Курсовая работа: Электроснабжение участка электрофицируемой железной дороги

Таблица 12. Значения средних токов и временных интервалов для ТП А (левое плечо)

Определим расход энергии, приходящейся на плечи питания тяговых подстанций ТПА, ТПВ, ТПС (по формуле 3). Для режима с минимальным межпоездным интервалом Wпл Nо = 68 (пар поездов в сутки) и для интенсивного месяца Wпл Nр=64 (пары поездов в сутки), среднегодовым размерам движения ?ср =56.

Для тяговой подстанции ТПА (левое плечо):

Результаты расчётов сведём в таблицу 13:

Таблица 13 - Расход электроэнергии

3. Определение мощности тяговой подстанции

Наибольшая эффективность капиталовложений по тяговым подстанциям достигается при обеспечении оптимального срока службы понизительных трансформаторов. Оптимальный срок службы ограничивается сроком морального старения, который для трансформатора равен 25 годам. Срок службы в общем случае определяется износом изоляции, который зависит от значения и продолжительности рабочее температуры обмоток и масла и имеет накапливаемый характер.

При недостаточной мощности трансформатора старение изоляции происходит быстрее, возникает необходимость затраты средств на преждевременную его замену. При завышенной мощности трансформатора срок его службы превысит время морального износа, и дополнительные капиталовложения на излишнюю установленную мощность окажутся необоснованными.

Таким образом, задача выбора мощности трансформатора является, по существу, проблемой экономической.

Расчет мощности трансформаторов следует начинать с определения длительности повышенной интенсивности движения поездов после предоставления окна в графике движения для ремонта пути - Твос. Эта длительность для двухпутного участка может быть найдена по формуле:

(5)

где N - разность между Nим и Nср;

Ток - перерыв в движении поездов, 4 часа.

Т. к. значение ТВОС получилось нулевое, принимаем ТВОС=4 часа.

По разложенной кривой поездного тока при двустороннем питании или непосредственно по кривой поездного тока при одностороннем питании можно найти среднее значение фидерного тока от одного поезда и квадрат его значения.

Среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) может быть найдено по формулам:

, (6)

, (7)

где - среднее значение тока за рассматриваемый промежуток времени ;

- время хода поезда по фидерной зоне.

По формуле (6) определим средние значения поездных токов:

;

;

;

;

;

;

;

.

Таблица 14. Значения средних поездных и квадратов эффективных токов

В результате расчетов по формулам (6) и (7) были найдены значения средних поездных токов и значения квадратов эффективных токов для четного и нечетного путей, присоединенных к выводу «а» трансформатора расчетной подстанции - и присоединенных к выводу «в» - .

Зная средние и эффективные значения поездных токов, отнесенных к фидеру, находим средние и эффективные токи фидеров от всех нагрузок.

При однотипных поездах эти величины находятся по формулам:

средние токи:

, (8)

при двустороннем питании:

(9)

где - наибольшее число поездов в фидерной зоне.

Величина определяется по формуле:

. (10)

По формуле (10) определим:

(поездов);

(поездов);

(поездов);

(поездов).

Определим средние токи фидеров по формуле (8):

При :

;

;

При :

;

;

При :

;

;

Определим квадраты эффективных токов фидеров по формуле (9):

При :

При :

При :

Сведём результаты расчетов в соответствующие таблицы.

Таблица 15 - Средние токи фидеров расчётной подстанции

Таблица 16 - Эффективные токи фидеров расчетной подстанции

По формулам (8), (9) были определены средние токи всех фидеров расчетной подстанции рис. 1: ,,,, а так же квадраты эффективных токов ,,,.

Рис. 1. Расчетная схема для определения нагрузки фидеров тяговой подстанции

Для двухпутного участка средние токи плеч можно определить:

. (11)

Квадраты эффективных токов плеч определяются как:

. (12)

По формуле (11) определим средние токи плеч питания:

При N=N0:

;

При N=NСР:

;

При N=NИМ:

;

По формуле (12) определим квадраты эффективных токов плеч питания:

При N=N0:

.

При N=NСР:

При N=NИМ:

Полученные результаты занесём в таблицу 17.

