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:
1. Производство электрической энергии на крупных электростанциях приводит, как всякое массовое производство, к уменьшению её стоимости, увеличению их к.п.д. и снижению расхода топлива.
2. 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.
3. Для электрической тяги может использоваться гидроэнергия и энергия атомных электростанций.
4. При электрической тяге возможна рекуперация (возврат) энергии при электрическом торможении.
5. 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.
6. Электрический локомотив (электровоз или элктровагон) в отличие от автономных локомотивов не имеет собственных генераторов энергии. Поэтому он дешевле и надёжнее автономного локомотива.
7. 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
1. Определить мощность тяговой подстанции, выбрать мощность и количество тяговых трансформаторов
2. Определить экономическое сечение проводов контактной сети межподстанционной зоны для раздельной и узловой схемы питания
3. Рассчитать годовые потери электрической энергии в контактной сети для этих схем
4. Провести проверку выбранного сечения проводов контактной сети по нагреву
5. Провести технико-экономический расчет для сравнения раздельной и узловой схем питания
6. 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
7. Рассчитать перегонную пропускную способность с учетом уровня напряжения
8. Рассчитать минимальный ток к.з. и максимальные рабочие токи двух схем питания, выбрать схемы защит контактной сети от коротких замыканий
9. 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
1. Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами
Типы тяговых подстанций II и III;
2. Расположение тяговых подстанций:
ТП №1 L1 = 18 км;
ТП №2 L2 = 62 км;
Тип дороги – магистральная;
3. Число путей - 2
4. Тип рельсов - P65
5. Размеры движения:
Число пар поездов в сутки: 75
6. Минимальный межпоездной интервал θo = 10 мин;
Твх = 3 ч;
7. Номинальное напряжение тяговых подстанций Uн = 27.5 кВ;
8. Продолжительность периода повышенной интенсивности движения:
Tвос=1,7 часа;
9. Трансформаторная мощность районных потребителей S =5 МВ×А;
10. Мощность короткого замыкания на вводах подстанции Sкз = 700 МВ×А;
11.Эквивалентная температура в весенне-летний период и температура в период повышенной интенсивности движения после окна: θc = 25ºС; θo = 15ºС;
12.Длительность весенне - летнего периода nвл = 230 суток;
13.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 |
