Расчёт системы электроснабжения электрической железной дороги

ВВЕДЕНИЕ



Вся совокупность устройств, начиная от генератора электростанции и кончая тяговой сетью, составляет систему электроснабжения электрифицированных железных дорог. От этой системы питаются электрической энергией, помимо собственно электрической тяги (электровозы и электропоезда), также все нетяговые железнодорожные потребители и потребители прилегающих районов. Поэтому электрификация железных дорог решает не только транспортную проблему, но и способствует решению важнейшей народнохозяйственной проблемы – электрификации всей страны.

Главные преимущества электрической тяги перед автономной (имеющей генераторы энергии на самом локомотиве) определяются централизованным элекроснабжением и сводятся к следующему:

		Производство электрической энергии на крупных электростанциях приводит, как всякое массовое производство, к уменьшению её стоимости, увеличению их к.п.д. и снижению расхода топлива.

		На электростанциях могут использоваться любые виды топлива и, в частности, малокалорийные – нетранспортабельные (затраты на транспортировку которых не оправдываются). Электростанции могут сооружаться непосредственно у места добычи топлива, вследствие чего отпадает необходимость в его транспортировке.

		Для электрической тяги может использоваться гидроэнергия и энергия атомных электростанций. 

		При электрической тяге возможна рекуперация (возврат) энергии при электрическом торможении.

		При централизованном элетроснабжении потребная для электрической тяги мощность практически не ограничена. Это даёт возможность в отдельные периоды потреблять такие мощности, которые невозможно обеспечить на автономных локомотивах, что позволяет реализовать, например, значительно большие скорости движения на тяжелых подъёмах при больших весах поездов.

		Электрический локомотив (электровоз или элктровагон) в отличие от автономных локомотивов не имеет собственных генераторов энергии. Поэтому он дешевле и надёжнее автономного локомотива.

		На электрическом локомотиве нет частей, работающих при высоких температурах и с возвратно-поступательным движением (как на паровозе, тепловозе, газотурбовозе), что определяет уменьшение расходов на ремонт локомотива.

Преимущества электрической тяги, создаваемые централизованным электроснабжением, для своей реализации требуют сооружения специальной системы электроснабжения, затраты на которую, как правило значительно превышают затраты на электроподвижной состав. Надёжность работы электрифицированных дорог зависит от надёжности работы системы электроснабжения. Поэтому вопросы надёжности и экономичности работы системы электроснабжения существенно влияют на надёжность и экономичность всей железной дороги в целом.


РЕФЕРАТ



В данном курсовом проекте произведён расчёт системы электроснабжения электрической железной дороги, а именно 2-х путного участка, электрифицированного на однофазном токе промышленной частоты. Определена мощность и количество тяговых трансформаторов одной ТП, определено экономическое сечение проводов контактной сети, рассчитаны годовые потери в контактной сети, для раздельной и узловой схемы, произведен технико-экономический расчет для сравнения схем. произведен расчет среднего уровня напряжения в контактной сети, рассчитаны минимальные токи короткого замыкания и выбрана защита расчетного участка от тока короткого замыкания, а также рассчитано реактивное электpопотpебление расчетной тяговой подстанции, мощность установки параллельной компенсации и её параметры.


ЗАДАНИЕ



Определить мощность тяговой подстанции, выбрать мощность и количество тяговых трансформаторов

Определить экономическое сечение проводов контактной сети межподстанционной зоны для раздельной и узловой схемы питания

Рассчитать годовые потери электрической энергии в контактной сети для этих схем

4. Провести проверку выбранного сечения проводов контактной сети по нагреву

Провести технико-экономический расчет для сравнения раздельной и узловой схем питания

Для схемы раздельного питания произвести расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном перегоне и блок участке при максимальном использовании пропускной способности

Рассчитать перегонную пропускную способность с учетом уровня напряжения

Рассчитать минимальный ток к.з. и максимальные рабочие токи двух схем питания, выбрать схемы защит контактной сети от коротких замыканий

Составить принципиальную схему питания и секционирования контактной сети расчетного участка

Рассчитать реактивное электpопотpебление расчетной тяговой подстанции, мощность установки параллельной компенсации и ее параметры


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ



Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами

Типы тяговых подстанций II и III;

Расположение тяговых подстанций:

ТП №1 L1 = 18 км;

ТП №2 L2 = 62 км;

Тип дороги – магистральная;

Число путей - 2

Тип рельсов - P65

Размеры движения:

Число пар поездов в сутки: 75

 Минимальный межпоездной интервал θo = 10 мин;

Твх = 3 ч;

Номинальное напряжение тяговых подстанций Uн = 27.5 кВ;

Продолжительность периода повышенной интенсивности движения: 

Tвос=1,7 часа;

Трансформаторная мощность районных потребителей S =5 МВА;	

 Мощность короткого замыкания на вводах подстанции Sкз = 700 МВА;

Эквивалентная температура в весенне-летний период и температура в период повышенной интенсивности движения после окна: θc = 25ºС; θo = 15ºС;

Длительность весенне - летнего периода nвл = 230 суток;

Амортизационные отчисления:

а) Контактная сеть ак = 4,6 %;

б) Посты секционирования ап= 5,5 %;


1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ И КОЛИЧЕСТВА ТЯГОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ



1.1 Определение средних и эффективных значений тока поезда, фидеров контактной сети тяговой подстанции



а) строим зависимость тока поезда от времени и расстояния In(l),In(t);

б) располагаем тяговые подстанции;

в) строим векторные диаграммы напряжений тяговых подстанций

г) определяем поездные токи на каждом километре в четном и нечетном направлении по зависимости поездного тока от расстояния In(l) 

Методика расчета токов фидеров контактной сети:

Для одностороннего питания ток поезда полностью равен току фидера: Iф = Iп. Для двухстороннего питания ток поезда распределяется между фидерами смежных подстанций обратно пропорционально расстояниям:





 (1)

Рис.1



Кривые поездного тока раскладываем по фидерам смежных подстанций четного и нечетного пути по формулам (1) для схемы раздельного питания пути и заносим в таблицу 1.

По данным таблицы 1 строим кривые токов фидеров расчетной тяговой подстанции Iф(l), разложенная кривая поездного тока. По разложенной кривой поездного тока определяем средние и эффективные токи фидеров контактной сети и другие числовые характеристики расчетной тяговой подстанции. Также выбираем самую загруженную межподстанционную зону, и производим расчет средних и эффективных токов четного и нечетного пути.



Таблица 1. Поездной ток по километрам четного и нечетного пути и фидеров тяговых подстанций

Расстояние

 от ТП, км

Iнечет

Поезда, А 

Iчет

поезда, А 

ТП1

ТП2







Iф1,А

Iф2,А

Iф5,А

Iф4,А

Iф1,А

Iф2,А

Iф5,А

Iф4,А

0

0

120

0

120













1

0

280

0

280













2

160

320

160

320













3

180

280

180

280













4

180

330

180

330













5

180

330

180

330













6

180

330

180

330













7

180

330

180

330













8

180

330

180

330













9

180

330

180

330













10

180

330

180

330













11

180

320

180

320













12

180

270

180

270













13

180

240

180

240













14

170

190

170

190













15

200

170

200

170













16

220

160

220

160













17

240

160

240

160













18

270

160

270

160













19

300

160





156

300

0

4





20

300

160





153

293

7

7





21

300

160





149

286,5

13,5

11





22

320

0





0

298

21

0





23

240

0





0

218

22

0





24

0

120





104

0

0

16





25

160

320





269

135

25

51





26

160

280





229

131

29

51





27

160

240





191

127

33

49





28

200

220





170

154,5

45,5

50





29

210

210





157,5

157,5

52,5

52,5





30

210

200





145,5

153

57

54,5





31

210

200





141

148

62

59





32

210

190





129,5

143

67

60,5





33

210

180





118,5

138,5

71,5

61,5





34

210

170





108

133,5

76,5

62





35

210

165





101

129

81

64





36

210

160





94,5

124

86

65,5





37

210

160





91

119

91

69





38

230

230





125,5

125,5

104,5

104,5





39

200

260





136

104,5

95,5

124





40

190

270





135

95

95

135





41

170

270





129

81

89

141





42

150

270





123

68

81

147





43

140

270





116,5

60,5

79,5

153,5





44

140

270





110,5

57

83

159,5





45

140

270





104,5

54

86

165,5





46

140

270





98

51

89

172





47

140

270





92

47,5

92,5

178





48

140

270





86

44,5

95,5

184





49

140

270





80

41,5

98,5

190





50

200

240





65,5

54,5

145,5

174,5





51

240

200





50

60

180

150





52

240

190





43

54,5

185,5

147





53

240

190





39

49

191

151





54

240

190





34,5

43,5

196,5

155,5





55

230

190





30

36,5

193,5

160





56

230

190





26

31,5

198,5

164





57

230

190





21,5

26

204

168,5





58

230

180





16,5

21

209

163,5





59

220

180





12

15

205

168





60

220

180





8

10

210

172





61

0

180





4

0

0

176





62

0

200





0

0

0

200





63

0

250













250

0

64

0

280













280

0

65

0

280













280

0

66

0

280













280

0

67

0

280













280

0

68

0

280













280

0

69

0

240













240

0

70

0

200













200

0

71

0

200













200

0

72

0

200













200

0

73

160

200













200

160

74

170

200













200

170

75

170

150













150

170

76

190

150













150

190

77

200

150













150

200

78

200

150













150

200

79

200

150













150

200

80

200

150













150

200



Методика расчета:

Кривая разложенного и неразложенного тока разделяется на отрезки 40-60 А.

Определяются средние токи отрезков  и .

Определяется время движения на этом участке, ti

Определяется произведение [Амин],  [А²мин].

По сумме этих произведений определяется средний ток и значение квадрата тока.

,А (2)

,А 	 (3)

, А (4)

где Iсрi – среднее значение тока за рассматриваемый промежуток времени ti;

t – время хода поезда по фидерной зоне; 

Результаты расчетов по формулам (2), (3) и (4) заносим в таблицы 2 и 3.


Таблица 2.1. Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного тока фидера №2 расчётной тяговой подстанции

Iф2

 I,A

ti

Iср

Iср²

Iср*t

 Iсp²*t

0-120

0

0

0

0

0

120-160

1,2

140

19600

168

23520

160-220

7,05

190

36100

1339,5

254505

220-280

3,35

250

62500

837,5

209375

280-330

13,4

305

93025

4087

1246535



25



6432

1733935



А;

А2;

А.



Таблица 2.2. Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного тока фидера №1 расчётной тяговой подстанции

Iф1

  I,A

ti

Iср

Iср²

Iсрt

 Iсp²t

120-160

0,6

140

19600

84

11760

160-200

17,4

180

32400

3132

563760

200-240

3,0

220

48400

660

145200

240-270

1,5

255

65025

382,5

97537



22,5



4258,5

818257,5



А;

А2;

А.


Таблица 2.3. Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного тока фидера №5 расчётной тяговой подстанции

Iф5

 I,A

ti

Iср

Iср²

Iсрt

Iсp²t

0-60

11,3

30

900

339

10170

60-100

9,7

80

6400

776

62080

90-100

4,6

95

9025

437

41515

100-136

10,8

118

13924

1274,4

150379,2

100-160

12

130

16900

1560

202800

160-220

3,5

190

36100

665

126350

220-270

2

245

60025

490

120050



53,9



5541,4

713344,2



А;

А2;

А.



Таблица 2.4. Исходная информация и расчёт среднего и эффективного поездного тока фидера №4 расчётной тяговой подстанции

Iф4

  I,A

ti

Iср

Iср²

Iсрt

 Iсp²t

160-160

15,70

160

25600

2512

401920



15,70



2512

401920



А;

А2;

160 А.


Таблица 3.1. Исходная информация и расчет среднего и эффективного поездного тока для наиболее загруженной межподстанционной зоны для четного направления.

четная

 I,A

ti

Iср

Iср²

Iсрt

 Iсp²t

310-260

1,20

285

81225

342

97470

260-300

1,10

280

78400

308

86240

300-300

6,80

300

90000

2040

612000

300-240

3,00

270

72900

810

218700

240-180

2,90

290

84100

841

243890

180-160

0,80

170

28900

136

23120

160-160

3,70

160

25600

592

94720

0-0

1,50

0

0

0

0

160-160

9,50

160

25600

1520

243200

160-200

1,20

180

32400

216

38880

200-260

1,90

230

52900

437

100510

260-260

2,85

260

67600

741

192660

260-200

2,90

230

52900

667

153410

200-200

8,20

200

40000

1640

328000

200-180

1,10

190

36100

209

39710



48,65



10499

2E+06



А;

А2;

225.4 А.



