Расчет системы электроснабжения участка железной дороги, электрифицируемой на переменном токе

Размещено на http://www.allbest.ru/

МПС Российской Федерации

Петербургский государственный университет путей сообщения

Кафедра "Электроснабжение железных дорог"

Пояснительная записка к курсовому проекту

Расчет системы электроснабжения участка железной дороги, электрифицируемой на переменном токе

Выполнил студент Чернявская М.В.

Группа ЭС-004

Руководитель доц. Варенцов В.М.

Санкт-Петербург 2013

Содержание

• Введение
• 1. Расчет удельного электропотребления и выбор вариантов размещения тяговых подстанций
• 1.1 Количество перевозимых грузов на расчетный год эксплуатации
• 1.2 Энергия, потребляемая поездом
• 1.3 Удельный расход энергии
• 1.4 Удельная мощность на десятый год эксплуатации
• 1.5 Расстояния между тяговыми подстанциями и сечения контактной подвески
• 1.6 Удельное сопротивление тяговой сети
• 1.6.1 Удельное сопротивление рельсов
• 1.7 Расположение тяговых подстанций для выбранных вариантов
• 2. Построение графика движения поездов и его статистическая обработка
• 2.1 Количество перевозимых грузов в сутки
• 2.2 Количество пар поездов в сутки на пятый год эксплуатации
• 2.3 Время хода поезда по межподстанционной зоне
• 3. Расчет необходимых электрических величин
• 3.1 Метод равномерного сечения графика движения поездов
• 3.2 Аналитический метод расчета
• 3.2.1 Средние токи поездов
• 3.2.2 Эффективные токи поездов
• 3.2.3 Среднее число поездов
• 3.2.4 Средний и эффективный токи подстанции Б при следовании одиночных поездов в чётном и нечётном направлениях
• 3.2.5 Средний и среднеквадратичный токи подстанции Б
• 3.2.6 Эффективный ток наиболее загруженного фидера
• 3.2.7 Максимальный ток фидера
• 3.2.8 Средняя потеря напряжения до поезда
• 4. Выбор оборудования тяговых подстанций
• 4.1 Число и мощность понизительных трансформаторов
• 5. Расчёт токов короткого замыкания и выбор уставок токовых защит
• 6. Определение потерь энергии на тяговых подстанциях
• 6.1 Потери мощности в трёхобмоточных понизительных трансформаторах
• 7. Проверка выбранного оборудования по граничным условиям
• 7.1. Проверка контактной сети по уровню напряжения
• 7.2. Проверка сечения контактной подвески по нагреву
• 7.3. Проверка трансформаторов по перегреву
• 8. Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор наиболее экономичного
• 8.1. Размер капиталовложений
• 8.2. Эксплуатационные расходы
• 9. Схема внешнего электроснабжения
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Целью курсового проекта является ознакомление с методикой расчета систем электроснабжения участков железных дорог, электрифицируемых на переменном токе.

Проектирование системы электроснабжения электрической железной дороги представляет технико-экономическую задачу, в которой решается большой комплекс вопросов. Перечень этих вопросов представлен в справочнике /2/.

В учебном курсовом проекте нет возможности решить все вопросы проектирования системы электроснабжения, поэтому в нем:

- производится предварительный выбор расстояния между тяговыми подстанциями и сечения контактной сети для двух вариантов;

- рассчитываются основные электрические величины;

- определяется мощность и выбирается тип основного оборудования тяговых подстанций;

- выполняется проверка вариантов по граничным условиям;

- производится технико-экономическое сравнение вариантов;

- составляется и вычерчивается схема внешнего электроснабжения для наиболее экономичного варианта.

Первоначальные параметры отдельных сооружений и устройств в соответствии с Правилами устройства системы тягового электроснабжения следует выбирать исходя из условий эксплуатации без переустройства на следующие расчётные сроки:

- объём основных служебно-технических зданий, в том числе тяговых подстанций - 10 лет;

- площадь сечения проводов электрических линий и контактных сетей, количество агрегатов основного оборудования тяговых и понижающих подстанций - 5 лет.

1. Расчет удельного электропотребления и выбор вариантов размещения тяговых подстанций

электропотребление тяговой подстанция поезд

Все расчеты производятся по исходным данным, приведенным в задании на курсовой проект.

1.1 Количество перевозимых грузов на расчетный год эксплуатации

Измеряется в млн. тонн и определяется по формуле:

, (1)

где t год эксплуатации, на который рассчитывается количество перевозимых грузов;

P_з заданное количество перевозимых грузов;

p прирост количества перевозимых грузов в год.

