Особенности электроснабжения железных дорог

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

- филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

(ЗабИЖТ ИрГУПС)

Факультет «Наземные транспортные системы»

Кафедра «Электроснабжение»

Контрольная работа

По дисциплине: «Электроснабжение железных дорог»

Исполнитель

студент гр. СОД 1-11-1

Батоева А В

Проверил:

преподаватель

Яковлев Д. А.

Чита 2015



Аннотация

Электроснабжение железных дорог, размеры движения, расход электроэнергии, расчет сечения проводов, проверка проводов по нагреву, экономические расчеты.

Объектом работы является участок двухпутной электрифицированной железной дороги.

Цель работы - произвести расчет расхода электроэнергии, сечения контактной подвески и на основании исходных и рассчитанных данных произвести технико-экономические расчеты для выбора оптимального варианта размещения и сооружения ТП.

В результате выполнения работы были рассчитаны: расход энергии ТП; экономическое сечение проводов контактной сети при раздельной и узловой схеме питания и секционирования; была проведена проверка проводов контактной сети по нагреванию; произведены технико-экономические расходы на сооружение электрифицированного участка.



Содержание

• Аннотация
• Нормативные ссылки
• Введение
• 1. Определение расчетных размеров движения
• 2. Определение расхода электроэнергии
• 3. Определение сечения проводов контактной сети и выбора типа контактной подвески
• 4. Проверка проводов контактной сети по нагреванию
• 5. Технико-экономические расчеты по выбору оптимального варианта размещения тяговой подстанции
• Заключение
• Библиографический список
• 
• Нормативные ссылки
• В настоящей работе использованы ссылки на следующие стандарты (нормативные документы):
• ГОСТ 2.104 - 2006 ЕСКД. Основные надписи;
• ГОСТ 2.105 - 95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам;
• ГОСТ 2.106 - 96 ЕСКД. Текстовые документы;
• ГОСТ 2.108 - 68 ЕСКД. Спецификации;
• ГОСТ 2.111 - 68 ЕСКД. Нормоконтроль.

ГОСТ 15845 - 80 Изделия кабельные. Термины и определения

ГОСТ 19431 - 84 Энергетика и электрификация. Термины и определения

ГОСТ 21027 - 75 Системы энергетические. Термины и определения

ГОСТ 23875 - 88 Качество электрической энергии. Термины и определения

ГОСТ 26522 - 85 Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения

ГОСТ 18311 - 80 Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий



Введение

Электрификация железных дорог является ключевым направлением в развитии железнодорожного транспорта. Преимущества электрической тяги очевидны: повышение пропускной способности; уменьшение себестоимости перевозок; понижение пагубного влияния на окружающую среду; развитие электрификации всей страны, т.к. тяговые подстанции используются также для питания нетяговых железнодорожных потребителей и промышленных предприятий прилегающих районной.

Надежность работы системы тягового электроснабжения (СТЭ) зависит от надежности работы ее составных частей (тяговых подстанций, линий электропередачи и т.д.). Основной задачей электроснабжения является обеспечение эксплуатационной работы потребителей. Это может быть достигнуто лишь при правильно выбранных параметрах системы, а также при возможности обеспечения необходимого резерва.



1. Определение расчетных размеров движения

Расчет мощности тяговых подстанций производится исходя из размеров движения в сутки интенсивного месяца и режима движения поездов с минимальным межпоездным интервалом (предельное использование пропускной способности) ограниченной длительности .

Экономическое сечение контактной сети должно соответствовать наименьшему значению приведенных ежегодных затрат. Последние в значительной степени зависят от годовых потерь энергии в контактной сети, которые пропорциональны среднегодовым размерам движения и определяются путем деления заданных размеров движения на коэффициент неравномерности движения .

Проверка параметров тяговой системы электроснабжения по нагреванию производится в предположении, что на фидерной зоне находится максимальное число поездов, следовательно, в качестве расчетных размеров движения здесь следует принять пропускную способность по устройствам СЦБ:

(1)

где - расчетный период времени, мин;

- минимальный межпоездной интервал, мин.

