Экономическое сравнение двух схем питания контактной сети

Экономическое сравнение двух схем питания фидерной зоны производится по приведенным затратам:

, (1.32)

где: С_пр – приведенные затраты на сооружение и содержание контактной сети;

С_э – эксплуатационные расходы;

Е_Н – коэффициент экономической эффективности капитальных вложений, равный 0,15;

К – капитальные вложения в контактную сеть рассматриваемого варианта.

Эксплуатационные расходы могут быть определены по формуле:

, (1.33)

где: a – амортизационные отчисления, составляющие 4,6% от капитальных затрат;

С_а=3 руб – стоимость 1кВт·ч активной энергии;

DA_год – годовые потери электроэнергии в контактной сети рассматриваемого варианта, кВт·ч.

Капитальные вложения для параллельной схемы питания могут быть определены по формуле:

, (1.34)

где: С_кп – стоимость 1км контактной подвески;

l – длина фидерной зоны, км;

n – число путей;

К_пс – стоимость поста секционирования;

К_ппс – стоимость пункта параллельного соединения подвесок.

При узловой схеме питания /2/:

, (1.35)

Для параллельной схемы питания:

руб.;

руб.;

руб.

Для узловой схемы питания:

руб.;

руб.;

руб.

Экономически выгодным является вариант с параллельной схемой питания.

1.6. Расчет потерь напряжения в тяговой сети до расчетного поезда

Среднее значение напряжения на блок-участке U_бу за время хода поезда под током:

; (1.36)

где: U_о – напряжение на шинах тяговой подстанции 3,3 кВ для подстанций постоянного тока;

DU_бу – падение напряжения в тяговой сети до расчетного поезда на лимитирующем блок-участке за время Q₀/3, определяемое из кривой DU_бу=f(t).

DU_п – падение напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции /2/, определяемое по формуле (38).

Для построения кривой DU_бу=f(t) можно использовать метод характерных сечений графика движения поездов с составлением мгновенных схем нагрузок поездов, разбивая участок на 7 сечений (Приложение В). Предварительно следует для расчетной зоны построить график движения поездов. Из графика движения поездов необходимо выбрать отрезок (поезд) четного или нечетного направления, который бы соответствовал наибольшему значению токовой нагрузки на километрах выбранного отрезка.

Потери напряжения в тяговой сети до расчетного поезда для каждой мгновенной схемы определяются по формуле /2/:

, (1.37)

где r - омическое сопротивление двух путей, соединенных параллельно, 0,036 Ом/км;

l – длина фидерной зоны, км;

– расстояние от расчетной подстанции до расчетного поезда, км;

– ток i-го поезда, А;

– расстояние от расчетной подстанции до i-го поезда, км.

1 сечение:

2 сечение:

3 сечение:

4 сечение:

5 сечение:

6 сечение:

7 сечение:

Потеря напряжения на тяговых подстанциях определится по формуле:

, (1.38)

где: r_п – приведенное внутреннее сопротивление подстанций и внешней системы электроснабжения, Ом;

t_i – время хода поезда по условному ограничивающему перегону, мин.;

t_im – время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, ч;

t – время хода поезда по фидерной зоне, мин.;

С – коэффициент, зависящий от числа путей С=1 при одном пути и С=0,5 при двух;

U – расчетное напряжение на шинах постоянного тока, 3400 В /2/.

, (1.39)

где: U₀ – напряжение холостого хода на шинах выпрямленного тока, 3800 В;

I_н – номинальный ток агрегата, 3000 А;

U_k% – напряжение короткого замыкания в % (10%);

S_Н – номинальная мощность первичной обмотки тягового трансформатора, 12 МВ·А;

S_КЗ – мощность к.з. на шинах, от которых получают питание тяговые трансформаторы, находится в пределах до 100 МВ·А;

n – число включенных в момент к.з. агрегатов;

n₀ – число рабочих агрегатов;

A – коэффициент относительного наклона внешней характеристики агрегата. Для схем звезда-звезда с уравнительным реактором или мостовой А=0,5 /2/.

.

A_wi – расход энергии на движение рассматриваемого поезда по условному ограничивающему перегону i, кВт×ч /2/.

Величину А определим по формуле:

(1.40)

где: U – расчётное напряжение на шинах постоянного тока, 3 кВ;

– среднее значение тока поезда за рассматриваемый промежуток времени t_i (Приложение Б);

Тогда:

.

