15. Расчет потерь энергии в системе 2 25 кВ

Среднесуточные потери энергии, кВт ч, в однофазных тран­сформаторах, питающих данное плечо подстанции,

,

(79)

где и — потери соответственно к. з. и х. х трансформатора, кВт:

— суточный расход энергии данного плеча, кВ А ч;

— число постоянно включенных трансформаторов;

— коэффициент месячной неравномерности, равный 1,15;

— коэффициент потерь мощности в однофазном трансформа­торе,

определяется по рис. 8 в зависимости от на­грузки фазы

трансформатора.

Коэффициент эффективности нагрузки трансформатора

,

(80)

где = 1,1 для одностороннего питания, = 1,4 для двустороннего пи­тания;

; — время хода поездов под током и полное время хода поездов, ч.

Потери энергии в тяговой сети 2 25 кВ: средние потери энергии, кВт ч,

,

(81)

где — потери от транзитных токов, кВт ч, определяются по формулам (14) — (16)

при подстановке в них активной составляющей

тран­зитного сопротивления тяговой сети 2 25 кВт из табл. 2;

потери от местных токов тяговой сети и в автотрансформа­торах, кВт ч,

(82)

где — коэффициент приведения активной составляющей местного сопротивления

тяговой сети; = 0,26 при S_a = 10 МВ А. = 0,21 при

S_a = 16 и 2 10 МВ А;

— активная составляющая местного сопротивления. Ом/км; = для однопутного

участка, = для двухпутного участка;

— среднее расстояние между АТП, км;

, — расходы электроэнергии по путям, кВ А ч;

— число всех AT в межподстанционной зоне;

— потери х. х. автотрансформатора, кВт.

Пример 5. Определить расход электроэнергии на тягу поездов для двух путного участка железной дороги длиной L = 97 км, электрифицируемой на переменном токе напряжением 2 25 кВ. Выбрать расстояние между тяговыми подстанциями. Профиль — холмисто-горный. Расстояние между раздельными: пунктами (рис. 15) АБ— 8 км; БВ— 24 км; ВГ— 18 км; ГД— 21 км; НЕ — 12 км; ЕЖ— 14 км. Расчетный межпоездной интервал _Р = 8 мин.

Рис. 15. Схема электрифицируемого участка к примеру 5

Размеры движения поездов следующие:

Направление движения А Ж Ж А

Номер пути . . . . I путь II путь

Масса поезда Q, т . . 4000 6000 1000 3600 2800 1000

Тип электровоза . . ВЛ80Р ВЛ80Р ЧС4^T ВЛ80^P ВЛ80^Р ЧС4^т

Суточное число поездов 65 10 15 25 45 15

Расчет. Принимаем удельный расход энергии для поездов, раз­ной массы:

Масса поезда, т . . 4000 6000 1000 3600 2800 1000

Удельный расход

энер­гии ,

В А ч/(т/км брутто). . 16,2 14,8 22 12,7 18,4 19,7

1. Среднесуточный расход энергии грузовыми и пассажирскими поездами соответственно по I и II путям в месяц наибольшего потребления энергии по выражению (8):

кВ А ч;

кВ А ч;

Общий расход электроэнергии на участке А—Ж

кВ А ч.

Наибольшая часовая мощность на 1 км пути по выражению (9):

кВ А/км

По кривым рис. 1 для кВ А/км находим для системы электроснабжения 25 кВ расстояние между тяговыми подстанциями _т = 42 км; для (системы 2 25 кВ это расстояние увеличено в 1,8 раза _т = 42 1,8 = 76,5 км. Следовательно, тяговые подстанции расположим на раздельных пунктах А и Е, расстояние между которыми равно 83 км, что близко к расчетному.

Пример 6. По данным примера 5 рассчитать мощность тягового транс­форматора, выбрать типовой однофазный трансформатор для тяговой подстанции.

Расчет. Среднесуточный расход энергии в месяц наибольшего потреб­ления по перегонам при этом учитываем только грузовые поезда и расчет выполняем отдельно для каждого пути на каждом перегоне по формуле (3.8)]:

= 54 952 кВ А ч;

= 35 029 кВ А ч.