пар поездов

пар поездов

пар поездов

пар поездов

2. Определение расхода электроэнергии

При определении мощности тяговых подстанций необходимо знать суточные расходы энергии по плечам питания.

Расход энергии, приходящийся на плечо питания тяговых подстанций:

(2)

где и - расходы энергии от одного поезда, приходящиеся на фидера рассматриваемой тяговой подстанции соответственно для нечетного (первого) и четного (второго) путей;

- расчетные размеры движения;

- коэффициент, учитывающий дополнительный расход энергии на собственные нужды подвижного состава и маневры, ;

- коэффициент, учитывающий повышенный расход энергии в зимнее время из-за увеличения сопротивления движения, ;

- коэффициент, учитывающий потери энергии в тяговой сети, .

Чтобы найти расход энергии от одного поезда, приходящийся на данный фидер рассматриваемой тяговой подстанции при одностороннем питании фидерной зоны, следует соответственно кривую поездного тока разделить на q интервалов, ограниченных характерными точками графика поездного тока:

(3)

где - расчетное напряжение, применяемое при производстве тяговых расчетов, кВ;

- коэффициент эффективности выпрямленного тока, ;

- среднее значение тока на i-том интервале кривой поездного тока, А;

- промежуток времени, соответствующий линейному изменению поездного тока, мин.

Индекс «d» у среднего значения тока на i-том интервале означает, что в тяговых расчетах дается выпрямленное значение поездного тока, приведенное к номинальному напряжению на токоприемнике электроподвижного состава.

При двухстороннем питании межстанционной зоны для определения расхода энергии от одного поезда, приходящегося на данный фидер рассматриваемой тяговой подстанции, необходимо предварительно разделить кривую поездного тока, пользуясь способом пропорционального деления отрезка, на фидерные поездные составляющие тока, относящиеся к смежным тяговым подстанциям. После этого определение W производится аналогично изложенному ранее, но с использованием соответствующей фидерной поездной составляющей тока.

При определении сечения контактной сети одной из исходных величин является расход энергии на движение одного поезда по фидерной зоне. В данном случае, независимо от схемы одностороннего или двухстороннего питания фидерной зоны, расход энергии определяется по полному поездному току, то есть аналогично тому, как это делалось при одностороннем питании. В случае же двухстороннего питания межстанционной зоны этот расход может быть найден также суммированием расходов энергии от одного поезда, приходящийся на фидера смежных тяговых подстанций, питающие рассматриваемый путь.

Таким образом, используя заданные результаты тягового расчета и учитывая размещение тяговых подстанций, следует произвести расчет расходов энергии, необходимых для определения мощности тяговых подстанций и сечения проводов контактной сети.

Средние поездные токи и время хода для ТП сведены в таблицы.

Таблица 1 - Средние поездные токи и время хода для ТП А

№ элемента	, А	, мин	№ элемента	, А	, мин
	Четное		Нечетное
Левое плечо
1-2	260	7,0	0-1	0	3,5
2-2'	240	2,5	1-2	220	6,5
-	-	-	2-2'	240	6,0
Правое плечо
2'-3	205	2,0	2'-3	230	2,5
3-4	0	3,0	3-4	265	1,0
4-5	175	2,0	4-5	280	1,5
5-6	200	1,5	5-6	265	1,0
6-7	105	16,0	6-7	0	2,0
7-8	60	6,0	7-8	108	1,5
8-9	35	5,0	8-9	123	3,0
9-10	15	3,5	9-10	120	7,0
10-10'	5	4,5	10-11	100	2,0
-	-	-	11-12	80	6,0
-	-	-	12-13	55	3,0
-	-	-	13-13'	25	12,0

