Электроснабжение участка железной дороги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Электроснабжение участка железной дороги постоянного тока

Исходные данные

Задано два перегона двухпутного участка железной дороги с тремя станциями А, Б и В. На каждой станции размещена тяговая подстанция, получающая энергию от линии электропередачи напряжением 110 кВ. Длины перегонов одинаковы перегон АБ =20км, перегон БВ = 20 км. По перегонам следуют однотипные грузовые поезда.

Тип тяговой подстанции транзитная

Максимальная скорость, км/ч

Номер варианта схемы станции

Номер варианта кривых тока

Межпоездной интервал, мин

Мощность районных потребителей, МВ·А

Номинальное напряжение районных потребителей, кВ

Техническая скорость, км/ч

Перегон АБ.

Направление движения:

Четное

Нечетное

Перегон БВ.

Направление движения:

Четное

Нечетное

Схема станции:

Реферат

Курсовая работа Тяговая подстанция (ТП), тяговая сеть (ТС), электроснабжение, фидер, преобразовательный агрегат, трансформатор, выпрямитель, токовая нагрузка, токоприемник.

Объектом исследования является электрифицированная железная дорога постоянного тока.

В процессе работы были рассчитаны: ток ТП, мощность ТП, потеря напряжения на участке, выбрано оборудование для ТП.

Результаты расчетов проделанных в данной курсовой работе можно использовать при эксплуатации электрифицированной железной дороги постоянного тока.

Содержание

• Введение
• 1. Составление графика движения поездов
• 2. Определение токов фидеров тяговой подстанции
• 3. Выбор сечения проводов контактной подвески и составление схемы секционирования контактной сети
• 4. Составление однолинейной схемы тяговой подстанции и выбор основного оборудования
• 4.1 Структурная схема тяговой подстанции постоянного тока
• 4.2 Выбор количества преобразовательных агрегатов и мощности трансформаторов
• 5. Определение потери напряжения в тяговой сети и напряжения на токоприемнике электровоза
• 5.1 Напряжение на токоприемнике электровоза
• 5.2 Расчет потери напряжения
• Заключение
• Библиографический список
• Приложения
• Введение

Железная дорога является комплексной системой, объединяющей в единое целое ее составные части: подвижные объекты - электрический подвижной состав (ЭПС) и стационарные - устройства электроснабжения, которые, в свою очередь, состоят из тяговых подстанций (ТП) и тяговой сети. Бесперебойность и безаварийность работы данных составных частей является главной задачей для всего железнодорожного хозяйства, решение которой, в частности, осуществляется с помощью технических расчетов.

В данной курсовой работе произведен расчет системы электроснабжения участка железной дороги постоянного тока. В первом и втором разделах составляется параллельный график движения однотипных грузовых поездов для двух перегонов АБ и БВ длиной 20 км двухпутного участка железной дороги, оборудованных устройствами автоблокировки и график кривых тока электровозов. График движения поездов совмещается с графиком кривых тока электровозов, следующих в четном и нечетном направлениях, для получения расположения нагрузок в межподстанционной зоне в любой момент времени. На основании полученных данных производится расчет токов фидеров для подстанции Б.

В третьем разделе выбирается сечение проводов контактной подвески путем проверки на нагрев проводов контактной сети по эффективному току фидера, а также составляется схема секционирования контактной сети на станции Б.

В четвертом разделе составляется однолинейная схема и выбирается основное оборудование тяговой подстанции на основании расчетов, произведенных в соответствии с предложенным вариантом.

В пятом разделе определяется напряжение на токоприемнике электровоза и его потеря в тяговой сети. Для этого строится для зоны АБ график движения поездов и график кривых тока электровозов. Оценивается характер изменения напряжения на токоприемнике электровоза в процессе его движения по перегону.

Полученные данные можно будет использовать при проектировании электроснабжения участка железной дороги постоянного тока.

1. Составление графика движения поездов

График движения поездов является планом всей эксплуатационной работы железной дороги, основой организации перевозок. Он представляет собой графическое изображение схемы движения поездов на участке. Его строят в системе координат, где О_х - время, О_у - пройденный путь.