Таблица 17. Средние токи плеч питания и квадраты эффективных токов

Токи обмоток «а» и «с» в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обоих плечах равны, определяются по формулам:

. (13)

Как видно из таблицы 17, наибольшие значения величин ,,, получаются при N= N0, поэтому токи обмоток и определим только для N= N0:

.

За максимальный эффективный ток обмотки принимается больший из токов или , поэтому в данном случае:

.

Эквивалентные по нагреву масла токи обмотки при том же предположении могут быть найдены по формуле:

. (14)

По этой же формуле находят эквивалентный по нагреву масла ток обмотки при заданных размерах движения , подставляя в нее ,,,, рассчитанные для этих размеров движения, и ток - в период восстановления нормального графика после окна. В этом случае ,,, определяются для увеличения в отношении размеров движения.

По формуле (14) определяем:

.

Чтобы найти ток необходимо определить величины, приведенные в формулах (8), (9), (11) и (12), для увеличения в отношении размеров движения.

Определим средние токи фидеров по формуле (8):

;

;

Определим квадраты эффективных токов фидеров по формуле (9):

Таблица 18. Средние и эффективные токи фидеров (для увеличенных размеров движения)

По формуле (11) определим средние токи плеч питания:

;

По формуле (12) определим квадраты эффективных токов плеч питания:

.

Определим ток :

.

Для дальнейших расчетов выбираем по каталогу мощность трансформаторов . В качестве базовой принимаем ее равной 50 МВА (два трансформатора по 25 МВА).

Мощность трансформатора, которую допустимо использовать для тяги , определяется по формуле:

, (15)

где - коэффициент участия районной нагрузки в максимуме.

По формуле (15) для определяем:

.

Для дальнейших расчетов принимаем .

По мощности найдём соответствующий ей номинальный ток:

. (16)

где .

По формуле (16) находим:

.

По мощности находим так же отношения:

(17)

По формуле (17) определяем:

Средняя интенсивность износа изоляции обмотки трансформатора в сутки предоставления окна:

; (18)

где

; (19)

где - температура окружающей среды в период восстановления нормального движения;

- базовая температура наиболее нагретой точки обмотки, при которой скорость расчетного износа витковой изоляции соответствует сроку службы трансформатора, условно принятого за единицу ;

1/0С;

; (20)

. (21)

где:

. (22)

В формулах (20), (21) и (22):

(a, b, g, h) - постоянные в выражениях, аппроксимирующих зависимости разности температур обмотки - «масло» и «масло - окружающая среда» (они равны a=20,5; b=2,5; g=39,7; h=15,3 0С);

() - при переменном токе - среднее время хода поезда по фидерной зоне поездов основного типа в четном и нечетном направлениях;

- тепловая постоянная времени масла; можно принять равной 2,5 ч для трансформаторов мощностью до 32 МВА и 3,5 ч - для трансформаторов большей мощности.

По формулам (18), (19), (20), (21) и (22) определяем:

;

;

;

;

.

Согласно исследованиям, выбор мощности трансформатора по току (в предположении, что износ изоляции происходит только в период восстановления нормального движения после окна) может привести к ее занижению не более чем на 8%.

Поэтому необходимая расчетная мощность может лежать в пределах и , равных:

. (23)

По формуле (23) находим:

.

Так как по стандартной шкале мощность трансформаторов, выбранная по и , одна и та же, то на этом выбор трансформатора по износу заканчивается.

Тип и характеристики выбранного понизительного трансформатора для тяговых подстанций переменного тока приведены в таблице 19.

Таблица 19. Характеристики понизительного трансформатора тяговой подстанции переменного тока 220 кВ

Выбранные по износу изоляции трансформаторы должны быть проверены по максимально допустимому току и максимально допустимым температурам обмотки и масла.

Обозначим выбранную по каталогу, исходя из интенсивности износа изоляции, мощность трансформаторов через . Тогда ток, соответствующий располагаемой мощности для тяги, находится как:

(24)

Максимальная кратность нагрузки при выбранной мощности трансформатора определяется для суток с предоставлением окна.

Расчёт таких суток базируется на замене реального графика эквивалентным двухступенчатым. Для условий проекта: