Проект реконструкции контактной сети станции Айдырля

1. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Определение мощности  опорной тяговой подстанции

 

     Выполнение  дипломного проекта  начнём с расчёта мощности подстанции, мощности  её понизительных  трансформаторов. Трансформаторы выбираются по ГОСТ 14209-85, согласно которому при сроке службы 25 лет средняя относительная интенсивность износа его изоляции не должна превышать единицы, а температура наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоёв масла не должна быть больше нормативных /1, приложение И/.

В изложенной ниже методике при расчёте относительной интенсивности износа изоляции трансформатора принимается, что размеры движения и расход электроэнергии на тягу поездов в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний период. Расчёт ведётся в предположении, что износ изоляции обмоток происходит только в период восстановления нормального движения после “окна”. При этом учитываются три режима движения поездов, определяющих температуру обмоток и масла. Режим нормального движения поездов, режим движения поездов после "окна" и режим  наибольшего размера движения поездов на участке.

Для каждого  из этих режимов должны быть определены токовые нагрузки подстанций; средний  и эффективный ток. Расчет нагрузок фидеров расчетной подстанции и понизительных трансформаторов введем по полному току поезда.


Прежде всего, используя исходные данные, построим кривые поездного тока и времени  хода поезда для четного и нечетного  направления движения заданного  участка дороги.

Далее, указав расположение тяговых подстанций на участке и выбрав расчетные фидерные зоны, необходимо найти средние и эффективные токи поездов отнесенных к фидерам расчетной подстанции.

Для этого по разложенной кривой поездного тока при двустороннем питании или  непосредственно по кривой поездного тока при одностороннем питании находятся средние значения и квадрат эффективного значения тока каждого фидера.

Для этого кривую поездного тока разбиваем на отрезки, в пределах которых ток изменяется не более чем на 80–100А. После чего среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) могут быть определены по формулам, приведено из методических указаний /2/:

 

(1.2)

 

 

(1.1)




 

где n0 - количество отрезков на кривой поездного тока;

 - среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени ti;

t - время хода поезда по фидерной зоне.

Определение среднего тока и квадраты эффективных  токов  для 1 фидера

Исходные данные для расчетов 1 фидера представлены в таблице 2

 

Таблица 4  – Среднее значение токов поезда для 1 фидера

Не разложенная  кривая

Разложенная кривая

Iicр

ti

Iicр

ti

1

2

3

4

252,5

1,0

5,5

1,0

257,5

1,0

16,9

1,0

268,0

1,0

28,9

1,0

281,5

1,0

41,9

1,0

297,0

1,0

55,8

1,0

301,5

1,0

68,0

1,0

299,0

1,0

78,9

1,0

304,0

1,0

91,9

1,0

314,0

1,0

106,7

1,0

318,5

1,0

119,8

1,0

310,5

1,0

128,1

1,0

315,0

1,0

142,0

1,0

310,5

1,0

128,1

1,0

315,0

1,0

142,0

1,0


 

Продолжение табл. 4

1

2

3

4

321,5

1,0

156,4

1,0

312,0

1,0

163,2

1,0

181,5

1,0

99,5

1,0

35,5

1,0

21,0

1,0

16,0

1,0

10,4

1,0

16,0

1,0

11,1

1,0

16,0

1,0

11,8

1,0

16,0

1,0

12,5

1,0

43,0

1,0

36,1

1,0

177,0

1,0

156,0

1,0

298,5

1,0

271,5

1,0

325,0

1,0

307,5

1,0

309,5

1,0

303,4

1,0




 

Определим средний ток 1 фидера, используя не разложенную кривую, учитывая что tобщ=25мин:

 

 

Определим средний  ток 1 фидера, используя разложенную  кривую:

 

 

 

Определим квадраты эффективных токов 1 фидера, используя не разложенную кривую:

 

 

 

 

Определим квадраты эффективных токов 1 фидера, используя  разложенную кривую:

