Курсовая работа: Электроснабжение электрифицируемого участка железной дороги

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения»

Кафедра: «Электроснабжение железных дорог»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине: «Электроснабжение железных дорог »

по теме:

«ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИФИЦИРУЕМОГО УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЁТ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ И ВЫБОР ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

1.1 Количество перевозимых грузов на расчётный год эксплуатации

1.2 Энергия, потребляемая поездом

1.3 Удельный расход энергии

1.4 Удельная мощность на десятый год эксплуатации

1.5 Расстояния между подстанциями и сечения контактной подвески

1.6 Расположение тяговых подстанций для выбранных вариантов

2. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ И ЕГО СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

2.1 Количество перевозимых грузов в сутки

2.2 Количество пар поездов в сутки

2.3 Время хода поезда по межподстанционной зоне

2.4 График движения поездов

3. РАСЧЁТ НЕОБХОДИМЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

3.1 Метод равномерного сечения графика движения поездов

3.2 Аналитический метод расчета

4. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

4.1 Число и мощность понизительных трансформаторов

5. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ВЫБОР УСТАВОК ТОКОВЫХ ЗАЩИТ

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ НА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЯХ.

6.1 Потери мощности в трёхобмоточных понизительных трансформаторах

7. ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО ГРАНИЧНЫМ УСЛОВИЯМ

7.1 Проверка контактной сети по уровню напряжения

7.2 Проверка сечения контактной подвески по нагреву

8. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ И ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭКОНОМИЧНОГО

8.1 Размер капиталовложений

8.2 Эксплуатационные расходы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является ознакомление с методикой расчета систем электроснабжения участков железных дорог, электрифицируемых на переменном токе.

Проектирование системы электроснабжения электрической железной дороги представляет технико-экономическую задачу, в которой решается большой комплекс вопросов. В учебном курсовом проекте:

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 /2/ 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;

В курсовом проекте рассматриваются только грузовые перевозки.

Период графика движения поездов принят равным 12 часам.

1. РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ И ВЫБОР ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ.

1.1 Количество перевозимых грузов на расчётный год эксплуатации, млн. т

, (1)

где t - год эксплуатации, на который рассчитано количество перевозимых грузов;

P_з - заданное количество перевозимых грузов;

P - прирост количества перевозимых грузов в год.

Количество перевозимых грузов вычислено на пятый P₅ и десятый P₁₀ годы эксплуатации.

57,8 млн т

60,8 млн т

1.2 Энергия, потребляемая поездом, Вт•ч

, (2)

где 1,15 - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при пуске и торможении электровоза;

U_э - напряжение на токоприёмнике электровоза, U_э = 25000 B.

I_i - среднее значение тока поезда на участке ДS_i кривой потребляемого тока;

k - количество участков, на которое разбита кривая тока;

з_э - коэффициент полезного действия электровоза, з_э = 0,85;

з_эс- коэффициент полезного действия системы электроснабжения, з_эс = 0,96;

V_т - заданная средняя техническая скорость движения поезда;

Wp/W0 = 1;

л - коэффициент мощности электровоза, л = 0,80.

Энергия, потребляемая поездом, определена для чётного W_ч и нечётного W_н направлений.

Графики потребляемого тока для чётного и нечётного направлений представлены на рис. 1.

Вт•ч;

Вт•ч;

1.3 Удельный расход энергии, Вт•ч/т•км

, (3)

где S - длина участка, на котором задана кривая потребляемого тока, км;

G - масса локомотива, т.

Удельный расход энергии определён в чётном щ_ч и нечётном щ_н направлениях.

Вт•ч/т•км;

Вт•ч/т•км;

1.4 Удельная мощность на десятый год эксплуатации, кВт/км

Принято условие, что количества перевозимых грузов в чётном и нечётном направлениях равны P₁₀/2.

, (4)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий дополнительные потери энергии на манёвры и в зимних условиях работы;

б₁ - коэффициент тары;

8760 - число часов в году.

кВт/км.

1.5 Расстояние между тяговыми подстанциями и сечения контактной подвески

Для рассчитанного P_ср по номограммам [5, с. 331, 332] выбраны два варианта расстояний между тяговыми подстанциями. Одно расстояние оптимальное, а второе меньше оптимального. Результаты выбора приведены в табл. 1.

Таблица 1

Выбранные варианты

1.6 Расположение тяговых подстанций для выбранных вариантов

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 должен приводить к отключению тяговой подстанции.

Для обоих случаев принята одноцепная ВЛ 220 кВ.

Схемы размещения тяговых подстанций представлены на рис. 2.

Размещение тяговых подстанций

Оп Тр Тр Отп Тр Тр Оп

Рис. 2.

2. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ И ЕГО СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

2.1 Количество перевозимых грузов в сутки

Определено с учётом коэффициентов неравномерности на пятый год эксплуатации, т.

, (5)

где P₅ - количество перевозимых грузов на пятый год эксплуатации, т;

k_м, k_с - коэффициенты неравномерности количества перевозимых грузов соответственно по месяцам и суткам;

12 - число месяцев в году;

30 - число дней в месяце.

т

2.2 Количество поездов в сутки.

Определено на пятый год эксплуатации.

, (6)

где величины б₁ и Q_з взяты из задания к курсовому проекту.

26 поездов

2.3 Время хода поезда по межподстанционной зоне, мин

, (7)

где L - расстояние между тяговыми подстанциями.

Расчёты проведены для обоих вариантов размещения тяговых подстанций.

мин

2.4 График движения поездов

График движения поездов представлен на рис. 3.

График движения поездов и кривые потребляемого тока построены с соблюдением масштабов:

· времени 1 мин - 1 мм;

· расстояния 1 км - 5 мм;

· тока 1 А - 0,5 мм.

График построен на период, равный 12 часам, для числа пар поездов N_5с/2 = 12 между тяговыми подстанциями. Поезда расположены в графике произвольно, с учётом неравномерности распределения поездов во времени и интервалом попутного следования не менее заданного минимального, равного 15 минут. В графике предусмотрены технологические окна:

· в чётном направлении - tокна = 2ч. 05 мин;

· в нечётном направлении - tокна = 2ч. 15 мин.

Сбоку от графика движения пристроены кривые потребляемого тока и номограммы для определения токов фидеров, узловая схема питания. Произведено равномерное сечение графика через 10 мин. И в каждом сечении подсчитано число пар поездов, одновременно находящихся на межподстанционной зоне, для обоих вариантов.

Определено число схем каждого типа.

Для схемы вариант:

· m0 = 21

· m1 = 11

· m2 =36;

· m3 = 2;

· m4 = 1;

· m5 = 1;

Рассчитаны вероятности появления одновременно 0, 1, 2, 3, …, n_М поездов

. (8)

Результаты расчёта сведены в табл. 2. По результатам расчёта построены гистограммы распределения числа поездов (рис. 4).

3. РАСЧЁТ НЕОБХОДИМЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

В курсовом проекте использованы два метода расчёта - метод равномерного сечения графика движения поездов и аналитический.

3.1 Метод равномерного сечения графика движения поездов

При данном методе рассчитаны полученные при сечение графика движения поездов мгновенные схемы (рис.5) для разного числа поездов, одновременно находящихся на межподстанционной зоне (1, 2,….,n_м).

Для расчета схем с одним поездом межподстанционная зона разделена на 10 одинаковых отрезков.

При большем числе поездов (2, 3, и т. д.) из полученных при сечении графика движения поездов мгновенных схем выбраны случайным образом 10 схем с различными положениями поездов и потребляемыми токами.

Для каждой мгновенной схемы рассчитаны токи фидеров, тяговых подстанций, потери напряжения до поездов, потери мощности в целом для схемы. Данные расчета представлены в табл.4,5 для схем с одним поездом для обоих вариантов расстояния между подстанциями и табл.6 для схем с большим числом поездов для меньшего расстояния. В таблицах приняты обозначения:

i_п1, i_п2, i_п3 - мгновенные токи поездов, полученные по кривым потребляемого тока для каждого положения поездов;

i_А11, i_А21, i_Б31, i_Б41 - доли токов первого поезда, приходящихся на фидеры подстанций А и Б, полученные с использованием номограмм;

i_А12, i_А22, i_Б32, i_Б42 - доли токов второго поезда, приходящихся на фидеры подстанций А и Б, полученные с использованием номограмм;

i_А, i_Б - токи фидеров.

С учетом равномерного расположения тяговых подстанций и одинаковых кривых потребляемого тока в межподстанционных зонах принято:

i_Б = i_А1+ i_А2+ i_Б3+i_Б4.

?u_ч, ?u_н - потери напряжения, соответственно для четного и нечетного поездов;

?p - потери мощности в тяговой сети, определенные для одного поезда отдельно для четного и нечетного поездов, а для схем с большим числом поездов в целом для мгновенной схемы.

Распределение токов по фидерам произведено с помощью номограмм, которые показывают относительную долю тока поезда, приходящуюся на фидер. В таблицы занесены абсолютные значения токов, полученные умножением тока поезда на его долю.

По полученным мгновенным значениям на зоне питания для одного поезда вычислены

Средние токи:

;

Квадраты эффективных токов:

; ;

Средние потери напряжения до поезда:

; ;

Средние потери мощности:

; ,

где к - число мгновенных схем.

Для двух и более поездов составлены мгновенные схемы.

Для мгновенных схем, мгновенные потери напряжения до поезда и мгновенные потери мощности определены по формулам:

, (9)

где ?u - мгновенные потери напряжения до поезда, В;

i - ток фидера, А;

l - расстояние от подстанции до поезда, км.

, (10)

где ?р - мгновенные потери мощности, Вт;

i₁, i₂ - токи поездов, А.

величины определены как математические ожидания:

;

;

;

;

.

Математическое ожидание рассчитано по формуле:

, (11)

где x_i - случайная величина;

р_i - вероятность появления этой величины.

В;

В;

А²;

А;

Вт.

3.2 Аналитический метод расчета

Расчет произведен для сравнения по второму варианту сходимости двух методов.

Исходные величины для расчета:

- средние и эффективные токи одиночно следующих поездов четного и нечетного направлений I_пч,ср, I_пн,ср, I_пч,э, I_пн,э;

- средние числа поездов, одновременно находящихся на зоне питания в четном и нечетном направлениях.