2511

6. Определение количества понизительных 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:

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.

Для расчета средней интенсивности износа изоляции обмотки трансформатора определим отношения:

В данной формуле значения числителей представляют собой значения для трех режимов, рассчитанных ранее, и берутся из формул 5.24 (для системы постоянного тока) и 5.19, 5.20 (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:

11

θссг − температура окружающей среды в период восстановления нормального движения поездов (см. исходные данные);

α − коэффициент, равный 0,115 1/оС.

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

τM − 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 4.3.

где nсг − число суток с предоставлением окон за год, в курсовом проекте можно принять равным 2/3 числа суток в весенне-летний период (см. исходные данные).

Если полученное значение тока Ioном>Iнт, то следует выбрать следующий из ряда трансформаторов большей мощности, а расчеты по формулам (6.1-6.8) выполнить заново. И так до тех пор пока не выполнится условие Iоном ≤Iнт.

Выбранные по износу изоляции трансформаторы должны быть проверены по наибольшему допустимому току и наибольшим допустимым температурам обмотки и масла.

Наибольшая температура масла может быть определена по формуле:

12

Если окажется, что θ м наиб >95 °С или θоб наиб >140 °С, то надо принять к установке

следующие по мощности трансформаторы.

Значения входящих в формулы (6.9 и 6.10) величин определены ранее.

На тяговых подстанциях обычно устанавливают два силовых понизительных трансформатора одинаковой мощности. Учитывая это, необходимо выбрать номинальную мощность трансформаторов, тип трансформаторов и их характеристики.

7. Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания

Площадь сечения проводов контактной сети определяется экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание.

Для проводов контактной сети можно принять, что с ростом площади сечения уменьшаются потери энергии, но возрастают капитальные затраты. Отсюда следует, что необходимо найти оптимальное сечение, при котором приведенные расходы будут наименьшими. Общеизвестно, что зависимость приведенных затрат от площади сечения в области экономического сечения имеет пологий минимум, а это дает возможность при выборе типа подвески, допустить некоторое отклонение от экономического сечения. Если решается вопрос пропуска поездов с наибольшими скоростями движения, то не следует площадь сечения брать больше экономической, т. к. её увеличение от этого уровня на 30 % даёт приращение скорости всего на 1 %.

Расчет необходимой площади сечения проводов контактной сети производится для двух схем питания. Для системы постоянного тока это узловая и параллельная схемы питания путей, а для переменного тока это раздельная схема питания путей.

Расчет производится для одной межподстанционной зоны, для этого выбирается наиболее нагруженная зона.

Расчет экономической площади сечения проводов контактной сети в медном эквиваленте для одной фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, можно провести по формуле, мм2:

где Агод − годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, кВт ч;

rэкв − сопротивление омическое, или активное, параллельно соединенных проводов контактной сети одного пути (при узловой и параллельной схемах − сопротивление всех проводов всех путей, как параллельно соединенных), Ом/км;

13

l – длина фидерной зоны, км.

При раздельной схеме питания контактной сети путей величины Во и Sмэ рассчитываются для каждого пути отдельно.

Величина годовых потерь определяется по формуле, кВт ч:

где Асут − потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки, кВт ч.

Для определения величины Асут на одном пути при отсутствии рекуперации, двустороннем питании, однотипных поездах можно воспользоваться следующими

Параллельная схема питания путей, кВт ч

14

Расход электрической энергии на движение одного поезда определяется по неразложенной кривой по следующим формулам:

Для участков постоянного тока, кВт ч

где Uср − среднее расчетное напряжение в контактной сети, 25 кВ; Км − коэффициент мощности нагрузки, равный 0,85.

При расчете потерь электроэнергии в проводах контактной сети переменного тока в формулу 5.5 необходимо вместо величин расхода электроэнергии на тягу поездов подставить произведение Кэф А, где Кэф − условный коэффициент эффективности, который может быть принят равным 0,97. Величина напряжения, входящая в эти же формулы, должна быть заменена расчетным значением выпрямленного напряжения, приведенного к стороне высшего напряжения трансформатора электровоза Ud, равной 22,5кВ.

В общем случае при расчете расхода энергии необходимо учитывать повышенный расход энергии в зимнее время введением коэффициента Кз = 1,08 и дополнительные расходы энергии на производство маневров и собственные нужды электровозов введением коэффициента КА = 1,03.

При узловой и параллельной схеме питания полученное значение площади сечения проводов контактной сети необходимо разделить на два и далее выбрать тип контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току, а также найти электрическое сопротивление.

Таблица 7.1

Сопротивление тяговой сети постоянного тока

15

Таблица 7.2

Сопротивление тяговой сети переменного тока

8. Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание

Проверка на нагревание проводов как при постоянном, так и при переменном токе производится сравнением наибольших эффективных рабочих нагрузок фидеров с допустимыми для данного типа подвески.

Расчет производится для одной наиболее нагруженной фидерной зоны. Определение величины эффективного тока фидера выполняется для одного пути

наиболее нагруженной фидерной зоны при раздельном питании путей по формуле:

где U − среднее расчетное напряжение в контактной сети (3 или 25 кВ);

n

∑t − суммарное полное время хода всех поездов по фидерной зоне, ч;

i=1

n

∑tm − то же под током, ч;

i=1

16

N − количество поездов, проходящее за сутки по наиболее нагруженному пути фидерной зоны в нормальном режиме (см. выражение 5.15).

i=1

Втом случае, если полученное значение эффективного тока больше допустимого

тока подвески, то необходимо увеличить экономическую площадь сечения до величины, достаточной по условию нагрева.

Вреальных условиях токи, протекающие по отдельным проводам подвески, зависят от их продольного сопротивления.

Неравномерное распределение токов по проводам подвески происходит и в момент прохода токоприемника между двумя поперечными соединителями, когда потребляемый электровозом ток протекает только по контактным проводам. Значительное влияние на локальный нагрев оказывает местный износ контактного провода. При отрицательных температурах окружающей среды подвеска имеет ресурс по тепловому режиму. В этом случае расчет может быть проведен по методике, изложенной в литературе /5/.

9.Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети

Вэкономическом 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:

где Сэ – эксплуатационные расходы; Ен −коэффициент экономическойэффективностикапитальныхвложений, равный0,15;

К − капитальные вложения в контактную сеть рассматриваемого варианта.

где α − амортизационные отчисления, составляющие 4,6 % от капитальных затрат; Са − стоимость 1 кВт·ч активной энергии (принять равной 1–1,5 руб);

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

17

Величины Са, Скп, Кпс и Кппс 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 значениям 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 Uбу за время хода поезда под током: для участка постоянного тока

18

В формулах 10.1 – 10.2:

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

Uбу − падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время θ0/3, определяемое из кривой Uбу = f(t);

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

Коэффициент 1,11 введён для перехода к потере действующего напряжения. Величина Uбу определяется из кривой Uбу=f(t) (рис. 10.2).

Мгновенные значения потери напряжения для сечений

θ/6 θ/6

Блок

участок t = θ/3

Рис.10.2. Пример определения падения напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время θ0/3

Для построения кривой Uбу = 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:

где l − длина межподстанционной зоны;

lk − расстояние от расчетной тяговой подстанции до расчетного поезда;

20