Наибольшую часовую мощность в интенсивный период суток по I пути на каждом перегоне с учетом пропуска поездов по схеме один поезд массой Q = 6000 т + три поезда Q = 4000 т, зная значение = 0,25 по выражению (32), найдем:

кВ А

то же, но по II пути (сдвоенных поездов нет)

кВ А

Аналогично определяем среднесуточный расход энергии н наибольшую часовую мощность по другим перегонам. Результаты расчетов следующие:

Перегон . . . . . . АБ БВ ВГ ГД ДЕ

Длина, км. . . . . . 8 24 18 21 12

, кВ А ч . . . 54 952 164856 123642 144249 82 428

, кВ А . . . . . 3381 10 152 7614 8883 5876

, кВ А ч . . . 35 029 105 096 78 822 91959 52 548

, кВ А . . . . . 2743 8230 7172 7200 4145

Рис. 16. Расчетная схема для определения расхода энергии и наибольшей часовой мощности первого (а) и второго (б) путей

Расход энергии по фидерам контактной сети и питающего провода каж­дого пути при двустороннем питании по выражению (37) в соответствии с рис. 16:

кВ А ч.

кВ А ч.

Наибольшая часовая мощность при максимальных размерах движения но формуле (38):

кВ А.

кВ А.

Среднесуточный расход полной энергии для плеча питания

кВ А ч.

Наибольшая часовая мощность плеча по формуле (40)

Р_ичт = 17 552+14 796 = 32 348 кВ А.

Найдем мощность однофазного трансформатора S_T по выражению (41), в котором к_дт принимаем равным 0,59 для всех поездов с одиночными локо­мотивами; к_но=1,1 по кривым рис. 8 для принятого в предварительных расчетах значения = 0,4:

кВ А.

Выбираем по табл. 4 два трансформатора 2 25 кВ типа ОРДТНЖ -25 000/110-79У1.

Следовательно, общая установленная мощность по выражению (42)

S_TО = 2 25 000 = 50 000 кВ.

Пример 7. На основании данных, полученных в примерах 5 и 6, опреде­лить число автотрансформаторных пунктов (АТП), выполнить их размещение ИМ участке железной дороги, рассчитать нагрузки линейных автотрансформа­тором (ЛТ), выбрать автотрансформаторы.

Расчет. Принимаем к установке автотрансформатор АОМНЖ - 10000/55-76У1 с номинальной мощностью S_A = 10 000 кВ А.

Число АТП определяем по нагрузке I пути (как наиболее загруженного) в соответствии с выражением (45) ; округляем до целого числа 4.

Среднее расстояние между ЛТП по формуле (47):

км.

Для удобства обслуживания располагаем АТП на раздельных пунктах Б, В, Г, Д (см. рис. 16).

Рассчитаем нагрузки линейных AT при раздельном питании путей по вы­ражениям (51) и (52). Определим сначала коэффициенты , , пo рис. 11,б для AT, ближайшего к тяговой подстанции АТП1 при = = 8 км и мощности однофазного трансформатора S_T = 25 МВ А:

, , по рис. 11, а

Нагрузки AT на АТП1

кВ А.

Расход электроэнергии на АТП1

= 0,162(54952+35029)+0,36(54952+164856) + 0,12(35029+105096)=110524 кВ А ч.

Нагрузки АТ промежуточных АТП2, АТПЗ по I пути рассчитаем по фор­муле (55).

Коэффициенты токораспределения, входящие в формулу (55), определим по табл. 2:

= 0,425; = 0,043, тогда

= 0,425(10152+7614) + (8230+6172)0,043 = 8169 кВ А;

= 0,425(7614+8883) + (6172+7200)0,043 = 7585 кВ А.

Расход электроэнергии по формуле (56):

= 0,425(164856+123642) +0,043 (105096+78822) = 138429 кВ A ч;

= 0,425(123 642+144 249)+0,043(78 822+91 959) = 121198 кВ А ч.

Нагрузки AT автотрансформаторного пункта у соседней подстанции на АТП4 найдем, используя выражения (59) и (60). Предварительно определим коэффициенты при =12 км:

= 0,086; = 0,142; = 0,375, тогда

= 0,142(5876+4145)+0,375(6876+8,8,83) +

+ 0,086(4145+7200) =7934 кВ А ч;

= 0,142(82428+52548) +0,375(82428+ 144249) +

+ 0,086(52548+91959) = 116598 кВ А ч.

Для наиболее загруженного автотрансформатора на ЛТ2 проверяем воз­можность принятого размещения АТП по формуле (48)

= 0,021 138 429+0,59 8169 = 7727 кВ А ч.

Так как 7727<10 000, следовательно, примятое размещение АТП удов­летворительно.

Аналогично выполняют расчет по II пути. Результаты расчета следующие:

Номер АТП . . . АТП1 ЛТП2 АТПЗ АТП4

, кВ А . . . . 6566 6885 5448 7345

, кВ А ч . . . 91399 90572 71162 101040

Проверяют мощность по наиболее загруженному АТП4 S_AT = 0,021X ХЮ1 040+0,59-7345 ==6556 кВ А, что меньше 10 000 кВ А, следовательно, и по II пути размещение АТП удовлетворительно.

