Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

тяговый подстанция электроснабжение провод

Введение

1. Техническое описание участка Медвежья Гора-Нигозеро

2. Анализ возможных вариантов усиления системы тягового электроснабжения

3. Тяговые и электрические расчеты по выбранным вариантам усиления

3.1 Расчёт графоаналитическим способом

3.2 Тяговый расчёт в пакете программ КОРТЭС

3.3 Расчёт минимальных напряжений

4. Расчете температур контактных проводов

5. Расчет токов короткого замыкания

5.1 Расчёт токов к.з. тяговой подстанции Медвежья Гора

5.2 Расчёт защит фидеров тяговой подстанции

5.3 Расчёт токов к.з.при помощи пакета программы КОРТЭС

6. Технико-экономические расчеты

6.1 Определение себестоимости перевозок грузов методом единичных расходов

7. Охрана труда на электрифицируемом участке переменного тока

7.1 Действие воздушных линий на организм человека

7.2 Назначение заземляющих устройств

7.3 Общие требования к заземляющим устройствам тяговых подстанций

7.4 Грозозащита подстанций

7.5 Расчёт молниезащиты

Заключение

Библиографический список

Введение

Всеобщие процессы мировой интеграции, переориентируют отечественную экономику с внутренних на внешние связи, в связи, с чем увеличивается нагрузка на морские порты России.

Железная дорога, являясь основной транспортной артерией страны, должна полностью обеспечивать быстрые, качественные перевозки грузов по сети железных дорог к портам.

Одним из наиболее важных портов связывающих Россию, с Европой является Мурманский порт, который работает круглогодично. Поэтому Октябрьская дорога, должна обеспечивать пропуск поездов повышенного веса в обе стороны от Мурманска.

Одним из наиболее сложных участков на данном направлении является участок Медвежья Гора - Нигозеро, поэтому целью данного дипломного проекта было выбрано, рассмотрение различных вариантов усиления системы тягового электроснабжения 27,5 кВ, для обеспечения тяжеловесного движения.

Электрификация этого участка завершилась в декабре 2005 года. Тяговые подстанции вводились в строй постепенно. Тяговая подстанция Медвежья Гора была введена в работу в 2002 году, а Нигозеро в 2005 году.

В соответствии с требованиями ЦЭ РЖД система тягового электроснабжения участка должна обеспечивать пропуск грузовых поездов весом 6000 т. с интервалом 10 минут. В данном дипломном проекте, по заявке дорожной электротехнической лаборатории (ДЭЛ) Октябрьской железной дороги определены меры по усилению устройств электроснабжения на участке Медвежья Гора - Нигозеро для обеспечения пропуска грузовых поездов массой 6000 тонн с вышеуказанным интервалом.

Дорожной электротехнической лабораторией были предложены следующие варианты усиления:

ввод в строй предусмотренных проектом устройств поперечной компенсации (КУ) на тяговых подстанциях Нигозеро и Медвежья Гора;

установка дополнительного устройства поперечной компенсации (КУ) на посту секционирования Новый Посёлок;

установка устройств продольной компенсации (УПК) на тяговых подстанциях Нигозеро и Медвежья Гора;

строительство тяговой подстанции на станции Новый Посёлок.

Также в дипломном проекте рассмотрены вопросы охраны труда и техники безопасности, при эксплуатации железной дороги электрифицированной на переменном токе. Рассчитана зависимость себестоимости перевозок от массы поезда брутто.

1. Техническое описание участка Медвежья Гора-Нигозеро

Участок Медвежья гора - Нигозеро имеет протяжённость 96 км. Размеры движения по участку составляют около 15 пар грузовых поездов в сутки весом 3500-5500 т, а также до 12 пар пассажирских поездов весом 1200 т. В грузовом движении по участку перевозятся руды и минеральные удобрения в южном направлении, а также уголь, нефть и нефтепродукты - в северном направлении. Участок однопутный с двухпутными вставками, протяженность двухпутных вставок составляет 60 % общей протяженности. Тяговая сеть получает питание от подстанции Медвежья Гора по фидерам № 1, № 2 и от подстанции Нигозеро - по фидеру № 5.

Схема участка приведена на рис. 1.1. На схеме указаны местоположение тяговых подстанций, длина межподстанционной зоны, тип контактной подвески и марки проводов, количество путей.

Схема участка Нигозеро - Медвежья Гора

Рис. 1.1

На участке Нигозеро - Медвежья Гора применена контактная подвеска с ЭУП типа ПБСМ-95+МФ-100+А-185-эА-185, которая позволяет существенно снизить потери напряжения до поезда в контактной сети. Данные о контактной подвеске на участке приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Данные по контактной подвеске по участку Медвежья Гора - Нигозеро

Марки и количество проводов подвески	Участок с применяемой подвеской	Сопротивление тяговой сети
		r0, Ом/ км	х0, Ом/ км	z0, Ом/ км
ПБСМ-95 + МФ-100+ А-185+эА-185	1 путь	Нигозеро - Медвежья Гора	r1=0,112	x1=0,246	0,270
	2 пути		r12=0,107	x12=0,238	0,261

Системообразующая электрическая сеть в этом районе сформирована линиями электропередач 220 кВ и 330 кВ, которые образуют транзит "Колэнерго - Карелэнерго - Ленэнерго". Тяговые подстанции Нигозеро и Медвежья Гора получают питание от генерирующего предприятия - Кондопожская ТЭЦ.

Присоединение тяговых подстанций к системе внешнего электроснабжения осуществлено следующим образом:

тяговая подстанция Нигозеро подключена к ОРУ-220 кВ районной подстанции Кондопога двухцепной ВЛ-220 кВ;

тяговая подстанция Медвежья Гора подключена к шинамОРУ-220 кВ районной подстанции ПС-19 Кондопога двухцепной ВЛ-220 кВ.

Тяговые подстанции получают двустороннее питание по двухцепным линиям электропередач. Воздушные линии выполнены алюминиевыми поводами со стальным сердечником.

Согласно данным, предоставленным ДЭЛ Октябрьской ж.д. ток трехфазного короткого замыкания на шинах 220 кВ тяговой подстанции Нигозеро составляет в режиме максимума энергосистемы 10,0 кА, в режиме минимума - 4,0 кА; на шинах 220 кВ тяговой подстанции Медвежья Гора в режиме максимума - 4,5 кА, в режиме минимума - 2,0 кА.

Железнодорожный транспорт, являясь потребителем первой категории, не допускает перерыва в электроснабжении, поскольку это может повлечь опасность для жизни людей, срыв графика движения поездов или причинить значительный ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом.

ОРУ- 220 кВ тяговых подстанций выполнены по тупиковой схеме с выключателем в цепях трансформаторов.

На тяговых подстанциях установлены следующие трансформаторы:

на тяговой подстанции Нигозеро установлены два силовых понизительных трансформатора мощностью 40 МВА типа ТДТНЖ-40000/220У1;

на тяговой подстанции Медвежья Гора установлены два силовых трансформатора с повышенным напряжением короткого замыкания обмоток ВН-СН типа ТДТНЖУ-40000/220У1.

На тяговых подстанциях в ОРУ-220 кВ для обеспечения безопасности при эксплуатации применены разъединители, ограничители перенапряжения и трансформаторы тока производства ЗАО АББ УЭТМ г. Екатеринбург.

РУ-27,5 кВ выполнено с одинарной системой шин, секционированной разъединителями. Запасная шина также секционирована отдельными разъединителями. Схемой предусмотрено подключение к шинам 27,5 кВ двух вводов от понижающих трансформаторов, пяти (шести) фидеров, питающих контактную сеть, двух фидеров нетяговых ж.д. потребителей и двух комплектов трансформаторов напряжения. К одной из секций шин подключено устройство поперечной ёмкостной компенсации реактивной мощности (КУ). Распределительные устройства 10 кВ тяговых подстанций выполнены в виде одиночной, секционированной масляным выключателем системы шин с отходящими фидерами 10 кВ для обеспечения железнодорожных и районных нагрузок.

