

Расчет выполнен для двух вариантов расположения тяговых подстанций, после технико-экономического сравнения вариантов произведен выбор наиболее экономичного:

– длина участка Lуч = 160 км;

– расстояние между подстанциями = 32 км;

– марка и площадь сечения проводов: М-95 + 2МФ-100;

– тип рельса Р65.

Расчет для данного варианта производился по методу сечения графика движения поездов. Определены следующие показатели:

– удельное сопротивление тяговой сети r0 = 0,08884 Ом/км;

– количество перевозимых грузов в сутки Р5с = 166207 т/сут.;

– количество пар поездов в сутки на пятый год эксплуатации N5с = 58;

– время хода поезда по межподстанционной зоне tп = 32 мин.;

– максимальное число поездов на зоне nм = 4;

– вероятности появления одновременно 0, 1, 2, …, nм поездов:

р0 = 0; р1 = 0,01389; р2 = 0,26389; р3 = 0,50000; р4 = 0,22222;

– средний ток поезда Iп.ср. = 840 А;

– среднеквадратичный ток поезда Iп.э. = 908 А;

– среднеквадратичный ток наиболее загруженного фидера Iф.э. = 1617 А;

– максимальный ток фидера Iф.м. = 1945 А;

– средний ток подстанции Б IБ,ср. = 2244 А;

– среднеквадратичный ток подстанции Б IБ,э. = 2402 А;

– средняя потеря напряжения до поезда DUп.ср. = 353 В;

– средняя потеря мощности в тяговой сети DPтс = 734,4 кВт.

Выбрано оборудование тяговых подстанций:

– выпрямительный агрегат типа ТПЕД-3150–3,3кУ1;

– преобразовательный трансформатор типа ТРДП-12500/10ЖУ1;

– понизительный трансформатор типа ТДТН-16000/110–66.

Согласно Правилам устройства системы тягового электроснабжения железных дорог РФ бесперебойность питания нагрузок тяги (кроме слабозагруженных линий) обеспечивается установкой на подстанциях:

– двух понижающих трансформаторов;

– двух преобразовательных трансформаторов;

– двух выпрямительных агрегатов.

Произведен расчет токов короткого замыкания для наиболее удаленных точек тяговой сети в выбор уставок токовых защит:

– уставка быстродействующего выключателя фидера Iу = 2000 А и рекомендовано применение еще одного вида дополнительной защиты, например, потенциальной;

– уставка быстродействующего выключателя поста секционирования

Iу = 1500 А.

Для выбранного оборудования выполнен расчет потерь энергии на тяговых подстанциях за время работы 7200 часов в год:

– в понизительных трансформаторах DWпт = 974880 кВт;

– в преобразовательных трансформаторах DWвт = 636480 кВт;

– в выпрямителях DWв = 75816 кВт.

Выбранное оборудование успешно прошло проверку по граничным условиям.

По результатам технико-экономических расчетов:

– размер капиталовложений К = 271,2960 млн. руб.;

– эксплуатационные расходы С = 18,1514 млн. руб.;

– приведенные годовые затраты составили Эпр = 50,7069 млн. руб.

Список использованных источников

1. Электроснабжение электрических железных дорог/ Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Электроснабжение железных дорог», разраб. В.М. Варенцовым и Э.П. Селедцовым, С-Пб, 1999. – 42 с.

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.1/ Под ред. К.Г. Марквардта - М.: Транспорт, 1980. - 392 с.

3. Бесков Б.А. и др. Проектирование систем электроснабжения железных дорог. - М.: Трансжелдориздат, 1963. – 472 с.

4. Бурков А.Т. и др. Методы расчета систем тягового электроснабжения железных дорог. Учебное пособие. - Л.:ЛИИЖТ, 1985. - 73 с.

5. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1982. – 528 с.

6. Давыдова И.К. и др. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования. - М.: Транспорт, 1978. - 416 с.

7. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.2/ Под ред. К.Г. Марквардта - М.: Транспорт, 1981. - 392 с.

8. Оформление текстовых документов: Методические указания/ Сост. В.А. Балотин, В.В. Ефимов, В.П. Игнатьева, Н.В. Фролова. - СПб.: ПГУПС, 1998. - 46 с.

Страницы: 1, 2, 3