Таблица 2 - Средние поездные токи и время хода для ТП В

№ элемента	, А	, мин	№ элемента	, А	, мин
	Четное		Нечетное
Левое плечо
2'-3	5	2,0	2'-3	10	2,5
3-4	0	3,0	3-4	25	1,0
4-5	45	2,0	4-5	30	1,5
5-6	60	1,5	5-6	35	1,0
6-7	75	16,0	6-7	0	2,0
7-8	100	6,0	7-8	32	1,5
8-9	95	5,0	8-9	47	3,0
9-10	85	3,5	9-10	80	7,0
10-10'	110	4,5	10-11	120	2,0
-	-	-	11-12	160	6,0
-	-	-	12-13	195	3,0
-	-	-	13-13'	235	12,0
Правое плечо
10'-11	134	1,0	13'-14	258	1,0
11-12	185	8,0	14-15	203	6,5
12-13	195	11,5	15-16	135	3,5
13-14	160	5,0	16-17	120	5,5
14-15	130	2,0	17-18	95	7,5
15-16	0	2,5	18-19	60	2,0
16-17	50	5,0	19-20	0	5,5
17-17'	20	10,5	20-21	30	4,0
-	-	-	21-21'	5	1,5

Таблица 3 - Средние поездные токи и время хода для ТП С

№ элемента	, А	, мин	№ элемента	, А	, мин
	Четное		Нечетное
Левое плечо
10'-11	1	1,0	13'-14	2	1,0
11-12	25	8,0	14-15	17	6,5
12-13	85	11,5	15-16	45	3,5
13-14	150	5,0	16-17	90	5,5
14-15	160	2,0	17-18	145	7,5
15-16	0	2,5	18-19	160	2,0
16-17	160	5,0	19-20	0	5,5
17-17'	220	10,5	20-21	290	4,0
-	-	-	21-21'	255	1,5
Правое плечо
17'-18	240	0,5	21'-22	260	4,5
18-19	200	2,0	22-23	230	1,5
19-20	160	6,0	23-24	200	6,0
20-21	130	1,5	-	-	-

Пример расчета. Определим расход энергии, приходящийся на плечо питания тяговых подстанций для ТП А (левое плечо):

кВт•ч

кВт•ч

Для расчетных размеров движения соответственно:

кВт•ч

кВт•ч

кВт•ч

Определим расход энергии, приходящийся на плечо питания тяговых подстанций для ТП А (правое плечо):

,

.

Полученные результаты запишем в таблицу 4:

Таблица 4

ТП	Расход энергии, кВт•ч
	Четное	Нечетное
А	Левое	978,08	1159,96
	Правое	1353,96	1633,24
В	Левое	1316,57	2216,45
	Правое	2173,00	1483,29
С	Левое	2165,73	1501,48
	Правое	676,98	1097,31

Для расчетных размеров движения соответственно:

кВт•ч

кВт•ч

кВт•ч

Полученные результаты запишем в таблицу 5:

Таблица 5 - Результаты расчетов

ТП	Размеры движения	Расход энергии W, кВт•ч
		Левое плечо	Правое плечо
А	93	228931,92	319855,55
	71	176337,79	246372,90
	82	202788,46	283328,83
В	93	378300,27	391499,55
	71	291390,70	301557,62
	82	335099,31	346791,27
С	93	392668,02	189983,20
	71	302457,65	146337,03
	82	347826,30	168287,59

Исходя из результатов расчета, мы видим, что максимальный расход электроэнергии приходится на левое плечо тяговой подстанции С. Поэтому при дальнейшем определении сечении проводов контактной сети и выборе проводов контактной подвески мы будем рассматривать межподстанционную зону В-С.

3. Определение сечения проводов контактной сети и выбора типа контактной подвески

Выбор сечения проводов контактной сети следует произвести для одной фидерной зоны двустороннего питания. Определение экономического сечения в медном эквиваленте может быть найдено по формуле:

(4)

где - стоимость единицы электроэнергии, руб/кВтч;

- годовые потери энергии в проводах данной фидерной зоны при их сопротивлении один Ом, .

Для определения следует воспользоваться формулами для расчета потерь энергии в проводах контактной сети:

(5)

где - потери энергии за расчетный период Т, кВтч (Т=24 ч);

r - сопротивление контактной сети, Ом/км;

- длина фидерной зоны, км.

При раздельной работе путей и определяются для каждого пути отдельно. Потерю энергии за время Т в этом случае для каждого пути можно найти без учета влияния соседнего пути по формуле:

(6)

где - активное сопротивление 1 км контактной сети одного пути, Ом/км;

- длина фидерной зоны, км.

- расход энергии на движение поездов по фидерной зоне за период Т, кВтч;

- суммарное время потребления энергии всеми поездами за период Т при проходе фидерной зоны, ч;

- суммарное время занятия всем расчетным числом поездов фидерной зоны период Т, ч.

Годовые потери энергии составят:

(7)

Подставляя из выражения (6) при однотипных поездах, получим:

(8)

Принимая в этой формуле для первого пути (), найдем - удельные потери для этого пути. Таким же образом, но по расходу энергии на движение поездов по фидерной зоне второго пути определим удельные потери на втором пути .

После определения стандартное сечение подвески выбирается по справочным таблицам. При этом надо учесть, что подвеска должна быть одинаковой на всех фидерных зонах. Где расчетное сечение превышает сечение выбранной подвески, нужно применить усиливающий алюминиевый провод, сечение которого находится по формуле:

(9)

где - сечение выбранной подвески, .

При узловой схеме рис. 1 энергию потерь за сутки можно найти по формуле:

где и - энергия потерь на первом и втором путях участка АС в том случае, если в точке С есть подстанция;

и - то же, но для участка ВС;

- дополнительные расчетные потери за счет отсутствия подстанции в точке С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - расчетная схема к определению потери энергии при узловой схеме питания

Выражение для В₀ при узловой схеме имеет вид:

,

При раздельной схеме питания МПЗ В-С:

1) четный путь:

2) нечетный путь:

При узловой схеме питания МПЗ А-В:

=1586,36

Сечение в медном эквиваленте будет равно:

При раздельной схеме питания МПЗ В-С:

1) четный путь:

мм²

2) нечетный путь:

мм²

По результатам расчетов видно, что необходимо добавить усиливающие провода к выбранной подвеске М-120+МФ-100.

Сечение усиливающих проводов равно:

мм²

Таким образом подвеска при раздельной схеме питания будет иметь вид: М-120+МФ-100+3А-185.

При узловой схеме питания МПЗ А-В:

мм²

мм²

По результатам расчетов при узловой схеме питания выбираем подвеску М-120+МФ-100.

4. Проверка проводов контактной сети по нагреванию

Расчётный эффективный ток фидера находится для самого тяжёлого режима работы, таким режимом является пропуск максимально возможного числа поездов при раздельной схеме питания двухпутного участка. Для проверяемой фидерной зоны строим график движения поездов с минимальным интервалом попутного следования . После чего, используя метод непрерывного исследования, строим кривую тока наиболее нагруженного фидера.

Для построения графика движения, необходимо найти расстояние которое поезд проходит за время :

, (11)

где - время хода поезда по фидерной зоне длиной ,.

Значение расчётного эффективного тока фидера находится из выражения:

, (12)

где - среднее значение тока на интервале (в пределах которого ток меняется незначительно), А.

По формуле (11) определяем:

По кривой тока определяем расчетные значения тока фидера и интервалы времени, соответствующие этим значениям. Полученные величины заносим в таблицы 6 и 7.

Таблица 6 - Расчетные токи фидера и интервалы времени для четного пути

№
1-2	2,0	1175	2761250
2-3	1,5	1050	1653750
3-4	1,0	1050	1102500
4-5	0,5	1155	667012
5-6	4,5	1225	6752812
6-7	0,5	1300	845000

Определим:

Таблица 7 - Расчетные токи фидера и интервалы времени для нечетного пути

№
1-2	2,5	1220	3721000
2-3	0,5	1190	708050
3-4	0,5	1170	684450
4-5	1,5	1140	1949400
5-6	0,5	1020	520200
6-7	0,5	1020	520200
7-8	2,5	1110	3080250
8-9	1,5	1270	2419350

Определим:

При раздельной схеме питания: для подвески М-120+МФ-100+3А-185 допустимый ток .

,

При узловой схеме питания: для подвески М-120+МФ-100 допустимый ток .

,

5. Технико-экономические расчеты по выбору оптимального варианта размещения тяговой подстанции

Экономическое сравнение осуществляется путем подсчета приведенных капитальных затрат на сооружение каждого варианта соединения контактной сети. Нормативный срок окупаемости для устройств железнодорожного транспорта принимается равным 8 лет.

Приведенные ежегодные расходы определяют из выражения:

, (13)

где C - ежегодные эксплуатационные расходы по рассматриваемому варианту;

E_н - коэффициент эффективности; величина, обратная нормированному сроку окупаемости, при Т_н=8 лет, Е_н=0,125 или Е_н%=12,5%;

k_i - капитальные вложения по элементам данного варианта;

_i-соответствующие им амортизационные квоты;

Капиталовложения k_i определяются по следующим элементам:

1) затраты на сооружение контактной сети k_кс:

(14)

где - стоимость одного километра контактной подвески - 12,5 тыс. руб.; электрификация железнодорожный провод

l - эксплуатационная длина контактной подвески (на два пути), км;

k_инф - коэффициент инфляции, равен 31.

2) затраты на сооружение постов секционирования k_пс:

(15)

где k_пс - стоимость одного поста секционирования - 22 тыс.руб.;

3) затраты на сооружение тяговых подстанций k_тп:

(16)

где k_тп - стоимость одной тяговой подстанции - 700 тыс.руб.;

За эксплуатационные расходы принимаем расходы на текущее содержание контактной сети (стоимость потерь энергии).

Потери энергии в контактной сети можно определить по выражению:

(17)

При раздельной схеме питания:

,

При узловой схеме питания:

,

Ежегодные эксплуатационные расходы определяются по выражению:

(18)

где С_э - стоимость электрической энергии.

Для раздельной схемы питания:

,

Для узловой схемы питания:

,

Определим приведённые ежегодные расходы:

1) для раздельной схемы питания:

,

2) для узловой схемы питания:

,

На основании расчетов можно сделать вывод, что при узловой схеме питания и секционирования приведенные расходы будут в 2,1 раза меньше, чем при раздельной схеме.



Заключение

В результате выполнения работы были произведены: расчеты расхода энергии для узловой и раздельной схем питания и секционирования; расчет сечения проводов контактной сети и выбор контактной сети по результатам этого расчета - 1) при раздельной схеме питания: М-120+МФ-100+3А-185; 2) при узловой схеме питания: М-120+МФ-100.

Провели проверку выбранных контактных сетей на нагрев по длительно допустимому току - 1) для М-120+МФ-100+3А-185 при раздельной схеме соединения допустимый ток равен I_доп = 2217 А; 2) для М-120+МФ-100 при узловой схеме соединения I_доп = 2383 А.

Также был произведен технико-экономический расчет, по результатам которого ежегодные приведенные расходы на сооружение электрифицированного участка при узловой схеме питания и секционирования равны , что в 2,1 раза меньше, чем при раздельной схеме .

Таких образом более привлекательной как в плане наименьших потерь электроэнергии в сети (от которых зависят ежегодные эксплуатационные расходы), так и в плане капиталовложений на сооружение электрифицированного участка, является узловая схема питания и секционирования контактной сети.



Библиографический список

1. Яковлев Д.А., Филиппов С.А., Раевский Н.В. Электроснабжение железных дорог: Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов очной и заочной форм обучения специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог». - Чита: ЗабИЖТ, 2013. - 44 с.

2. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

3. Справочник по электроснабжению железных дорог. В 2-х т./Под ред. Марквардт К.Г. - М.: Транспорт, 1980. - 256 с.

4. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. Учебник для техникумов. М.: Транспорт, 1980. - 296 с.

5. Правила устройства систем тягового электроснабжения жлезных дорог.1997г

6. Тер-Оганов Э.В., Пышкин А.А. Электроснабжение железных дорог. - Екатеринбург: УрГУПС, 2014г.

Размещено на Allbest.ru