Средняя интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:
, (25)
где
. (26)
где Qинтб - температура наиболее нагретой точки, при которой срок службы трансформатора условно принят за единицу,
Qинтб =980 С;
Qохлс - температура окружающей среды в период восстановления нормального движения, задается в зависимости от района; согласно исходным данным Qохлс = =300С
α = 0.115 - коэффициент, определяющий скорость старения изоляции;
итак,
; (27)
; (28)
В выражении (28)
. (29)
В выражениях (27), (28) и (29):
a, b, g, h - постоянные в выражениях, аппроксимирующие зависимости разности температур обмотка-масло и масло - окружающая среда(они равны: a = 17,7; b = 5,3; g = 39,7; h = 15,3ºC);
to - среднее время хода поезда основного типа по фидерной зоне; to = (48.65+45.3)/120 = 0.78 часа;
τ = 3ч - тепловая постоянная времени масла.
Используя выражение (29) получим:
;
Согласно выражениям (27) и (28) получим:
;
Используя выражение (25) получим:
Так как F1<1 , то по полученной интенсивности износа F1 пересчёт номинального тока производить не надо.
Если F1>1, то полученной интенсивности износа F1 производится пересчёт номинального тока, то есть находится такой ток, при котором относительная интенсивность износа будет номинальной по формуле:
, (30)
где nсг – число суток с предоставлением окон за год;
nсг =суток.
Выбор мощности трансформатора по току Ioном (в предположении, что износ изоляции обмотки происходит только в период восстановления нормального движения после окна) занижает мощность не более чем на 8%, поэтому необходимая расчетная мощность лежит в пределах [Smin и Smax], которые определяются по формулам:
Smin = Kу×( 3× I0ном×Uш + Sp.pасч); (31)
Smax= Kу ×( 3×K×I0ном ×Uш + Sp.pасч); (32)
где Kу = 0,97 ; K = 1,08.
Используя выражения (31) и (32) получим:
Smin = Kу×( 3× I0ном×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×878.8×27.5 + 10×103) = 80025.97 кВА;
Smax= Kу ×( 3×K×I0ном ×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×878.8×1.08×27.5 + 10×103) = 85652.05 кВА;
1.5.2 Уточнённый расчета мощности трансформатора
Коэффициент, учитывающий износ изоляции обмотки за счет нагрева масла в период нормального графика:
;
Более точное значение среднегодового износа находят по формуле:
, ( 33)
где nвл – число суток в весенне-летний период;
nсг – число суток с предоставлением окон;
= 21-2.5 –0.78 = 17.72 часа;
, (34)
где Qохл0 – эквивалентная температура в весенне-летний период; согласно исходным данным Qохл0 = 200 С;
Согласно выражению (34) получим:
;
Используя выражение (33) будем иметь:
=0.00314;
Используя выражение (30) произведём пересчёт номинального тока:
= 286.8 А.
Расчётная мощность
Sрасч = Kу×( 3× Ioном×Uш + Sp.pасч) = 0.97×(3×286.8×27.5 + 10×103) = 32649.9 кВА :
или
Sрасч = 3× Ioном×Uш = 3×286.8×27.5 = 23659.7 кВА
Вывод: выбранные трансформаторы по мощности проходят.
1.5.3 Проверка трансформаторов по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла
Ток, соответствующий располагаемой мощности для тяги определим по формуле:
, А (35)
Используя выражение (35) получим:
А.
Коэффициент сгущения:
<1.5;
Максимальную температуру масла определим по формуле:
<950 С; (36)
Используя выражение (36) получим:
0С <95 0С;
Максимальная температура обмотки:
<1400 C; (37)
Согласно выражению (37) будем иметь:
<1400 C;
В нормальных условиях заданные размеры движения должны быть обеспечены при работе одного трансформатора
95 0С; (38)
140 0 С; (39)
где I1нт – ток, соответствующий мощности, которая может быть использована для тяги при работе одного трансформатора, который определяется по формуле (21),
где Sнт 40 МВА.
А.
Согласно выражению (38) получим:
0С £ 950 С ;
Используя выражение (39) получим:
0 С £ 1400 С;
Вывод:
Трансформаторы по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла проходят.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ОДНОЙ МЕЖПОДСТАНЦИОННОЙ ЗОНЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ
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:
для чётного пути:
451664.59 кВт×ч/Ом×год.
Используя выражение (40) получим:
мм2.
для нечётного пути:
382042.92 кВт×ч/Ом×год.
Используя выражение (40) получим:
284.32 мм2.
Для узловой схемы питания:
Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:
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.
Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:
(45)
Используя выражение (45) получим:
Экономическое сечение проводов контактной сети по (43):
мм2.
По результатам расчетов выбираем подвеску М120 + МФ100 + А185; для этой подвески сечение:
F = 120+100+=328.82 мм²;
3. ПРОВЕРКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО НАГРЕВУ
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.
4. ГОДОВЫЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
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;
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПО СРАВНЕНИЮ С РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ
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;
6. РАСЧЕТ СРЕДНЕГО УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДО РАСЧЕТНОГО ПОЕЗДА НА УСЛОВНОМ ЛИМИТИРУЮЩЕМ ПЕРЕГОНЕ И БЛОК - УЧАСТКЕ ПРИ ПОЛНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
6.1 Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном лимитирующем перегоне
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.