 

 

Определение среднего тока и квадраты эффективных  токов для 2 фидера

Исходные данные для расчетов 2 фидера представлены в таблице 3

 

Таблица 5  - Среднее значение токов поезда для 2 фидера

Не разложенная  кривая

Разложенная кривая

Iicр

tiср

Iicр

tiср

1

2

3

4

16

2,5

0,4

2,5

16

1,4

1,0

1,4

16

1,2

1,7

1,2

16

1,0

2,4

1,0

16

1,0

3,0

1,0

16

0,9

3,6

0,9

16

0,9

4,2

0,9

16

0,9

4,8

0,9

16

0,8

5,4

0,8

16

0,8

6,0

0,8

16

0,9

6,6

0,9

46

0,9

21,3

0,9

176,5

0,8

87,7

0,8

273

0,8

142,8

0,8

267,5

0,9

150,2

0,9

277

1,0

167,2

1,0

289,5

1,0

187,5

1,0

291,5

1,0

202,1

1,0

263

1,0

193,4

1,0

125

1,1

95,3

1,1

16

1,1

13,2

1,1

16

1,1

13,9

1,1

105

1,0

97,1

1,0

132,5

0,9

124,2

0,9

43,5

0,9

42,2

0,9


 

 

Определим средний  ток 2 фидера, используя не разложенную кривую, учитывая что tобщ=25,8мин:

 

Определим средний  ток 2 фидера, используя разложенную кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 2 фидера, используя  не разложенную кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 2 фидера, используя разложенную кривую:

 

 

Определение среднего тока и квадраты эффективных  токов для 3 фидера

Исходные данные для расчетов 3 фидера представлены в таблице 4

 

Таблица 6 - Среднее значение токов поезда для 3 фидера

Не разложенная  кривая

Разложенная кривая

Iicр

tiср

Iicр

tiср

1

2

3

4

179,5

1,0

177,0

1,0

179

1,0

158,7

1,0

299,5

1,0

251,7

1,0

331,5

1,0

259,1

1,0

352,5

1,0

255,8

1,0

273

1,0

185,4

1,0

128,5

1,0

80,2

1,0

192

1,0

101,2

1,0

311,5

1,0

151,4

1,0

175,5

1,0

78,8

1,0

28,5

1,0

10,7

1,0


Продолжение табл. 6

1

2

3

4

16

1,0

4,7

1,0

16

1,0

3,6

1,0

16

1,0

2,4

1,0

16

1,0

1,3

1,0

10

1,0

0,3

1,0


 

Определим средний  ток 3 фидера, используя не разложенную кривую, учитывая что tобщ=16мин:

 

 

Определим средний  ток 3 фидера, используя разложенную  кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 3 фидера, используя не разложенную кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 3 фидера, используя разложенную кривую:

 

 

Определение среднего тока и квадраты эффективных  токов для 4 фидера

Исходные данные для расчетов 4 фидера представлены в таблице 5

 

 

 

Таблица 7 - Среднее значение токов поезда для 4 фидера

Не разложенная  кривая

Разложенная кривая

Iicр

tiср

Iicр

tiср

1

2

3

4

16

1,0

15,5

1,0

16

0,9

14,5

0,9

131

0,9

106,8

0,9

154,5

0,8

123,6

0,8

39,5

0,8

29,3

0,8

55

0,9

35,7

0,9

175

0,9

104,0

0,9

260,5

0,8

142,2

0,8

270,5

0,8

131,3

0,8

283,5

0,9

120,2

0,9

304

1,0

108,9

1,0

334,5

1,0

97,1

1,0

360

1,0

79,8

1,0

276,5

1,0

44,9

1,0


 

Определим средний ток 4 фидера, используя не разложенную кривую, учитывая что tобщ=12,5мин:

 

 

Определим средний  ток 4 фидера, используя разложенную  кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 4 фидера, используя  не разложенную кривую:

 

 

Определим квадраты эффективных токов 4 фидера, используя  разложенную кривую:

 

Эти токи являются исходными для расчёта нагрузок плеч подстанций переменного тока от всех поездов, проходящих по участку. Для удобства расчетов сведем все полученные данные в таблицу 6

 

Таблица 8 – Полученные данные средних и эффективных токов

разложенной и  не разложенной кривой

Фидерная зона

1

2

3

4

Не разложенная

кривая

Iф, А

223.2

93.4

156.9

193.6

Iф2,А2

63704.3

20193.1

25644.2

51836.9

Разложенная

кривая

Iф, А

97.3

58.6

68.5

81.3

Iф2,А2

17305.5

8590.6

20732

8474.6


 

Зная средние  и эффективные значения поездного  тока, отнесённого к фидеру, можно  найти средние и эффективные  токи фидера от всех поездов. Для этого  воспользуемся формулами, которые  при однотипных поездах имеют  вид:

 

                                 (1.3)

 

Для эффективных  токов:

при двустороннем питании

 

   (1.4)

 

где  nф  - наибольшее число поездов в фидерной зоне, равное:

 

                  (1.5)

 

где q0=11мин. - заданный минимальный интервал между поездами;

 N - число пар поездов в сутки при нормальном режиме;

N0 - пропускная способность участка дороги в сутки, определяется по формуле.

 

Среднесуточные размеры  движения поездов по четному и  нечетному пути, или иначе число пар поездов в сутки при нормальном режиме, определяются следующим образом:

 

                            (1.6)

 

где М - грузопоток, т×км/км;

КT - коэффициент тары, 0,45;

Q - масса поезда, т.;

Кн - коэффициент годовой неравномерности движения, 1,1—1,5.

Пропускная  способность участка дороги в  сутки определяется следующим образом:

 

                 (1.7)

 

В данном случае найденное  значение nф не округляем. По формулам

(1.3 – 1.8) определяют средние токи всех фидеров расчётной подстанции участка переменного тока, а также квадраты эффективных токов для трех возможных режимов:

- режима нормальной  работы участка ( );

- режима после окна ( );

- режима наибольшей  пропускной способности ( ).

       Найдем наибольшую пропускную  способность в сутки

 

.

 

        Тогда  пропускная способность для четного  и нечетного пути определится:

 

;

.

 

       Найдем наибольшее число поездов в фидерной зоне

 

  примем nф1=3;

 примем nф2=3;

  примем nф3=2;

   примем nф4=2.

 

Для заданного  пропускного режима:

Для нечетного  пути:

 

.

 

Для четного  пути:

 

.

 

Для режима после  окна:

 

.

 

Для режима наибольшей пропускной способности:

 

.

 

Найдем токи фидеров

Средние токи фидера от всех поездов:

 

(1.8)




.

 

Нормальный  режим  на  нечетном  пути( ):

 

 

Нормальный  режим  на  четном  пути( ):

 

 

Режим  наибольшей  интенсивности  движения ( ):

 

 

Режим  после  окна ( ):

 

 

Найдем эффективные  токи фидеров при двухстороннем  питании по формуле 1.4:

Режим нормальной работы участка:

Для нечетного  пути( )

 

 

Для четного  пути( )

 

 

Режим  наибольшей  интенсивности  движения( ):

 

 

Режим  после  окна ( ) :

 

 

Внесем полученные данные в таблицу 9

 

Таблица 9 – Средние и эффективные токи при заданных пропускных режимах

Нормальный  режим

I, А

1 фидер

418.29

2 фидер

103.67

3 фидер

196.08

4 фидер

143.17

I2эф , А2

1 фидер

314783.1

2 фидер

46018.06

3 фидер

63236.93

4 фидер

69599.28

После окна

I, А

1 фидер

602.55

2 фидер

252.28

3 фидер

282.45

4 фидер

348.41

I2эф , А2

1 фидер

453450

2 фидер

111982.7

3 фидер

91093.8

4 фидер

169366.4


 

Продолжение табл. 9

Режим наибольшей пропускной способности

I, А

1 фидер

669.5

2 фидер

280.31

3 фидер

313.83

4 фидер

387.12

I2эф , А2

1 фидер

503833.4

2 фидер

124425.2

3 фидер

101215.3

4 фидер

188184.9


 

Далее найдем линейные нагрузки.

Для двухпутного  участка средние токи плеч:

 

.                                       (1.9)

 

Для нормального  режима:

 

.

 

Для режима после  окна:

 

.

 

Получаем для  режима наибольшей интенсивности движения:

 

.

 

Квадраты эффективных  токов плеч:

 

 .                                (1.10)

 

Для нормального  режима:

 

.

 

Для режима после окна:

 

.

 

Получаем для  режима наибольшей интенсивности движения:

 

.

 

Внесем полученные данные в таблицу 10.

 

Таблица 10 – Полученные значения линейных нагрузок

Нормальный  режим

I , А

Iа

522

Iв

339.3

Iэф2 , А2

Iа2

447530.5

Iв2

188982.1

Режим после  окна

I , А

Iа

854.83

Iв

630.86

Iэф2 , А2

Iа2

869455.9

Iв2

457275.5


Продолжение табл. 10

Режим наибольшей пропускной способности

I , А

Iа

949.81

Iв

700.95

Iэф2 , А2

Iа2

1003596

Iв2

532382


 

Нагрев масла  в трехфазном силовом трансформаторе определяется потерями в обмотках трёх фаз, которые при несимметричной нагрузке неодинаковы. Для учета  этого обстоятельства можно оперировать  эквивалентным эффективным током  фазы, который вызовет при симметричной нагрузке те же потери, что и действительные несимметричные нагрузки.

Формулы для  расчета квадрата эффективного тока обмоток «а» и «с», в предположении, что углы сдвига фаз средних нагрузок на обоих плечах равны, имеют вид:

 

 .                                           (1.11)

 

Для определения  наибольшего эффективного тока обмотки  значения величин Iаэ, Iвэ, должны быть рассчитаны при , т.е для режима наибольшей пропускной способности. За ток Iэ наиб принимается больший из токов Iаэ и Iсэ..

Получаем для  режима наибольшей интенсивности движения:

 

.

,  .

 

Эквивалентные по нагреву масла токи обмотки (при  этом же предположении) находятся по формуле:

 

.                                          (1.12)

 

По этой формуле  находим эквивалентный по нагреву  масла ток обмотки при заданных размерах движения   Iэо  и ток в период восстановления нормального графика движения после окна Iсг, подставляя соответствующие этим режимам величины Iаэ, Iвэ, .

Для нормального  режима:

 

,       .

 

Для режима после  окна:

 

,       .

 

Далее определим  необходимую трансформаторную мощность для питания тяговой нагрузки.

 

    1. Определение количества понизительных трансформаторов.

 

Для дальнейших расчетов выбираем по справочнику /3, стр. 58/ трансформатор мощностью Sн, принимаемой в качестве базовой.

На тяговых  подстанциях обычно устанавливают  два силовых понизительных трансформатора одинаковой мощности, поэтому принимаем  мощность каждого трансформатора 25 МВА. Принимаем к установке два трансформатора типа ТДТНЭ-25000/150-70

 

Таблица 11 - Технические характеристики трансформатора

Тип трансформатора:

ТДТНЭ-25000/150-70

Номинал. мощность, МВ*А

27.5

U к.з., %

18

Потери х.х., кВт

34

Потери к.з., кВт

145

I х.х., %

0,9


 

, (1.13)

Проект реконструкции контактной сети станции Айдырля 📙 Дипломная → 🆔 15219

Проект реконструкции контактной сети станции Айдырля 📙 Дипломная → 🆔 15219

Проект реконструкции контактной сети станции Айдырля