Количества перевозимых грузов должны быть вычисляются на пятый P₅ и десятый P₁₀ годы эксплуатации.

1.2 Энергия, потребляемая поездом

Измеряется в Втчас и определяется по кривым потребляемого поездом тока:

, (2)

где 1,15 коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при пуске и торможении электровоза;

U_э напряжение на токоприемнике электровоза, принимаемое равным 25000 В на переменном токе;

I_i среднее значение тока поезда на участке S_i кривой потребляемого тока;

к количество участков, на которое разбита кривая тока;

_э коэффициент полезного действия электровоза, принимаемый равным 0,85 для электровозов переменного тока;

_эс коэффициент полезного действия системы электроснабжения, принимаемый равным 0,96 для системы переменного тока;

v_т заданная средняя техническая скорость движения поезда;

отношение, показывающее соотношение между потребляемой энергией поездом заданной массы Q_з и поездом массы Q_п, для которого задана кривая потребляемого тока;

коэффициент мощности электровоза, вводится только для переменного тока, = 0,80.

Отношение

вычисляется, если кривая потребляемого тока задана для поезда массой Q_п, а не Q_з.

Энергия, потребляемая поездом, определяется для четного W_ч и нечетного W_н направлений.

1.3 Удельный расход энергии

Удельный расход энергии измеряется в и определяется по формуле:

, (3)

где S длина участка, на котором задана кривая потребляемого тока, км;

G - масса локомотива, т.

Удельный расход энергии определяется в четном _ч и нечетном _н направлениях.

1.4 Удельная мощность на десятый год эксплуатации

Удельная мощность в кВт/км на десятый год эксплуатации определяется при условии, что количества перевозимых грузов в четном и нечетном направлениях равны 0,5P₁₀

, (4)

где 1,1 коэффициент, учитывающий дополнительные потери энергии на маневры и в зимних условиях работы;

₁ коэффициент тары;

8760 число часов в году.

1.5 Расстояния между тяговыми подстанциями и сечения контактной подвески

Расстояние между тяговыми подстанциями определяется в зависимости от P_ср по номограммам /3, c. 331, 332/.

Одновременно выбираются марка и площадь сечения проводов контактной подвески с учётом того, что контактная сеть участков переменного тока с системой 25 кВ, соответствующая нагрузкам первого расчётного срока, должна иметь усиливающих проводов.

Таблица 1 Выбранные варианты

Вариант	Расстояние между тяговыми подстанциями, км	Марка и площадь сечения проводов	Тип рельса	Удельное сопротивление тяговой сети, Ом/км
2	80	ПБСМ-70+НЛОлф-100	Р65	0,194

Марки и площадь сечения проводов подвески можно выбрать по данным /1, табл. 2/.

1.6 Удельное сопротивление тяговой сети

Сопротивления для тяговой сети для переменного тока выбираются по табл. 3 в Методическом пособие.

=0,194 = 0,418 = 0,406

1.6.1 Удельное сопротивление рельсов

Определяется по формуле:

, (5)

где N число ниток рельсов, равное 4 для двухпутного участка;

m_p масса погонного метра рельса, кг.

Значение удельного сопротивления тяговой сети вычисляется для обоих вариантов расстояний между тяговыми подстанциями:

1.7 Расположение тяговых подстанций для выбранных вариантов

Расположение тяговых подстанций для выбранных вариантов поясняется схемой, приведенной на рис. 1. На схеме указаны расстояния между подстанциями и их тип (опорная, отпаечная, транзитная).

Тип линии - двойная, уровень напряжения линии - 110 кВ.

Схема внешнего электроснабжения электрифицированной железной дороги обеспечивает питание тяговых подстанций на условиях, предусмотренных для потребителей с электроприёмниками первой категории, т. е. выход из работы одной из подстанций (секции шин) энергосистемы или питающей линии не приводит к отключению тяговой подстанции.

Для этого тяговые подстанции должны получают двухстороннее питание от двух подстанций энергосистемы или по двум радиальным линиям от разных систем шин одной подстанции энергосистемы, имеющей не менее двух источников питания.

При двухстороннем питании подстанций по одноцепной ВЛ число промежуточных подстанций (в том числе подстанций, не питающих тягу), включаемых как транзитные в рассечку ВЛ, между опорными подстанциями, как правило не должно быть более трёх.

От двухцепной ВЛ, при которой обе цепи подвешены на общих опорах, с двухсторонним питанием на участке между двумя опорными подстанциями рекомендуется обеспечивать питание следующего числа промежуточных подстанций (включая подстанции, не питающие тягу):

- для ВЛ 220 кВ не более пяти при электрической тяге как на постоянном, так и на переменном токе;

- для ВЛ 110 кВ не более пяти при электрической тяге на постоянном токе и трёх - на переменном токе.

При этом все подстанции должны быть транзитными, включаемыми поочерёдно в обе линии.

От двойной линии, когда одноцепные ВЛ размещаются каждая на своих опорах, с двухсторонним питанием на участке между опорными подстанциями рекомендуется обеспечивать питание следующего числа промежуточных подстанций (включая подстанции, не питающие тягу):

- для ВЛ 220 кВ - не более пяти при электрической тяге как на переменном, так и на постоянном токе;

- для ВЛ110 кВ - не более пяти при электрической тяге на постоянном и трёх - на переменном токе.

В этом случае можно чередовать транзитные и отпаечные подстанции.

Размещение тяговых подстанций выполнено с учетом данных рекомендаций.

Размещение тяговых подстанций

Рис. 1

2. Построение графика движения поездов и его статистическая обработка

2.1 Количество перевозимых грузов в сутки

Количество перевозимых грузов в сутки с учетом коэффициентов неравномерности на пятый год эксплуатации определяется по формуле:

, (6)

где Р₅ - количество перевозимых грузов на пятый год эксплуатации, т;

к_м, к_с - заданные коэффициенты неравномерности количества перевозимых грузов соответственно по месяцам и суткам;

12 - число месяцев в году;

30 - число дней в месяце.

2.2 Количество пар поездов в сутки на пятый год эксплуатации

Определяется по формуле:

, (7)

где величины Q_з берутся из задания к курсовому проекту.

2.3 Время хода поезда по межподстанционной зоне

Время хода измеряется в мин. и определяется по формуле:

, (8)

где L - расстояние между тяговыми подстанциями.

Время хода поезда вычисляется для обоих вариантов размещения тяговых подстанций.

3. Расчет необходимых электрических величин

Назначение расчетов системы электроснабжения и величины, определяемые при этих расчетах, изложены в /4/. В курсовом проекте используются два метода расчета метод равномерного сечения графика движения поездов и аналитический.

3.1 Метод равномерного сечения графика движения поездов

При этом методе вначале надо рассчитать полученные при сечении графика движения поездов мгновенные схемы для разного числа поездов, одновременно находящихся на межподстанционной зоне (1, 2, 3,..., n_м).

Для расчета схем с одним поездом целесообразно сечения провести более часто, разделив межподстанционную зону на 10 одинаковых отрезков.

При большем числе поездов (2, 3, и т. д.) надо из полученных при сечении графика движения поездов мгновенных схем каждого типа выбрать случайным образом по 3...5 схем, различающихся положениями поездов и потребляемыми токами.

Для каждой мгновенной схемы рассчитываются токи фидеров, плеч питания, тяговых подстанций, потери напряжения до поездов, потери мощности в целом для схемы. Данные расчета удобно представлены в табл. 2 и 3 для схем с одним поездом для обоих вариантов расстояний между тяговыми подстанциями и табл. 4 для схем с большим числом поездов для меньшего расстояния. В таблицах приняты следующие обозначения:

i₁, i₂, i₃ - мгновенные токи поездов, полученные по кривым потребляемого тока для каждого положения поездов;

i_A11, i_A21, i_Б31, i_Б41 - доли токов первого поезда, приходящихся на фидеры подстанций А и Б, полученные с использованием номограммы;

i_A12, i_A22, i_Б32, i_Б42 - то же для второго поезда и т.д.;

i_A1, i_A2, i_Б3, i_Б4 - токи фидеров;

i_A, i_Б - токи тяговых подстанций.

С учетом равномерного расположения тяговых подстанций и одинаковых кривых потребляемого тока в межподстанционных зонах можно принять:

i_Б = i_A1 + i_A2 + i_Б3 + i_Б4. (9)

u_ч, u_н - потери напряжения, соответственно до четного и нечетного поездов.

р - потери мощности в тяговой сети, определяемые для одного поезда отдельно для чётного и нечётного поездов, а для схем с большим числом поездов в целом для мгновенной схемы.

Распределение токов поездов по фидерам производится с помощью номограммы, которая показывает относительную долю тока поезда, приходящуюся на фидер.

По полученным мгновенным значениям на зоне питания для одного поезда вычисляются:

средние токи

; (10)

. (11)

квадраты эффективных токов

; (12)

. (13)

средние потери напряжения до поезда

; (14)

. (15)

средние потери мощности

; (16)

, (17)

где k - число мгновенных схем.

Пример расчета:

данные табл.2, нечетный поезд, сечение 1:

i₁ = 110 А; (i₁)² = 110² = 12100 А²;

i_А11 = 0,05i₁ = 0,05110 = 5,5 А; i_А21 = 0,85i₁ = 0,85110 = 93,5 А;

i_Б31 = 0,05i₁ = 0,05110 = 5,5 А; i_Б41 = 0,05i₁ = 0,05110 = 5,5 А.

токи подстанции А:

i_А1 = i_А11 = 5,5 А; (i_А1)² = 5,5² = 30,25 А²;

i_А2 = i_А21 = 93,5 А; (i_А2)² = 93,5² = 8742,25 А²;

i_А = i_А11 + i_А21 = 5,5 + 93,5 =99 А; (i_А)² = 99² = 9801 А².

токи подстанции Б:

i_Б3 = i_Б31 = 5,5 А; (i_Б3)² = 5,5² = 30,25 А²;

i_Б4 = i_Б41 = 5,5 А; (i_Б4)² = 5,5² = 30,25 А².

i_Б = i_А11 + i_А21 + i_Б31 + i_Б41 = 5,5 + 93,5 + 5,5 + 5,5 = 110 А;

(i_Б)² = 110² = 12100 А².

3.2 Аналитический метод расчета

Расчет аналитическим методом производится для обоих вариантов размещения тяговых подстанций, чтобы сравнить по первому варианту сходимость двух методов и получить необходимые электрические величины для второго варианта. Известны различные аналитические методы расчета /4, 5/.

Исходными величинами для расчета являются:

средние и эффективные токи одиночно следующих поездов четного и нечетного направлений: I_пч,ср, I_пн,ср, I_пч,э, I_пн,э;

средние числа поездов одновременно находящихся на зоне питания в четном и нечетном направлениях.

С учетом принятого условия, что количества перевозимых грузов по направлениям одинаковы, числа поездов, одновременно находящихся на зоне питания в четном и нечетном направлениях, равны:

(18)

3.2.1 Средние токи поездов

Средние токи поездов принимаются равными значениям, полученным при методе сечения графика движения поездов.

Результирующий средний ток поезда

(19)

вариант 2:

3.2.2 Эффективные токи поездов

Эффективные токи поездов также берутся из метода сечения. Результирующий среднеквадратичный ток поезда определяется из соотношения:

(20)

вариант 2:

3.2.3 Среднее число поездов

Среднее число поездов, одновременно находящихся на межподстанционной зоне, равно:

(21)

где Т период графика, равный 720 мин.

вариант 2:

3.2.4 Средний и эффективный токи подстанции Б при следовании одиночных поездов в чётном и нечётном направлениях

Определяются по данным табл. 2. В таблице имеются средние и эффективные токи от одиночных поездов по всем фидерам и в целом для поезда и подстанции Б.

Так как в курсовом проекте кривые потребления тока на всех межподстанционных зонах приняты одинаковыми, то для расчётов токов подстанции Б можно использовать равенства:

I_Б1 = I_А1; I_Б2 = I_А2. (22)

Ток подстанции Б от поездов, следующих по межподстанционной зоне А-Б, равен сумме токов двух фидеров:

= I_Б3 + I_Б4. (23)

Ток подстанции Б от поездов, проходящих по следующей межподстанционной зоне

= I_Б1 + I_Б2 = I_А1 + I_А2. (24)

В результате средний ток подстанции Б от одиночного поезда равен соответствующему среднему току поезда I_пч,ср и I_пн,ср, а среднеквадратичный ток соответственно среднеквадратичным токам I_пч,э и I_пн,э.

Средний ток подстанции Б при равных по длине межподстанционных зонах для чётного и нечётного поездов равен:

. (25)

вариант 2:

Аналогично определяются квадратичные значения токов подстанции Б при следовании одиночных поездов.

Квадрат эффективного тока подстанции Б от чётного и нечётного поездов

. (26)

вариант 2:

3.2.5 Средний и среднеквадратичный токи подстанции Б

Средний ток подстанции Б

I_Б,ср = 2n_сI_Б,ср1. (27)

вариант 2:

I_Б,ср = 2339,5 = 237 А.

