Расчет системы электроснабжения
Целью курсового проекта является ознакомление с методикой расчета систем электроснабжения участков железных дорог, электрифицируемых на постоянном 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
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;
Pз - заданное количество перевозимых грузов, млн. т.;
p - прирост количества перевозимых грузов в год, %.
Количество перевозимых грузов должно быть определено на пятый P5 и десятый P10 годы эксплуатации:
1.2 Энергия, потребляемая поездом
Измеряется в Вт×ч и определяется по кривым потребляемого поездом тока:
, (2)
где 1,15 - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при пуске и торможении электровоза;
Uэ - напряжение на токоприемнике электровоза, принимаемое равным 3000 В на постоянном токе;
Ii - среднее значение тока поезда на участке DSi кривой потребляемого тока, А;
к - количество участков, на которое разбита кривая тока;
hэ - коэффициент полезного действия электровоза, принимаемый рав-ным 0,87 для электровозов постоянного тока;
hэс - коэффициент полезного действия системы электроснабжения, при-нимаемый равным 0,91 для системы постоянного тока;
vт - заданная средняя техническая скорость движения поезда, км/ч;
Wр/W0 - отношение, показывающее соотношение между потребляемой энер-гией поездом заданной массы Qз и поездом массы Qп, для которого задана кривая потребляемого тока;
l - коэффициент мощности электровоза, вводится только для перемен-ного тока, l = 0,8.
Энергия, потребляемая поездом, определяется для четного Wч и нечетного Wн направлений.
Удельный расход энергии измеряется в и определяется по формуле:
,(3)
где S - длина участка, на котором задана кривая потребляемого тока, км;
Q – масса поезда без учета массы локомотива, т;
G – масса локомотива, т.
Удельный расход энергии определяется в четном wч и нечетном wн 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 0,5×P10
,(4)
где 1,1 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери энергии на маневры и в зимних условиях работы;
a1 - 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 Pср по номограммам для двух вариантов. Одно из расстояний берется оптимальным, а второе меньше или больше оптимального. Результаты выбора приведены в табл. 1.
Одновременно выбираются марка и площадь сечения проводов контактной подвески с учётом того, что контактная сеть участков постоянного тока с системой 3,3 кВ, соответствующая нагрузкам первого расчётного срока, должна иметь не более одного усиливающего провода.
Таблица 1. Выбранные варианты
|
Вариант |
Расстояние между тяговыми подстанциями, км |
Марка и площадь сечения проводов |
Тип рельса |
Удельное сопротивление тяговой сети, Ом/км |
|
1 |
32 |
М-95 + 2МФ-100 |
Р65 |
0,08884 |
|
2 |
35 |
М-95 + 2МФ-100 + А-185 |
Р65 |
0,06290 |
Марки и площадь сечения проводов подвески выбраны по данным /1, табл. 2/.
1.6 Удельное сопротивление тяговой сети
Удельное сопротивление тяговой сети, Ом/км, для постоянного тока
, (5)
где rэп - удельное сопротивление контактной подвески;
rэр - удельное сопротивление рельсов.
Удельное сопротивление контактной подвески
Определяется по формуле:
(6)
где rм - удельное сопротивление медного проводника длиной 1 км и сечением 1 мм2, равное 18,8 Ом×мм2/км;
Sм - сечение медных проводов, мм2;
SА - сечение алюминиевых проводов, мм2;
SПБСМ - сечение биметаллических проводов, мм2.
Удельное сопротивление рельсов
Определяется по формуле:
,(7)
где N - число ниток рельсов, равное 4 для двухпутного участка;
mp - масса погонного метра рельса, кг.
Значение удельного сопротивления тяговой сети вычисляется для обоих вариантов расстояний между тяговыми подстанциями:
вариант 1:
вариант 2:
Результаты вычислений заносятся в табл. 1.
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 для варианта 1 и варианта 2
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:
,(8)
где Р5 – количество перевозимых грузов на пятый год эксплуатации, т;
км, кс – 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
