Расчёт системы электроснабжения электрической железной дороги (стр. 5 из 7)

где N_p = N / k_нд = 100 / 1,15 = 87 пар/сутки;

U_ш= 25 кВ;

t – время хода поезда в режиме тяги; t_т.чет = 47.15/60 = 0.79 часа;

t_{т.нечет} = 45.3/60 = 0.76 часа;

I_ср – средний ток поезда, А.

Согласно выражению (41) получим:

для чётного пути:

W_т.ч = I_ср× U_ш× t × N_p =215.8×25×0.79×87=370798.35 кВт×ч;

для нечётного пути:

W_т.неч = I_ср× U_ш× t × N_p = 204.4×25×0.76×87=337873.2 кВт×ч.

Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:

, кВт×ч/Ом×год. (42)

где

- напряжение контактной сети, кВ ( =25 кВ);

T_пер = 8 мин = 8/60 = 0.13 часа.

t – полное время хода поезда по фидерной зоне, час. t_т.чет = 48.65/60 = 0.811 часа; t_{т.нечет} = 45.3/60 = 0.76 часа;

Используя выражение (42) получим:

для чётного пути:

451664.59 кВт×ч/Ом×год.

Используя выражение (40) получим:

мм².

для нечётного пути:

382042.92 кВт×ч/Ом×год.

Используя выражение (40) получим:

284.32 мм².

Для узловой схемы питания:

Общее сечение проводов контактной сети в медном эквиваленте:

мм², (43)

Общий расход энергии определим по формуле:

W_т = W_тч + W_тнч; (44)

Согласно выражению (44) получим:

W_т = W_тч + W_тнч =370798.35 + 337873.2 = 708671.55 кВт×ч.

Годовые удельные потери в проводах контактной сети определим по формуле:

(45)

Используя выражение (45) получим:

Экономическое сечение проводов контактной сети по (43):

мм².

По результатам расчетов выбираем подвеску М120 + МФ100 + А185; для этой подвески сечение:

F = 120+100+

=328.82 мм²;

3. ПРОВЕРКА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПО НАГРЕВУ

Для подвески М120 + МФ100 + А185 допустимый ток 1230 А, его нужно сравнить с эффективными токами фидеров контактной сети при режиме максимальной пропускной способности

I_фэ1 = 263,0 А< 1230 А; I_фэ2 = 612,3 А< 1230 A;

I_фэ5 = 424,5 А< 1230 А; I_фэ4 = 320,0 А < 1230 A;

Вывод: подвеска М120 + МФ100 + А185 по нагреву проходит.

4. ГОДОВЫЕ ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДЛЯ РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ

Значение потерь энергии определим по формуле:

DW_год = В_o× l × r_a; (45)

где l - длина зоны,км; l =40км;

r_a - активное сопротивление подвески; для подвески М120 + МФ100 + А185;

r_a =0,055 Ом/км;

Согласно выражению (45) получим:

DW_г.ч = 451664.59 × 40 × 0,055 = 993662.1 кВт×ч/год;

DW_г.неч = 382042.92 × 40 × 0,055 = 840494.42 кВт×ч/год;

DW_г.узл = 1443932.86 × 40 × 0,094 / 2 = 1588326.15 кВт×ч/год;

DW_г.разд = 993662.1 +840494.42 = 1834156.52 кВт×ч/год;

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПО СРАВНЕНИЮ С РАЗДЕЛЬНОЙ И УЗЛОВОЙ СХЕМ ПИТАНИЯ

Приведённые ежегодные расходы определим по формуле:

С_пр = Е × K + DА; (46)

Е = Е_н + Е_a + Е_o;

где Е_н = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности;

Е_ак.с. = 0,046 - амортизационные отчисления на контактную сеть;

Е_o = 0,03 - затраты на обслуживание;

Е_ап.с. = 0,055 - амортизационные отчисления на пост секционирования;

DА - стоимость потерь электроэнергии в год;

DА = DW_год× K_э, руб; (47)

где К_э = 0,09 руб/кВт×ч - стоимость электроэнергии;

для раздельной схемы питания:

С_{пр.разд} = ( Е_н + Е_ак.с. + Е_o ) × K_кс + DА, руб;

K_кс = 13000 × 40 = 520000 руб;

ΔA_разд = 1834156.52 × 0,09 = 165074,09 руб;

C_{пр.разд} = (0,12 + 0,046 + 0,03) × 520000 + 165074.09 = 266994.09 руб;

для узловой схемы питания

С_пр.узл = ( Е_н + Е_ак.с. + Е_o ) × K_к.с. + ( Е_н + Е_ап.с.+ Е₀ ) × K_п.с. + DА, руб;

K_п.с. = 22000 руб;

ΔA_узл = 1588326.15 × 0,09 =142949.35 руб;

C_пр.узл=(0,12+0,046+0,03)×520000+(0,12+0,055+0,03)×22000+142949.35 =249379.35 руб; С_пр.узл = 249379.35 руб < С_{пр.разд} = 266994.09 руб;

К_узл =22000 руб > К_разд =0 руб;

Срок окупаемости:

8 лет; (48)

Используя выражение (48) получим:

8 лет;

Вывод: вариант с узловой схемой наиболее выгоден, так как капиталовложения больше чем у раздельной, но ежегодные приведённые затраты меньше.