Средний квадратичный ток подстанции Б определяется из соотношения:

(28)

где D_Б= 2n_cD₁ - дисперсия тока подстанции Б;

дисперсия тока одиночного поезда.

вариант 2:

3.2.6 Эффективный ток наиболее загруженного фидера

Эффективный ток наиболее загруженного фидера вычисляется для максимального числа поездов n₀, одновременно находящихся на зоне питания, что соответствует минимальному интервалу между поездами, т. е.

(29)

где - максимальная пропускная способность за сутки.

Максимальное число поездов на фидерной зоне равно:

. (30)

Путём сравнения в табл. 2 токов фидеров при следовании одиночных поездов чётного и нечётного направлений определяется фидер с наибольшим средним током I_ф,ср1.

Для этого фидера в табл. 2 вычисляется и эффективный ток фидера I_ф,э1.

Квадрат эффективного тока фидера при n_фм поездах равен:

(31)

где D_ф1 - дисперсия тока фидера при движении одного поезда

(32)

вариант 2:

3.2.7 Максимальный ток фидера

Максимальный ток фидера вычисляется с использованием формулы нормального закона распределения для максимального числа поездов на фидерной зоне n_фм:

(33)

Если n_фм>2, то максимальный ток фидера следует рассчитывать по приведенной формуле. Если n_фм<2, то максимальное значение следует принять равным 1,5I_п,м. Значение I_п,м максимальный ток поезда берется по кривым потребляемого тока четного или нечетного поезда.

3.2.8 Средняя потеря напряжения до поезда

Средние потери напряжения до поезда вычисляются по формуле:

, (34)

где U_ср,1 средняя потеря напряжения от одного поезда, берется по данным табл. 2;

. (35)

Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

Таблица 3 Результаты расчета электрических величин

Величина	Методы и варианты
	Метод сечения графика движения поездов (вариант 1)	Аналитический метод
	Обознач. величины	Значение величины	Обознач. величины	Значение Величины
				вариант 2
Среднее число поездов, одновременно находящихся на зоне питания			nс	3
Средний ток поезда, А	Iпч,ср Iпн,ср	-	Iпч,ср1 Iпн,ср1 Iп,ср1	105 53 79
Среднеквадратичный ток поезда, А	Iпч,э Iпн,э	-	Iпч,э Iпн,э Iп,э1	118 65 95
Среднеквадратичный ток наиболее загруженного фидера, А	Iф,э	-	Iф,э	170,2
Максимальный ток фидера, А	Iф,м	-	Iф,м	190,73
Средний ток тяговой подстанции Б, А	IБ,ср	-	IБ,ср	39,5
Среднеквадратичный ток тяговой подстанции Б, А	IБ,э	-	IБ,э	67,3
Средняя потеря напряжения до поезда, В	Uпн,ср	-	Uпч,ср Uпн,ср Uп,ср	221,7 110,27 166
Средняя потеря мощности в тяговой сети, кВт	Ртс	-	Ртс	20,87

4. Выбор оборудования тяговых подстанций

К основному оборудованию тяговых подстанций относятся выпрямительные агрегаты тяговых подстанций постоянного тока и понизительные трансформаторы тяговых подстанций постоянного тока и переменного тока.

4.1 Число и мощность понизительных трансформаторов

Число и мощность понизительных трансформаторов определяется по суммарной мощности на тягу и районные потребители:

S_пт = (S_т + S_p)к_p, (36)

;

=7617,5 кВА

Здесь и - эффективные токи соответственно более и менее загруженного плеч питания.

S_p мощность районной нагрузки, принимаемая в пределах до 0,25 мощности на тягу;

к_р коэффициент, учитывающий разновременность максимумов тяги и районной нагрузки, принимаемый равным 0,97.

вариант 2:

S_пт = (7617,5 + 0,257617,5)0,97 = 9236,2 кВт.

Выбирается трехобмоточный понизительный трансформатор типа ТДТНЖ-16000/110У1 U_ВН = 115 кВ; U_СН = 27,5 кВ; U_НН = 6,6 кВ;

P_хх = 21 кВт; P_кз = 100 кВт; u_к: ВН-СН = 10,5%, ВН-НН = 17,5%, СН-НН = 6,5%;

i_хх = 0,84%.

Число понизительных трансформаторов

, (37)

где S_пт,н номинальная мощность трансформатора;

к_пер коэффициент перегрузки трансформатора, допускаемый техническими условиями.

