Тяговыые подстанциии переменного тока

;      (1.1)

,     (1.2)

где n₀-количество отрезков на кривой поездного тока;

-среднее значение тока поезда  за рассматриваемый промежуток  времени t_i;

t-время хода поезда по фидерной зоне.

 

Среднее значение поездного тока:

Разложенная кривая:

 

Неразложенная кривая:

 

Квадрат эффективного тока:

Разложенная кривая:

 

Эти токи являются исходными для  расчёта нагрузок фидеров подстанций постоянного тока и нагрузок плеч подстанций переменного тока от всех поездов, проходящих по участку.

Зная средние и эффективные  значения поездного тока, отнесённого к фидеру, можно найти средние и эффективные токи фидера от всех поездов. Для этого воспользуемся формулами, которые при однотипных поездах имеют вид:

      (1.3)

;

;

;

.

 

1. Расчетный режим

2. Режим после окна

3. Режим наибольшей пропускной способности

 

Для эффективных токов:

при одностороннем питании

 

  (1.4)

 

при двустороннем питании

 

  (1.5)

 

1. Расчетный режим

2. Режим после окна

3. Режим наибольшей пропускной способности

 

Здесь n_ф - наибольшее число поездов в фидерной зоне, равное:

     (1.6)

где q₀ - заданный минимальный интервал между поездами;

N - число пар поездов в сутки при нормальном режиме (определяется по формуле 1.27);

N₀ - пропускная способность участка дороги в сутки.

В данном случае найденное значение n_ф не следует округлять. Определяем средние токи всех фидеров расчётной подстанции участка переменного тока, а также квадраты эффективных токов при числе поездов N, N_СГ и N₀.

Для подстанций переменного тока, после определения нагрузок фидеров, находятся линейные нагрузки.

Для двухпутного участка средние  токи плеч

      (1.7)

 

1. Расчетный режим

2. Режим после окна

3. Режим наибольшей пропускной способности

 

И квадраты эффективных токов плеч:

  (1.8)

 

1. Расчетный режим

 

2. Режим после окна

 

3. Режим наибольшей пропускной способности

 

Из формул (1.6, 1.7, 1.8) видно, что фидерные токи зависят от коэффициента использования пропускной способности . Его следует брать каждый раз соответствующим расчетному режиму, так для режима после окна , для режима наибольшей пропускной способности .

Нагрев масла в трехфазном силовом  трансформаторе определяется потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке неодинаковы. Для учета этого обстоятельства можно оперировать эквивалентным эффективным током фазы, который вызовет при симметричной нагрузке те же потери, что и действительные несимметричные нагрузки.

Формулы для расчета квадрата эффективного тока обмоток «а» и «с», в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обеих плечах равны, имеют вид:

   (1.9)

 

Для определения наибольшего эффективного тока обмотки значения величин I_аэ, I_вэ, должны быть рассчитаны при . За ток I_{э наиб.} принимается больший из токов I_аэ и I_сэ..

Эквивалентные по нагреву масла  токи обмотки (при том же предположении) находятся по формуле:

    (1.10)

 

По этой формуле находят эквивалентный  по нагреву масла ток обмотки  при заданных размерах движения I_эо и ток в период восстановления нормального графика движения после окна I_сг, подставляя соответствующие этим режимам величины I_аэ, I_вэ, .

После расчета  величин I_{э наиб}, I_эс и I_эо  следует определить необходимую трансформаторную мощность для питания тяговой нагрузки.

 

1.2 Определение количества понизительных трансформаторов

 

Для дальнейших расчетов следует выбрать  по каталогу трансформатор мощностью S_н, принимаемой в качестве базовой.

В большинстве случаев  для  подстанций  переменного  тока можно принять  ее равной 50МВ×А (т.е. два трансформатора по 25МВ×А). Тогда мощность понизительного трансформатора, которую допустимо использовать для тяги S_нт, определится из выражения /2/:

 

     (1.11)

где K_у - коэффициент участия районной нагрузки в максимуме;

S_p - мощность районной нагрузки, МВ×А.