Срок окупаемости 1.25 < 8 лет;

6. РАСЧЕТ СРЕДНЕГО УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДО РАСЧЕТНОГО ПОЕЗДА НА УСЛОВНОМ ЛИМИТИРУЮЩЕМ ПЕРЕГОНЕ И БЛОК - УЧАСТКЕ ПРИ ПОЛНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ

6.1 Расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда на условном лимитирующем перегоне

Условный перегон находится в середине межподстанционной зоны, если в середине токи маленькие, то условный перегон перемещают в зону с большими токами. В пределах условного перегона выделяется блок участок, равный 1/3 длинны условного перегона. Скорость поезда зависит от выпрямленного напряжения, которое пропорционально среднему за полупериод напряжению переменного тока. Поэтому в первую очередь интересуют именно эти значения напряжения и потерь напряжения.

Расчет потерь напряжения тяговой сети и выпрямленных токов, приведённых к напряжению контактной сети:

Потери напряжения в тяговой сети:

DU_c = DU_k + DU_p; (49)

где D U_k - потери напряжения в контактной сети до расчетного поезда;

D U_р - то же в рельсах;

Расчет ведется аналогично как и при постоянном токе, поэтому надо привести сопротивление контактной сети и рельсов к постоянному току.

Z_кс=0,136 Ом/км - приведённое сопротивление контактной сети для подвески М120 + МФ100 + А185.

, В (50)

где U = 25000 В;

W_kgд = I × t × U - расход энергии на движение расчетного поезда типа g, на к-ом перегоне в двигательном режиме;

t_kgд - время потребления тока поезда типа g, на к-ом перегоне в двигательном режиме;

W_g = I × t × U - расход энергии поездами по всей зоне;

m = t / q_o - количество поездов в зоне;

(51)

где W_gI и W_gII-расход энергии на движение поездов типа g по фидерной зоне, по путям I и II;

W_gI(II) = I_I(II)× t_I(II) × U кВт×ч;

Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле:

DU_n = 0,9 × k_эф× х_вт×

,В (52)

где к_эф = 0,97 - коэффициент эффективности, вводимый для перехода от вы прямленных токов к действующим.

х_вт -сопротивление трансформатора и внешней сети, равное:

, Ом. (53)

где S_н – номинальная мощность подстанции, кВ×А;

u_к =10.5 % -напряжение короткого замыкания трансформатора;

S_кз – мощность короткого замыкания на вводах тяговой подстанции, кВ×А;

j - угол сдвига первой гармоники тока относительно напряжения, равен 37⁰.

I_пмax - средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения, равный:

, А (54)

где I_amax, I_bmax - нагрузки плеч определяемые при N = N_o.

Средний уровень напряжения у ЭПС определим, используя выражение:

U = 0,9×27500 - DU_c - DU_ni , кВ; (55)

1. Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне:

Определим по формуле (49):

t_I = 0,76 часа ; t_kg = 0,13 часа ;

t_II = 0,79 часа ; m = 6 поездов ;

W_kgД = 230 × 0,13 × 25 = 747.5 кВт×ч;

W_gI = 204.4 × 0,76 × 25 = 3883.6 кВт×ч;

W_gII = 215.8 × 0,79 × 25 = 4262.05 кВт×ч;

l₁= 25.5 км; l₂ = 7.5 км; l_0к = 29 км; l_к = 2.33 км.

Используя выражение (50) получим:

=737.72 В.

Согласно выражению (51) получим:

Потери напряжения в тяговой сети согласно (49):

DU_c = DU_k + DU_p = 737.72 + 1546.88= 2284.6 В;

Сопротивление трансформатора и внешней сети определим из выражения (53)

, Ом.

Средний выпрямленный ток подстанции при максимальных размерах движения определим по формуле (54):

, А;

Потери напряжения на тяговой подстанции определим по формуле (52):

DU_n = 0,9 × 0.97 × 1.18 ×

=971.12, В

Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне определим, используя выражение (55):

U = 0,9×27500 - DU_c - DU_ni , кВ = 0,9×27500 – 2284.6 – 971.12 = 21494.28 В.

Кроме того, необходимо найти среднее значение напряжения за время хода поезда по блок-участку, что при разграничении поездов блок - участками Т_пер/3