вариант 2:

.

По полученным значениям мощности выбран понизительный трансформатор.

Таблица 4 Параметры выбранного трансформатора

Параметры трансформаторов	1 и 2 варианты
Марка трансформатора	ТДТНЖ-16000/110У1
Мощность трансформатора, кВА	16000
Номинальное напряжение обмоток, кВ	Uвн	115
	Uсн	27,5
	Uнн	6,6
Напряжение короткого замыкания, %	uк,вн-сн	10,5
	uк,вн-нн	17,5
	uк,сн-нн	6,5
Потери холостого хода, кВт	21
Потери короткого замыкания, кВт	100
Ток холостого хода, %	0,84

5. Расчёт токов короткого замыкания и выбор уставок токовых защит

В тяговых сетях существует опасность того, что токи короткого замыкания могут быть соизмеримы с максимальными рабочими токами, поэтому необходимо рассчитать минимальные токи короткого замыкания для двух точек - на посту секционирования и на шинах соседней подстанции (см. рис. 4, 5, 6).

Расчетная схема для расчетов токов КЗ

Рис. 4

• б) Схемы замещения для системы переменного тока

В тяговых сетях существует опасность того, что токи короткого замыкания могут быть соизмеримы с максимальными рабочими токами, поэтому необходимо рассчитать минимальные токи короткого замыкания для двух точек - на посту секционирования и на шинах соседней подстанции (рис. 5).

Минимальный ток короткого замыкания в точке К1 равен:

где U_нноминальное напряжение на тяговой подстанции, 27,5 кВ.

S_пт,н - мощность понизительного трансформатора, кВА;

u_кпт% напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора;

u_кпт% = 0,5(u_вн-нн% + u_сн-нн% - u_вн-сн%). (38)

u_кпт% = 0,5(17,5 + 6,5 - 10,5) =6,75

расстояние до точки короткого замыкания, равное при расположении поста секционирования посередине ЅL.

Для точки К2 необходимо вычислить полное сопротивление тяговой сети:

= 740,9 А

При выполнении условия I_кз,мин>I_ф,м выбираются уставки защит.

При переменном токе первичный ток уставки максимальных токовых защит должен удовлетворять условиям:

(для подстанции),

где к_нкоэффициент надежности, принятый равным 1,2;

к_чкоэффициент чувствительности, принятый равным 1,5.

Условие I_кз,мин>I_ф,м выполняется (740,9>190,73):

(для поста секционирования),

6. Определение потерь энергии на тяговых подстанциях

Потери энергии на тяговой подстанции переменного тока складываются из потерь энергии W_пт в понизительных трансформаторах.

W_пт = Р_птn_птT_пт ; (39)

где Р_пт средние потери мощности в понизительном трансформаторе

n_пт число параллельно работающих понизительных трансформаторов

T_пт время работы в году, которое можно принять равным 7200 часов.

6.1 Потери мощности в трёхобмоточных понизительных трансформаторах

(40)

Для трехобмоточных трансформаторов потери мощности и падения напряжений можно определить по формулам:

Р_кз1 = 0,48Р_кз ; (41)

Р_кз2 = 0,23Р_кз ; (42)

Р_кз3 = 0,29Р_кз ; (43)

u_к1% = 0,5(u_вн-сн% + u_вн-нн% - u_сн-нн%); (44)

u_к2% = u_вн-сн% - u_к1%; (45)

u_к3% = u_вн-нн% - u_к1%. (46)

Р_к1 = 0,48100= 48 Вт;

Р_к2 = 0,23100= 23 Вт;

Р_к3 = 0,29100= 29 Вт;

u_к1% = 0,5(10,5 + 17,5 - 6,5) = 10,75%;

u_к2% = 10,5 - 10,75 = -0,25%;

u_к3% = 17,5 - 10,75 = 6,25%.

(48+0,081720)+ (23+0,08(-40))+

+ (29+0,081000]=136,5 кВт,

W_пт=136,517000=9555546 кВтч.

7. Проверка выбранного оборудования по граничным условиям

После выбора оборудования проводится проверка его по граничным условиям.

7.1 Проверка контактной сети по уровню напряжения

Проверка контактной сети по уровню напряжения производится путем сопоставления фактического напряжения с допустимыми по условию:

U_доп U_тп - U_п,ср, (47)

где U_доп - уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава, установленный ПТЭ железных дорог равным не менее 21000 В при переменном токе.

21000 27500 - 166;

21000 В 27334 В; условие выполняется.

7.2 Проверка сечения контактной подвески по нагреву

Производится по условию:

I_ф,э I_доп, (48)

где I_доп - допустимый ток на контактную подвеску;

I_ф,э - наибольший из среднеквадратичных токов фидеров.

вариант 2:

170,2 А 880 А; условие выполняется.

7.3 Проверка трансформаторов по перегреву

Выполняется по условию:

I_тп,м < I_т,доп, (49)

где I_тп,м эффективный ток тяговой подстанции при максимальном числе поездов;

I_т,доп допустимый ток трансформатора с учетом перегрузки.

В курсовом проекте трансформатор выбран с учетом перегрузки, поэтому такая проверка уже выполнена.

8. Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор наиболее экономичного

По каждому варианту определяются приведенные годовые затраты

Э_прi = С_i + Е_нК_i, (50)

где С_i годовые эксплуатационные расходы по варианту;

К_i капитальные вложения по варианту;

Е_н нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, принимаемый для устройств электроснабжения равным 0,12. При расчете капиталовложений и эксплуатационных расходов учитываются только составляющие, меняющиеся по вариантам. Следует иметь в виду то, что цены на объекты капитальных затрат с годами меняются, поэтому при пользовании справочными данными необходимо привести цены к году, в котором проводится расчет.

Таблица 5 Индексы к стоимостным показательным объектов электроснабжения

Базисный год	Индексы к ценам года
	1984	1991	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	2000
2000	24,0	15,0	1,6	0,030	0,004	0,0032	0,0026	0,0022	2,0	1,0

8.1 Размер капиталовложений

К = К_тп + К_кс + К_вл + К_всп + К_пп + К_ж,

где К_тп стоимость всех тяговых подстанций, принимается по /2, табл. 1.5/;

К_кс - стоимость контактной сети, принимается по /2, табл. 1.5/;

К_вл стоимость присоединений тяговых подстанций к высоковольтным линиям электропередачи, длина таких присоединений принимается равной 1,0 км, а стоимость одного километра по /2, табл. 1.5/;

К_всп стоимость вспомогательных устройств /2, табл. 1.6/;

К_пп стоимость подъездных путей ко всем тяговым подстанциям, длину подъездных путей к каждой подстанции можно принять равной 1,0 км, а стоимость в ценах 1984 г. 100 тыс. руб. за 1 км;

К_ж стоимость жилья, при каждой тяговой подстанции должно быть предусмотрено строительство жилья, стоимость которого в ценах 1984 г. следует принять равной 416 тыс. руб. на одну подстанцию.

вариант 1:

К_тп = (6902 + 6002 + 5102)24 = 86400 тыс. руб.;

К_кс = 232514,024 = 107520 тыс. руб.;

К_вл = 12,0424 = 1152 тыс. руб.;

К_всп = 16,0524 = 1920 тыс. руб.;

К_пп= 100624 = 14400 тыс. руб.;

К_ж= 416624 = 59904 тыс. руб.;

К = 86,4 + 107,52 + 1,152 + 1,92 + 14,4 + 59,904 = 271,2960 млн. руб.

8.2 Эксплуатационные расходы

С = С_тп + (_iК_i) + W_тпЦ + W_тсЦ,

где С_тп суммарные расходы на эксплуатацию тяговых подстанций, принимаемые равными по данным 1998 г. 210 тыс. руб. на одну подстанцию;

(_iК_i) сумма амортизационных отчислений, приведенных в /2, табл. 1.5/, для подъездных путей принять _пп = 5,5 %;

W_тп потери энергии на тяговых подстанциях, равные потерям энергии на одной подстанции, умноженные на число подстанций;

W_тс потери энергии в тяговой сети;

Ц стоимость 1 кВтч электрической энергии.

Потери энергии в тяговой сети определяются через потери мощности на одной межподстанционной зоне Р_тс, число таких зон n_зон и время работы контактной сети, т. е. W_тс=Р_тсn_зон 8760.

вариант 2:

С_тп = 2106 = 1260 тыс. руб.;

(_iК_i) = 0,046 107520+ 0,0281152 + 0,0551920 + 0,05514400 +

+ 0,0259904 = 7073,82 тыс. руб.;

W_тпЦ = (974880 + 636480 + 75816)0,002 = 3374,3 тыс. руб.;

W_тс = 20,8758760 = 914106 кВт.;

W_тсЦ = 9141060,002 = 1828,2 тыс. руб.;

С = 1260 + 7073,82 + 3374,3 + 1828,2 = 13536,32 тыс. руб.;

Э_пр = 13,536 + 0,12271,296 = 46,09152 млн. руб.