Напряжение собственных нужд (СН) переменного тока принято 380/220 В. Питание СН на подстанции осуществляется от двух трансформаторов СН (ТСН-1 и ТСН-2) мощностью 400 кВА каждый. Трансформаторы собственных нужд выполнены в сухом исполнении с первичным напряжением 10 кВ и установлены в здании подстанций в машинном зале.

На тяговых подстанциях на стороне высшего и низшего напряжения поставлено устройство автоматизированного учёта электроэнергии, для чего установлены трансформаторы тока и напряжения.

Освещение открытых распределительных устройств и территории тяговых подстанций выполнено прожекторами, установленными на прожекторных мачтах. Защита ОРУ от прямых ударов молнии выполнена стержневыми молниеотводами, установленными на конструкциях порталов ошиновки и отдельно стоящими молниеотводами.

Заземлении тяговых подстанций выполнено на основании инструкции по заземлению устройств электроснабжения и электрифицированных ж.д. (ЦЭ-191). Для заземления предусмотрена заземляющая магистраль (шина заземления) и контур заземления (заземлитель); к магистрали присоединено оборудование закрытых распределительных устройств внутренней установки; к заземлителю присоединено оборудование и конструкции открытых распределительных устройств, комплектные распределительные устройства наружной установки и заземляющая магистраль (последняя не менее чем в двух местах).

2. Анализ возможных вариантов усиления системы тягового электроснабжения

Пропускная и провозная способности являются линейными функциями уровня напряжения. В процессе движения по фидерным зонам напряжение на токоприёмниках локомотивов непрерывно меняется. Наиболее высоким оно оказывается у шин тяговых подстанций, наиболее низким - у постов секционирования, так как участки фидерных зон у постов секционирования наиболее удалены от источников питания. Для повышения среднего уровня напряжения на токоприёмниках электровозов за время хода по фидерным зонам необходимо повысить напряжение у постов секционирования.

В настоящее время на сети железных дорог России применяются системы переменного тока такие как:

система переменного тока 25 кВ;

система переменного тока 25 кВ с усиливающим и экранирующим проводом;

система переменного тока 2Ч25 кВ с автотрансформаторами.

Для участка Нигозеро - Медвежья Гора рассмотрено пять вариантов усиления для пропуска поездов массой 6000 т с интервалом 10 минут.

1. Существующая схема питания участка Нигозеро - Медвежья Гора предполагает питание от двух тяговых подстанций без включения в работу устройств поперечной компенсации предусмотренных проектом на существующих тяговых подстанциях.

2. Схема питания тяговой сети с вводом в работу устройств поперечной ёмкостной компенсации (КУ) на тяговых подстанциях Нигозеро и Медвежья Гора.

3. Установка КУ на посту секционирования Новый Посёлок.

4. Установка устройств продольной ёмкостной компенсации (УПРК) на тяговых подстанциях Нигозеро и Медвежья Гора.

5. Строительство новой тяговой подстанции на месте поста секционирования Новый Посёлок

Устройства продольной компенсации (компенсирующие устройства) используют для повышения коэффициента мощности системы тягового электроснабжения. Также за счет снижения величины реактивной мощности передаваемой по сетям внешнего электроснабжения КУ позволяют поднять напряжение на шинах тяговой подстанции. Схема устройства поперечной компенсации приведена на рис.2.1.

Схема установки поперечной компенсации

Рис. 2.1

Устройства поперечной компенсации могут быть подключены как выходным шинам тяговой подстанции, так и на перегонах к шинам поста секционирования. Подключение производится с помощью двух масляных выключателей (ВМ), один из которых зашунтирован сопротивлением. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надёжное отключение и избежать больших ударных токов при включении. В цепь компенсирующего устройства для ограничения тока третьей гармоники включен реактор (РК). Применяют реакторы типов РБКА-200-75 и ФРОМ-3200/35. Конденсаторы (С), применяемые в КУ, однофазные с бумажной изоляцией, пропитанные жидким диэлектриком. Конденсаторы соединяют параллельно и последовательно в соответствии с мощностью и общим напряжением батареи.

Параллельно батарее конденсаторов подключается трансформатор напряжения (ТН) типа НОМ-35 для разряда конденсаторов после отключения.

Устройство продольной ёмкостной компенсации (УПРК Рис.2.2) включаются в питающие линии тяговой подстанции последовательно с нагрузкой. В результате ток нагрузки протекает через ёмкостное сопротивление УПРК, падение напряжения на котором частично или полностью компенсируется падение напряжения на индуктивных сопротивлениях цепи. При этом повышается не только напряжение за УПРК, но и коэффициент мощности нагрузки по отношению к источнику питания.

Схема установки продольной компенсации

Рис. 2.2

3. Тяговые и электрические расчеты по выбранным вариантам

Для расчета различных вариантов усиления системы электроснабжения Медвежья Гора - Нигозеро необходимо выполнить тяговый расчет для этого участка в обоих направлениях. Для более тяжелого по профилю пути нечетного направления (Медвежья Гора - Нигозеро) тяговый расчет был выполнен графоаналитическим методом, а также в программе Trelk пакета КОРТЭС. Графоаналитический метод позволяет получить большую точность, а также обеспечивает большую гибкость при выборе режимов ведения поезда.

Допускаемые скорости движения на расчетном участке приняты в соответствии с приказом 515Н от 17.10.2006 года.

Профиль пути принят согласно данным дорожной электротехнической лаборатории (ДЭЛ).

На основании приказа 286 Н для проводки по участку Нигозеро - Медвежья Гора поездов весом 6000 тонн необходимо использовать электровозы серии ВЛ80с, состоящие из трёх секций, максимальная позиция переключателя ступеней электровоза - 33 П.

Потребление тяговых токов пассажирских поездов незначительное, поэтому тяговый расчет для них не производится и в электрических расчетах они не учитываются.

3.1 Графический метод расчета скорости движения и тока электровоза

3.1.1 Расчёт диаграмм равнодействующих сил

Для определения мероприятий по усилению системы электроснабжения межподстанционной зоны участка Медвежья Гора - Нигозеро, при пропуске поездов, необходимо рассчитать и построить диаграммы равнодействующих сил. Для удобства построения диаграмм равнодействующих сил поезда расчет выполнен отдельно для трех режимов:

тяги;

холостого хода локомотива;

служебного торможения.

Исходные данные для тягового расчета:

Локомотив: 3 секции ВЛ80С.

Вес локомотива: 288 т.

Состав поезда: 82 цистерны, с осевой нагрузкой 18,3 т/ось.

Вес поезда: 6000 т

3.1.2 Режим тяги

Равнодействующие силы поезда определены по тяговой характеристике локомотива и расчетным формулам сопротивления движению подвижного состава. Расчет сведен в табл. 3.1, для определения значений воспользуемся следующими формулами. Данные выбраны по расчетной части тяговой характеристики с интервалом до 2,5 км/ч в диапазоне скоростей от 0 до 60 км/ч и до 10 км/ч в диапазоне от 60 км/ч до установленной скорости.

Необходимо указать скорости: расчетную (для локомотива заданной серии), смены режимов в точках ограничения силы тяги по сцеплению, току, возбуждению ТЭД.

Основное удельное сопротивление движению локомотива

. (3.1)

Полное основное сопротивление движению локомотива

, (3.2)

где - масса локомотива в т;

- основное удельное сопротивление движению локомотива.