Таблица 3.2. Исходная информация и расчет среднего и эффективного поездного тока для наиболее загруженной межподстанционной зоны для нечетного направления.

нечетная

 I,A

ti

Iср

Iср²

Iсрt

Iсp²t

160-160

7,5

160

25600

1200

192000

160-220

1,90

190

36100

361

68590

220-220

17,20

220

48400

3784

832480

220-160

2,40

190

36100

456

86640

160-160

4,70

160

25600

752

120320

160-200

1,00

180

32400

180

32400

200-240

0,90

220

48400

198

43560

240-240

9,70

240

57600

2328

558720



45,3



9259

2E+06



А;

А2;

206.7 А.



Для токов фидеров рассчитываем следующие числовые характеристики: среднее квадратичное отклонение тока фидера



 (5)



коэффициент эффективности	



 (6)



коэффициент вариации	



	 (7)



Результаты вычислений, полученные по формулам (5), (6) и (7) заносим в таблицы 4 и 5.

Таблица 4.	Числовые характеристики поездного тока фидеров расчетной тяговой подстанции и времени хода по межподстанционной зоне.

фидер

Iсp, А

Iэ², А²

Iэ, А

Kэ

I

Kv

t хода

Iф2

96,2

13028,9

114,1

1,19

61,49

0,64

48,40

Iф1

69,9

6094,6

78,1

1,12

34,68

0,50

29,00

Iф5

210,8

45359,5

213,0

1,01

30,40

0,14

16,3

Iф4

160,0

25600,0

160,0

1,00

0,00

0,00

15,70



Таблица 5. Числовые характеристики тока четного и нечетного пути наиболее загруженной межподстанционной зоны, время хода по межподстанционной зоне и электpопотpебления в зоне.

путь

Iсp, А

Iэ², А²

Iэ, А

Kэ

I

Kv

tхода

tпотр.

чет.

215,8

50822,4

225,4

1,04

65,21

0,30

48,65

47,15

нечет.

204,4

42708,8

206,7

1,01

30,49

0,15

45,30

45,30



1.2 Определение средних токов фидеров контактной сети для расчетных режимов расчетной тяговой подстанции



Исходными данными для расчёта нагрузок фидеров и подстанций, а также для расчёта потерь мощности и проверки контактной сети по уровню напряжения, являются средние и эффективные значения поездного тока фидеров. Зная средние и эффективные значения поездного тока, отнесенного к фидеру, можно найти средние и эффективные токи фидера от всех нагрузок. Для этого воспользуемся формулами, которые справедливы для однотипных поездов:

для средних токов:



, А; (8)



для эффективных:

при двустороннем питании:



,А (9)



где nф=t/θo - наибольшее число поездов в межподстанционной зоне;

t - время хода поезда, мин;

N - число поездов в сутки;

No - пропускная способность (пар поездов в сутки).



Расчетные режимы определяются процессами нагревания трансформаторов. Поэтому нагрев масла определяем для режима сгущения, то есть для периода составления нормального графика движения после окна. Постоянная времени и обмоток 6 - 8 мин, поэтому максимальная температура определяется максимальным нагревом трансформатора, который может возникнуть при максимальной пропускной способности. Пропускная способность определяется прохождением числа поездов в сутки. При выборе мощности трансформатора рассмотрим три режима:	

Заданное количество поездов:

Коэффициент использования пропускной способности:



, (10)



где No = 1440 / θo; (11)

No - пpопускная способность, пар поездов в сутки;

θo - минимальный межпоездной интеpвал, мин;

Согласно исходным данным:



Nзад = 100 паp/сут;

θo = 8 мин;	



Используя выражение (11) получим:



No = 1440 / θo = 180 пар поездов;



Согласно выражению (10) получим:



= 0,556;



Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для заданного режима занесём в таблицу 6.



Таблица 6. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции при заданном режиме

фидер

Iф, А

Iфэ², А²

Iфэ, А 

Kэ 

I 

Kv 

nф

 Iф2

325,9

141863

376,6

1,16

188,82

0,58

6,1

 Iф1

139,9

28572

169,0

1,21

94,87

0,68

3,6

 Iф5

234,2

85486

292,4

1,25

175,03

0,75

2,0

 Iф4

177,8

48461

220,1

1,24

129,80

0,73

2,0



Режим сгущения:



0.9; (12)

Nсг = N0 0.9= 1800.9 = 162 пары поездов.



Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для режима сгущения занесём в таблицу 7.


Таблица 7. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции в режиме сгущения

фидер

Iф, А

Iфэ², А²

Iфэ, А

Kэ

I

Kv

nф

Iф2

527,9

313174

559,6

1,06

185,60

0,35

6,1

Iф1

226,6

58662

242,2

1,07

85,50

0,38

3,6

Iф5

379,4

156853

396,0

1,04

113,50

0,30

2,0

Iф4

288,0

89088

298,5

1,04

78,38

0,27

2,0



Режим максимальной пропускной способности:



 1 (13)

Nmax = N0 1= 1801 = 180 пар поездов.



Средние и эффективные токи фидеров, определённые по формулам (8) и (9) для режима максимальной пропускной способности занесём в таблицу 8.



Таблица 8. Числовые характеристики токов фидеров контактной сети расчётной тяговой подстанции в режиме максимальной пропускной способности

фидер

Iф, А

Iфэ², А²

Iфэ, А 

Kэ 

I 

Kv 

nф

 Iф2

586,6

374860

612,3

1,04

175,37

0,30

6,1

 Iф1

251,8

69171

263,0

1,04

75,98

0,30

3,6

 Iф5

421,6

180206

424,5

1,01

49,64

0,12

2,0

 Iф4

320,0

102400

320,0

1,00

0,00

0,00

2,0




1.3 Определение средних и эффективных токов плеч питания расчетной тяговой подстанции



После определения средних нагрузок фидеров тяговой подстанции определим нагрузки плеч питания.

Для двухпутного участка будем иметь средние токи плеч:



 (14)



квадраты эффективных токов плеч:



 (15)



Результаты расчётов для трех режимов, полученные по формулам (14) и (15) сведем в таблицу 9.



Таблица 9. Числовые характеристики токов плеч питания расчётной тяговой подстанции

Режим

Плечи

Iсp, А

Iэ² ,А²

Iэ, А 

Kэ 

I 

Kv 

Заданный

 = 0,556

I

412,0

214396

463

1,12

211,3

0,51



II

465,8

264454

514

1,10

217,9

0,47

Сгущения

сг = 0,9

I

667,4

487228

698

1,05

204,3

0,31



II

754,6

588447

767

1,02

137,9

0,18

макс.

max =1

I

741,6

586498

766

1,03

191,1

0,26



II

838,4

705378

840

1,00

49,6

0,06




1.4 Определение расчетных токов трансформатора. Эквивалентный эффективный ток по нагреву масла



Нагрев масла в трёхфазном трансформаторе будет определяться потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке будут неодинаковы. Эквивалентный эффективный ток по нагреву масла определяем при заданных размерах движения, режима сгущения и для режима максимальной пропускной способности по формуле:



, А2; (16)



Для проверки температуры обмотки должен быть найден эффективный ток обмотки при максимальных и заданных размерах движения:



, А2; (17) 

, А2; (18)

, А2; 	 (19)



Из трех токов выбираем максимальный.



Заданный режим

Используя выражение (16) получим:



 А2;

А;


Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:



 А2;

 А2; А2;



За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.



Режим сгущения:

Используя выражение (16) получим:



 А2;

А;



Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:



 А2;

 А2; А2;



За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.

3. Максимальный режим

Используя выражение (16) получим:



 А2;

А;



Согласно формулам (17), (18) и (19) получим:



А2

А2; А2;



За расчётный ток принимаем ток второй обмотки, так как он имеет наибольшее значение: А.



1.5 Расчет мощности трансформатора



1.5.1 Основной расчет

Для расчета трансформаторной мощности выбираем по каталогу мощность трансформаторов Sн по каталогу в качестве базовой Sн= 2 x 40 =80 МВА;

Мощность трансформаторов, необходимую для питания тяги определим по формуле:



 , МВА (20)

где Kу= 0.97 – коэффициент участия в максимуме районной нагрузки.

Sp.pасч – мощность районных потребителей; согласно исходным данным:

Sp.pасч = 10 МВА;



Мощность тяги

Используя выражение (20) получим:



 МВА.



По мощности Sнт определим соответствующий ей номинальный ток для двух трансформаторов:



, А (21)



где Uш – напряжение на шинах тяговой подстанции Uш = 27.5 кВ;



Согласно выражению (21) будем иметь:



А.



Кратность нагрузки по обмоткам трансформатора

1. Для заданного количества поездов



; (22)


где Iэо - эквивалентный ток обмотки по нагреву масла для заданного режима, А;		Используя выражение (22) получим:



;



2. Для режима сгущения



; (23)



где Iэсг - эквивалентный ток обмотки по нагреву масла для режима сгущения, А;

Используя выражение (23) получим:



;



Для максимального режима



, А (24)



Если Kmax  1,5 , то надо выбирать следующий по шкале более мощный трансформатор.

Используя выражение (24) получим:



;

Мощность трансформатора выбираем по средней интенсивности относительного износа витковой изоляции и проверяем по максимальной температуре наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоев масла.

Средняя интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:



, (25)



где 



. (26)



где интб - температура наиболее нагретой точки, при которой срок службы трансформатора условно принят за единицу,

интб =980 С;

охлс - температура окружающей среды в период восстановления нормального движения, задается в зависимости от района; согласно исходным данным охлс = =300С

α = 0.115 - коэффициент, определяющий скорость старения изоляции;

итак, 

; (27)

; (28)

В выражении (28)

. (29)

В выражениях (27), (28) и (29):

a, b, g, h - постоянные в выражениях, аппроксимирующие зависимости разности температур обмотка-масло и масло - окружающая среда(они равны: a = 17,7; b = 5,3; g = 39,7; h = 15,3ºC);

to - среднее время хода поезда основного типа по фидерной зоне; to = (48.65+45.3)/120 = 0.78 часа;

τ = 3ч - тепловая постоянная времени масла.

Используя выражение (29) получим:



;



Согласно выражениям (27) и (28) получим:



;





Используя выражение (25) получим:







Так как F1<1 , то по полученной интенсивности износа F1 пересчёт номинального тока производить не надо.	

Если F1>1, то полученной интенсивности износа F1 производится пересчёт номинального тока, то есть находится такой ток, при котором относительная интенсивность износа будет номинальной по формуле:


, (30)



где nсг – число суток с предоставлением окон за год;



nсг =суток.



Выбор мощности трансформатора по току Ioном (в предположении, что износ изоляции обмотки происходит только в период восстановления нормального движения после окна) занижает мощность не более чем на 8%, поэтому необходимая расчетная мощность лежит в пределах [Smin и Smax], которые определяются по формулам:



Smin = Kу( 3 I0номUш + Sp.pасч); (31)

Smax= Kу ( 3KI0ном Uш + Sp.pасч); (32)



где Kу = 0,97 ; K = 1,08.	



Используя выражения (31) и (32) получим:



Smin = Kу( 3 I0номUш + Sp.pасч) = 0.97(3878.827.5 + 10103) = 80025.97 кВА; 

Smax= Kу ( 3KI0ном Uш + Sp.pасч) = 0.97(3878.81.0827.5 + 10103) = 85652.05 кВА;



1.5.2 Уточнённый расчета мощности трансформатора

Коэффициент, учитывающий износ изоляции обмотки за счет нагрева масла в период нормального графика:

;



Более точное значение среднегодового износа находят по формуле:



, ( 33)



где nвл – число суток в весенне-летний период;

nсг – число суток с предоставлением окон;

= 21-2.5 –0.78 = 17.72 часа;

, (34)

где охл0 – эквивалентная температура в весенне-летний период; согласно исходным данным охл0 = 200 С;



Согласно выражению (34) получим:



;



Используя выражение (33) будем иметь:



=0.00314;



Используя выражение (30) произведём пересчёт номинального тока:



= 286.8 А.



Расчётная мощность

Sрасч = Kу( 3 IoномUш + Sp.pасч) = 0.97(3286.827.5 + 10103) = 32649.9 кВА :

или

Sрасч = 3 IoномUш = 3286.827.5 = 23659.7 кВА



Вывод: выбранные трансформаторы по мощности проходят.



1.5.3 Проверка трансформаторов по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла	

Ток, соответствующий располагаемой мощности для тяги определим по формуле:



, А (35) 



Используя выражение (35) получим:



А.



Коэффициент сгущения:



<1.5;



Максимальную температуру масла определим по формуле:



<950 С; (36)

Используя выражение (36) получим:



0С <95 0С;



Максимальная температура обмотки:



<1400 C; (37)



Согласно выражению (37) будем иметь:



<1400 C;



В нормальных условиях заданные размеры движения должны быть обеспечены при работе одного трансформатора



95 0С; (38)

140 0 С; (39)



где I1нт – ток, соответствующий мощности, которая может быть использована для тяги при работе одного трансформатора, который определяется по формуле (21), 

где Sнт 40 МВА.



А.


Согласно выражению (38) получим:



0С  950 С ;



Используя выражение (39) получим:



0 С  1400 С;



Вывод:

Трансформаторы по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла проходят.


2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОДНОЙ МЕЖПОДСТАНЦИОННОЙ ЗОНЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ



Для раздельной схемы питания:

Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:



мм2, (40)



где В0 – годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВтч/Омгод

Энергию потерь по четному и нечетному пути определим по формуле:	



Wт = Iср  Uш  t  Np; (41)



где Np = N / kнд = 100 / 1,15 = 87 пар/сутки;

Uш= 25 кВ;

t – время хода поезда в режиме тяги; tт.чет = 47.15/60 = 0.79 часа;

tт.нечет = 45.3/60 = 0.76 часа;

Iср – средний ток поезда, А.

Согласно выражению (41) получим:

для чётного пути:



Wт.ч = Iср  Uш  t  Np =215.8250.7987=370798.35 кВтч;



для нечётного пути:



Wт.неч = Iср  Uш  t  Np = 204.4250.7687=337873.2 кВтч.

Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:



, кВтч/Омгод. (42)



где  - напряжение контактной сети, кВ (=25 кВ);

Tпер = 8 мин = 8/60 = 0.13 часа.

t – полное время хода поезда по фидерной зоне, час. tт.чет = 48.65/60 = 0.811 часа; tт.нечет = 45.3/60 = 0.76 часа;



Используя выражение (42) получим:

для чётного пути:



451664.59 кВтч/Омгод.



Используя выражение (40) получим:

мм2.



для нечётного пути:



382042.92 кВтч/Омгод.



Используя выражение (40) получим:


284.32 мм2.



Для узловой схемы питания:

Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:



мм2, (43)



Общий расход энергии определим по формуле:



Wт = Wтч + Wтнч; (44)



Согласно выражению (44) получим:



Wт = Wтч + Wтнч =370798.35 + 337873.2 = 708671.55 кВтч.



Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:



 (45)



Используя выражение (45) получим:





Экономическое сечение проводов контактной сети по (43):



мм2.



По результатам расчетов выбираем подвеску М120 + МФ100 + А185; для этой подвески сечение: 



F = 120+100+=328.82 мм²;


3. ПРОВЕРКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО НАГРЕВУ



Для подвески М120 + МФ100 + А185 допустимый ток 1230 А, его нужно сравнить с эффективными токами фидеров контактной сети при режиме максимальной пропускной способности 



Iфэ1 = 263,0 А< 1230 А; Iфэ2 = 612,3 А< 1230 A;

Iфэ5 = 424,5 А< 1230 А; Iфэ4 = 320,0 А < 1230 A;



Вывод: подвеска М120 + МФ100 + А185 по нагреву проходит.


4. ГОДОВЫЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ



Значение потерь энергии определим по формуле:



Wгод = Вo  l  ra; (45)



где l - длина зоны,км; l =40км;

ra - активное сопротивление подвески; для подвески М120 + МФ100 + А185;

ra =0,055 Ом/км;



Согласно выражению (45) получим:



Wг.ч = 451664.59  40  0,055 = 993662.1 кВтч/год;

Wг.неч = 382042.92  40  0,055 = 840494.42 кВтч/год;

Wг.узл = 1443932.86  40  0,094 / 2 = 1588326.15 кВтч/год;	

Wг.разд = 993662.1 +840494.42 = 1834156.52 кВтч/год;


5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПО СРАВНЕНИЮ С РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ



Приведённые ежегодные расходы определим по формуле:



Спр = Е  K + А; (46)

Е = Ен + Еa + Еo;



где Ен = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности;

Еак.с. = 0,046 - амортизационные отчисления на контактную сеть;

Еo = 0,03 - затраты на обслуживание;

Еап.с. = 0,055 - амортизационные отчисления на пост секционирования;

А - стоимость потерь электроэнергии в год;

А = Wгод Kэ, руб; (47)

где Кэ = 0,09 руб/кВтч - стоимость электроэнергии;

для раздельной схемы питания:



Спр.разд = ( Ен + Еак.с. + Еo )  Kкс + А, руб;

Kкс = 13000  40 = 520000 руб;

ΔAразд = 1834156.52  0,09 = 165074,09 руб;

Cпр.разд = (0,12 + 0,046 + 0,03)  520000 + 165074.09 = 266994.09 руб;



для узловой схемы питания



Спр.узл = ( Ен + Еак.с. + Еo )  Kк.с. + ( Ен + Еап.с.+ Е0 )  Kп.с. + А, руб;

Kп.с. = 22000 руб;

ΔAузл = 1588326.15  0,09 =142949.35 руб;

Cпр.узл=(0,12+0,046+0,03)520000+(0,12+0,055+0,03)22000+142949.35 =249379.35 руб;	Спр.узл = 249379.35 руб < Спр.разд = 266994.09 руб;

Кузл =22000 руб > Кразд =0 руб;



Срок окупаемости:



8 лет; (48)



Используя выражение (48) получим:



 8 лет;



Вывод: вариант с узловой схемой наиболее выгоден, так как капиталовложения больше чем у раздельной, но ежегодные приведённые затраты меньше.

Срок окупаемости 1.25 < 8 лет;


6. РАСЧЕТ СРЕДНЕГО УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДО РАСЧЕТНОГО ПОЕЗДА НА УСЛОВНОМ ЛИМИТИРУЮЩЕМ ПЕРЕГОНЕ И БЛОК - УЧАСТКЕ ПРИ ПОЛНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ



6.1 Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном лимитирующем перегоне



Условный перегон находится в середине межподстанционной зоны, если в середине токи маленькие, то условный перегон перемещают в зону с большими токами. В пределах условного перегона выделяется блок участок, равный 1/3 длинны условного перегона. Скорость поезда зависит от выпрямленного напряжения, которое пропорционально среднему за полупериод напряжению переменного тока. Поэтому в первую очередь интересуют именно эти значения напряжения и потерь напряжения.