Среднее значение напряжения на блок - участке U_бу за время хода поезда под током:

,

где: , определено из кривой DU_бу=f(t) (Приложение Г).

1.7. Определение перегонной пропускной

способности участка

Наибольшее количество поездов за сутки необходимо находить по действительному времени хода поезда по ограничивающему перегону. Условный ограничивающий перегон определяется по кривой потери напряжения до расчетного поезда, построенной по данным расчета мгновенных схем. Время хода поезда по условному перегону на этом этапе составляет одну треть наименьшего межпоездного интервала.

Действительное время хода поезда t_g по ограничивающему перегону определяется по выражению:

(1.41)

где: t_m – время хода поезда по условному ограничивающему перегону под током, 3,33 мин;

_о – минимальный межпоездной интервал, 10 мин;

U_p – напряжение, для которого приведены тяговые расчёты, равное 3кВ для участков дорог постоянного тока;

U_cp – действительное среднее напряжение в тяговой сети у поезда за время t_m, кВ /2/;

(1.42)

где: U₀ – напряжение на шинах подстанции в режиме холостого хода, 3,6 кВ;

– средняя величина потери напряжения в тяговой сети, кВ;

– средняя величина потери напряжения на внутреннем сопротивлении подстанции, кВ.

Величину DU_ТСР на участках постоянного тока определяют по следующим формулам:

- параллельная схема:

(1.43)

- узловая схема:

(1.44)

где: r₀ – сопротивление 1км контактной сети всех путей соединенных параллельно, Ом/км;

r – то же одного пути;

U – напряжение в контактной сети, кВ;

A_wi – расход энергии на движение рассматриваемого поезда w по перегону i, кВт×ч;

A_wfi – расход энергии на движение рассматриваемого поезда по перегону i на рассматриваемом пути f, кВт×ч;

A_f – суммарный расход энергии на движение по фидерной зоне всех поездов пути f за расчётный период Т, кВт×ч;

A_T – то же по всем путям;

t_im – время хода рассматриваемого поезда по автоматической характеристике на перегоне i, ч;

l – длина фидерной зоны, км;

l_oim – расстояние от тяговой подстанции до середины отрезка пути на перегоне i, проходимого рассматриваемым поездом по автоматической характеристике, км;

l_oi – расстояние в км от тяговой подстанции до середины перегона i, км;

l_i – длина перегона i, км;

l_im – длина участка перегона i, проходимого под током по автоматической характеристике, км /2/.

Средняя величина потери напряжения в тяговой сети:

-параллельная схема:

-узловая схема:

Среднее напряжение в тяговой сети:

- для параллельной схемы

- для узловой схемы

Действительное время хода поезда t_g по ограничивающему перегону:

- для параллельной схемы

- для узловой схемы

1.8. Расчет наибольших токов нагрузки, токов короткого замыкания,

выбор защиты и уставок фидеров контактной сети

Ток короткого замыкания в контактной сети постоянного тока можно найти по формуле:

, (1.45)

где: U_кс – напряжение в контактной сети, 3 кВ;

U_ш – напряжение на шинах подстанции, 3,3 кВ;

S_нтр – суммарная мощность преобразовательных трансформаторов, МВ·А;

S_кз – мощность к.з. на шинах, где подключён выпрямительный агрегат, МВ·А;

U_к – напряжение короткого замыкания, преобразовательного трансформатора, %;

N – количество выпрямительных агрегатов;

I_dн – номинальный выпрямленный ток агрегата, 3000 А;

r – сопротивление 1км тяговой сети, 0,072 Ом/км;

l_к – расстояние по контактной сети до точки к.з., l/2 км /2/.

.

Уставки фидеров постоянного тока выбирают по условию:

I_фнаиб+200≤ I_у≤ I_кзнаим-300, (1.46)

где: I_у – ток уставки фидера;

I_кзнаим – наименьший ток короткого замыкания в конце зоны защиты /2/;

, (1.47)

где: – наибольшее значение тока фидера по графику зависимости, А;

– ток трогания по тяговым расчетам, А;

– ток, потребляемый поездом от рассматриваемого фидера около подстанции, А /2/.

2700+200≤Iу≤4190-300;

2900≤Iу≤3890.

Выбираем ток уставки фидера Iу=3000 A.

Таким образом, рассчитав ток короткого замыкания и определив наибольшее значение тока фидера расчётным путём, мы выбрали ток уставки фидера контактной сети равный 3000 A.