Результаты приведены в табл. 6.

Таблица 6 Технико-экономический расчет

Показатель	=80 км; ПБСМ-70+НЛОлф-100
Размер капиталовложений, млн. руб.	271,2960
Эксплуатационные расходы, млн. руб.	13,536
Приведенные годовые затраты, млн. руб.	46,09152

9. Схема внешнего электроснабжения

Для наиболее экономичного варианта в соответствии с Правилами устройства системы тягового электроснабжения железных дорог РФ и /6/ разрабатывается принципиальная схема присоединения тяговых подстанций к линиям внешнего электроснабжения.

Схема внешнего электроснабжения представлена на рис. 7.

Схема внешнего электроснабжения

Рис. 5

Заключение

В данном курсовом проекте произведен расчет системы электроснабжения участка железной дороги электрифицированном на постоянном токе.

Расчет выполнен для двух вариантов расположения тяговых подстанций, после технико-экономического сравнения вариантов произведен выбор наиболее экономичного:

- длина участка L_уч = 195 км;

- расстояние между подстанциями = 80 км;

- марка и площадь сечения проводов: ПБСМ-70+НЛОлф-100;

- тип рельса Р65.

Расчет для данного варианта производился по методу сечения графика движения поездов. Определены следующие показатели:

- удельное сопротивление тяговой сети r₀ = Ом/км;

- количество перевозимых грузов в сутки Р_5с = ;

- количество пар поездов в сутки на пятый год эксплуатации N_5с = 28;

- время хода поезда по межподстанционной зоне t_п = 80 мин.;

- максимальное число поездов на зоне n_м = 4;

- средний ток поезда I_п.ср. = 79 А;

- среднеквадратичный ток поезда I_п.э. = 95 А;

- среднеквадратичный ток наиболее загруженного фидера I_ф.э. = 170,2А;

- максимальный ток фидера I_ф.м. = 190,73 А;

- средний ток подстанции Б I_Б,ср. = 39,5 А;

- среднеквадратичный ток подстанции Б I_Б,э. =67,3 А;

- средняя потеря напряжения до поезда U_п.ср. = 166 В;

Выбрано оборудование тяговых подстанций:

- понизительный трансформатор типа ТДТНЖ-16000/110У1.

Согласно Правилам устройства системы тягового электроснабжения железных дорог РФ бесперебойность питания нагрузок тяги (кроме слабозагруженных линий) обеспечивается установкой на подстанциях:

- 2 понижающих трансформаторов;

Произведен расчет токов короткого замыкания для наиболее удаленных точек тяговой сети в выбор уставок токовых защит:

При переменном токе первичный ток уставки максимальных токовых защит:

Для выбранного оборудования выполнен расчет потерь энергии на тяговых подстанциях за время работы 7200 часов в год:

- в понизительных трансформаторах W_пт = 447120 кВт;

Выбранное оборудование успешно прошло проверку по граничным условиям.

По результатам технико-экономических расчетов:

- размер капиталовложений К = 271,2960 млн. руб.;

- эксплуатационные расходы С = 13536,32 тыс. руб.;

- приведенные годовые затраты составили Э_пр = 46,09152 млн. руб.

Список использованных источников

1. Электроснабжение электрических железных дорог/ Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Электроснабжение железных дорог", разраб. В.М. Варенцовым и Э.П. Селедцовым, С-Пб, 1999. - 42 с.

2. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.1/ Под ред. К. Г. Марквардта М.: Транспорт, 1980. 392 с.

3. Бесков Б. А. и др. Проектирование систем электроснабжения железных дорог. М.: Трансжелдориздат, 1963. - 472 с.

4. Бурков А. Т. и др. Методы расчета систем тягового электроснабжения железных дорог. Учебное пособие. Л.:ЛИИЖТ, 1985. 73 с.

5. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

6. Давыдова И. К. и др. Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования. М.: Транспорт, 1978. 416 с.

7. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.2/ Под ред. К. Г. Марквардта М.: Транспорт, 1981. 392 с.

8. Оформление текстовых документов: Методические указания/ Сост. В. А. Балотин, В. В. Ефимов, В. П. Игнатьева, Н. В. Фролова. СПб.: ПГУПС, 1998. 46 с.

Размещено на Allbest.ru

...