Основное удельное сопротивление движению вагонов

, (3.3)

где ,

,

,

Тогда

Для более точного учета основного удельного сопротивления движению вагонов при малых скоростях (до 20 км/ч) была использовано уравнение:

, (3.4)

где - основное удельное сопротивление движению вагонов при скорости 20 км/ч.

Полное основное сопротивление движению вагонов

, (3.5)

где - основное удельное сопротивление движению вагонов;

- масса состава.

Полное основное сопротивление движению состава

, (3.6)

где - полное основное сопротивление движению локомотива;

- полное основное сопротивление движению вагонов.

Сила тяги, соответствующая скоростям столбца .

Равнодействующая сил поезда.

Удельная равнодействующая сил поезда

, (3.7)

где - равнодействующая сил поезда;

- масса поезда.

Таблица3.1

Равнодействующие силы

, км/ч	, кгс/т	, кгс	, кгс/т	, кг	, кг	, кгс	, кгс	, кгс/т
5 П
1	4,85	1398,6	2,29	13786,76	15185,36	85500	70314,64	11,17
2,5	4,44	1278,72	2,10	12605,04	13883,76	66450	52566,24	8,35
5	3,88	1118,88	1,83	11029,41	12148,29	43800	31651,71	5,03
7,5	3,45	994,56	1,63	9803,92	10798,48	27450	16651,52	2,64
10	3,10	895,104	1,47	8823,528	9718,632	17250	7531,368	1,19
12,5	2,82	813,7309	1,33	8021,389	8835,12	11700	2864,88	0,45
15	2,59	745,92	1,22	7352,94	8098,86	8400	301,14	0,047
9 П
10	3,10	895,104	1,47	8823,528	9718,632	71700	61981,37	9,85
12,5	2,82	813,7309	1,33	8021,389	8835,12	52200	43364,88	6,89
15	2,59	745,92	1,22	7352,94	8098,86	36450	28351,14	4,51
17,5	2,39	688,5415	1,13	6787,329	7475,871	26400	18924,13	3,01
20	2,22	639,36	1,05	6302,52	6941,88	19650	12708,12	2,02
22,5	2,27	655,74	1,05	6338,805	6994,545	15150	8155,455	1,29
25	2,33	673,2	1,08	6518,18	7191,38	12150	4958,62	0,78
30	2,47	711,36	1,15	6907,68	7619,04	8100	480,96	0,07
13П
15	2,59	745,92	1,22	7352,94	8098,86	98100	90001,14	14,30
17,5	2,39	688,5415	1,13	6787,329	7475,871	70950	63474,13	10,09
20	2,22	639,36	1,05	6302,52	6941,88	52950	46008,12	7,31
22,5	2,27	655,74	1,06	6338,805	6994,545	39450	32455,46	5,15
25	2,33	673,2	1,08	6518,18	7191,38	31650	24458,62	3,88
30	2,47	711,36	1,15	6907,68	7619,04	20400	12780,96	2,03
35	2,61	753,84	1,22	7338,18	8092,02	13950	5857,98	0,93
40	2,78	800,64	1,30	7809,68	8610,32	10350	1739,68	0,27
17 П
22,5	2,27	655,74	1,06	6338,805	6994,545	91500	84505,46	13,43
25	2,33	673,2	1,08	6518,18	7191,38	71100	63908,62	10,15
30	2,47	711,36	1,15	6907,68	7619,04	44400	36780,96	5,84
35	2,61	753,84	1,22	7338,18	8092,02	29700	21607,98	3,43
40	2,78	800,64	1,30	7809,68	8610,32	20850	12239,68	1,94
45	2,95	851,76	1,38	8322,18	9173,94	15300	6126,06	0,97
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	11925	2142,12	0,34
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	9450	-987,14	-0,15
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	7950	-3186,72	-0,51
21 П
30	2,47	711,36	1,15	6907,68	7619,04	84000	76380,96	12,14
35	2,61	753,84	1,22	7338,18	8092,02	55500	47407,98	7,53
40	2,78	800,64	1,30	7809,68	8610,32	37950	29339,68	4,66
45	2,95	851,76	1,38	8322,18	9173,94	27450	18276,06	2,91
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	20700	10917,12	1,73
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	16200	5762,86	0,91
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	13050	1913,28	0,30
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	8850	-3821,84	-0,60
25 П
35	2,61	753,84	1,22	7338,18	8092,02	93000	84907,98	13,49
40	2,78	800,64	1,30	7809,68	8610,32	64050	55439,68	8,81
45	2,95	851,76	1,38	8322,18	9173,94	45600	36426,06	5,79
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	33975	24192,12	3,84
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	25800	15362,86	2,44
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	20400	9263,28	1,47
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	13350	678,16	0,10
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	9675	-4713,24	-0,74
29 П
40	2,78	800,64	1,30	7809,68	8610,32	97950	89339,68	14,20
45	2,95	851,76	1,38	8322,18	9173,94	70200	61026,06	9,70
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	52200	42417,12	6,74
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	38850	28412,86	4,51
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	30450	19313,28	3,07
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	19800	7128,16	1,13
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	14100	-288,24	-0,04
90	5,23	1506,24	2,46	14779,68	16285,92	10800	-5485,92	-0,87
100	5,9	1699,2	2,77	16665,68	18364,88	8250	-10114,9	-1,61
33 П
45	2,95	851,76	1,38	8322,18	9173,94	100500	91326,06	14,51
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	73950	64167,12	10,20
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	57000	46562,86	7,40
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	44700	33563,28	5,33
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	28800	16128,16	2,56
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	19950	5561,76	0,88
90	5,23	1506,24	2,46	14779,68	16285,92	14475	-1810,92	-0,28
100	5,90	1699,2	2,77	16665,68	18364,88	11325	-7039,88	-1,11
33 П ОП1
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	85950	76167,12	12,10
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	67500	57062,86	9,07
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	53550	42413,28	6,74
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	37200	24528,16	3,89
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	27900	13511,76	2,14
90	5,23	1506,24	2,46	14779,68	16285,92	21600	5314,08	0,84
100	5,90	1699,2	2,77	16665,68	18364,88	16650	-1714,88	-0,27
33 П ОП2
50	3,15	907,2	1,47	8875,68	9782,88	96600	86817,12	13,80
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	78750	68312,86	10,85
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	64800	53663,28	8,53
70	4,07	1172,16	1,91	11499,68	12671,84	45300	32628,16	5,18
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	33300	18911,76	3,01
90	5,23	1506,24	2,46	14779,68	16285,92	25950	9664,08	1,53
100	5,90	1699,2	2,77	16665,68	18364,88	20550	2185,12	0,34
33 П ОП3
55	3,35	966,96	1,57	9470,18	10437,14	87300	76862,86	12,21
60	3,58	1031,04	1,68	10105,68	11136,72	71850	60713,28	9,65
70	4,07	1172,16	1,915847	11499,68	12671,84	51600	38928,16	6,18
80	4,62	1330,56	2,17	13057,68	14388,24	40050	25661,76	4,07
90	5,23	1506,24	2,46	14779,68	16285,92	31950	15664,08	2,49
100	5,90	1699,2	2,77	16665,68	18364,88	26400	8035,12	1,27

3.1.3 Режимы холостого хода локомотива и служебного торможения поезда для остановки на станциях

Расчет сведен в табл. 3.3.

Скорость движения в диапазоне от 0 до допустимой скорости, с интервалом до 2,5 км/ч при изменении от 0 до 60 км/ч и до 10 км/ч при скорости выше 60 км/ч.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода.

Полное основное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода

, (3.8)

где - масса локомотива в т;

- основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода.

Основное удельное сопротивление движению состава выбрано из столбца табл.3.1.

