Расчет системы тягового электроснабжения железнодорожного транспорта (стр. 6 из 8)

Smax = 0,97* ( 3 *929* 1,08 * 27,5 +10*1000) =89990,7 кВА

=> Sн=80 МВА

Вывод: Так как Sн =80 МВА не попадает в интервал Smin<Sн<Smax то делаем уточненный расчет.

1.5.2 Уточнение расчета мощности трансформатора

Коэффициент, учитывающий износ изоляции обмотки за счет нагрева масла в период нормального графика

Lмо = е a(q * Ко? + h) (35)

Значение среднегодового износа находят по формуле:

(36)

где nвл - число суток в весенне-летний период;

nсг - число суток с предоставлением окна, можно принять = 2/3* nвл;

Тн = 21 - Твос – to;

Ао = е-a(qинтс - qохло) .

По новому значению F по формуле (32) вновь производится расчет номинального тока и находится новое значение Iоном. По каталогу выбирается мощность ближайшая - большая, чем:

Sрасч1= Ку*(3 *Iоном * Uш + Sр.расч) (37)

или

Sрасч2= 3 *Iоном * Uш (38)

Тн = 21 – 3 –(56+55,75)/(2*60) = 17,1 часа

Ао = е - 0,115 * (98 - 15) = 0,00007

Lмо = е 0,115 * (39,7 * 0,747? + 15,3)= 74,2

Sрасч 1= 0,97 * (3 * 864* 27,5 +10*1000) =78841,6 кВА

Sрасч 2= 3*864* 27,5 =71280 кВА

Выбираем мощность трансформаторатора согласно условию Sн>max(Sрасч1; Sрасч2) получаем Sн =80 МВА

Вывод: мощность тяговой подстанции 2*40 МВА

1.5.3 Проверка трансформаторов по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла

а) Максимальный ток для режим а сгущения

I2нт = (Sном / Ку -Sр.расч) / (3 *Uш) (39)

коэффициент сгущения

Ксг = Iэсг / Iнт < 1.5

б) Проверка по температуре масла

qмсг = qохлс + (q / I2нт?) * (Iоэ? * h + (1 - h) * Iсг?) + h < 95°С (40)

в) Проверка по максимальной допустимой температуре обмотки

qинтс = qмсг + а * (Iэmax? / I2нт? ) + b < 140°С (41)

где Iэmax - эффективный ток обмотки для максимального режима

I2нт - для двух трансформаторов

г) В нормальных условиях заданные размеры движения должны быть обеспечены при работе одного трансформатора

qмо = qохлс + (q / I1нт?) * Iэо? + h < 95°С (42)

qинто = qмо + а * (Iэmax? / I1нт? ) + b < 140°С (43)

где Iэmax - эффективный максимальный ток обмотки для заданного режима;

I1нт - ток, соответствующей мощности, которая может быть использована для тяги при работе одного трансформатора.

а) Максимальный ток для режима сгущения

Iнт = (80000 / 0,97 -10000) / (3 * 27,5) =878,5 А

коэффициент сгущения Ксг =967,4 / 878,5 = 1,1 < 1.5 условие выполняется

б) Проверка по температуре масла

qмсг = 30 + (39,7 / 878,5?) * (430870,6 * 0,774 + (1 – 0,774) * 935943,1) + 15,3=73,3 °С

73,3°С < 95°С

в) Проверка по максимальной допустимой температуре обмотки

qинтс = 73,3+ 17,7* (1320,5? / 878,5? ) + 5,3=118,6 °С

118,6 °С < 140 °С

г) В нормальных условиях заданные размеры движения должны быть обеспечены при работе одного трансформатора

Iнт = (40000 / 0,97 -10000) / (3 * 27,5) =484,8А

qмо = 30 + 39,7*430870,6 /484,8? + 15,3=92,3°С

92,3°С<95°С

qинто = 92,3+ 17,7* (823,6? / 484,8? ) + 5,3=133,6 °С

133,6 °С < 140 °С

Вывод: Трансформаторы по максимальному току, максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла проходят.

2. Определение экономического сечения контактной сети одной МПЗ для раздельной и узловой схем питания

Общий расход энергии по четному и нечетному пути:

Wт = Iср * Uш * t *Nр (44)

где Nр = N / Кнд =105 / 1,15 = 92пар/сутки;

tч = 56,00 мин =0,933 часа

tтч =52,00 мин = 0,867 часа;

tнч = 55,75 мин = 0,929 часа;

tтнч =54,75 мин 0,913 часа

tт - суммарное время потребления энергии всеми поездами Nр, проходящими за период Т фидерную зону.

Тпер = 8 мин = 0,133 часа.

Удельные потери:

Для раздельной схемы питания:

(45)

Для узловой схемы питания:

Общий расход энергии:

Wт = Wтч + Wтнч

Экономическое сечение проводов в медном эквиваленте:

(47)

где: кэ=0,018руб/кВт*ч – стоимость электроэнергии.

Для раздельной схемы питания:

Wтч = 201,9·27,5·0,867·92= 402608,8 кВт*ч

Wтнч = 220,1·27,5·0,913·92=462188 кВт*ч

Для узловой схемы питания:

No = 1440 /8 = 180 пар поездов

Wт =402608,8 +462188=864796,8 кВт*ч

По результатам расчетов выбираем подвеску M-120+ МФ-100+ А-185

F =120+100+185/1,7=328,8 мм2

2.1 Проверка контактной сети по нагреву

Для подвески M-120+ МФ-100+ А-185 допустимый ток 1270 А, его нужно сравнить с эффективными токами фидеров контактной сети при режиме максимальной пропускной способности.