Пример 8. По данным примера 7 определить нагрузки обмоток подстанционных трансформаторов.

Расчет. По нагрузкам линейных AT, рассчитанным при раздельном питании путей, найдем среднесуточные расходы энергии и наибольшие часо­вые мощности, передаваемые данной подстанцией через AT в тяговую сеть каждого пути (по фидерам контактной сети) по выражениям (61), (62) и рис. 15, 16:

кВ А;

кВ А;

кВ А ч;

кВ А ч.

Среднесуточный расход энергии для расщепленной обмотки однофазного трансформатора, подключенного к фидерам питающего провода, по выра­жению (64):

= 0,5(266 833+181 144) =233 986 кВ А.

Относительное значение нагрузки секции трансформатора по формуле (65):

0,475, что больше 0,35.

Следовательно, мощности трансформаторов подстанции и питающего про­вода используются удовлетворительно.

Пример 9. Определить наибольшие эффективные токи фидеров контакт­ной сети за 20 мин интенсивного движения и проверить по нагреву принятую подвеску ПБСМ-95+МФ-100+ А-185 для наиболее загруженного I пути. По данным примера 6 имеем =17 552 кВ А, =15 671 кВ А.

Отношение полного времени хода к времени хода поезда под током =1,4.

Примем техническую скорость = 68 км, тогда время хода одного поезда по участку _т=83 км составит = 83 : 68 = ,22 ч.

Максимальное число поездов на участке питания по 1 пути при интер­вале попутного следования = 8 мин по выражению (67):

= 9,2 поезда.

По кривым рис. 13 для = 9 и = 1,4 определяем коэффициент эф­фективности токов фидеров контактной сети к_эк (для случая двустороннего питания) и числа автотрансформаторных пунктов = 4, итак, к_эк =1,12.

Наибольшая часовая мощность, передаваемая по фидерам 1 пути:

питающего провода по выражению (69):

P_ичп1 = 0,5 15 671 = 7836 кВ А;

контактной сети по выражению (68):

P_{ичк I}= Р_{ич I} - P_ичп1 = 17 552—7836 = 9716 кВ А.

Наибольший эффективный ток фидера I пути при =1,19 (см. рис. 12) по формуле (66):

= 518 А.

Допустимый ток подвески, состоящий из проводов ПБСМ-95+МФ-100+А-185, I_доп=1940А, что значительно больше, чем 518 А.

Пример 10. Определить по данным примеров 5—8 потерн напряжения в тяговой сети на ограничивающем перегоне.

Расчет. Среднее расчетное напряжение на шинах тяговой подстанции определим, предварительно подсчитав среднюю потерю напряжения в одно­фазном трансформаторе в период интенсивных перевозок по формуле (71) при H_тп = 0,475 (см. пример 8) и Z_тU = 3,750 согласно табл. 3:

В.

и напряжение на шинах контактной сети при х. х. подстанции по формуле (73)

= 26 315 В.

Тогда среднее напряжение на шинах контактной сети подстанции сог­ласно выражению (72)

= 26 315 - 1275 = 25 040 В.

Определим потери напряжения в тяговой сети. По графикам рис. 14,а найдем коэффициенты В, С, D для двустороннего питания и = 18/83 = 0,217 (см. с. 43); ограничивающий перегон ВГ = =18 км:

В = 0,26; С = 0,1; D = 0,12.

Затем из табл. 2 найдем = 0,170 Ом/км; = 0,384 Ом/км.

Узнаем = 18/68 = 0,265 ч;

расход электроэнергии одним поездом

= 6000 14,8 18= 1600 кВ А;

Коэффициент

= 0,22 для — 10 MB A.

Тогда потеря напряжения, вызванная средним током поезда па ограни­чивающем перегоне по формуле (75):

(0,26 0,17-83+0,22 0,384 18) = 133 В.

Потери напряжения от токов остальных поездов на этом пути по выра­жению (76), если известно, что = 17 552 кВ А:

В

Потери напряжения от токов всех поездов на соседнем пути согласно выражению (77) :

0,12 0,17 83 = 1010 В.

Потеря напряжения в тяговой сети на ограничивающем перегоне по фор­муле (74):

= 133 + 652 + 1010 = 1795 В.

Среднее напряжение па токоприемнике поезда, следующего по ограничи­вающему пун по выражению (78):

= 25 040 - 1795 = 23 245 В, что больше 21 000 В.

КОНТАКТНАЯ СЕТЬ ЭЛЕКТРИФИЦИРУЕМОГО УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ПЕРЕМЕННОГО (ПОСТОЯННОГО) ТОКА