2511

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Руководство к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности

190401 - Электроснабжение железных дорог

Составители: В.Л. Григорьев М.А. Гаранин

Самара

2009

1

ОГЛАВЛЕНИЕ

2.Задание и исходные данные…………………………………………………………. 5

3.Определение мощности опорной тяговой подстанции……………………………. 6

7.Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети………………….. 13

8.Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда…………………. 16

9.Определение перегонной пропускной способности участка………………………. 17

10.Расчет наибольших токов короткого замыкания, выбор защиты

и уставок фидеров контактной сети……………………………………………………. 18

Библиографический список…………………………………………………………….. 30 Приложение 1……………………………………………………………………………. 31

3

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является освоение студентами теоретического материала и получение практических навыков по расчету системы тягового электроснабжения /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/.

1. Содержание курсового проекта

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

1.1.Определить мощность тяговой подстанции.

1.2.Определить количество 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 курсового проекта необходимо соблюдать стандарты и ЕСКД, согласно которым пояснительная записка составляется следующим образом: титульный

4

лист, реферат, содержание, введение, задание на проектирование, расчетная часть проекта, выводы, список использованных источников, приложения.

Графическую часть проекта рекомендуется выполнять на миллиметровой 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.

2.Задание и исходные данные

Врамках курсового проекта студентам необходимо выполнить тяговые расчеты и по 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 приведены ниже.

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

2.2. Тяговые подстанции расчетного участка. Три тяговые подстанции расчетного участка выбираются по табл. П.1.1, в которой приведен пикет и название расчетной тяговой подстанции. По данной таблице выбираются две соседние тяговые подстанции.

2.3. Тип участка дороги – главный ход. 2.4. Число путей – 2.

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

2.6. Тип рельсов – Р75.

2.7. Тип локомотива – ВЛ10У для участков постоянного тока и ВЛ80 – для участков переменного тока.

2.8. Система сношений – автоблокировка.

2.9.Номинальное напряжение на шинах тяговых подстанций – 26,2 кВ (переменный ток), – 3,3 кВ (постоянный ток).

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

2.11.Масса поездов для четного и нечетного направления (приложение 1, табл.

П.1.1).

5

3. Порядок оформления курсового проекта

Курсовой проект оформляется на листах формата А4, чертежи выполняются на бумаге формата А1. Порядок оформления проекта следующий:

1)титульный лист с указанием варианта;

2)задание и исходные данные для расчета;

3)реферат;

4)содержание;

5)введение;

6)1 раздел «Тяговые расчеты на расчетном участке»;

7)2 раздел «Расчет и выбор основных параметров системы тягового электроснабжения», включающий подразделы «Определение мощности опорной тяговой подстанции», «Определение количества понизительных трансформаторов», «Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания» и «Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети»;

8)3 раздел «Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети»;

9)4 раздел «Расчет потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда»;

10)5 раздел «Определение перегонной пропускной способности участка»;

11)6 раздел «Расчет наибольших токов короткого замыкания, выбор защиты и уставок фидеров контактной сети»;

12)заключение с изложением основных результатов работы;

13)список использованных источников;

14)приложение, включающее графическую часть работы.

4.Тяговые расчеты

Исходные данные для проведения тяговых расчетов студенты 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 курсового проекта студентам 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.).

6

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.

5. Определение мощности опорной тяговой подстанции

Выполнение курсового проекта начинается с расчёта мощности подстанции, мощности её понизительных трансформаторов.

Визложенной 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 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.

Вкурсовом проекте 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:

7

где n0 − количество отрезков на кривой поездного тока;

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

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:

для эффективных токов при двустороннем питании:

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

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

N − число пар поездов в сутки при нормальном режиме определяется по формуле (5.7); N0 − пропускная способность участка дороги в сутки определяется по формуле (5.8).

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

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

8

В данном случае найденное значение nф не следует округлять. По формулам (5.3- 5.4) 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 5.8-5.11. Находятся линейные нагрузки.

Для двухпутного участка средние токи плеч

и квадраты эффективных токов плеч

Из формул видно, что фидерные токи зависят от коэффициента использования пропускной способности (γ ). Его следует брать каждый раз соответствующим расчетному режиму, т. е. формулы 5.8 и 5.9 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:

Выражение 5.10 рассчитывается для режима наибольшей пропускной способности,

9

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.

где М – количество фидерных зон, питаемых тяговой подстанцией.

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

Uш − номинальное напряжение на шинах постоянного тока, 3,6кВ; η − к. п. д. 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:

10