Электроснабжение железнодорожноо транспорта

 

 

 

 

Г. П. МАСЛОВ, Г. С. МАГАЙ, О. А. СИДОРОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ  ЖЕЛЕЗНЫХ  ДОРОГ

ЧАСТЬ  3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОМСК  2008

 

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство  железнодорожного транспорта

Омский  государственный университет путей сообщения

_____________________________

Г. П. Маслов, Г. С. Магай, О. А. Сидоров

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ  ЖЕЛЕЗНЫХ  ДОРОГ  

Конспект  лекций

Часть 3

Омск  200 8

 
УДК 621.331.025(076.5)

ББК 39.217-01я73

        М31

Маслов Г. П. Электроснабжение железных дорог: Конспект лекций. Часть 3 / Г. П. Маслов, Г. С. Магай, О. А. Сидоров; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 46 с.

Рассмотрены методология  расчетов системы тягового электроснабжения; параметры и показатели этой системы, выбор силового оборудования тяговых подстанций и сечения проводов контактной подвески; расход электрической энергии на тягу и пропускная способность участка железной дороги на межподстанционной зоне.

Предназначен  для студентов, изучающих дисциплину «Электроснабжение железных дорог» при обучении по специальности 190401 – «Электроснабжение железных дорог».

Библиогр.: 12 назв. Рис. 18.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Е. Г. Андреева;

  доктор техн. наук, профессор В. Д. Авилов.

       

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2008

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение     5

4. Методология расчетов  системы тягового  электроснабжения     6

4.1. Принципы расчета  мгновенных схем     7

4.2. Принцип методов  расчета по заданному графику  движения поездов    10

4.3. Принцип методов  расчета по средним размерам  движения поездов    11

4.4. Принцип метода расчета с учетом неравномерности движения поездов    13

4.4.1. Законы распределения  числа поездов    13

4.4.2. Средние значения расчетных показателей системы тягового электроснабжения    17

5. Выбор параметров  силового оборудования тяговых подстанций и сечения проводов контактной сети    19

5.1. Принципы, исходные данные и  порядок проектирования систем  тягового электроснабжения    20

5.2. Электрические расчеты системы тягового электроснабжения    21

5.2.1. Выбор варианта размещения  тяговых подстанций    21

5.2.2. Расчет мощности тяговой  подстанции    23

5.2.3. Выбор типа понизительного  трансформатора    25

5.2.4. Расчет экономического сечения  контактной подвески    25

5.2.5. Ток нагрева контактной подвески    27

5.2.6. Пропускная способность участка  железных дорог    28

5.3. Экономические расчеты системы  тягового электроснабжения    29

6. Расход электрической энергии в системе тягового электроснабжения    31

6.1. Общая структура расходов  электрической энергии в системе  тягового электроснабжения    31

6.2. Потери электрической энергии  в системе тягового электроснабжения    34

6.3. Пути экономии электрической энергии в системе тягового электроснабжения    33

7. Вынужденные режимы системы тягового электроснабжения    40

8. Пути совершенствования систем  тягового электроснабжения электрических железных дорог    43

Библиографический список    44

 

 
ВВЕДЕНИЕ

 

В третьей части конспекта лекций по дисциплине «Электроснабжение железных дорог» представлены разделы, предусмотренные примерной и рабочей программами, включающие в себя методологию расчетов системы тягового электроснабжения; выбор параметров силового оборудования тяговых подстанций, сечения проводов контактной подвески; расход электрической энергии в системе тягового электроснабжения и ее вынужденные режимы.

При изучении этих разделов необходимо предварительное освоение материала, изложенного в первой и второй частях конспекта лекций, изданных ранее [11, 12].

При рассмотрении методологии  расчетов показаны основные принципы методов расчета системы тягового электроснабжения, основные ее параметры  и показатели, определяемые с помощью  этих методов.

Изложены основы проектирования системы тягового электроснабжения, приведены сведения об электрических и экономических расчетах, выборе силового оборудования тяговых подстанций и сечения проводов контактной  
подвески.

Показан расход электрической  энергии в системе тягового электроснабжения, рассмотрены потери электрической энергии и пути их снижения.

Приведены сведения о  вынужденных режимах систем тягового электроснабжения, рассмотрена пропускная способность участка железной дороги на межподстанционной зоне.

 

 

4. методология  расчетов  системы

тягового  электроснабжения

 

Условия работы системы электроснабжения электрической железной дороги имеют свои особенности. Они заключаются в следующем.

1. Непрерывно изменяется место подключения тяговой нагрузки к источнику питания.

2. Нагрузка носит случайный характер, так как на ее формирование оказывают влияние различные факторы: случайное число поездов в межподстанционной зоне из-за их движения и начального расположения; сбои в движении поездов; метеорологические условия и др.

Следствием этого являются трудность выбора расчетных условий и ухудшение технико-экономических показателей.

3. Из-за несинусоидальности кривой тока появляются дополнительные потери электрической энергии от высших гармонических составляющих, усиливается влияние на смежные линии.

4. В системах электроснабжения переменного тока однофазный отбор мощности от трехфазной трансформаторной системы питания приводит к несимметрии нагрузки и напряжения во внешней системе электроснабжения.

При расчете системы  тягового электроснабжения определяются ее параметры и показатели.

К параметрам (параметр – величина, не зависящая от условий работы) системы тягового электроснабжения относят число, размещение и мощность тяговых подстанций; суммарное сечение проводов контактной подвески и ее тип.

Показатели системы тягового электроснабжения:

I – токи нагрузки (поезда, фидера, тяговой подстанции, линии и т. д.);

DU – потери напряжения в элементах системы электроснабжения;

U – напряжение в контактной сети;

N₀ – максимальные размеры движения поездов за сутки на межподстанционных зонах;

DP, DW – потери мощности и электрической энергии в элементах системы электроснабжения соответственно;

a_i, a_u – коэффициенты несимметрии токов и напряжений.

Кроме этого при расчете  системы тягового электроснабжения определяются эксплуатационные расходы и капитальные вложения.

Числовые характеристики показателей представляются в виде графиков.

Расчеты показателей  выполняются для отдельных промежутков  времени. Схема с расположением  поездов и их нагрузкой для  любого момента времени Dt называется мгновенной схемой.

 

4.1. Принципы  расчета мгновенных схем

 

Сделаем допущение, что контактная подвеска является линейным элементом, т. е. ее сопротивление не зависит от нагрузки. В этом случае можно применить принцип суперпозиции – нагрузку многих поездов представить как сумму нагрузок каждого поезда.

Поездной  ток фидера. Поездным током фидера принято называть ток фидера от одного поезда (рис. 4.1).

	При UА = UВ и линейной сети ток нагрузки распределяется обратно пропорционально расстоянию. Тогда можно записать:     , (4.1)
Рис. 4.1. Схема расположения поезда при двухстороннем питании
	где IфА(к) – поездной ток фидера под-

станции А; I_к – ток поезда; l_к – расстояние от поезда до подстанции В;  
l – расстояние между подстанциями.

При выражение (4.1) примет вид:

 

,

(4.2)

 

где  – уравнительный ток.

Ток фидера от всех поездов. Для n поездов по принципу суперпозиции ток фидера

 

.

(4.3)

 

Потеря напряжения до i-го поезда. Рассмотрим схему одностороннего питания (рис. 4.2).

Обратимся к упрощенной схеме (рис. 4.3). Потеря напряжения до i-го поезда     , (4.4) где  – потеря напряжения при нагрузке Ijл на участке ljл; – по-теря напряжения при нагрузке Ii на участке li; – потеря напряжения при нагрузке Ijп на участке li. Составляющие  выражения (4.4) определяются как    ; (4.5)   ; (4.6)   , (4.7)
	Рис. 4.2. Схема расположения поездов  при одностороннем питании
	Рис. 4.3. Упрощенная схема расположения поездов при одностороннем питании: Ijл – ток, потребляемый поездом слева от i-го; Ii – ток i-го; Ijп – ток,      потребляемый поездом справа от i-го
где – сопротивление 1 км контактной сети.

Подставив выражения (4.5) – (4.7) в формулу (4.4), получим:

 

.

(4.8)

Если  поездов, поездов, то, используя принцип суперпозиции для n поездов, можно записать:

 

.

(4.9)

 

В общем виде выражение (4.9) представляется как

 

.

(4.10)

 

Для двухстороннего питания  учитывается распределение тока поезда  
между тяговыми подстанциями.

Потери мощности. Мощность, передаваемая по фидеру тяговой подстанции,

 

.

(4.11)

 

Мощность всех n электровозов определяется выражением:

 

(4.12)

 

Для схемы одностороннего питания ток фидера можно получить как

 

(4.13)

 

Потеря мощности определяется как

 

,

(4.14)

 

где – потеря напряжения до поезда «к», .

При расчетах системы  тягового электроснабжения могут быть два  
вида задач:

требуется определить все  расчетные величины применительно к определенному графику движения поездов (например, метрополитена);

требуется определить все  расчетные величины в условиях, при  которых не может быть задан определенный график движения поездов (это относится  к движению поездов на магистральных  участках железных дорог).

Нашедшие наиболее широкое  применение в учебной, проектной  и эксплуатационной практике методы расчета систем тягового электроснабжения могут быть разбиты на три группы:

1) методы расчета по заданному графику движения поездов;

2) методы расчета по средним размерам движения поездов;

3) методы расчета с учетом неравномерности движения поездов;

В задачу настоящего конспекта  лекций не входит анализ каждого метода, поэтому ниже рассмотрены лишь основные принципы методов расчета системы тягового электроснабжения.

 

4.2. Принцип  методов расчета по заданному  графику движения поездов