Расчет системы тягового электроснабжения железнодорожного транспорта (стр. 7 из 8)
Кроме того, необходимо найти среднее значение напряжения за время хода поезда по блок-участку, что при разграничении поездов блок-участками равно Тпер/3
DUбу = DUk + DUр (67)
Uбу = 27500 - 1,11 * (DUбу + DUni) (68)
где 1,11 - коэффициент для перехода к потери действующего напряжения
Uбу ³ 21кВ;
L1*=21,9 км. L2*=21,6 км. Lк=7,5 км. Lок=23 км.
L1=20,7 км. L2=17,8 км. Lб=2,5км. L= 46 км.
Расчет:
Средний уровень напряжения у поезда на условном перегоне:
tч = 56 мин =0,933 часа
tтч =52 мин = 0,867 часа;
tнч = 55,75 мин = 0,929 часа;
tтнч =54,75 мин 0,913 часа;
T0 =0,13 часа;
m2 = tч / То =0,913 / 0,13 =6 поездов
Wkgd =0,13 *200* 25 =650 кВт*ч
Wg| = 0.867* 201,9* 25 =4376,2кВт*ч
Wg1I = 220,1* 0,913 * 25 =5023,8 кВт*ч
DUбу =1011,5+2365,7=3377,2 В
Xвт = 10,5*10* 27,52 / (1000 * 80) +27,52 /700 =1,711 Ом
Uср = 0,9 * 27500 – 3377,2– 2911,9=21401,1 В
Пересчитаем межпоездной интервал
Iср = 220 А tэ =8 мин
No’ = 1440 /10,1 =143 пары поездов в сутки.
N = 1440 /8 = 180 пар поездов в сутки.
Средний уровень напряжения у поезда на блок-участке:
tч = 7,25 мин =0,13 часа
tтч =7,25 мин = 0,13 часа;
tнч = 7,4 мин = 0,133 часа;
tтнч =7,2 мин 0,13часа;
T0 =0,13часа; m2 = tч / То =0,13 / 0,13 = 1 поезд
Wkgd =0,03*200* 25 =150 кВт*ч
Wg1 = 220*0,13* 25 =715 кВт*ч
WgI1 = 180*0,13* 25 =585 кВт*ч
DUбу =196,942+221,472=418,413 В
Uср = 27500 – 1,11 * (418,13+2368,4) = 24516,49 В > 21кВ
Вывод: напряжение на блок-участке удовлетворяет условию по минимальному уровню напряжения в тяговой сети, так как больше 21кВ. Пропускная способность не изменится и составляет 180 пар поездов в сутки.
5. Расчет минимальных токов короткого замыкания и максимальных рабочих токов для двух схем питания. Выбор схемы защиты контактной сети расчетного участка от короткого замыкания
5.1 Ток короткого замыкания может быть определен:
Iкз = Uнк Ö(2*Uнк2*(100000/Sкз+Uk*103/Sн)*10-2+X*lкз)2+(ra*lкз)2
где Uнк = 25 кВ;
lкз - расстояние от ТП до короткого замыкания
X и ra - индуктивное и активное сопротивления одного километра тяговой сети, Ом/км.
Максимальный ток фидера определяется в предположении, что ток фидера составляет сумму тока трогания одного ЭПС и отнесенного к этому фидеру средних токов других ЭПС.
При раздельном питании:
Iфmax = Iтр + (nф1 - 1) * I1 (70)
При узловой схеме питания:
Iфmax = Iтр + (nф1 - 1) * I1 /2 + nф2 * I2 / 2 (71)
где nф1, nф2 - максимальное число ЭПС, которое может находится в фидерной зоне четного и нечетного путей.
I1, I2 - средние значения разложенных поездных токов.
Уставки защиты должны удовлетворять условиям для ВЛ 80;
Iтр = 446 кз = 1,2
кв = 0,9 кч = 1,5
Iу > кз *Iфmax / кв, кч * Iу < Ikmin (72)
1. Расчет для раздельной схемы питания:
Zтс = 0,094 + j0,287 Ом/кмIкз=25000Ö(2*252*(1/700+10,5/(80*1000))*10-2+0,287*46)2+(0,094*46)2 =1419,6 А
Iфmaxч = 446 + (8-1) * 201,9=1859,3 А
Iфmaxнеч = 446 + (8- 1) ·220,1= 1986,7 А
Iуст = 1986,7 ·1,2/ 0,9 =2804,8 А
Iуст=2804,8·1,5=4207,2 А
4207,2 > 1419,6
Условие не выполняется, максимальной токовой защиты не достаточно. Необходимо снабдить схему электронной защитой фидера.
2. Расчет для узловой схемы питания:
Iкз=25000Ö(2*252*(1/700+10,5/80000)*10-2+0,287*46/2)2+(0,094*46/2)2 =2338,4 АIфmaxч = 446 + (8-1) * 201,9/ 2 +8*220,1/2=2033,1 А
Iфmaxнеч = 446 + (8 - 1) *220,1/2+8*201,9/2 =2024 А
Iуст =2033,1 * 1,2 / 0,9 =2870,3 А
кч * Iуст = 2870,3 * 1,5 = 4305,5 А < 2338,4 А условие не выполняется максимальной токовой защиты не достаточно. Необходимо снабдить схему электронной защитой фидера.
5.2 Расчет уставок электронной защиты фидера ТП
1-я ступень защиты - ненаправленная дистанционная защита является основной и отключает без выдержек времени в пределах 80-85% зоны. При к.з. рядом с шинами подстанции предусмотрен автоматический перевод 1-й ступени защиты в режим ТО. Этот перевод обусловлен понижением напряжения на шинах ТП до определенного уровня.
2-я ступень защиты - направленная защита с выдержкой времени 0,5 сек. Она резервирует 1-ю ступень защиты. Во 2-й ступени используется фазовый орган, который ограничивает характеристику срабатывания реле в заданном диапазоне.
Расчет утавок электронной защиты:
Определение сопротивления ТП:
Zп = 2 * (Uн2 / Sкз + Uk * Uн2 / (100 * Sн))
Сопротивление срабатывания 1-й ступени защиты:
Zсрi = котс * Zвхi
где котс =0,8 - коэффициент отстройки;
Zвхi - входные сопротивления в конце защищаемой зоны;
Zвх = Z1 * l
Z1 - сопротивление одного пути 2-х путного участка.
Выбранное сопротивление Zсрi проверяется на селективность по отношению к токам нагрузки:
Zсз £ кв * Zнmin / к
где Zнmin - минимальное сопротивление нагрузки;
Zнmin= Uрmin / Iнmax
где кв = 0,9; кн = 1,2; Uрmin = 25 кВ
При понижении напряжения на шинах ТП ненаправленная дистанционная защита переводится в режим ТО.
Напряжение перевода:
Uсзуто = Ukmin /кн
где Ukmin - минимальное напряжение при к.з. в конце линии;
Ukmin = Umin * Zэ * I / (Zп + Z2 * I)
Umin = 0.9 * 27500 = 24750 В;
где Z2 - сопротивление двухпутного участка при соединении контактных подвесок.
Ток срабатывания отсечки:
Iсзуто = кн * Iкзmax
где Iкзmax - максимальный ток к.з. протекающий через фидер;
Iкзmax = Umax / (Zп + Z1 * I)
Umax = 1.05 * 27500 = 28875 В;
Выбранное значение Iсзуто проверяется:
Iсзуто ³ кн * Iнmax / кв
Сопротивление срабатывания направленной дистанционной защиты ( 2-я)
Zсз|| = кч * Zкзmax
где Zкзmax - максимальное сопротивление при к.з. на шинах смежной подстанции;
Zкзmax = 2 * (Z2 * Ica + Z1 *Iсв)
Расчет выполняем только для раздельной схемы питания:
Определим сопротивление ТП и нвешней сети:
Zп = 2 * (252/700 + 10,5 * 252 / (100*80) = 3,43 Ом
Z1 = Z2 = Ö 0.0942 + 0.2872 =0.302 Ом
Zвх = 0,302 * 46=13,89 Ом
Сопротивление срабатывания 1-й ступени защиты:
Zcp1 = 0.8 * 13,89=11,11 Ом
Zнmin = 25000 / 1986,7= 12,58 Ом
11,11 < 0,9 *12,58 /1.2 = 9,44 Ом
Напряжение перевода в ТО:
Минимальное напряжение при коротком замыкании в конце линии:
Uнmin = 0.9 (27500 * 0.302 * 46) / 2 * (3,43 + 0.302 * 46) =8284,2 В
Uсзуто = 8284,2 / 1,2 = 6903,5 В
Ток срабатывания токовой отсечки:
Минимальный ток короткого замыкания в конце линии:
Iкзmax = 1,05 * 27500 / 3,43+ 0.302 * 46= 2782,9А
Iсзуто = 1,2 * 2782,9 =3339,5 А
Проверяем ток срабатывания защиты на селективность
3339,5 А > 1,2 *2033,1 / 0,9 =2710,8 А условие выполняется.
Сопротивление срабатывания 2-й ступени защиты.
Максимальное сопротивление к.з. на шинах смежной подстанции:
Zкзmax = 2 * (0.302 * 46+ 0.302 * 46) =55,72 Ом
Zсз =55,72 * 1,5 =83,59 Ом
Вывод: электронная защита ФКС полностью удовлетворяет условиям нормальной работы, т.к. она надежно отстроена от минимального сопротивления нагрузки и максимальных токов нагрузки фидеров для узловой схемы.
6. Расчет реактивного электропотребления расчетной ТП, мощность установки параллельной компенсации и ее параметры
Рис. 3. Схема включения КУ на ТП
Q = U * I * sin(37°) P = U * I * cos(37°)
Q| = 27.5 * 728,7* sin(37°) =12059,9кВАр
Q|| = 27.5 * 894.9* sin(37°) =14810,5кВАр
P| = 27.5 * 728,7* cos(37°) = 16004,1 кВт
P|| = 27.5 * 894.9* cos(37°) = 19654,2кВт
Определение экономического значения реактивной мощности:
tg(jэ) = 0,25
Qэ = tg(jэ)*Q
Qэ| = 0,25 * 12059,9 =3015 кВАр
Qэ|| = 0,25 * 14810,5 =3702,6 кВАр
Мощность, подлежащая компенсации:
Qку = Q - Qэ
Qку| = 12059,9-3015 =9044,9 кВАр
Qку|| =14810,5-3702,6 =11107,9 кВАр
Ориентировочное значение установленной мощности КБ:
Qуст = Qку / kg kg = 0.5 коэффициент полезного использования
Qуст| = 9044,9/ 0,5 = 18089,8 кВАр
Qуст|| = 11107,9/ 0,5 =22215,8 кВАр
Количество последовательных:
М = (Uтс / Uкн) * 1,1 * 1,05 * 1,15 * 1,15
1,1 - коэффициент, учитывающий номинальный разброс;
Uкн - номинальное напряжение 1-го конденсатора = 1,05кВ;
1,15 - коэффициент, учитывающий увеличение напряжения на КБ от индуктивности защитного реактора;
1,15 - коэффициент, учитывающий дополнительный нагрев конденсаторов токами внешних гармоник и солнечной радиации
М = 27500 / 1050 * 1,1 * 1,05 * 1,15 * 1,15 = 40 шт
Мощность одной последовательной цепи:
Q1уст = 40 * (50, 60, 75, 125) = 2000, 2400, 3000, 5000 кВАр
Количество параллельных ветвей в КБ:
N = Qуст / (Qкн *М)
| 1 -е плечо | 2-е плечо | |
| 50 | N = 18089,8 / 2000 = 9,045 = 10 шт | N =22215,8/ 2000 = 12 шт |
| 60 | N = 18089,8 / 2400 =8 шт | N = 6381,08/ 2400 = 10шт |
| 75 | N = 18089,8 / 3000 = 7 шт | N = 6381,08/ 3000 = 8 шт |
| 125 | N = 18089,8 / 5000 = 4 шт | N =6381,08/ 5000 = 5 шт |
| 125 N = 4 шт | 125 N = 5 шт |
Для 1-го плеча питания: КС - 1,05 - 125
Для 2-го плеча питания: КС - 1,05 – 125
Параметры КБ
| Iкн = Qкн / Uкн Хкн = Uкн2 / Qкн Скн = 1000000 /( 2*p*f*Хкн) Хкб = Хкн*М/N Скб = Скн*N/M | |
| Iкн = 125000 / 1050 = 119 А Хкн = 10502 / 125000 = 8,82 Ом Скн = 1000000 / (2*p*50*8,82) =360,9 мКф Хкб = 8,82*40/4 =88,2 Ом Скб = 360,9*4/40 = 36,1 мкФ | Iкн = 125000 / 1050 = 119 А Хкн = 10502 / 125000 = 8,82 Ом Скн = 1000000 / (2*p*50*8,82) =360,9 мКф Хкб = 8,82*40/5 =70,56 Ом Скб = 360,9*5/40 = 45,1 мкФ |
Индуктивность реактора: