Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-графическая работа

Тема: «Расчёт системы электроснабжения транспортной линии в межподстанционной зоне»



Исходные данные

Вид транспорта - МП, тип ЭПС (вес поезда) - 817-Е (4 ваг.), интервал движения - 90 с, скорость эксплуатационная - 53 км/ч, состав проводов КП - КР.

Вопросы, подлежащие решению:

1. Выбор и обоснование типа схемы питания и секционирования в межподстанционной зоне. Построение зависимостей и определение средних эквивалентных сопротивлений.

2. Расчёты числовых характеристик поездных токов и параметров тяговой сети.

3. Найти длины межподстанционной зоны, составить (обосновать) схему питания и секционирования тяговой сети, общую схему электроснабжения.

4. Выполнить электрические расчёты системы электроснабжения в межподстанционной зоне (МПЗ).

5. Обосновать параметры элементов системы (сечения ПЛ, КС, мощность подстанции).

6. Определить токи короткого замыкания и обосновать уставки защиты БВ фидеров.

7. Определить пропускающую способность линии по устройствам электроснабжения при выпадении одной подстанции по нормам вынужденного режима.

8. Определить суммарную мощность потерь электроэнергии в системе и оценить расход энергоресурсов на их покрытие.



1. Выбор и обоснование типа схемы питания и секционирования в межподстанционной зоне. Построение зависимостей R_x(x) и определение средних эквивалентных сопротивлений.

1.1 Выбор и обоснование типа схемы питания и секционирования в межподстанционной зоне

Существует два варианта реализации схемы питания тяговой сети -централизованная и децентрализованная (рассредоточенная) система.

При централизованной системе наземные тяговые подстанции размещаются на максимально возможном расчетном расстоянии друг от друга, чем достигается уменьшение их числа и расходов на строительство. Каждая тяговая подстанция питает контактную сеть нескольких перегонов.

При децентрализованной системе электроснабжения тяги поездов совмещенные ТП, сооружаются, как правило, непосредственно на каждой станции. Для этой системы характерны совмещенные тяговопонизительные подстанции расположенные под землей, вблизи станций (на станциях).

Надежность децентрализованной системы питания оценивается выше, чем централизованной за счёт приближения подстанций к потребителю электроэнергии и сокращения протяженности питающих его кабельных линий, а значит и снижения потерь электроэнергии.

По сравнению с централизованной децентрализованная система имеет такие преимущества как: сокращение потерь электроэнергии в тяговой сети и потерь напряжения до токоприемника поезда, уменьшение блуждающих токов и разности потенциалов «рельсы-земля», повышение надежности защиты контактной сети от токов КЗ.

Учитывая вышесказанное остановимся на централизованной системе питания тяговой сети.

На рисунке 1 показана схема питания и секционирования при децентрализованном методе построения системы питания.

Рисунок 1 - схема питания и секционирования при децентрализованном методе построения системы питания

Контактный рельс каждого главного пути перегона - фидерная зона олучает питание от тяговопонизительных подстанций соседних к ним станций. Для разделения фидерных зон между собой контактный рельс на главном пути перегона перед платформой каждой станцией по ходу движения поезда имеет неперекрываемый воздушный промежуток (токораздел) длинной не менее 14 м между концами металлических частей рельса.

1.2 Построение зависимостей и определение средних эквивалентных сопротивлений

Эквивалентное сопротивление ЛЭП (Rлэ) необходимо для определения влияния питающей системы на режимы в тяговой сети. Это сопротивления, приведенные к входным зажимам ТП.

В данном случае применяем схему тяговой сети с двусторонним раздельным питанием секций, изображенную на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема тяговой сети с двусторонним раздельным питанием секций.

Сопротивление R_x(x) для такой схемы равно:

R_x=x(l-x)r/l,

Максимальное сопротивление равно R_max=rl/4,

R_эс=rl/6

Длинна секции l равна 3 км, удельное сопротивление r = 20*10^-3 Ом/км.

R_эс=0.01 Ом, R_max=0,015 Ом.

График зависимости R_x(x) будет иметь следующий вид:

Рисунок 3 - График зависимости R_x(x).



2. Расчеты числовых характеристик поездных токов и параметров тяговой сети

2.1 Расчеты параметров тяговой сети

Сопротивление секции тяговой сети представляет сумму сопротивлений прямого (положительного) и обратного (отрицательного) проводов. В расчетах системы учет этих сопротивлений выполняют по величинам, отнесенным к единице длины секции. Таким образом, электрический параметр секции тяговой сети постоянного тока, Ом/км

где r_к - сопротивление контактной сети, равно 0,02 Ом/км, r_р - сопротивление рельсовой сети.

Сопротивление рельсовой сети можно найти по удельной проводимости материала и площади сечений рельсов.

При = 190 Ом/км, = 7,8 Г/см³ сопротивление одного сплошного рельса, Ом/км

=1,5/50=0,03 Ом/км

R=(0.03+0.02)*3=0.15 Ом

2.2 Расчеты числовых характеристик поездных токов

Для метрополитена применим аналитический метод расчета, суть которого состоит в определении расходов энергии по фазам движения.

Расход энергии, отнесенной к входным зажимам тяговой подстанции представляется формулой:

,

где , , , , - энергия на преодоление сопротивлений движению основного и от профиля пути, торможения, пуска и собственных нужд;

, , , - КПД двигателя, трансмиссии привода, тяговой сети и подстанции.

А_щ=2,75*10^-3mщ₀L,

где 2,75*10^-3 - коэффициент для перевода Джоулей в Ватт-часы, m - масса состава, L - пройденный путь.

щ₀=1+52n/mg+0.025V+(0.9 + 0.022n)V²/mg,

где mg - вес поезда=190т, n - число вагонов поезда =4.

V=53км/ч.

щ₀=2,34Н/кН.

А_щ= 3667950 Дж.

А_i=2,75*10^-3mi_эL=33500Дж.

А_т=2,75*10^-3V²m/2*3.6²((1000*(1+г)/9.81)- (щ_t +i_t)/ a_t)=56109Дж.

А_п=2,75*10^-3V²m/2*3.6²((1000*(1+г)/9.81)- (щ_п +i_п)/ a_п)=55089Дж.

А=3950780Дж.



I₀=3950780*53/825*3000=84А.



3. Нахождение длины межподстанционной зоны, составление схемы питания и секционирования тяговой сети, общей схемы электроснабжения

Для метрополитена подстанции размещают на станциях, а основной схемой секции является двустороннее раздельное питание.

Рисунок 4 - схема питания

сопротивление замыкание электроэнергия ток

Питание самих подстанций осуществляется из двух источников, помимо этого предусматриваются линии питания от соседних подстанций.

Так как в данной работе мы уже определились с размещением ТП (размещаются на каждой станции) и выбрали схему питания (двустороннее раздельное питание), то нет необходимости производить расчет длины межподстанционной зоны.



Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема системы электроснабжения постоянного тока.



4. Расчёты системы электроснабжения в межподстанционной зоне (МПЗ)

Расчет системы электроснабжения проведем аналитическим методом для которого справедливы следующие исходные положения:

число поездов на секции - случайная величина, определяемая математическим ожиданием и эффективным значением ;

токи поездов - также независимые случайные величины, определяемые средним и эффективным значениями;

поезда друг относительно друга могут занимать какое угодно положение и потреблять любой из возможных на секции токов.

Для упрощения выводов считаем, что все поезда однотипны.

Для случая двустороннего питания справедливы следующие формулы.

Средний ток линии определяется как математическое ожидание мгновенного тока:

.

Здесь ,, - координаты положения поездов на секции длиной ;

.

Квадрат эффективного тока линии находится как математическое ожидание квадрата мгновенного тока:



где .

Среднее падение напряжения за полное время движения поезда на секции по аналогии с предыдущим расчетом

,

- определяется по формуле метода подвижных нагрузок, а

- по формуле равномерно распределенной нагрузки.

Таким образом,

.

Среднее падение напряжения за время хода поезда под током будет отличаться множителем при слагаемом :

.



Средняя потеря мощности в секции рассматривается состоящей из двух слагаемых:

Аналогичные расчетные формулы можно получить также для схем узлового питания.

Расчетные формулы аналитического метода можно обобщить для различных схем питания секций, если ввести следующие коэффициенты:

- коэффициент схемы, равный 2 при двустороннем питании;

- коэффициент, учитывающий подвижность нагрузки при оценке эффективных токов линий;

- коэффициент, учитывающий подвижность нагрузки при оценке потерь напряжения и мощности;

- коэффициент, учитывающий равномерно распределенную нагрузку.

В этом случае формулы получат универсальный вид:

Числовые значения коэффициентов для двухстороннего питания следующие: =3, =6, =12.

Для случаев постоянного и гамма-распределения вероятностей чисел поездов на секции, формулы в обобщенном виде примут вид:

При гамма-распределении вероятностей чисел поездов , а в случае постоянного их числа . Значения коэффициентов в при двухсторонней схеме питания секций:

, ; ;

Исходя из длинны участка равным 3 км, средней скорости движения 53 км/ч и интервалу движения поездов, можно вычислить значение n₀ =3, I₀=84А.

I_лэ=(3*84/2)(1+(1,33-1)/3)=140А

ДU=3*84*0.05*3*(1+1/3)/3=16,8 В

ДU_т=3*84*0,05*3(1+(2*3-1)/3)/3=33,6 В

ДР=9*84*84*0,05*3000(1+1/3)/3=4233000 Вт



5. Обоснование параметров элементов системы электроснабжения (сечения ПЛ, КС, мощность подстанции)

Выбор сечений контактной сети и питающих линий выполняется по экономической плотности тока.

.

.

,

где коэффициент 0,9 учитывает колебания напряжения.

, , , ;

или для КС - 0,078

Алюминий > 1074 ? 107,7 тыс

;



Годовое время потерь по часам - пик:

19,5 • 365 = 7117 час. (14 • 365) = 5110;

Для КС:

Если принять Т_г = 5110 - то

Сечение КЛ - кабель АСБ с алюминиевой жилой

; , где ДP - определённые ранее потери ЭЭ в секции, ? - длина секции.

Оценка мощности подстанции

Задача расчета мощности подстанций сводится к оценке числа и единичной мощности выпрямительных агрегатах. Число агрегатов здесь выбирается из условий

где - эффективный ток подстанции, для периодов максимальной интенсивности движения поездов;

- максимальный ток подстанции для тех же условий, с учетом всех поездов, находящихся в районе питания подстанции;

- номинальный ток одного агрегата (по паспорту);

- коэффициенты перегрузок, допускаемые агрегатами.



6. Определение токов короткого замыкания и обоснование установки защиты БВ фидеров

R_э = 0,239(x_с + x_т);

; P_k - мощность КЗ на шинах,

P_k = 30 мВА, , P_k = 10⁴•10⁴= 100 МВА

r - 0,05 Ом/км - параметр ТС

ДU_в ? 5 В

?_кз = ?_с ? 3 км

Линии АСБ - 500 + 2к: L_пл ? 0,3 км

;

Защита тяговой сети от токов короткого замыкания (т.к.з.) осуществляется быстродействующими линейными выключателями (ЛВ), к числу которых относятся выключатели максимального тока с общим временем отключения не более 0,1 с. Процесс отключения ЛВ т.к.з. можно иллюстрировать графиками рис.7. Здесь при токе линии, равном установленному.



Рис.6. Расчетная схема для оценки Рис.7. Диаграмма отключения тока короткого замыкания выключателем

в момент времени ЛВ приходит в действие. Расхождение контактов будет иметь место в момент времени . Нарастание тока в цепи происходит до момента , когда ток достигнет наибольшего значения , далее, в период - идет гашение дуги. Общее время отключения выключателей, т.к.з. включает собственное время срабатывания механизма время гашения дуги .

Токи установок линейных выключателей выбирают из условия

.

Если , то обеспечить надежное отключение т.к.з. без специальных мер невозможно. Выбор токов установок по условию вызывает в этом случае большое число ложных отключений. В свою очередь, выбор по условию слева приводит к появлению незащищенных участков секции, так называемых "мертвых" зон.

Т.к.з. считают малыми, если . При малых т.к.з. требуется применение специальных защит, дополняющих защиту по максимальному току. Защиты от малых т.к.з. разнообразны и в связи с признаками, используемыми при построении их органов, могут быть разделены на группы: ступенчатые или каскадные, основанные на делении секции на части или переносе точек коротких замыканий; реагирующие на скорость нарастания тока ; тепловые; потенциальные.

К числу каскадных защит относятся схемы с постами секционирования, короткозамыкателями и телеблокировкой. Применение постов секционирования - наиболее эффективный способ защиты секции тяговой сети при малых т.к.з. В секции с односторонним питанием на посту устанавливают один выключатель (СЛВ), в случае двустороннего питания - два поляризованных или один не поляризованный.



7. Определение пропускающей способности линии по устройствам электроснабжения при выпадении одной подстанции по нормам вынужденного режима

Отключение одной подстанции в децентрализованной системе не меняет существенно режимов, так как система выполнена с учетом длительной работы с такой схемой.

Отключение питающей линии в результате повреждения или для ремонтных работ требует подключения секции к другой линии, в которой на этот случай должно предусматриваться дополнительное сечение.

Фактически можно сделать вывод что выбранная в данном случае схема питания изначально рассчитана для работы в вынужденном режиме.

Вынужденный режим по питанию ТС возникает в случае выхода из строя ТП, при этом питание КС осуществляется от соседних ТП, при этом нагрузка на них возрастает в расчетных пределах.



8. Определение суммарной мощности потерь электроэнергии в системе и оценка расхода энергоресурсов на их покрытие

Потери мощности в тяговых подстанциях определяются числом и параметрами выпрямительных агрегатов. Мгновенные потери мощности в агрегате при токе

,

где - коэффициент, определяемый суммой активных сопротивлений трансформатора и выпрямителя ;

- коэффициент, зависящий от пороговых напряжений и числа вентилей в вентильном плече;

- коэффициент, равный сумме мощностей холостого хода трансформатора () и собственных нужд выпрямителя .

Активное сопротивление трансформатора

,

где - мощность потерь в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке;

- номинальный ток трансформатора по стороне выпрямленного тока.

Данные , , содержатся в паспорте трансформатора.

Idн = 1000 А (ТСЗП - 1000/600М, ТМП - 800/10) - Sнт = 685 кВа;

Pх = 1,68 кВт; Pк = 7,6 кВт

R_T=0.0076 Ом.

Для оценок коэффициента и сопротивления рассмотрим потери мощности в выпрямителе. При групповом соединении вентилей в плече пороговое напряжение будет определяться их последовательно включенным числом , а усредненное динамическое сопротивление числом параллельных ветвей . Если принять импульс тока через вентильное плечо прямоугольным, то потери напряжения в нем

,

где , - пороговое напряжение и динамическое сопротивление одного вентиля, задаваемое его паспортом.

Эти же потери напряжения через полный ток выпрямителя

,

где - коэффициент схемы выпрямления мгновенный (=1 в трехфазной мостовой и каскадной схемах и =2 в схеме две обратные звезды с уравнительным реактором).

Если в выпрямителе вентильных плеч, то потери мощности в нем

,

где - продолжительность тока через вентильное плечо.

Среднее значение тока за период

.

Отношение называют коэффициентом скважности, а произведение - коэффициент схемы. После операции интегрирования получим

.

Для выпрямительных агрегатов подстанций , эл, у трехфазной мостовой схемы и = 6 у схемы две обратные звезды с уравнительным реактором. С учетом этих параметров потери мощности в выпрямителе со схемой две обратные звезды с уравнительным реактором

,

а в случае трехфазной мостовой схемы

.

Коэффициенты в общем уравнении потерь мощности выражаются формулами:

Если считать, что на подстанции постоянно включенных агрегатов, то при среднем и эффективном токах за некоторый период средние потери мощности

.

Объективным условием эксплуатации подстанций является регулирование их мощности в связи с нагрузкой. Это регулирование следует осуществлять так, чтобы обеспечивался минимум потерь энергии. Установку по току на включение очередного агрегата можно найти из условия равенства потерь в и агрегатах, т.е. . Если ток подстанции равен установке , то потери мощности в и агрегатах

Приравняв правые части этих уравнений, получим формулу для расчета установок регулирования мощности

,

где - текущее число агрегатов, 1, 2,… .

k_с = 3, k_схв = 3, k_схм = 1 q = 6, p = 2, n₁ = 2, R_д = 50 •10^-5 Ом

При N - постоянно включенных агрегатах:

Размещено на Allbest.ru

...