Ход поезда на графике изображаем виде траектории движения точки, таким образом, график движения одного поезда выражает зависимость S(t), которую в пределах перегона обычно принимают в виде прямой линии, соединяющей точки отправления и прибытия поездов на смежных раздельных пунктах. Эту линию называет «ниткой» графика. Угол наклона прямой (нитки) к горизонтали характеризует среднюю техническую скорость движения по перегону. В действительности упомянутая зависимость отличается от прямой и соответствует кривой t(S), построенной при тяговых расчетах.

Существуют различные типы графиков, в зависимости от условий работы и характера ж. д. линии, ее технической оснащенности

В курсовой работе с целью упрощения расчетов составляем параллельный график движения однотипных грузовых поездов для двух перегонов двухпутного участка ж. д., оборудованных устройствами автоблокировки. Будем считать, что перегоны А-Б и Б-В являются промежуточными между участковыми станциями, остановка на станциях А, Б и В не предусматривается.

Нитки нечетных поездов (обозначены сплошными линиями на рисунке 1.1) прокладывают снизу вверх, четные поезда (штриховка) следует прокладывать сверху вниз.

(1.1)

где - длина перегона, км;

- средняя техническая скорость движения, км/ч;

i - индекс перегона (АБ, БВ,).

Следующий поезд в четном направлении должен проследовать по станции А через заданный межпоездной интервал. Если скорости движения равны, то остальные нитки проводим параллельно линии АВ, что и свидетельствует о том, что график параллельный.

Рассчитаем время хода для каждого перегона по формуле 1.1:

Четные поезда:

,

.

Нечетные поезда:

,

.

1. Прокладываем «нитку» первого поезда в четном направлении через точку А по перегонам АБ и БВ.

2. «Нитку» второго поезда располагаем параллельно «нитке» первого, учитывая заданный межпоездной интервал t_и = 9 мин.

3. Аналогично делаем для нечетных поездов, учитывая, что поезд проследует станцию Б в момент времени ?t=0.

4. График изображаем на рисунке 1.1 в масштабах по времени m_t=5 мм на минуту, по расстоянию m_S=2 мм на километр.

2. Определение токов фидеров тяговой подстанции

Расчет системы тягового электроснабжения при выбранной схеме расположения ТП сводится, в основном, к определению количества, типа и мощности преобразовательных агрегатов каждой ТП и параметров контактной сети.

Для решения этой задачи необходимо знать распределение токов по фидерам ТП при принятом способе питания контактной сети. Сложность решения этой задачи - в непрерывном изменении величины и расположения нагрузок. Величина нагрузки (ток электровоза) изменяется в соответствии с графиком зависимости тока электровоза от пути, а также изменяется расположение электровоза по отношению к тяговой подстанции, что определяется графиком движения. С целью упрощения расчета системы электроснабжения непрерывный процесс изменения тяговых нагрузок и их расположение заменяют рядом следующих друг за другом схем, каждая из которых соответствует определенному моменту времени. Эти схемы называются мгновенными. С их помощью можно получить характер изменения, как токов фидеров, так и тока подстанции в целом и их расчетные значения путем совместного использования зависимости тока от пройденного пути и графика движения.

Известны методы расчетов:

1) метод непрерывного исследования графика,

2) метод равномерных сечений,

3) метод характерных сечений.

Сущность методов сечения графика заключается в следующем. Совмещая график движения поездов с кривыми токов электровозов, следующих и в четном, и в нечетном направлениях так, как это показано на pиcунке 1.1, получаем расположение нагрузок в межподстанционной зоне и их величины в любой момент времени. Метод равномерных сечений представлен на рисунке 2.1 (Приложение 2).

Если провести на рисунке 1.1 вертикальную линию (сечение графика), соответствующую некоторому моменту времени t, то точки пересечения ее с нитками графика дадут расположение нагрузок между подстанциями А и Б. Путем переноса ординат этих точек на кривые потребления тока соответствующего направления определяем величины нагрузок. Таким образом получаем расчетную мгновенную схему для момента времени t.

