Вывод:
Трансформаторы по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла проходят.
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, кВт×ч/Ом×год
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 =215.8×25×0.79×87=370798.35 кВт×ч;
для нечётного пути:
Wт.неч = Iср × Uш × t × Np = 204.4×25×0.76×87=337873.2 кВт×ч.
Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:
, кВт×ч/Ом×год. (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:
451664.59 кВт×ч/Ом×год.
Используя выражение (40) получим:
мм2.
382042.92 кВт×ч/Ом×год.
284.32 мм2.
Для узловой схемы питания:
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 кВт×ч.
(45)
Используя выражение (45) получим:
Экономическое сечение проводов контактной сети по (43):
По результатам расчетов выбираем подвеску М120 + МФ100 + А185; для этой подвески сечение:
F = 120+100+=328.82 мм²;
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.
Значение потерь энергии определим по формуле:
DWгод = 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:
DWг.ч = 451664.59 × 40 × 0,055 = 993662.1 кВт×ч/год;
DWг.неч = 382042.92 × 40 × 0,055 = 840494.42 кВт×ч/год;
DWг.узл = 1443932.86 × 40 × 0,094 / 2 = 1588326.15 кВт×ч/год;
DWг.разд = 993662.1 +840494.42 = 1834156.52 кВт×ч/год;
Приведённые ежегодные расходы определим по формуле:
Спр = Е × K + DА; (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;
DА - стоимость потерь электроэнергии в год;
DА = DWгод× Kэ, руб; (47)
где Кэ = 0,09 руб/кВт×ч - стоимость электроэнергии;
для раздельной схемы питания:
Спр.разд = ( Ен + Еак.с. + Еo ) × Kкс + DА, 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. + DА, 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;
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:
DUc = DUk + DUp; (49)
где D Uk - потери напряжения в контактной сети до расчетного поезда;
D 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 кВт×ч;
Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле:
DUn = 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, кВ×А;
uк =10.5 % -напряжение короткого замыкания трансформатора;
Sкз – мощность короткого замыкания на вводах тяговой подстанции, кВ×А;
j - 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 = 0,9×27500 - DUc - DUni , кВ; (55)
1. 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 кВт×ч;
WgI = 204.4 × 0,76 × 25 = 3883.6 кВт×ч;
WgII = 215.8 × 0,79 × 25 = 4262.05 кВт×ч;
l1= 25.5 км; l2 = 7.5 км; l0к = 29 км; lк = 2.33 км.
Используя выражение (50) получим:
Согласно выражению (51) получим:
Потери напряжения в тяговой сети согласно (49):
DUc = DUk + DUp = 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):
DUn = 0,9 × 0.97 × 1.18 × =971.12, В
Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне определим, используя выражение (55):
U = 0,9×27500 - DUc - DUni , кВ = 0,9×27500 – 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:
DUбу = DUk + DUp; (56)
Средний уровень напряжения на блок-участке определим по формуле:
Uбу = 27500 - 1,11 × (DUбу + DUni); (57)
где 1,11 - коэффициент для перехода к потери действующего напряжения;
Напряжение на блок - участке должно быть не менее 21 кВ; Uбу ³21 кВ;
2. Средний уровень напряжения на блок-участке:
tI = 0,76 часа ; tkg = 0,043 часа ;
WkgД = 230 × 0,04 × 25 = 230 кВт×ч;
Потери напряжения в тяговой сети согласно (56):
DUбу = DUk + DUp = 800.91+1762 = 2562.91 В;
Средний уровень напряжения на блок-участке согласно (57):
Uбу = 27500 - 1,11 × (DUбу + DUni) = 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.
8.1 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 + j×0,287 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+j×0,287) Ом/км;
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):
Iкmin =2279.1 А< кч × Iуст = 3170.54 А; условие не выполняется
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):
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
Рис.2. Схема включения компенсирующей установки на тяговой подстанции.
Q = U×I×sin(37º)
P = U×I× cos(37º)
9.1 Определение реактивной мощности плеч питания:
Q| = 27,5 × 412 × sin(37º) = 6818.56 кВ×Ар;
Q|| = 27,5 × 465.8 × sin (37º) = 7708.95 кВ×Ар;
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 кВ×Ар
Qэ| = 0,25 × 9048.54 = 2262.135 кВ×Ар;
Qэ|| = 0,25 × 10230.12 = 2557.53 кВ×Ар;
9.4 Мощность, подлежащая компенсации
Qку = Q - Qэ
Qку| = 6818.56 – 2262.135 = 4556.425 кВ×Ар
Qку|| = 7708.95 – 2557.53 = 5151.42 кВ×Ар;
9.5 Ориентировочное значение установленной мощности КБ
Qуст = Qку / kg;
kg = 0,5;
Qуст| = 2 × 4556.425 = 9112.85 кВ×Ар;
Qуст|| = 2 × 5151.42 = 10302.84 кВ×Ар;
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 кВ×Ар;
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;
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;
Xкб = 14.7 × 40 / 4 = 147 Ом;
Скб = 147 × 4 / 40 = 14.7 мкФ;
9.9 Индуктивность реактора:
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:
9.10 Параметры КУ:
Xзр = 2×p×f × Lзр
Хку = Хкб - Хзр;
Qуст = Qкб × М × N;
Хзр = 2×π × 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 МВ×Ар;
Qуст = 125 × 40 × 2 / 1000=10 МВ×Ар;
Хзр = 2×π × 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 МВ×Ар;
Qуст = 50 × 40 × 5 / 1000 =10 МВ×Ар;
9.11 коэффициент использования КБ
kq = Qп / Qуст
Iикб = Iкб × N
kи = Iикб / Iку
Uакб = M × Uкн
Uкб = Iикб × Хкб
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;
Uкб = 357.15 × 147 = 52501.05 В;
9.12 Увеличение напряжения в точках включения
, Ом;
Ом;
DU = 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 кВт×ч;
cp = 0.09 руб/кВт×ч;
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/кВт×ч
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.
Страницы: 1, 2, 3, 4