Определить мощность тяговой нагрузки

Определение мощности тяговых подстанций

При расчете мощности тяговых подстанций постоянного тока на открытых горных разработках можно использовать метод, пред­ложенный проф. С. А. Волотковским. Этот метод основан на аналитическом определении расхода электрической энергии.

По удельному расходу электрической энергии находят рас­ход энергии (кВт∙ч) на шинах тяговой подстанции за смену W cm = ω TQ , где ω T — удельный расход электроэнергии на элек­тровозный транспорт, кВт∙ч/т; Q —сменная производительность электровозного транспорта, т.

Средний нагрузочный ток (А) тяговой подстанции

где t см — число часов работы электровозной откатки за смену; U ш — напряжение на шинах тяговой подстанции, В. Эффективный ток (А) тяговой подстанции

где k э — коэффициент эффективности, равный 1,45—1,55 при числе электровозов от 4 до 10 и 1,35—1,45 при числе электрово­зов свыше 10.

Мощность тяговой подстанции (кВт)

В расчетной практике установленную мощность подстанции выбирают по максимальной нагрузке с учетом перегрузочной способности выбранных типов преобразовательных агрегатов.

Максимальный нагрузочный ток (А) тяговой подстанции

Расчетная мощность (кВт) тяговой подстанции

где γ — коэффициент перегрузки преобразовательных агрегатов. Мощность тяговой подстанции постоянного тока наиболее просто можно определить по коэффициенту спроса. Для этого необходимо знать число электровозов n эл, работающих в районе данной подстанции, и часовую мощность электровоза P эл. Тогда мощность (кВт) тяговой подстанции находят по формуле

где U ном — номинальное действующее напряжение тяговой об­мотки трансформатора, кВ; I т ’ и I т ’’ — суммарные эффективные токи соответственно более загруженного именее загруженного плеча (фазы) питания, A; k — коэффициент, учитывающий до­полнительный расход электрической энергии на собственные нужды электровоза, маневровую работу, холостые пробеги и потери в сети.

Для определения расчетных токов необходимо построить гоабик движения.

Расчет контактной сети

Электрический расчет тяговой сети сводится к установлению се­чений контактной и усиливающей сети, питающих и отсасываю­щих линий, а также к определению потери напряжения в отдель­ных частях и во всей сети. Максимальная потеря напряжения в период наиболее тяжелых условий работы электровозного транспорта (совпадение пусков отдельных электровозов, дви­жение поездов на затяжных подъемах и т. д.) не должна пре­вышать 30—40 % номинального напряжения на шинах постоян­ного тока тяговой подстанции.

Для расчета тяговых сетей на открытых работах наиболее часто применяют метод анализа работы электровозов при на­хождении на секционированном участке одного — пяти электро­возов. В этом случае расчет производят, исходя из наиболее тя­желых сочетаний нагрузок электровозов как по величине, так и по месту их приложения. Такой метод расчета получил назва­ние метода расставленных нагрузок, так как он характеризу­ется тем, что в соответствии с планом откаточных путей рас-

станавливают поезда в предположении наиболее тяжелого слу­чая нагрузки.

При выборе сечения контактного провода необходимо руко­водствоваться следующими допустимыми плотностями тока при продолжительности 20 мин и более и при температуре окружаю­щего воздуха +40 °С: для медных контактных и голых много­проволочных проводов — 6—6,5 А/мм 2 ; для голых алюминиевых проводов — 3—3,5 А/мм 2 .

Нагрузочные токи электровозов, необходимые для составле­ния схемы и дальнейшего расчета тяговой сети, находят, исходя из тягового усилия, действующего на крюке электровоза, и тока, соответствующего ему по характеристике тягового двига­теля.

Суммарная потеря напряжения (В) в тяговой сети

где ΔU к— падение напряжения вконтактной сети, В; ΔU p — падение напряжения в рельсах, В; ΔU п— падение напряжения в питающей линии, В; AU 0 — падение напряжения в отсасыва­ющей линии, В.

Падение напряжения (В) в контактной сети

где r к— сопротивление 1 км контактной воздушной линии, Ом; ΣI l — сумма моментов тока, А∙км.

Величина сопротивления 1 км контактной линии (Ом/км)

где ρ — удельное сопротивление провода, Ом-мм 2 •м -1 ; k — коэффициент износа контактного провода, равный 0,85; т — число параллельных воздушных ниток контактного провода; s K — сечение провода, мм 2 .

Подставляя в последнюю формулу величину р, соответству­ющую медному проводу (р = 0,0175 Ом-мм 2 -м -1 ), получим расчетную формулу для определения сопротивления (Ом/км) контактного провода:

Для подсчета сопротивления 1 км рельсового пути (Ом/км) применяют формулу

где γ = 0,23 — удельное сопротивление рельсовой стали, Ом-мм 2 -м -1 ; σ = 1,2 — коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления рельсового пути вследствие наличия стыков; т — число ниток рельсового пути; s p— сечение рельса, мм 2 .

Подставив в последнюю формулу указанные значения для у и а и заменив величину s p выражением через массу рельса ρ (кг/м), получим следующую расчетную формулу для опреде­ления сопротивления рельсового пути (Ом/км):

Зная r р, находим падение напряжения (В) в рельсовой сети

Сопротивление питающей линии (Ом)

где L п — длина питающей линии, км; s п— сечение питающего провода, мм 2 .

Аналогично определяют сопротивление усиливающей и от­сасывающей линии, после чего находят падения напряжений

Перед расчетом контактной сети по падению напряжения предварительно выбирают элементы тяговой сети, главным об­разом сечение контактного провода s K (мм 2 ) и массу 1- м рельса ρ (кг/м).

При электрификации карьерного транспорта на однофазном переменном токе расчет тяговой сети выполняют так же, как и при постоянном токе. Однако расчетные формулы значи­тельно меняются из-за того, что, кроме активных сопротивле­ний цепей прямого и обратного проводов, при переменном то­ке появляются реактивные сопротивления. Расчет тяговой сети ведут, исходя из условия, что максимально допустимое сниже­ние напряжения на токоприемнике электровоза не должно пре­вышать 30 % номинального.

ОСНОВЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для обеспечения надежного и бесперебойного электроснабже­ния приемников электрической энергии применяют релейную защиту. Основным назначением релейной защиты является ав­томатическое отсоединение поврежденной части электрической

установки или сети с помощью выключателей. Если поврежде­ние не представляет для установки непосредственной опасно­сти, то защита должна приводить в действие сигнальные уст­ройства. В электроустановках карьеров и приисков в основном применяют защиты от междуфазных коротких замыканий, пе­регрузок и однофазных замыканий на землю.

В общем случае в релейной защите предъявляют следую­щие требования: селективность, быстрота действия, чувстви­тельность ненадежность.

Под селективностью действия подразумевается отключение защитой только поврежденного участка сети без нарушения нормальной работы остальной части сети.

Быстрота действия защиты уменьшает размер разрушения поврежденной установки, уменьшает время работы потребите­лей при пониженном напряжении и повышает эффективность автоматического повторного включения поврежденных воздуш­ных линий.

Чувствительность защит оценивается коэффициентом чувст­вительности. Для защит, реагирующих на величины, возрастаю­щие в условиях нарушения нормального режима, коэффициент чувствительности определяется отношением минимального зна­чения воздействующей величины к параметру срабатывания, а для защит, реагирующих на величины, уменьшающиеся в ус­ловиях повреждения,— отношением параметра срабатывания к максимальному параметру воздействующей величины.

Надежность защиты заключается в безотказной работе ее при всех случаях повреждений в защищаемой зоне и ненор­мальных режимах, для которых она предназначена.

Реле, применяемые в релейной защите, классифицируются по следующим признакам:

по принципу действия — электромагнитные, индукционные, электродинамические, тепловые, электронные и др.;

по роду величины, на которую реагируют реле,— реле тока, напряжения, мощности и др.;

по характеру величины, на которую реагирует реле,— мак­симальные, минимальные, дифференциальные;

по способу включения — первичные и вторичные;

по способу воздействия на выключатель — прямого и кос­венного действия.

На рис. 29.1, а приведена схема защиты с первичным реле прямого действия. Обмотка реле включена непосредственно в цепь главного тока (первичное) и реле воздействует меха­нически на отключение выключателя (прямого действия). При срабатывании реле его система воздействует на рычаг защел­ки привода и выключатель отключается.

На рис. 29.1, б показана схема защиты с вторичным реле прямого действия. Отличие этой схемы от схемы рис. 29.1, а заключается только в том, что обмотка реле включена через измерительный трансформатор тока.

На рис. 29.1,8 представлена схема защиты с вторичным реле косвенного действия. Отличием этой схемы от схемы рис. 29.1,6 является то, что контакты реле замыкают цепь отклю­чающего электромагнита. Сердечник последнего втягивается, воздействует на защелку привода и выключатель отключается.

Первичные реле применяют в установках напряжением до 1000 В, вторичные — в установках напряжением свыше 1000 В.

Защиты с реле косвенного действия возможны при наличии оперативного постоянного или переменного тока.

На карьерных подстанциях, распределительных и приключательных пунктах применяются КРУ, защита в которых осуще­ствляется реле прямого действия, встроенными в приводы вык­лючателей. Приводы выключателей могут иметь встроенные реле максимального тока мгновенного действия типа РТМ или с выдержкой времени типа РТВ, а также реле минимального напряжения мгновенного действия типа РМН или с выдерж­кой времени типа РМНВ.

Встроенное реле типа РТМ имеет следующее устройство (рис. 29.2). В чугунном корпусе 1 помещается катушка 2, вну­три которой имеется стальной сердечник 3. Латунная гильза 4 служит для направления движения сердечника. Движение сер­дечника вверх ограничивается стопом 5. На нижней части реле имеется крышка 6. Для устранения прилипания сердеч­ника к стопу после исчезновения тока в обмотке реле служит латунная шайба 7. При протекании тока по катушке реле тока больше тока срабатывания, сердечник втягивается в катушку,

ударяет по рычагу защелки привода и выключатель отключа­ется. Установка тока срабатывания реле регулируется штепсельным или поворотным переключателем, изменяющим число вит­ков катушки реле. Выдержка времени в реле РТВ осуществля­ется с помощью часового механизма и регулируется в пределах от 0 до 4 с.

Реле минимального напряжения мгновенного действия ти­па РМН имеет обмотку, которая всегда находится под напря­жением. Сердечник реле притянут к стопу, пружина сжата и удерживается в сжатом состоянии системой рычагов. При понижении напряжения до 30— 65 % номинального пружина отрывает сердечник от стопа, сердечник опускается и осво­бождает систему рычагов и пружину.

Под действием пружины боек движется вверх и отключает выключатель. Реле типа РМНВ отличается от реле типа РМН наличием часового

механизма, который позволяет производить регулировку вы­держки времени от 0 до 5 с.

Источник



Определяем мощность на шинах первичного напряжения подстанции с учетом транзита.

Суточные графики нагрузок потребителей

Суточный график нагрузок потребителей на шинах РУ-35 кВ

Расчет мощности тяговой подстанции

2. 1. Определяем мощность тяговой нагрузки:

где S тяг–мощности тяговой нагрузки;

U ш– напряжение на шинах РУ-27,5 кВ (кВ);

I эВ– эффективный ток наиболее загруженной фазы питания тяги (А);

I эА– эффективный ток наименее загруженной фазы питания тяги (А);

К нр– коэффициент неравномерности нагрузки фаз тягового трансформатора, принимаемый равным 0,9;

К к.у.– коэффициент компенсирующего устройства, учитывающий снижение требуемой на тягу мощности при работе компенсирующего устройства, принимаемый равным 0,93

К м– коэффициент влияния на износ изоляции обмоток трансформатора из-за неравномерности движения поездов в течение суток, принимаемый 1,25 для одно- 1,45 для двухпутных участков.

S тяг = 27,5*(2*430+0,65*420)*0,9*0,93*1,45=37814,29кВА

Определяем максимальные активные и реактивные мощности нетяговых потребителей

2.2.1.Определяем максимальные активные мощности нетяговых потребителей

Р макс1=7000*0,45=3150 кВА

Р макс2 =8000*0,52=4160 кВА

Р макс3 = 4000*0,53=2120 кВА

Р макс = Р макс1+ Р макс2+ Р макс3

Р макс = 3150+4160+2120=9430 кВА

На основании вычисленных максимальных активных мощностей потребителей и типовых графиков строим графики активных нагрузок потребителей и график суммарной активной нагрузки, по которому определяем суммарную максимальную расчетную активную мощность:

2.2.2. Определяем максимальные реактивные мощности нетяговых потребителей

Q макс1=Р макс1*tg = 3150*0,425=1338,75 кВар

Q макс2 = Р макс2*tg =4160*0,425=1768 кВар

Q макс3 = Р макс3*tg = 2120*0,395=837,4 кВар

Q макс = Q макс1+ Q макс2 + Q макс3 = 1338,75+1768+837,4=3944,15кВар

Определяем максимальную полную мощность нетяговых потребителей с учетом потерь в электрических сетях и трансформаторах

где К рм – коэффициент разновременности максимумов нагрузки:

– суммарная максимальная активная мощность, определяемая по суммарному графику нагрузки потребителей (кВт)

– сумма максимальных активных мощностей потребителей (кВт)

– постоянные потери, принимаемые равными 1-2%

– переменные потери, принимаемые равными 5-8%

Определяем мощность нетяговых потребителей, питающихся от линии ДПР-25 кВ

где К с – коэффициент спроса

Определяем необходимую мощность на шинах РУ-27,5 кВ

Определяем необходимую мощность первичных обмоток тяговых трансформаторов

где – необходимая мощность на шинах РУ-27.5 кВ

– необходимая мощность на шинах РУ-35 кВ

– коэффициент разновременности нагрузки, принимаемый равным 0,96

Определяем мощность тягового трансформатора, выбираем тяговый трансформатор.

где n – число трансформаторов (исходя из требований резервирования устанавливаем два трансформатора, следовательно n=2)

По итогам расчетов выбираем трансформатор ТДТНЖ-40000/220-УХЛ1.

Источник

РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ И ВЫБОР СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА НИХ

Максимальная расчетная нагрузка тяговых подстанций не явля­ется единственно определяющей для определения мощности трансфор­маторов, так как мощность трансформаторов зависит от степени не­равномерности нагрузки.

Необходимая трансформаторная мощность для питания тяго­вой и районной (нетяговой) нагрузки равна

где S — необходимая трансформаторная мощность для питания

тяговой и нетяговой нагрузки, кВА;

Sт — трансформаторная мощность для питания тяговой наг­рузки, кВА;

Sр — трансформаторная мощность для питания нетяговой нагрузки, кВА;

kр — коэффициент, учитывающий несовпадение максимумов

тяговой и районной нагрузок, kр = 0.93.

Трансформаторная мощность для питания тяговой нагрузки опре­деляется по следующей формуле:

где p’ и p» — среднесуточные нагрузки плеч питания подстан-

kм — коэффициент, учитывающий влияние внутрисуточ-

ной неравномерности движения на износ изоляции

cos (f) — коэффициент мощности подстанции, принят равным

Значение коэффициента kм может быть определено по кривым

рис.1-11, приведенным в [1]. Кривые для нахождения kм аппроксими­рованы следующее выражение:

где Pсим — среднесуточная нагрузка подстанции в месяц ин-

тенсивной работы на 5 год эксплуатации, кВт;

где A'(«) — расход электроэнергии на движение одного поезда,

отнесенный к соответствующему плечу питания

N среднесуточные размеры движения поездов на пятый

Pмакс — максимальная нагрузка подстанции, кВт; t — среднее время хода по фидерной зоне, ч.

Среднесуточная потребляемая мощность плеча питания тяговой подстанции равна

год эксплуатации в месяц интенсивной работы;

kз — коэффициент, учитывающий повышенный расход элек-

троэнергии в зимнее время, kз = 1.08;

kд коэффициент, учитывающий расход электроэнергии

на собственные нужды подвижного состава,kд=1.02; kт.с. — коэффициент, учитывающий среднегодовые потери

электроэнергии в тяговой сети, kт.с. = 1.07. Результаты расчета мощности тяговых подстанций приведены в

табл.2.1. Расчеты выполнены с применением ПЭВМ типа IBM PC.

Мощности тяговых подстанций

Учитывая приведенные выше результаты расчетов и условия ре­зервирования выбираем на каждой тяговой подстанции (ТП) по 2 тран-

на 1-ой ТП — трансформаторы типа ТДТН-25000/110-66;

на 2-ой ТП — трансформаторы типа ТДТН-25000/110-66;

на 3-ой ТП — трансформаторы типа ТДТН-16000/110.

Таблица 2.2 Основные технические характеристики силовых трансформаторов

Как известно из курса «Тяговых подстанций» преобразователь­ные агрегаты подстанций выбираются из следующего условия:

где nпр — количество преобразовательных агрегатов (в нашем

Pвыпр — выпрямительная мощность тяговой подстанции, кВт, Pном — номинальная мощность одного выпрямителя, кВт.

На тяговой подстанции для преобразования переменного тока в постоянный выбираем 12-ти-пульсовые выпрямители ТПЕД-3150 из со­ображений широкой распрастраннности этих выпряимтелей, их высоких технических характеристик и отсутствия рекуперации на рассматри­ваемом участке.

Номинальная мощность агрегата — Pном=10400 кВт.

18317 26530 8009

nтягТП1=——=1.76; nтягТП2=——=2.55; nтягТП3=——=0.77.

10400 10400 10400

Принимаем на каждой ТП по два выпрямителя, учитывая, что, когда поезда движутся по участку с минимальным межпоездным интер­валом и выпрямительная нагрузка на ТП максимальна, часть нагрузки ТП2 возьмут на себя выпрямители 1-ой тяговой подстанции.

В качестве тяговых трансформаторов выбираем на каждой ТП по два трансформатора ТРДП-12500/10, их основные характеристики:

Источник