При определении токов фидеров, питающих четный и нечетный пути по отдельности, необходимо учитывать лишь поезда, следующие в соответствующем направлении.

Следовательно ток фидера подстанции Б , питающего четный путь зоны АБ, можно найти из выражения:

. (2.1)

Используя полученные данные, нужно рассчитать величину тока фидера по формуле 2.1 для всех сечений графика и занести значения в таблицу 2.1 (Приложение 3).

Рассчитаем величину тока фидера для нулевого сечения на участке АБ в нечетном направлении.

кА.

Остальные токи находятся аналогично и заносятся в таблицу 2.1 в столбец №14. Среднее значение тока каждого фидера между соседними сечениями в интервале времени Д t_i рассчитываем по формуле:

 (2.2)

где I_ФН и I_ФК - ток фидера в начале и конце отрезка времени Дt_j соответственно. Рассчитаем средний ток фидера между сечениями 0 и 1 для нечетного направления участка АБ по формуле 2.2.

кА.

Результаты заносим в таблицу 2.1 в столбец № 15.

Средние значения токов фидеров за межпоездной интервал определяем по формуле:

(2.3)

где = 9 мин.

Рассчитаем средний ток фидера за межпоездной интервал нечетного направления участка АБ по формуле 2.3.

кА

Полученные результаты заносим в таблицу 2.1 в столбец № 16.

Эффективные значения токов фидеров за межпоездной интервал определяем по формуле:

 , (2.4)

Рассчитаем эффективный ток фидера за межпоездной интервал нечетного направления участка АБ по формуле 2.4.

кА.

Полученные результаты заносим в таблицу 2.1 в столбец № 17.

Среднее значение тока ТП определим по формуле:

(2.5)

Рассчитаем средний ток ТП Б

кА.

Результаты расчетов заносим в таблицу 2.1 в столбец 18.

Используя данные таблицы 2.1, строим график зависимости токов фидеров I_ф1, I_ф2, I_ф3 и I_ф4 и тока ТП Б I_тп от времени, имеющие вид, изображенный на рисунке 2.2

поезд тяговая подстанция контактный фидер трансформатор

3. Выбор сечения проводов контактной подвески и составление схемы

Площадь сечения проводов контактной подвески, которая представляет собой несущий трос и один или два контактных провода, выбирают по условиям токосъема. В настоящее время для главных путей перегонов и станций предусмотрено при системе постоянного тока использование двух контактных проводов сечением 100 мм² (2МФ-100). В качестве несущего троса используют медный провод сечением 95 или 120 мм² (М-90 или M-I20).

Экономичную площадь сечения контактной сети определяют на основании технико-экономического сравнения различных вариантов по минимуму потерь энергии в тяговой сети при наименьших капитальных затратах на её сооружение и обслуживание. Если необходимая площадь контактной сети не может быть обеспечена контактными проводами и несущим тросом, то она восполняется усиливающими проводами, которые подвешивают на опорах контактной сети с напольной стороны.

Для нормальной работы контактной сети нагрев проводов должен находиться в допустимых пределах. Чтобы проверить нагрев, сравнивают эффективный ток с допустимым, при котором температура медных проводов не превышает 100^оС, для алюминиевых - 80^оС.

Для одной межподстанционной зоны с целью удобства монтажа и технического обслуживания рекомендуется выбирать одинаковую подвеску для каждого пути по максимальному току фидера соответствующей зоны, для разных зон могут быть использованы разные подвески. В курсовой работе следует предварительно принять контактную подвеску М-120 + 2МФ-100 и проверить её на нагрев по эффективному току фидера для наиболее тяжелого режима работы - раздельном питании четного и нечетного путей. Если условие (3.1) не выполнимо, то нам придется увеличивать сечение, добавляя один или два усиливающих.Для нашего участка между станциями А и Б возможно применение контактной подвески М-120 + 2МФ-100, допустимое значение тока для которой 1880А (I_ДОП = 1,88 кА).

Для нечетного направления:

I_{АБ ЭФФ}= 1,09 < I_ДОП;

I_{БВ ЭФ}= 1,59< I_ДОП.

Для четного направления:

I_{АБ ЭФФ}= 1,72 < I_ДОП;

I_{БВ ЭФФ}= 1,42 < I_ДОП.

Схема секционирования для подстанции Б приведена на рисунке 3.1 для двухпутной линии.

4. Составление однолинейной схемы тяговой подстанции и выбор основного оборудования

4.1 Структурная схема тяговой подстанции постоянного тока

Общая компоновка тяговой подстанции (ТП) постоянного тока зависит от способа подключения ТП к питающей линии электропередач (ЛЭП), от напряжения ЛЭП, от количества преобразовательных агрегатов (ПА), от наличия районных (не тяговых) потребителей (РП) и их расчетной мощности.

Структурная схема ТП при питании её от ЛЭП110 или 220 кВ РУ - распределительное устройство; ПТ1, ПТ2 - понижающие трансформаторы; РП 35кВ, РП10кВ - фидера районных потребителей; пт1, пт2 - преобразовательные трансформаторы; В1,В2,В3,В4 - выпрямители; РУ 3,3кВ - сглаживающее устройство; ФКС1,…,ФКСN - фидера контактной сети; С - сглаживающий реактор.

В целях уменьшения стоимости оборудования подстанций используют двойную трансформацию: понижающий трансформатор ПТ снижает напряжение со 110 (220) до 10 кВ для питания ПА, который состоит из специального трансформатора и выпрямителя. От распределительных устройств с напряжением 10 кВ (РУ-10) получают питание районные потребители.

По способу присоединения к ЛЭП различают отпаечные (4.2-а), транзитные (4.2-б) и опорные (4.2-в) тяговые подстанции.

На участках электрических железных дорог чередуют опорные, транзитные и отпаечные ТП таким образом, чтобы при аварии на любом из участков ЛЭП терялось питание не более чем на одной ТП (см. рисунок 4.1).



4.2 Выбор количества преобразовательных агрегатов и мощности трансформаторов

Преобразовательный агрегат состоит из преобразователя, трансформатора и вспомогательных устройств, необходимых для преобразования энергии. Бывают выпрямители (преобразуют постоянный ток в переменный) и инверторы (переменный ток в постоянный). Количество преобразователей на ТП выбираем по суммарному среднему значению токов всех ее фидеров, учитывая необходимое резервирование мощности из условия: выход из строя, ревизия или ремонт одного ПА не должен нарушать нормального электроснабжения участка.

Средний ток ТП, приходящийся на один преобразователь, не должен превышать его номинального значения

(4.1)

где I_пн - номинальное значение тока преобразователя;

N_п - количество преобразователей.

Количество преобразователей определяем по формуле:

 (4.2)

Рассчитаем количество преобразователей по формуле (4.2), считая I_пн=3000A:

где полученное число округляем до целого числа в большую сторону. Если отношение I_пср/I_пн не превышает целое число на 0,2, то величину N_п можно округлить в меньшую сторону, так как оборудование имеет запас по мощности. Мощность трансформатора согласована с мощностью преобразователя, поэтому количество трансформаторов будет равно количеству преобразователей. Принимаем N_п=1 шт.

Так как в курсовой работе не предусмотрены выбор схемы выпрямления и применение рекуперативного торможения, то используем преобразовательный агрегат, состоящий из трансформатора ТДП - 12500/10 ЖУ1 и преобразователя ПВЭ-5АУ1.

Полная мощность понижающего трансформатора должна быть достаточной для питания тяговой нагрузки, районных потребителей и собственных нужд ТП.

Мощность ПТ для обеспечения тяговой нагрузки:

(4.3)

где U_d.СР= U_н. = 3,3 кВ - напряжение на шинах постоянного тока ТП;

ч =0.93 - коэффициент мощности тяговой нагрузки.