Расчет потерь напряжения тяговой сети и выпрямленных токов, приведённых к напряжению контактной сети:

Потери напряжения в тяговой сети:



Uc = Uk + Up; 	(49)



где  Uk - потери напряжения в контактной сети до расчетного поезда;

 Uр - то же в рельсах;



Расчет ведется аналогично как и при постоянном токе, поэтому надо привести сопротивление контактной сети и рельсов к постоянному току.



Zкс=0,136 Ом/км - приведённое сопротивление контактной сети для подвески М120 + МФ100 + А185.

, В (50)



где U = 25000 В;

Wkgд = I  t  U - расход энергии на движение расчетного поезда типа g, на к-ом перегоне в двигательном режиме;

tkgд - время потребления тока поезда типа g, на к-ом перегоне в двигательном режиме;



Wg = I  t  U - расход энергии поездами по всей зоне;

m = t / qo - количество поездов в зоне;

 (51)



где WgI и WgII -расход энергии на движение поездов типа g по фидерной зоне, по путям I и II;

WgI(II) = II(II)  tI(II)  U кВтч;



Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле:



Un = 0,9  kэф  хвт  ,В (52)



где кэф = 0,97 - коэффициент эффективности, вводимый для перехода от вы прямленных токов к действующим.

хвт -сопротивление трансформатора и внешней сети, равное:


, Ом.	(53)



где Sн – номинальная мощность подстанции, кВА;

uк =10.5 % -напряжение короткого замыкания трансформатора;

Sкз – мощность короткого замыкания на вводах тяговой подстанции, кВА;

 - угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения, равен 370. 

Iпмax - средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения, равный:



, А 	 (54)



где Iamax, Ibmax - нагрузки плеч определяемые при N = No.



Средний уровень напряжения у ЭПС определим, используя выражение:



U = 0,927500 - Uc - Uni , кВ;	 			(55)



Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне:

Определим по формуле (49):



tI = 0,76 часа ; tkg = 0,13 часа ;	

tII = 0,79 часа ; m = 6 поездов ;

WkgД = 230  0,13  25 = 747.5 кВтч;	

WgI = 204.4  0,76  25 = 3883.6 кВтч;

WgII = 215.8  0,79  25 = 4262.05 кВтч;

l1= 25.5 км; l2 = 7.5 км; l0к = 29 км; lк = 2.33 км.	

Используя выражение (50) получим:





=737.72 В.



Согласно выражению (51) получим:

Потери напряжения в тяговой сети согласно (49):



Uc = Uk + Up = 737.72 + 1546.88= 2284.6 В;



Сопротивление трансформатора и внешней сети определим из выражения (53)



, Ом.



Средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения определим по формуле (54):



, А;



Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле (52):


Un = 0,9  0.97  1.18  =971.12, В



Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне определим, используя выражение (55):



U = 0,927500 - Uc - Uni , кВ = 0,927500 – 2284.6 – 971.12 = 21494.28 В.



Кроме того, необходимо найти среднее значение напряжения за время хода поезда по блок-участку, что при разграничении поездов блок - участками Тпер/3

Потери напряжения на блок-участке определим по формуле:



Uбу = Uk + Up; (56)



Средний уровень напряжения на блок-участке определим по формуле:



Uбу = 27500 - 1,11  (Uбу + Uni);	(57)



где 1,11 - коэффициент для перехода к потери действующего напряжения;

Напряжение на блок - участке должно быть не менее 21 кВ; Uбу 21 кВ;

2. Средний уровень напряжения на блок-участке:



tI = 0,76 часа ; tkg = 0,043 часа ;

tII = 0,79 часа ; m = 6 поездов ;

WkgД = 230  0,04  25 = 230 кВтч;

WgI = 204.4  0,76  25 = 3883.6 кВтч;

WgII = 215.8  0,79  25 = 4262.05 кВтч;



Используя выражение (50) получим:

=800.91 В.



Согласно выражению (51) получим:

Потери напряжения в тяговой сети согласно (56):



Uбу = Uk + Up = 800.91+1762 = 2562.91 В;



Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле (52):



Un = 0,9  0.97  1.18  =971.12, В



Средний уровень напряжения на блок-участке согласно (57):



Uбу = 27500 - 1,11  (Uбу + Uni) = 27500 – 1.11(2562.91+971.12) = 23577.23 В;	

Вывод: напряжение на блок-участке удовлетворяет условию по минимальному уровню напряжения в тяговой сети, то есть Uбу > 21кВ


7. РАСЧЁТ ПЕРЕГОННОЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ С УЧЕТОМ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ



По найденному значению напряжения можно откорректировать минимальный межпоездной интервал и перегонную пропускную способность:



, мин (58) 



где Zэ=12 Ом - приведённое сопротивление ЭПС;

I - средний ток электровоза за tэ, приведённый к выпрямленному напряжению

Пропускная способность определится как



, (59)



Пересчитаем межпоездной интервал и пропускную способность участка по формуле (58):



Iср = 230 A; tэ = 8 мин;

Тпер = 8 мин; Zэ = 12 мин;

мин.



Пропускную способность определим по формуле (59):



пара поездов; пар поездов.


8. РАСЧЁТ МИНИМАЛЬНЫХ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ И МАКСИМАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ТОКОВ ДВУХ СХЕМ ПИТАНИЯ, ВЫБОР СХЕМЫ ЗАЩИТ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ



8.1 Ток короткого замыкания может быть определён:



, А (60)



где Uнк = 25 кВ – номинальное напряжение контактной сети;

lкз - расстояние от тяговой подстанции до места короткого замыкания, км; x и ra - индуктивное и активное сопротивления одного километра тяговой сети, Ом/км;

Максимальный ток фидера определим в предположении что ток фидера составляет сумму тока трогания одного ЭПС и отнесённого к этому фидеру средних токов других ЭПС.

При раздельном питании



Iф max = Iтр + (nф1 - 1)  I1 , А;	(61)



где Iтр - ток трогания по тяговым расчётам, А;



При узловой схеме питания:



Iфmax = Iтр + (nф1 - 1)  + nф2 , А;	 (62)



где nф1, nф2 - максимальное число ЭПС, которое может находится в фидерной зоне четного и нечетного путей.

I1, I2 - средние значения разложенных поездных токов.

Установки защиты должны удовлетворять условиям для ВЛ 80н;



Iтр= 340 А;	кз =1,2;

кв = 0,85;	кч =1,5;

		(63)



1. Расчет для раздельной схемы питания:



Zтс = 0,094 + j0,287 Oм/км;



Согласно выражению (60) определим минимальный ток короткого замыкания:



1473.29 А;



Максимальный ток фидера определим по формуле (61)



Iф max ч = 340 + (6 - 1)  215.8 = 1419 А;

Iф max неч = 340 + (6 - 1)  204.4 = 1362 А;



Ток уставки защиты определим по формуле:



, А 	 (64)


Согласно выражению (64) получим:



А;

Iкmin =1473.29 А< кч  Iуст = 3004.94 А условие не выполняется



Максимальной токовой защиты не достаточно, необходимо снабдить схему электронной защитой фидера.



2. Расчет для узловой схемы питания



Zтс=(0,094+j0,287) Ом/км;



Согласно выражению (60) определим минимальный ток короткого замыкания:



2279.1 А;	



Максимальный ток фидера определим по формуле (62):



Iф max ч = 340 + (6 - 1)  + 6 = 1491.7 А;

Iф max неч = 340 + (6 - 1)  + 6  = 1497.2 А;



Ток установки защиты определим по формуле (64):



А;

Iкmin =2279.1 А< кч  Iуст = 3170.54 А; условие не выполняется



Максимальной токовой защиты не достаточно, необходимо снабдить схему электронной защитой фидера.



8.2 Расчет уставок электронной защиты фидера ТП



Первая ступень защиты - ненаправленная дистанционная защита является основной и отключает без выдержек времени в пределах 80-85% зоны. При коротком замыкании рядом с шинами подстанции предусмотрен автоматический перевод первой ступени защиты в режим токовой отсечки. Этот перевод обусловлен понижением напряжения на шинах тяговой подстанции до определённого уровня. Вторая ступень защиты - направленная защита с выдержкой времени 0,5 сек. Она резервирует первую ступень защиты. Во второй ступени используется фазовый орган, который ограничивает характеристику срабатывания реле в заданном диапазоне. 

Расчет установок электронной защиты

Определение сопротивления тяговой подстанции



, Ом (65)



Сопротивление срабатывания первой ступени защиты



Zcpi = kотс  Zвхi , Ом; (66)



где kотс = 0,8 - коэффициент отстройки

Zвхi - входные сопротивления в конце защищаемой зоны, Ом;



Zвх = Z1  l ,Ом; 	(67)

Z1 - сопротивление одного пути двухпутного участка.



Выбранное сопротивление Zсрi проверяется на селективность по отношению к токам нагрузки:



	(68)



где Zнmin - минимальное сопротивление нагрузки, Ом;



Ом; 		(69)



где кв = 0,9; кн = 1,2; Upmin = 25 кВ;



При понижении напряжения на шинах тяговой подстанции ненаправленная дистанционная защита переводится в режим токовой отсечки.

Напряжение перевода:



, В; (70)



где Ukmin- минимальное напряжение при коротком замыкании в конце линии;



, В ; (71)

Umin = 0,9  27500 = 24750 В;

где Z2 - сопротивление двухпутного участка при соединении контактных подвесок, Ом;

Ток срабатывания отсечки:



Iсзуто= кн  Iкзmax;	(72)



где Iкзmax - максимальный ток короткого замыкания, протекающий через фидер;



, А; (73)

Umax = 1,05  27500 = 28875 В;



Выбранное значение Iсзуто проверяется:



; (74)



Сопротивление срабатывания направленной дистанционной защиты(вторая ступень)



Zсз|| = kч  Zкзmax;	(75)



где Zкзmax - максимальное сопротивление при коротком замыкании на шинах смежной подстанции;



Zкзmax = 2  (Z2  lca + Z1  lсв), Ом;	(76)



Расчет:

Определяем сопротивление тяговой подстанции и внешней сети по формуле (65) :



5.07 Ом;

Z1 =Z2 == 0.302 Ом;



Согласно выражению (67): 



Zвх = 0,302  20 = 6,04 Ом;



Сопротивление срабатывания первой ступени защиты определим по формуле (66)



Zсзi = 0,8  6,04 = 4,832 Ом;



Выбранное сопротивление проверяем на селективность по отношению к токам нагрузки фидера, используя выражение (68)

Минимальное сопротивление определим по формуле (69):



Zнmin = 25000 / 1497.2 = 16,7 Ом;

5,1012,525 Ом;



Минимальное напряжение при коротком замыкании в конце линии по формуле(71):



В;

Напряжение перевода в токовую отсечку по формуле (70):

Uсзто = 6727.72 / 1,2 = 5606.43 В;



Максимальный ток короткого замыкания в конце линии по формуле (73):



А;



Ток срабатывания токовой отсечки по формуле (72):



Iсзуто= кн  Iкзmax = 1.2  2599 = 3118.8 А ;



Проверяем ток срабатывания защиты на селективность по отношению к токам нагрузки по формуле (74):







Условие выполняется



Сопротивление срабатывания второй ступени защиты. Максимальное сопротивление короткого замыкания на шинах смежной подстанции определим по формуле (76):



Zкзmax = 2  (0,302  20 + 0,302  20) = 24.16 Ом;



Сопротивление срабатывания второй ступени защиты по формуле (75):



Zсз|| = 24,16  1,5 = 36,24 Ом;

Вывод: электронная защита фидера контактной сети полностью удовлетворяет условиям нормальной работы, так как она надёжно отстроена от минимального сопротивления нагрузки и максимальных токов нагрузки фидеров для узловой схемы.


9. РАСЧЕТ РЕАКТИВНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ, МОЩНОСТЬ УСТАНОВКИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ И ЕЁ ПАРАМЕТРЫ





Рис.2. Схема включения компенсирующей установки на тяговой подстанции.



Q = UIsin(37º)

P = UI cos(37º)



9.1 Определение реактивной мощности плеч питания:



Q| = 27,5  412  sin(37º) = 6818.56 кВАр;

Q|| = 27,5  465.8  sin (37º) = 7708.95 кВАр;



9.2 Определение активной мощности плеч питания



P| = 27,5  412  cos(37º) = 9048.54 кВт;

P|| = 27,5  465.8  cos(37º) = 10230.12 кВт;



9.3. Определение экономического значения реактивной мощности



tg(φэ) = 0,25

Qэ = tg(φэ)P кВАр

Qэ| = 0,25  9048.54 = 2262.135 кВАр;

Qэ|| = 0,25  10230.12 = 2557.53 кВАр;



9.4 Мощность, подлежащая компенсации



Qку = Q - Qэ

Qку| = 6818.56 – 2262.135 = 4556.425 кВАр

Qку|| = 7708.95 – 2557.53 = 5151.42 кВАр;	



9.5 Ориентировочное значение установленной мощности КБ



Qуст = Qку / kg; 

kg = 0,5;

Qуст| = 2  4556.425 = 9112.85 кВАр;

Qуст|| = 2  5151.42 = 10302.84 кВАр;



9.6 Количество последовательно включенных конденсаторов:



M = [ Uтс / Uкн ]  1,1  1,05  1,15  1,15



где 1,1 - коэффициент, учитывающий номинальный разброс;

Uкн - номинальное напряжение 1-го конденсатора = 1,05 кВ;

1,15 – коэффициент, учитывающий увеличение напряжения на КБ от индуктивности защитного реактора;

1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев конденсаторов токами внешних гармоник и солнечной радиации;



М = 27500 / 1050  1,53 = 40 шт;


9.7 Мощность одной последовательной цепи



Q1уст = 40  (50 , 60 , 75 , 125) = 2000 , 2400 , 3000 , 5000 кВАр;



Количество параллельных ветвей в КБ:



N = Qуст / ( Qкн  M )





I плечо

II плечо

 50

 60

 75

125

N = 9112.85 / 2000 = 4,556 = 5 шт;

N = 9112.85 / 2400 =3.797 = 4 шт;

N = 9112.85 / 3000 =3.038 = 3 шт;

N = 9112.85 / 5000 = 1.823 = 2 шт;

N = 10302,84 / 2000 = 5.151 = 6 шт;

N = 10302,84 / 2400 = 4.293 = 5 шт;

N = 10302,84 / 3000 = 3.434 = 4 шт;

N = 10302,84 / 5000 = 2.061 = 3 шт;



125 N = 2 шт.

50 N = 5 шт.



Для 1-ого плеча питания: КЭК - 1,05 -125

Для 2-ого плеча питания: КЭК - 1,05 -125



9.8 Параметры КБ:



Iкн = Qкн / Uкн;

Xкн = Uкн² / Qкн;

;

Хкб = Хкн  М / N;

Cкб = Скн  N / M;



I плечо

II плечо

Iкн = 125000 / 1050 = 119,0 A;

Xкн=1050² / 125000 = 8,82 Oм;

	мкФ;

 Xкб = 8,82  40 / 2 = 176,40 Ом;

Cкб = 360,9  2 / 40 = 18,0 мкФ;

 Ikн= 75000 / 1050 = 71.43 A;

Xкн=1050² / 75000 = 14.7 Oм;

мкФ;

Xкб = 14.7  40 / 4 = 147 Ом;

Скб = 147  4 / 40 = 14.7 мкФ;



9.9 Индуктивность реактора:



I плечо

II плечо

;

LPср = (LP1 + LP2) / 2 ;

;

 мГн;

LРср = (83,3+ 77.2) / 2 = 80,25 мГн;







;

;

LРср = (101.962+ 94.549) / 2 = 98.255 мГн;

	Lзр - 1 - 107 2 - 99 3 - 91 4 - 83 5 - 75

Выбираем один реактор с L = 83мГн и положением ПБВ в 4 ступени:

Гц;



Выбираем один реактор c L =99 мГн и 

положением ПБВ в 2 ступени:

 Гц;



9.10 Параметры КУ:



Xзр = 2f  Lзр

Хку = Хкб - Хзр;

;

;

Qуст = Qкб  М  N;



I плечо

II плечо

Хзр = 2π  50  83 / 1000 = 26.08 Ом;

Хку = 176,40 - 26,08 = 150,32 Ом;

Iку = 27500 / 150,32 = 182.94 А;

Qп = 27,5² / 150,32 = 5.03 МВАр;

Qуст = 125  40  2 / 1000=10 МВАр;

Хзр = 2π  50  99 / 1000 = 31.1 Ом;

Хку = 147 – 31.1 = 115.9 Ом;

Iку = 27500 / 115.9 = 237.27 А;

Qп = 27,5² / 115,9 = 6.53 МВАр;

Qуст = 50  40  5 / 1000 =10 МВАр;



9.11 коэффициент использования КБ



kq = Qп / Qуст

Iикб = Iкб  N

kи = Iикб / Iку	

Uакб = M  Uкн

Uкб = Iикб  Хкб



I плечо

II плечо

kq = 5.03 / 10 = 0.503;

Iикб = 119.0  2 = 238 А;

kи = 238 / 182.94 = 1.3;

Uакб = 40  1050 = 42000 В;

Uкб = 238  176.40 = 41983.2 В;

kq = 6.53 / 10 = 0.653;

Iикб = 71,43  5 = 357.15 А;

kи = 357.15 / 237.27 = 1.5;

Uакб = 40  1050 = 42000 В;

Uкб = 357.15  147 = 52501.05 В;



9.12 Увеличение напряжения в точках включения



, Ом;

 Ом;

U = Iикб Хсум

ΔU| = 238  1.15 = 273.7 В;

ΔU|| = 357.15  1.15 = 410.72 В;

Определение стоимости активной и реактивной энергии за год



Wp =(9048.5 + 10230.12)  8760 = 168 880 711.2 кВтч;	

cp = 0.09 руб/кВтч;

Cp = 168 880 711.2  0.95  0.09 = 14 439 300.81 руб;

Wq = (6818.56 + 7708.95)  8760 = 127 260 900.0 кВАр;

cq = 0.09  0.1 = 0.009 руб/кВтч

Cq = 127 260 900.0  0.95  0.009 = 1 571 382.5 руб



Стоимость реактивной энергии скомпенсированной с помощью установок компенсации: 



Сqк = (4556.425 + 5151.42 )  0,95  8760  0,009 = 727 098.17 руб


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



1. Марквардт К.Г. "Электроснабжение электрифицированных ж.д." М.: "Транспорт"

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. М.: " Транспорт" 1980 г.

3. Справочник по электроснабжению железных дорог под редакцией Марквардта К.Г.

4. Задание на курсовой проект с методическими указаниями "Электроснабжение электрических железных дорог", Москва – 1990.





1