Полное основное сопротивление движению состава выбрано из столбца табл.3.1.

Полное основное сопротивление движению поезда

, (3.9)

где - полное основное сопротивление движению локомотива в режиме холостого хода;

- полное основное сопротивление движению состава.

Удельное сопротивление движению поезда в режиме холостого хода локомотива

, (3.10)

где - полное основное сопротивление движению поезда;

- масса поезда.

Расчетный коэффициент трения композиционных тормозных колодок

.

Удельная тормозная сила поезда при служебном торможении

, (3.11)

где - расчетный коэффициент трения композиционных тормозных колодок;

- коэффициент нажатия для композиционных колодок.

Таблица 3.2

Сопротивление движению поезда при холостом ходе и торможении поезда

, км/ч	, кгс/т	, кгс	, кгс/т	, кг	, кг	, кг	, кгс/т		, кгс/т	, кгс/т	, кгс/т	, кгс/т	, кгс/т
1	5,61	1614	2,29	13786	15400	2,45	0,26	25,71	85,71	12,85	15,30	28,16	88,15
2,5	5,12	1475	2,1	12605	14080	2,24	0,24	24,35	81,18	12,17	14,41	26,595	83,41
5	4,48	1291	1,84	11029	12320	1,95	0,22	22,45	74,84	11,22	13,18	24,41	76,80
7,5	3,98	1147	1,63	9803	10951	1,74	0,2111	20,89	69,66	10,44	12,19	22,63	71,40
10	3,58	1032	1,47	8823	9856	1,56	0,19	19,60	65,34	9,80	11,36	21,16	66,90
12,5	3,26	939	1,33	8021	8960	1,42	0,18	18,50	61,68	9,25	10,67	19,92	63,10
15	2,98	860	1,22	7352	8213	1,30	0,17	17,56	58,55	8,78	10,08	18,87	59,85
17,5	2,75	794	1,13	6787	75813	1,20	0,16	16,75	55,83	8,37	9,58	17,95	57,04
20	2,56	737	1,05	6302	7040	1,11	0,16	16,03	53,46	8,01	9,13	17,15	54,57
22,5	2,60	749	1,06	6338	7088	1,12	0,15	15,40	51,36	7,70	8,83	16,53	52,49
25	2,64	762	1,08	6518	7280	1,15	0,15	14,85	49,5	7,42	8,58	16	50,65
30	2,74	791	1,15	6907	7699	1,22	0,14	13,89	46,33	6,94	8,17	15,12	47,55
35	2,86	825	1,22	7338	8163	1,29	0,13	13,12	43,74	6,56	7,85	14,41	45,03
40	3,00	865	1,30	7809	8674	1,37	0,12	12,47	41,58	6,23	7,61	13,85	42,95
45	3,15	909	1,38	8322	9231	1,46	0,12	11,92	39,75	5,96	7,43	13,39	41,21
50	3,33	959	1,47	8875	9834	1,56	0,11	11,45	38,19	5,72	7,29	13,01	39,74
55	3,51	1013	1,57	9470	10483	1,67	0,11	11,04	36,83	5,52	7,19	12,71	38,49
60	3,72	1073	1,68	10105	11178	1,78	0,10	10,69	35,64	5,34	7,12	12,46	37,41
70	4,19	1207	1,91	11499	12706	2,02	0,10	10,09	33,66	5,04	7,06	12,11	35,68
80	4,72	1361	2,17	13057	14419	2,29	0,09	9,62	32,07	4,81	7,10	11,91	34,36
90	5,33	1536	2,46	14779	16315	2,59	0,09	9,23	30,78	4,61	7,21	11,82	33,37
100	6,01	1730	2,77	16665	18396	2,92	0,09	8,91	29,7	4,45	7,37	11,83	32,62

Размещено на http://www.allbest.ru/

С помощью тягового расчета были получена кривая потребляемого электровозом тока для рассматриваемого участка сведенная в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Потребляемый ток при движении поезда по расчётному участку

I, А	L, начало	L, конец	I, А	L, начало	L, конец
91,5	556,82	556,78	369	541,2	540,9
69	556,78	556,7	384	540,9	540,7
147,75	556,7	556,62	429	540,7	540,58
222	556,62	556,5	444	540,58	540,2
264	556,5	556,4	369	540,2	539,6
241,5	556,4	556,2	384	539,6	539,4
174	556,2	555,9	24	539,4	539,4
432,75	555,9	555,6	24	529,4	529,4
264	555,6	555,3	264	529,4	529,1
417,75	555,3	555,04	282,75	529,1	528,68
339	555,04	554,9	324	528,68	528,5
339	554,9	554,7	339	528,5	528,1
414	554,7	554,2	264	528,1	527,7
455,25	554,2	554	305,25	527,7	527,5
492,75	554	553,4	324	527,5	527,32
441,75	553,4	553,2	339	527,32	527,1
414	553,2	552,8	369	527,1	526,8
399	552,8	552,4	399	526,8	526,42
436,5	552,3	551,9	466,5	526,42	526,1
451,5	551,9	551,7	466,5	526,1	525,8
492,75	551,7	550,7	421,5	525,8	525,4
511,5	550,7	550,5	436,5	525,4	525,02
489	550,5	550,2	474	525,02	524,6
451,5	550,2	549,7	474	524,6	524,22
436,5	549,7	549,3	436,5	524,22	523,6
451,5	549,3	547,9	440,25	523,6	523,2
414	547,9	547,5	410,25	523,2	522,5
414	547,5	546,8	436,5	522,5	521,92
421,5	546,8	546,2	474	521,92	521,6
436,5	546,2	546,1	481,5	521,6	521,2
451,5	546,1	545,7	474	521,2	520,92
474	545,7	545,5	436,5	520,92	520,6
451,5	545,5	545,2	459	520,6	520,2
481,5	545,2	545	346,5	520,2	519,9
489	545	544,3	335,25	519,9	519,5
24	544,3	541,3	24	519,5	519,5
24	541,2	541,2	24	510,9	510,9
I, А	L, начало	L, конец	I, А	L, начало	L, конец
414	510,9	510,4	406,5	488,4	487,5
402,75	510,4	510	346,5	487,5	486,8
391,5	510	509,7	309	486,8	486
309	509,7	509,4	309	486	485,4
24	509,4	509,4	346,5	485,4	484,82
24	502,12	502,12	399	484,82	483,82
155,25	502,12	502,08	444	483,82	482,62
69	502,08	502,02	459	482,62	481
159	502,02	501,98	436,5	481	480,22
234	501,98	501,88	354	480,22	479,4
256,5	501,88	501,76	324	479,4	478,7
346,5	501,76	501,66	324	478,7	478,2
354	501,66	501,52	286,5	478,2	477,7
496,5	501,52	501,3	24	477,7	477,7
414	501,3	500,9	24	469,6	469,6
369	500,9	500,54	481,5	469,6	469,3
309	500,54	500,2	417,75	469,3	468,9
309	500,2	499,5	399	468,9	468,6
309	499,5	498,5	369	468,6	468,42
279	498,5	497,9	309	468,42	468,2
271,5	497,9	497,4	24	468,2	468,2
271,5	497,4	496,5	24	465,6	465,6
24	496,5	496,5	436,5	465,6	465,1
24	489,12	489,12	369	465,1	464
492,75	489,12	488,82	24	464	464
455,25	488,82	488,4	24	461	461

3.2 Тяговый расчёт в пакете программы КОРТЭС

Тяговый расчёт участка Нигозеро - Медвежья Гора произведён в пакете программы КОРТЭС. Исходные данные для расчёта: допускаемые скорости движения по перегонам и станциям, веса поездов при движении в чётном направлении, тип электровозов, используемых при перевозках, тип контактной подвески взяты аналогично направлению Медвежья Гора - Нигозеро.

Расчёт производился при номинальном напряжении в тяговой сети U= 25 кВ.

Результат тягового расчёта участка Нигозеро - Медвежья Гора (чётное направление) приведён в табл.3.4.

Таблица 3.4

Результат тягового расчёта участка Нигозеро - Медвежья Гора при движении поездов массой 6000 т в чётном направлении

Коорди-ната L, км	Скорость поезда, км/ч	Полн. ток, Iп, А	Акт. ток Iа А	Коорди-ната L, км	Скорость поезда, км/ч	Полн. ток, Iп, А	Акт. Ток Iа А
462,25	46	475	386	510,6	64	267	214
462,66	53	367	299	511,15	67	246	198
463,14	60	294	236	511,7	66	252	203
463,66	66	252	202	512,25	66	251	201
464,23	70	229	184	512,76	57	316	256
464,83	75	212	170	513,21	54	354	289
465,47	79	91	75	513,68	59	303	244
466,1	70	164	133	514,18	61	284	228
466,65	67	247	198	514,68	60	292	234
467,22	70	232	186	515,15	53	357	291
467,81	72	221	177	515,58	53	357	291
468,37	61	280	225	516,02	51	388	318
468,84	52	376	307	516,46	58	319	259
469,26	52	378	309	516,98	67	248	199
469,69	50	404	332	517,56	70	229	184
470,09	46	469	383	518,12	66	249	200
470,45	43	509	412	518,64	58	308	249
470,82	47	456	372	519,11	58	314	254
471,25	55	338	275	519,61	62	279	224
471,72	59	302	243	520,11	58	306	247
472,23	64	264	212	520,56	54	351	286
472,76	62	273	219	521,04	60	293	235
473,24	52	368	300	521,55	66	256	206
473,66	52	384	314	522,16	77	126	102
474,13	62	277	222	522,79	76	29	24
474,66	64	264	212	523,43	77	29	24
475,19	63	268	215	524,06	75	199	161
475,7	58	302	244	524,67	75	213	171
476,17	57	316	255	525,31	77	57	47
476,68	65	261	209	525,94	74	82	67
477,23	62	95	77	526,56	77	127	103
477,63	36	179	145	527,2	76	29	24
477,94	43	481	389	527,84	76	62	51
478,34	52	377	308	528,44	71	224	180
478,81	60	294	237	529,05	77	142	115
479,35	70	234	188	529,67	72	127	103
479,96	77	143	115	530,19	51	227	186
480,6	77	29	24	530,58	49	428	351
481,24	77	27	22	531,01	54	356	291
481,88	77	27	22	531,5	62	276	222
482,52	78	28	23	531,99	58	309	249
483,16	76	28	23	532,47	58	308	249
483,81	77	29	24	532,95	57	320	259
484,43	74	100	83	533,4	52	366	298
484,97	57	98	81	533,82	50	410	337
485,38	42	40	33	534,24	52	378	309
485,63	18	24	20	534,69	55	342	279
485,7	4	134	103	535,14	55	338	274
485,8	20	288	226	535,59	53	360	294
486,02	32	356	292	536,02	52	377	308
486,33	43	404	331	536,46	54	344	280
486,74	55	351	286	536,91	51	389	319
487,24	66	255	205	537,33	51	392	321
487,83	76	207	167	537,73	45	485	395
488,47	75	106	86	538,1	46	475	387
489,05	67	112	90	538,5	51	383	313
489,52	50	328	269	538,92	47	447	366
489,93	50	410	337	539,31	47	456	373
490,34	48	436	357	539,69	49	436	357
490,73	47	448	367	540,15	61	288	232
491,11	45	490	399	540,66	61	284	228
491,49	46	470	385	541,15	56	147	121
491,88	49	429	351	541,57	49	421	345
492,33	60	232	187	542	53	368	301
492,78	54	210	172	542,42	49	422	346
493,24	58	233	188	542,8	44	505	409
493,72	56	30	25	543,19	50	412	337
494,19	57	221	180	543,6	48	91	74
494,67	59	307	248	543,93	29	24	20
495,18	64	265	213	544,08	6	47	36
495,7	63	270	216	544,13	13	228	177
496,24	64	261	209	544,31	29	374	300
496,78	66	252	202	544,63	49	422	342
497,34	69	234	188	545,1	62	280	225
497,95	76	208	167	545,65	69	124	100
498,56	72	219	176	546,16	57	52	44
499,16	70	229	184	546,63	57	54	45
499,72	66	253	203	547,09	57	223	182
500,28	72	224	180	547,56	55	84	73
500,87	64	24	20	548,04	60	120	98
501,31	44	24	20	548,56	65	262	211
501,63	38	368	296	549,13	75	214	172
501,99	48	449	367	549,77	77	99	81
502,41	53	369	302	550,4	76	86	71
502,86	55	333	271	551,03	77	39	32
503,32	55	334	271	551,68	77	29	24
503,77	54	353	288	552,29	68	26	22
504,22	53	353	287	552,79	55	159	132
504,66	54	350	285	553,25	55	262	215
505,14	61	285	229	553,71	57	159	129
505,67	67	250	200	554,18	58	248	201
506,23	68	242	195	554,68	64	166	133
506,79	68	240	193	555,15	52	24	20
507,36	67	242	195	555,52	37	124	105
507,9	64	266	214	555,82	37	72	60
508,43	67	249	200	556,11	35	129	110
509,01	69	231	185	556,41	39	150	127
509,57	65	255	205	556,7	27	26	22
510,09	60	286	229	556,82	4	81	61
510,6	64	267	214	556,88	14	237	185

Результат тягового расчёта участка Медвежья Гора - Нигозеро (нечётное направление движения) приведён в табл.3.5.

Таблица 3.5

Результат тягового расчёта участка Медвежья Гора - Нигозеро при движении поездов массой 6000 т в нечётном направлении