Мощность собственных нужд ТП можно принять:

S_сн 0,01S_т, (4.4)

Тогда расчетная полная мощность ПТ

 S_птр = S_т + S_сн + S_рп, (4.5)

где S_рп - заданная мощность районных потребителей, кВ·А.

Выбор типа трансформатора осуществляется по величине расчетной мощности исходя из условия:

S_птр S_птн, (4.6)

где S_птн - номинальная мощность ПТ, кВ·А из установленного стандартом ряда.

На тяговой подстанции всегда устанавливается два трансформатора расчетной мощности, т. е. обеспечивается 100%-й резерв.

Из формулы (4.3) находим мощность понижающего трансформатора:

кВ·А

Тогда, учитывая формулу (4.4) имеем:

S_сн= кВ·А

Рассчитываем полную мощность понижающего трансформатора по формуле (4.5):

S_птр = кВ·А

Из расчета видно, что в качестве понижающего трансформатора будем использовать трансформатор типа ТДН -25000/110 -трехфазный, с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха, который оборудован устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), мощностью 25000 кВ·А на первичное напряжение 110 кВ. В качестве преобразователя используем ПВЭ-5АУ1 - преобразователь выпрямительный для электрифицированной железной дороги с естественным воздушным охлаждением, предназначенный для наружной установки в условиях умеренного климата.

В обозначении типа трансформатора: Т - трехфазный, Д - с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха. Цифры указывают типовую мощность в кВ·А (числитель) и класс напряжения (первичной) обмотки в кВ (знаменатель), остальные буквы в обозначении типа трансформатора характеризуют некоторые его конструктивные особенности или область применения.

Первые три буквы означают: П - преобразователь, В - выпрямительный, Э - для электрифицированных железных дорог, цифры и буквы после дефиса указывают на различные конструктивные исполнения преобразователя.

5. Определение потери напряжения в тяговой сети и напряжения на токоприемнике электровоза

5.1 Напряжение на токоприемнике электровоза

Уровень напряжения в контактной сети оказывает существенное влияние на работу электровоза.

Различают постепенное плавное изменение напряжения в контактной сети (отклонение) и резкое мгновенное изменение напряжения (бросок или колебание).

Постепенное изменение происходит из-за того, что электровоз при движении по перегону удаляется от тяговой подстанции. При этом растет сопротивление контактной сети между электровозом и тяговой подстанцией, а, следовательно, растет и падение напряжения в контактной сети. Согласно стандарта напряжение для системы постоянного тока не должно быть меньше 2,7 кВ.

Напряжение на токоприемнике одного электровоза может увеличиться (или уменьшиться) мгновенно в результате прекращения режима тяги (или его возобновления) на другом, находящемся с первым в одной межподстанционной зоне. Такие броски напряжения отрицательно сказываются на работе тяговых двигателей и могут привести в нежелательным броскам силы тяги. Снижение напряжения на токоприемнике оказывает влияние на работу вспомогательных машин ЭПС.

Расчет величины потери напряжения выполняют с помощью мгновенных схем.

Однако, для оценки характера изменения напряжения на токоприемнике электровоза в процессе его движения по перегону, целесообразно выполнять расчет для характерных сечений графика, т. к. в этом случае будут учтены как постепенное изменение напряжения, так и его мгновенные толчки (броски).

5.2 Расчет потери напряжения

Допустим, что в некоторый момент времени электровоз находится в межподстанционной зоне А - Б, изображенное на рисунке 5.1. Выполним расчеты и полученные значения занесем в таблицу 5.1.

Ток подстанции Б определяем по формуле:

(5.1)

Потеря напряжения до к-й нагрузки ДU_к, В

(5.2)

где S_к - расстояние до к-й нагрузки от ТП А, км;

m - общее количество нагрузок;

r - сопротивление 1 км тяговой сети.

Сопротивление 1 км тяговой сети

r = r_к + r_p, (5.3)

где r_к и r_p - сопротивления контактной и рельсовой сети соответственно, Ом/км.

Будем использовать рельсовую сеть, выполненную из рельсов марки Р75 с сопротивлением двух путей 0,0062 Ом на один километр.

Сопротивление r_к для выбранной контактной сети М-120 + 2МФ-100 +А-185 определяем через проводимость, сопротивления элементов тяговой сети принимаем согласно таблицы 5.1 в методичке ( значения взяты для одного провода).

км/Ом;

r_к = 0,028363 Ом/км.

Таким образом, получили результат:

r = 0,02836+0,0075=0,03586Ом/км..

В данной курсовой работе рассчитаем потерю напряжения для одного из поездов при его движении между двумя станциями путем составления и решения мгновенных схем для характерных сечений графика, определим напряжение на токоприемнике по формуле:

U_эк = U_тп - ДU_к, (5.4)

где U_эк напряжение на токоприемнике электровоза к-го поезда, В;

U_тп напряжение на шинах тяговой подстанции, В.

Изображаем график движения поездов и кривые потребления тока для одной межподстанционной зоны на рисунке 5.1. Выделяем на графике поезд, для которого предполагается построить зависимость ДU_к(S) - толстая линия. Проводим горизонтальные линии, соответствующие переломам в кривых тока поездов до пересечения с «нитками» графика, четных поездов на четные «нитки», нечетных - на нечетные . Через точки пересечения проведем вертикальные линии, которые и будут являться характерными сечениями графика и обозначаем цифрами 0,1,2… на рисунке 5.1. Сечение 0 принадлежит моменту времени t = 0, а последнее моменту проследования принятым для анализа поездом ст. Б. Каждому сечению соответствует одна или две мгновенных схемы. Значения, получаемые при расчете. На основании данных определим ток ТП, к которой движется поезд (ТП Б) для каждой мгновенной схемы, значения занесем в столбец 17.

Расчеты для других мгновенных схем аналогичны.

Потеря напряжения в точке расположения рассматриваемого поезда определяется по формуле (5.2), полученные значения заносим в столбец 19

Напряжение на токоприемнике электровоза рассчитываем по (5.4), принимая значение напряжения подстанции равное 3,3кВ:

Для сечений, где происходит включение или выключение тока одного из электровозов, учитываем две мгновенных схемы: одну - при наличии тока, другую - при его отсутствии.

По значениям из таблицы 5.1 строим зависимости ДU_к(S) и U_э(S), которые для которого поезда представлены на рисунке 5.2.

Проведя анализ построенных кривых, можно отметить, что на расстояниях, 12 км, 15 км, 17 км и 18 км в межподстанционной зоне АБ происходят скачки напряжений.

Заключение

В результате проделанной работы была спроектирована тяговая подстанция постоянного тока. По результатам расчета построен график движения поездов для участка АВ, определен ток тяговой подстанции Б равный 4,3 кА. На основе рассчитанных токов фидеров выбрали тип контактной подвески М-120 + 2МФ-100, составили схему секционирования для тяговой подстанции Б. На основе расчетов выбрали основное оборудование: преобразовательный трансформатор ТДП -12500/10 ЖУ1, преобразователь ПВЭ-5АУ1 и понижающий трансформатор ТДН-25000/110. Составили однолинейную схему тяговой подстанции Б, определили потери напряжения тяговой сети и напряжение на токоприемнике. Максимальная потеря напряжения составила 0,42 кВ на расстоянии 17 км от станции А , а напряжение на токоприемнике составило 2,88 кВ, большие скачки напряжения наблюдаем на: 15 км, 16 км, 17 км и 17,5 км.

Расчетные данные, полученные в нашей работе, можно использовать при эксплуатации электрифицированной железной дороги постоянного тока.

Библиографический список

1 Швецов С.В., Есин Н.В. Электрические железные дороги. Электроснабжение электрифицированной железной дороги постоянного тока: Методические указания / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 42 с.

2 В.Н.Соколов, В.Ф.Жуковский, С.В.Котенкова, А.С.Наумов Общий курс железных дорог: УМК МПС России, 2002. 296 с.

Размещено на Allbest.ru