 

Далее находится  часть номинального тока, приходящаяся на тягу поездов  по формуле:

     (1.12)

где U_ш - напряжение  на  вторичной обмотке силового понизительного трансформатора, равное 27,5кВ.

 

Для расчета средней интенсивности  износа изоляции обмотки трансформатора определим отношения:

    (1.13)

 

Если окажется, что k_max>1,5 то уже на этом этапе следует выбрать следующие более мощные трансформаторы.

После определения этих отношений следует найти среднюю  интенсивность износа изоляции обмотки  трансформатора в сутки предоставления окна:

     (1.14)

где

Здесь Q_0ном -номинальная температура наиболее нагретой части обмотки, равная 98°С;

Q_ссг - температура окружающей среды в период восстановления нормального движения поездов, задается в зависимости от района;

a-коэффициент, равный 0,115 1/^ос.

   (1.15)

 

   (1.16)

 

В последнем выражении:

     (1.17)

 

В формулах (1.15 и 1.16) величины b, a, g и h постоянные, аппроксимирующие зависимости разности температур «обмотки-масло» и «масло-окружающая среда» (а=20.5; b=2.5; g=39.7; h=15.3°С);

t₀ - среднее время хода по фидерной зоне поездов основного типа в чётном и нечётном направлениях;

t _M - постоянная времени масла; её можно принять равной 2,5ч для трансформаторов мощностью до 32 МВ×А и 3,5ч - для трансформаторов большей мощности.

По полученной  средней  интенсивности износа c производится пересчет номинального тока. Находится такой расчетный номинальный ток, при котором относительная интенсивность износа изоляции будет нормальной, по формуле:

  (1.18)

где n_сг - число суток с предоставлением окон за год, можно принять равным 2/3 числа суток в весенне-летний период.

 

 

Если полученное значение тока I_oном>I_нт, то следует выбрать следующий из ряда трансформаторов большей мощности. И так до тех пор пока не выполнится условие I_оном <= I_нт.

Выбранные по износу изоляции трансформаторы должны быть проверены по наибольшему допустимому току и наибольшим допустимым температурам обмотки и масла.

Наибольшая температура масла  может быть определена по формуле:

   (1.19)

А обмотки по формуле:

 

   (1.20)

Если окажется, что  >95°С или >140°С, то надо принять к установке следующие по мощности трансформаторы.

Значения входящих в  формулы (1.19 и 1.20) величин определены ранее.

На тяговых подстанциях обычно устанавливают два силовых понизительных трансформатора одинаковой мощности. Учитывая это, зная общую трансформаторную мощность, можно выбрать номинальную мощность трансформаторов. Принимаем два трансформатора мощностью 25 МВА /3/.

 

1.3 Расчет площади сечения проводов контактной сети для двух схем питания

 

Площадь сечения проводов контактной сети определяется экономическим расчетом с последующей проверкой на нагревание /4/.

Для проводов контактной сети можно  принять, что с ростом площади сечения уменьшаются потери энергии, но возрастают капитальные затраты. Отсюда следует, что необходимо найти оптимальное сечение при котором приведенные расходы будут наименьшими. Общеизвестно, что зависимость приведенных затрат  от площади сечения в области экономического сечения имеет пологий минимум, а это дает возможность при выборе типа подвески, допустить некоторое отклонение от экономического  сечения. Если решается вопрос пропуска поездов с наибольшими скоростями движения, то не следует площадь сечения брать больше  экономической, т.к. её увеличение от этого уровня на 30% даёт приращение скорости всего на 1%.

 

Расчет экономической  площади  сечения проводов контактной сети в  медном эквиваленте для одной  фидерной зоны двухстороннего питания, при сроке окупаемости 8 лет, можно провести по формуле /1, 4/:

мм²     (1.21)

где В_о - годовые удельные потери в проводах контактной сети рассматриваемой фидерной зоны, кВт×ч/Ом×год.

Величина удельных потерь энергии  находится по формуле:

     (1.22)

где DА_год - годовые потери энергии в проводах фидерной зоны, кВт×ч;

r_экв – сопротивление омическое или активное параллельно соединенных проводов контактной сети одного пути (при узловой и параллельной схемах сопротивление всех проводов всех путей, как параллельно соединенных), Ом/км;

l – длина фидерной зоны, км.

При раздельной схеме питания контактной сети путей величины В_о и S_мэ рассчитываются для каждого пути отдельно.

Величина годовых потерь:

    (1.23)

где DА_сут - потери энергии в контактной сети фидерной зоны за сутки, кВт×ч.

Для определения величины DА_сут на одном пути при отсутствии рекуперации, двустороннем питании, однотипных поездах можно воспользоваться следующими формулами /1,4/.

Раздельная схема питания путей при отсутствии рекуперации:

кВт×ч;        (1.24)

где А - расход энергии на движение одного поезда по фидерной зоне, кВт×ч.

r_экв – сопротивление контактной подвески одного пути, Ом/км;

А_Т - расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по фидерной зоне, кВт·ч;

U - напряжение в контактной сети, кВ;

n - наибольшее число поездов в фидерной зоне.

Расход электрической энергии  на движение одного поезда определяется по неразложенной кривой по следующим формулам:

Для участков переменного тока:

кВт×ч;    (1.25)

где U_ср - среднее расчетное напряжение в контактной сети, 25 кВ;

К_м -коэффициент мощности нагрузки, равный 0.85.

Узловая схема питания путей /4/:

       (1.26)

где А_чет, А_неч – расход энергии на движение одного поезда по четному и нечетному пути соответственно, кВт×ч;

t_mчет, t_mнеч – время потребления тока поездом на четном и нечетном пути соответственно, час.

N_чет, N_неч – среднесуточные размеры движения по четному и нечетному пути;

n – наибольшее число пар поездов,  могущих одновременно занимать фидерную зону, вычисляется как средняя величина от поездов по обоим путям;

r_экв – сопротивление всех проводов обеих путей, Ом/км;

А_T - расход энергии на движение всех поездов за период Т=24 часа по обоим путям фидерной зоны, кВт×ч.

Среднесуточные размеры движения поездов по четному и нечетному  пути определяются так:

     (1.27)

где М-грузопоток, т×км/км;

К_T - коэффициент тары, 045;

Q - масса поезда, т;

К_н - коэффициент годовой неравномерности движения, 1,1—1,5.

Узловая схема:

Раздельная схема:

При узловой схеме питания полученное значение площади сечения проводов контактной сети необходимо разделить на два и далее выбрать тип контактной подвески с указанием допустимой нагрузки по току /1 табл.8,3/, а также найти электрическое сопротивление /1 табл. 2.1, табл. 2.10-2.14/.

Принимаем контактную подвеску М95+МФ100.

 

1.4 Проверка выбранной площади сечения проводов контактной сети на нагревание

 

Проверка на нагревание проводов как  при постоянном так и при переменном токе производится сравнением наибольших эффективных рабочих нагрузок фидеров с допустимыми для данного типа подвески.

Определение величины эффективного тока фидера выполняется для одного пути наиболее нагруженной фидерной зоны при раздельном питании путей по формуле /1, 4/:

А²,   (1.28)

где А_T - расход электроэнергии на движение всех поездов за период Т=24 часа на наиболее нагруженном пути расчетной фидерной зоны от расчетной подстанции в кВт×ч или кВар×ч для участков переменного тока, в период наибольшей перегрузки;

U - среднее расчетное напряжение в контактной сети 25 кВ;

 - суммарное полное время хода всех поездов по фидерной зоне, ч;

-тоже под током, ч;

 - наименьший межпоездной интервал, ч;

n - количество поездов, проходящее за сутки по наиболее нагруженному пути фидерной зоны в нормальном режиме.