Коорди-ната L, км	Скорость поезда, км/ч	Полн. ток, Iп, А	Акт. ток Iа А	Коорди-ната L, км	Скорость поезда, км/ч	Полн. ток, Iп, А	Акт. ток Iа А
556,84	8	41	31	512,17	75	43	36
556,79	10	199	155	511,57	69	106	86
556,66	23	317	250	510,99	73	219	176
556,42	36	439	352	510,38	72	220	177
556,08	45	476	387	509,78	75	212	171
555,68	49	429	352	509,15	75	67	54
555,28	49	419	344	508,56	69	141	115
554,89	44	498	405	507,99	67	244	196
554,52	47	460	376	507,41	72	221	178
554,12	48	435	356	506,79	76	206	166
553,72	49	417	342	506,16	77	204	165
553,3	53	379	309	505,51	78	201	161
552,83	58	145	118	504,88	74	211	170
552,37	53	163	134	504,27	75	208	167
551,96	46	470	383	503,63	74	41	34
551,59	44	503	408	503,05	70	36	30
551,24	41	496	400	502,55	50	24	20
550,91	38	471	377	502,24	26	24	20
550,6	37	458	366	502,12	4	75	57
550,27	44	488	396	502,05	15	247	193
549,88	47	330	270	501,87	28	370	297
549,56	30	195	157	501,58	40	478	384
549,32	32	214	176	501,22	47	464	380
549,06	31	401	324	500,82	50	409	336
548,79	32	412	331	500,4	50	404	332
548,52	35	442	354	499,99	50	405	332
548,19	44	490	397	499,56	53	369	301
547,79	49	426	349	499,09	63	275	221
547,38	50	398	327	498,53	69	233	188
546,97	51	394	324	497,96	68	241	193
546,55	50	406	333	497,41	63	269	216
546,14	48	438	359	496,91	61	283	227
545,76	45	493	401	496,39	64	262	210
545,37	48	442	362	495,84	67	249	199
544,99	44	501	407	495,28	67	243	195
544,62	45	479	390	494,73	66	252	202
544,29	33	205	166	494,19	65	160	128
544,03	33	415	334	493,73	50	157	129
543,73	40	484	389	493,33	48	433	355
543,38	44	498	404	492,92	51	391	320
542,98	54	364	297	492,48	55	336	273
542,5	57	89	73	492,03	52	376	308
542,06	52	24	20	491,6	54	356	290
541,62	53	24	20	491,11	65	264	212
541,17	58	26	21	490,53	74	185	149
540,69	56	292	238	489,93	65	24	20
540,21	60	292	235	489,45	53	24	20
539,72	58	310	250	488,98	61	198	160
539,23	62	284	228	488,45	67	250	201
538,72	58	24	20	487,9	65	256	206
538,28	50	40	34	487,38	59	295	237
537,86	53	366	299	486,91	54	341	276
537,4	55	47	39	486,47	51	284	232
536,96	53	128	105	486,12	33	90	73
536,48	65	265	213	485,87	30	216	175
535,92	70	233	187	485,71	7	53	40
535,31	77	204	164	485,65	10	204	159
534,67	75	34	28	485,53	21	309	242
534,08	70	24	20	485,31	32	403	323
533,52	61	24	20	485	42	484	390
533,07	51	24	20	484,61	51	395	324
532,63	54	24	20	484,17	55	339	275
532,18	55	24	20	483,7	60	296	239
531,71	58	24	20	483,19	60	286	230
531,24	52	41	35	482,71	55	328	267
530,85	46	473	385	482,27	52	378	309
530,43	54	350	285	481,85	50	413	339
529,96	59	180	146	481,44	48	437	359
529,47	58	307	247	481,05	47	450	369
529	55	333	270	480,66	47	457	374
528,57	50	406	333	480,27	46	461	378
528,13	55	339	276	479,89	46	464	380
527,65	59	296	238	479,5	46	465	380
527,2	51	385	315	479,12	46	465	381
526,78	49	423	347	478,73	47	439	360
526,4	43	503	407	478,4	33	155	126
526,06	43	492	398	478,12	38	460	369
525,66	52	381	312	477,77	47	465	380
525,23	49	420	345	477,35	55	348	283
524,85	43	505	409	476,86	61	285	229
524,5	46	464	378	476,37	57	318	257
524,07	55	339	275	475,9	59	302	244
523,59	58	304	245	475,37	70	237	190
523,12	55	338	274	474,77	75	211	170
522,67	55	339	275	474,13	76	206	166
522,23	50	409	335	473,52	72	221	177
521,84	45	492	400	472,9	77	131	106
521,49	41	500	403	472,29	70	88	71
521,14	44	484	392	471,73	66	255	205
520,74	51	387	317	471,18	67	247	198
520,3	56	335	272	470,62	68	242	195
519,78	69	240	193	470,03	77	142	115
519,19	72	222	178	469,41	72	24	20
518,6	73	220	177	468,81	74	24	20
517,97	74	55	45	468,17	77	24	20
517,38	71	42	35	467,57	69	137	110
516,8	67	172	139	467	66	249	200
516,27	61	278	223	466,45	66	248	199
515,75	66	256	206	465,87	75	202	163
515,17	72	221	178	465,22	79	26	22
514,55	76	70	57	464,59	73	24	20
513,95	70	24	20	464,01	69	189	153
513,37	69	115	93	463,43	68	239	192
512,79	72	224	180	462,88	66	252	202
512,17	75	43	36	462,33	66	227	183

На рис.3.1 приведён спрямлённый профиль пути участка Нигозеро - Медвежья Гора в направлении движения от Нигозеро к Медвежьей Горе.

На рис.3.2 и рис. 3.3 приведены кривые потребляемых токов на участке Нигозеро - Медвежья Гора для грузовых поездов соответственно нечётного и чётного направлений, полученные в результате тяговых расчётов.

Также, для учета влияния нагрузок смежных межподстанционных зон в программе Trelk пакета КОРТЭС был выполнен тяговый расчет для участков Медвежья Гора - Раменцы и Нигозеро - Петрозаводск. Результаты расчета в пояснительной записке не переведены.

Рис. 3.1

Рис. 3.2

Рис. 3.3

3.3 Расчёт минимальных напряжений

Расчёт минимальных напряжений в тяговой сети участка Медвежья Гора - Нигозеро при различных размерах движения был произведен с помощью программы KA_PN из пакета КОРТЕС. Для расчета были приняты следующие условия и допущения:

питающая энергосистема находится в режиме минимума, ее сопротивление максимально;

напряжение холостого хода трансформаторов тяговых подстанций участка составляет 27,5 кВ;

на тяговых подстанциях Медвежья Гора и Нигозеро включены в работу оба тяговых трансформатора;

на смежных межподстанционных зонах Медвежья Гора - Раменцы и Нигозеро - Петрозаводск находятся три поезда, два из них следуют в направлении наибольшего электропотребления.

Согласно исходным данным, мощность короткого замыкания на шинах тяговой подстанции определена по формуле:

, (3.12)

где - ток короткого замыкания на шинах подстанции, кА;

- среднее напряжение на шинах подстанции, кВ.

Для тяговой подстанции Медвежья Гора в режиме минимума энергосистемы:

(МВА).

Для тяговой подстанции Нигозеро в режиме минимума энергосистемы:

(МВА).

Для определения пропускной способности участка по каждому варианту усиления проведены электрические расчеты при пакетном пропуске пяти, четырех, трех, двух и одного поезда с интервалом соответственно 10, 13,5, 15, 30 и 60 минут в четном и нечетном направлении. Примеры расчетных графиков движения приведены на рис. 3.4 и рис. 3.5.

Расчетный график движения для пяти поездов в четном и пяти - в нечетном направлениях

Рис. 3.4

Расчетный график движения для четырех поездов в четном и трех - в нечетном направлениях

Рис. 3.5

В соответствии с требованиями [19] минимальное трехминутное напряжение на токоприемнике ЭПС переменного тока должно составлять не менее 21 кВ. Помимо варианта усиления по уровню напряжения произведена проверка по условиям нагревания контактной подвески.

Результаты расчёта минимальных трехминутных напряжений на токоприемниках ЭПС при существующей схеме питания приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Минимальные трехминутные напряжения, кВ, при существующем варианте питания тяговой сети

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	23,44	22,08	20,53	18,78	15,56
	2	22,10	21,14	19,07	17,39	16,28
	3	20,45	19,18	18,64	16,91	16,04
	4	20,08	18,67	17,90	15,80	14,81
	5	17,92	16,44	15,23	10,409	9,583

Из табл.3.5 видно, что при существующей схеме питания по участку Нигозеро - Медвежья Гора наибольшая пропускная способность составляет два поезда в чётном и два - в нечётном направлениях. Минимальное трехминутное напряжение на токоприемнике ЭПС при этом составляет U_min=21,14 кВ.

Параметры и схема подключения устройств продольной компенсации были определены с учетом рекомендаций [25]. Согласно этим рекомендациям наибольшая эффективность УПРК достигается при включении их в заземленную фазу тягового трансформатора, а также в плечо питания с неудовлетворительным режимом напряжения. Степень компенсации УПРК определяется соотношением:

, (3.13)

где - емкостное сопротивление УПРК, Ом;

- приведенное к шинам 27,5 кВ сопротивление энергосистемы и тягового трансформатора, Ом.

Приведенное сопротивление энергосистемы и тягового трансформатора:

, (3.14)

где - среднее напряжение на «высокой» стороне трансформатора, кВ;

- средне напряжение на шинах 27,5 кВ, кВ;

- ток трехфазного короткого замыкания на «высокой» стороне трансформатора, кА;

- номинальная мощность трансформатора, МВА;

- напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

- число параллельно работающих трансформаторов.

Приведенное сопротивление энергосистемы и тягового трансформатора для подстанции Медвежья Гора:

(Ом);

для тяговой подстанции Нигозеро:

(Ом).

Для условий межподстанционной зоны Медвежья Гора - Нигозеро предложено в заземленную фазу включить УПРК с к_р = 1, а в фазу В, питающую рассматриваемую межподстанционную зону УПРК с к_р = 1,5. Таким образом, емкостное сопротивление УПРК в заземленной фазе тяговой подстанции Медвежья Гора:

(Ом).

Сопротивление УПРК в плече питания:

(Ом).

Емкостное сопротивление УПРК в заземленной фазе тяговой подстанции Нигозеро:

(Ом).

Сопротивление УПРК в плече питания:

(Ом).

Мощность УПРК определена из соотношения:

(3.15)

где - средний ток УПРК, А.

По результатам предварительных электрических расчетов средний двадцатиминутный ток отсоса тяговой подстанции Медвежья Гора составляет 2307 А, средний двадцатиминутный ток плеча питания 1974 А. Тогда мощность УПРК

(кВАр);

(кВАр);

Аналогично для тяговой подстанции Нигозеро, усредненный ток отсоса составляет 1085 А, плеча питания - 1026 А. Мощность УПРК:

(кВАр);

(кВАр);

Устройства продольной компенсации для железнодорожного транспорта на указанные токи и мощности в нашей стране пока не выпускаются. Результаты электрических расчетов при установке на тяговых подстанциях Нигозеро и Медвежья Гора УПРК приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Минимальные трехминутные напряжения, кВ, при установке УПРК на подстанциях Медвежья Гора и Нигозеро

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	24,00	23,52	22,53	21,33	20,61
	2	23,54	22,91	21,99	20,96	20,11
	3	22,55	21,77	21,42	20,68	20,03
	4	22,25	21,47	21,11	20,07	19,63
	5	20,74	20,01	19,65	18,63	18,22

При установке на тяговых подстанция Нигозеро, Медвежья Гора устройств продольной компенсации в фазу С и фазу В, питающую тяговую сеть рассматриваемого участка наблюдается значительное улучшение режима напряжения в тяговой сети. Расчеты показывают, что по участку можно пропустить до четырех пар поездов в нечетном и трех пар - в четном направлении. При указанных объемах движения имеет место значительный перегрев отсасывающего провода на тяговой подстанции Медвежья Гора, и требуется увеличение его сечения до 6А-185. Минимальное среднее трехминутное напряжение при пропуске указанного числа поездов составляет U_min=21,11 кВ.

Таблица 3.7

Минимальные трехминутные напряжения при сооружении тяговой подстанции на станции Новый Посёлок

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	23,86	23,85	23,84	23,84	23,83
	2	23,84	23,84	23,84	23,83	23,76
	3	23,85	23,85	23,84	23,44	22,85
	4	23,83	23,83	23,65	23,07	22,37
	5	23,84	23,24	22,41	21,80	21,32

При строительстве тяговой подстанции на станции Новый Посёлок становится возможным пропуск заданного объема поездов (пять поездов в нечетном направлении и пять - в четном). Однако для поддержания минимального напряжения на токоприемниках ЭПС требуется увеличение напряжения холостого хода на шинах тяговых подстанций Медвежья Гора и Новый Поселок до 28,5 кВ, использование устройств автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) или включение отсасывающий провод УПРК. Минимальное напряжение составляет U_min=21,32 кВ. В целом, по результатам расчетов, можно сделать вывод, что ограничивающим фактором во многом является большое приведенное сопротивление питающей энергосистемы в режиме минимума.

4. Расчет температур контактных проводов и токов фидеров

Для расчёта температур нагрева проводов в месте присоединения фидеров подстанций необходимо знать: ток поезда при следовании по межподстанционным зонам в оба направления, расстояние между подстанциями, типы проводов, используемых в подвесках контактной сети, их удельное сопротивление и допустимые токи, места установки ПС и ППС, длины участков контактной сети с дополнительными усиливающими проводами.

Данные о подвеске, используемой на участке Нигозеро - Медвежья Гора приведены в табл.4.1.

Таблица 4.1

Сопротивление и допустимые токи подвесок на участке Нигозеро - Медвежья Гора

Подвески и провода	Удельные сопротивления, Ом/км	Проводимости, См/км	Допустимые токи, А
ПБСМ-95+МФ-100+ А-185+эА-185 ПБСМ-95 МФ-100 А=185	0,261 0,65 0,177 0,17	3,83 1,54 5,65 5,9	1308 335 600 590

При временных перегревах контактных проводов происходит уменьшение их прочности, которая зависит от температуры проводов и длительности нагретого состояния. При периодических перегревах происходит постепенное уменьшение прочности контактных проводов. Как показали исследования ВНИИЖТа, при температуре 180⁰С понижение прочности контактных проводов до минимально допустимого значения происходит за два часа.

Расчёт температур начинается с выбора участка, на котором ток фидера достигает максимального значения. Для этого рассчитаны токи фидеров для межподстанционной зоны при движении поездов в чётном и нечётном направлениях.

Расчёт произведён для одного поезда. Ток фидера I_ф найден по формуле, А:

где I_п-ток поезда на расстоянии х подстанции, А;

х- расстояние от подстанции до поезда, км;

L- длина межподстанционной зоны, км.

Пример расчёта тока фидера для межподстанционной зоны Нигозеро - Медвежья Гора выглядит следующим образом. Ток поезда принят по результатам тяговых расчётов, приведённых в табл.3.4. Расстояние до поезда отсчитано от подстанции Нигозеро. Длина межподстанционной зоны Нигозеро - Медвежья Гора Равна 95 км (рис.1.1).

(А).

Ток контактного провода определён по распределению токов по проводам контактной подвески пропорционально отношению сечения контактного провода к суммарному сечению проводов подвески.

Ток контактного провода I_кп найден по формуле, А:

где I_ф- ток фидера, А;

S_кп- сечение контактного провода, мм²;

S_сумм- суммарное сечение проводов контактной подвески, мм².

Пример расчёта тока контактного провода в месте подключения подстанции Нигозеро выглядит следующим образом. На межподстанционной зоне использована контактная подвеска типа ПБСМ-95+МФ100+2А-185. Сечение контактного провода для неё S_кп=100 мм². Суммарное сечение проводов контактной подвески S_сумм=380 мм².

Ток контактного провода I_кп на расстоянии 0,20 км от подстанции Нигозеро равен:

(А).

Расчёт температуры перегрева контактных проводов относительно температуры окружающего воздуха произведён по формуле, ⁰С:

где - температура перегрева контактных проводов, ⁰С;

I_ф - ток контактного провода рассматриваемого участка, А;

I_н - номинальный ток контактного провода, А;

Т - постоянная времени нагрева контактного провода, с;

t - текущее время, с.

Температура нагрева контактных проводов на участке Нигозеро - Медвежья Гора :

Постоянная времени нагрева контактных проводов принята равной шести минутам. Это соответствует минимальной скорости охлаждающего ветра равной 1 м/с.