Iф1 = 743 А Iф4 = 793,2 А

Iф2 = 852,4 А Iф5 = 577,2 А

Вывод: подвеска M-120+ МФ-100+ А-185 по нагреву проходит.

2.2 Годовые потери электроэнергии в контактной сети для раздельной и узловой схемы питания

Значение потерь энергии по:

DWгод = Во * I * rа (51)

где l - длина зоны, км l = 46 км

rа - активное сопротивление подвески М-120+МФ-100+А-185= 0,055 Ом/км

DWгч =504491,7·46·0,055 =1276364 кВт*ч/год

DWгнеч = 650123,7·46 0,055 =1644813 кВт*ч/год

DWгразд =1276364 +1644813 = 2921177 кВт*ч/год

DWгузл = 2034271,4·46·0,055/2 =2573353,3 кВт*ч/год

3. Технико-экономический расчет по сравнению с раздельной и узловой схем питания

Приведенные ежегодные расходы:

Спр = Е * К + DА (52)

где Е = Ен + Еа + Ео

Ен = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности;

Еакс = 0,046 - амортизационные отчисления на к/с;

Ео = 0,03 - затраты на обслуживание;

Еапс = 0,055 - амортизационные отчисления на ПС;

DА - стоимость потерь электроэнергии в год;

DА = DWгод * Кэ (53)

где Кэ = 0,018 руб/кВт*ч - стоимость электроэнергии;

Спрразд = ( Ен + Еакс + Ео ) * Ккс +DА; (54)

Спрузл = ( Ен + Еакс + Ео ) * Ккс + ( Ен + Еапс + Ео ) * Кпс + DА; (55)

Кпс = 22000 руб.

Ккс = 13000 ·46= 598 тыс руб

Спрузл < Спрразд

Кузл > Кразд

Срок окупаемости:

Т = (Кузл - Кразд) / (Спрразд - Спрузл) < 8 лет; (56)

DАразд =2921177· 0,018 = 52581,2 руб.

DАузл = 2573353,3·0,018 = 46320,4 руб.

Спрразд = (0,12 + 0,046 + 0,03) · 598000 + 52581,2=169789,2 руб

Спрузл =(0,12+0,046 +0,03)·598000+(0,12+0,055+0,03)·22000+46320,4= 168038,4 руб

Т = 22000 / (2*169789,2-2*168038,4) = 6,3 года < 8 лет.

Вывод: вариант с узловой схемой питания более выгоден, хотя капиталовложения больше чем у раздельной, но ежегодные приведенные затраты меньше. Значит, принимаем узловую схему питания. Срок окупаемости 6,3 года < 8 лет.

4. Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном лимитирующем перегоне

Условный перегон находится в середине МПЗ, если в середине токи маленькие, то условный перегон перемещают в зону с большими токами. В пределах условного перегона выделяется блок- участок, равный 1/3 длины 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.

Рис. 2. Схема условного лимитирующего перегона и блок участка.

L1-расстояние от ТП1 до лимитирующего перегона;

L1*-расстояние от ТП1 до блок участка;

L2- расстояние от ТП2 до лимитирующего перегона;

L2*- расстояние от ТП2 до блок участка;

Lk-длинна лимитирующего перегона;

Lбу- длинна блок участка;

Lок- расстояние от ТП1 до расчетного поезда;

L- длинна МПЗ.

Расчет потерь напряжения тяговой сети и выпрямленных токов, приведенных к напряжению контактной сети.

Потери напряжения в тяговой сети:

DUс = DUк + DUр (57)

где DUк - потери напряжения в контактной сети до расчетного поезда;

DUр – потеря напряжения в рельсах до расчётного поезда.

Расчет ведется как и при постоянном токе, поэтому надо привести сопротивление контактной сети и рельсов к постоянному току.

Zкс = 0,136 Ом/км - приведенное сопротивление контактной сети для подвески M-120+МФ-100+А-185

(58)

где U = 25000 В;

Wkqд - расход энергии на движение расчетного поезда типа q, на к-ом перегоне в двигательном режиме;

tkqд - время потребления тока поезда типа q, на к-ом перегоне в двигательном редиме;

Wq = I * t * U - расход энергии поездами по всей зоне;

m = t / qo - количество поездов в зоне;

(59)

где

- расход энергии на движение поездов типа q по фидерной зоне, по путям çи çç;

; (60)

Находим потери напряжения на ТП:

(61)

где kэф 0,97 - коэффициент эффективности, вводимый для перехода от выпрямленных токов к действующим.

Сопротивление трансформатора и внешней сети:

Хвт = Uk * Uш? * 10 / Sн + U? * 1000 / Sкз (62)

j - угол сдвига между током и напряжением, равен 370.

Iпmax = (Iаmax + Iвmax) / 2 (63)

где Iаmax, Iвmax - нагрузки плеч определяемых при N = No

Iпmax - средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения.

Средний уровень напряжения у ЭПС:

U = 0.9 * 27500 - DUc - DUni (64)

По найденному значению напряжения можно откорректировать минимальный межпоездной интервал и перегонную пропускную способность:

(65)

где Zэ = 12 Ом - приведенное сопротивление ЭПС

I - средний выпрямленный ток электровоза за tэ, приведенный к напряжению.

Пропускная способность:

No’ = 1440 / Т’пер (66)