Полностью расчет максимальных температур контактных подвесок, питающих и отсасывающих линий произведен в пакете программ КОРТЭС. Результаты расчета по различным вариантам усиления представлены табл. 4.2 - 4.4

Таблица 4.2

Результаты расчета максимальных температур контактной подвески, ?С, для существующей схемы

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	2	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	3	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	4	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	5	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме

Таблица 4.3

Результаты расчета максимальных температур контактной подвески, ?С, при установке УПК на тяговых подстанциях Медвежья Гора и Нигозеро

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	2	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	3	в норме	в норме	в норме	в норме	tо= 900С
	4	в норме	в норме	в норме	в норме	tо= 1000С
	5	в норме	в норме	tо= 930С	tо= 1030С	tо= 1150С

Лимитирующей во всех случаях является температура отсасывающего фидера. Таким образом, в данном случае требуется увеличение сечения отсасывающего фидера с 4А-185 до 6А-185.

Таблица 4.4

Результаты расчета максимальных температур контактной подвески, ?С, при сооружении новой тяговой подстанции Новый Посёлок

Число поездов в нечётном направлении	Число поездов в чётном направлении
		1	2	3	4	5
	1	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	2	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	3	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	4	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме
	5	в норме	в норме	в норме	в норме	в норме

11

Размещено на http://www.allbest.ru/

5. Расчет токов короткого замыкания

В тяговых сетях существует опасность того, что токи короткого замыкания могут быть соизмеримы с максимальными рабочими токами, поэтому необходимо рассчитать минимальные токи короткого замыкания на шинах подстанций.

Схема для расчётов токов короткого замыкания на участке Нигозеро - Медвежья Гора представлена на рис.5.1.

Схема для расчётов токов короткого замыкания

Рис. 5.1

Минимальный ток короткого замыкания на шинах подстанции I_кз,мин найден по формуле, А:

(5.1)

где U_н - номинальное напряжение на подстанции, кВ;

p - возможное снижение напряжения в первичной сети, p=0,05;

S_кз - мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения подстанции, кВА;

u_кпт - напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора, %;

S_пт,н - номинальная мощность трансформатора, кВА;

x_0, r₀ - реактивное и активное сопротивление тяговой сети, Ом;

l_к - расстояние до точки короткого замыеания, км.

При коротком замыкании в точке в точке К1 у подстанции Нигозеро:

номинальное напряжение на подстанции - U_н=27,5 кВ;

активное и реактивное сопротивление тяговой сети - r₀=0,155 Ом, x₀=0,124 Ом;

расстояние до точки короткого замыкания - l_к=95 км;

напряжение короткого замыкания понизительного трансформатора типа ТДТНЖ - 40000/220 У1- u_кпт=10,5 %;

номинальная мощность трансформатора - S_пт,н=40 МВА;

мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения подстанции Медвежья Гора - S_кз=4114 МВА.

Минимальный ток короткого замыкания I_кз,мин в точке К1 равен:

(5.2)

При коротком замыкании в К2 все данные остаются такими же, как при коротком замыкании в точке К1, кроме мощности короткого замыкания на шинах высшего напряжения подстанции Нигозеро, равной S_кз= ?.

5.1 Расчет токов к.з. тяговой подстанции Медвежья Гора

Сопротивление энергосистемы найдено по формуле, Ом:

(5.3)

где - среднее напряжение питающей сети, кВ;

- максимальный ток к. з.на шинах первичного напряжения, кА;

- минимальный ток к.з. на шинах первичного напряжения, кА.

Значение максимального и минимального токов к. з. получены в ДЭЛ и равны:

Сопротивление энергосистемы равно:

Значения сопротивления на стороне 27,5 кВ - трансформатора, обмотки СН, обмотки ВН, получены в Петрозаводской дистанции электроснабжения:

Минимальное и максимальное сопротивления на стороне 27,5 кВ от источника до шин найдено по формулам, Ом:

(5.4)

(5.5)

где - минимальное сопротивление энергосистемы, Ом;

- минимальное сопротивление обмотки ВН, Ом;

- максимальное сопротивление энергосистемы, Ом;

- минимальное сопротивление обмотки ВН, Ом.

Минимальное и максимальное сопротивления на стороне 27,5 кВ от источника до шин равно:

Минимальный ток к.з. на стороне 220 кВ при к.з. на 27,5 кВ найден по формуле, кА:

(5.6)

где - граничные напряжения обмоток ВН, кВ

Минимальный ток к.з. на стороне 220 кВ при к.з. на 27,5 кВ равен:

Максимальный ток к.з. на стороне 220 кВ при к.з. на 27,5 кВ найден по формуле, кА:

(5.7)

где - номинальное напряжение энергосистемы, кВ.

Максимальный ток к.з. на стороне 220 кВ при к.з. на 27,5 кВ равен:

Максимальный ток к.з. на стороне 27,5 кВ найден по формуле, кА:

(5.8)

где - среднее напряжение питающей сети, кВ;

- среднее напряжение тяговой сети, кВ.

Максимальный ток к.з. на стороне 27,5 кВ равен:

5.2 Расчёт защит фидеров тяговой подстанции

Минимальная нагрузка найдена по формуле, Ом:

(5.9)

где - номинальное напряжение нагрузки, кВ;

- максимальный рабочий ток, А.

Минимальная нагрузка равна:

Сопротивление по условию отстройки от нагрузки найдено по формуле, Ом:

(5.10)

Сопротивление по условию отстройки от нагрузки равно:

Сопротивление энергосистемы в режиме максимума найдено по формуле, Ом:

(5.11)

Сопротивление энергосистемы в режиме максимума равно:

Сопротивление энергосистемы в режиме минимума найдено по формуле, Ом:

(5.12)

Сопротивление энергосистемы в режиме минимума равно:

Сопротивление ветви А, Ом найдено по формуле:

(5.13)

где - сопротивление тяговой сети двухпутного участка, Ом;

- сопротивление тяговой сети однопутного участка, Ом;

- длина двухпутных участков, км;

- длина однопутных участков, км;

- сопротивление, определяющее падение напряжения в тяговой сети пути за счёт индуктивного влияния тока смежного пути, Ом/км.

Схема расчётного участка приведена на рис.5.2

Схема расчётного участка Нигозеро - Медвежья Гора

Рис. 5.2

Сопротивление тяговой сети двухпутного участка найдено по формуле, Ом/км:

(5.14)

где - активное сопротивление, Ом/км;

- индуктивное сопротивление Ом/км.

Сопротивление тяговой сети двухпутного участка равно:

Сопротивление тяговой сети однопутного участка найдено по формуле, Ом/км:

(5.15)

Сопротивление тяговой сети однопутного участка равно:

Сопротивление, определяющее падение напряжения в тяговой сети пути за счёт индуктивного влияния тока смежного пути найдено по формуле, Ом/км:

(5.16)

Длина участка рис.5.2

.

Сопротивление ветви от подстанции Нигозеро равно:

Сопротивление ветви от подстанции Медвежья Гора найдено по формуле, Ом/км:

(5.17)

где - сопротивление тяговой сети одного пути двухпутного участка, Ом/км;

- длина участка рис.5.2, км.

Сопротивление тяговой сети одного пути двухпутного участка найдено по формуле, Ом/км;

(5.18)

Сопротивление ветви Медвежья Гора равно:

Сопротивление короткозамкнутой ветви найдено по формуле, Ом/км:

(5.19)

Входное сопротивление фидера найдено по формуле, Ом:

(5.20)

(5.21)

Максимальный ток фидера найден по формуле, А:

(5.22)

Минимальный ток фидера найден по формуле, А:

(5.23)

Расчёт токовой отсечки.

Ток срабатывания защиты найден по формуле, А:

(5.24)

где - коэффициент отстройки,.

Коэффициент чувствительности найден по формуле:

(5.25)

(5.26)

Расчёт направленной дистанционной защиты Д32.

Коэффициент запаса,.

Срабатывание защиты по условию к.з. найдено по формуле, Ом:

(5.27)

Срабатывание защиты по отстройке от нагрузки найдено по формуле, Ом: