Исходные данные и методы расчета

Окончательный выбор мощности силового трансформаторного оборудования в системах тягового электроснабжения производится по результатам электрических расчётов с использованием соответствующих программ комплекса КОРТЭС.

Основными исходными данными для расчётов являются:

· схема питания и секционирования электрифицированного участка для нормальных (проектных) условий с предварительно выбранными номинальными мощностями и количеством параллельно работающих трансформаторов;

· расчётный суточный график движения в соответствии с п. 2.2.

Для условий аварийных и вынужденных режимов работы системы тягового электроснабжения схема питания задаётся согласно ЦЭ-462. Допустимый для этих условий график движения определяется подбором категорий, масс поездов и межпоездных интервалов либо расчётами пропускной способности участка.

В соответствии с данной Методикой в программы комплекса КОРТЭС, предназначенные для расчёта режимов работы систем тягового электроснабжения и определения пропускной способности, внесены следующие дополнения:

· токи обмоток трёхфазного трансформатора определяются с учётом заданной мощности районных и нетяговых потребителей;

· в процессе моделирования графика движения поездов для каждой обмотки понижающего трансформатора (автотрансформатора) рассчитываются коэффициенты K_нt наибольшей нагрузки относительно номинального тока за периоды t = 1, 10, 60 мин и за время моделирования (среднее значение).

· Допустимые по п. 1.6 значения K_{доп t} коэффициентов нагрузки контролируются только для периодов 1 и 10 мин;

· по методике ГОСТ 14209–85 для каждого трансформатора и автотрансформатора определяются максимальные температуры наиболее нагретой точки обмотки τ_{обм макс} и масла τ_{м макс} в верхних слоях;

· при расчётах пропускной способности устройств электроснабжения определяются коэффициенты K_{инс t} , K_{инс τо} , K_{инс τм} использования нагрузочной способности трансформатора с учётом допустимых значений по каждому из указанных выше показателей:

K_{инс t} = K_нt / K_{доп t} ; ; , (4.1)

где Т_в – температура окружающего воздуха (см. п. 2.1.1);

· из значений, рассчитанных по (4.1), выбирается результирующий (максимальный) коэффициент K_инс . Если его значение больше единицы, то оно автоматически заносится в таблицу ограничивающих устройств (форма № 5 ЭП). Этот коэффициент показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность трансформатора для обеспечения заданной пропускной способности участка.

Анализ результатов

Полученные в результате расчётов значения температуры нагрева Т_{обм макс} , Т_{м макс} и коэффициенты нагрузки K_н1, K_н10 любого трансформатора (автотрансформатора) должны удовлетворять требованиям пп. 1.5 и 1.6. При этом должны соблюдаться также допустимые параметры режима по уровню напряжения и нагреву проводов тяговой сети в соответствии с ЦЭ-462. Недопустимые значения параметров в отчётных таблицах отмечаются звёздочкой.

Если температура τ_в окружающего воздуха отличается от расчётной 35°С (см. п. 2.1.1), то необходимо учитывать фактические максимальные температуры обмотки и масла:

Т_{обм макс ф} = Т_{обм макс} + Т_в – 35; Т_{м макс ф} = Т_{м макс} + Т_в – 35. (4.2)

При превышении температуры и (или) коэффициента нагрузки допустимого значения требуемая мощность трансформатора определяется по формуле

S_треб = S_ном K_инс , (4.3)

где S_ном – номинальная мощность, при которой выполнены расчёты; K_инс – наибольшее значение коэффициента из рассчитанных по (4.1).

Температура обмотки какого-либо трансформатора не превышает 80°С, и коэффициент 10-минутной нагрузки ниже 0,9–0,8, следует выполнить проверочные расчёты при меньшей номинальной мощности этого трансформатора.

Примеры расчетов

Пример 1. Определить требуемую мощность понижающего трансформатора для замены устаревшего на тяговой подстанции постоянного тока. Общая длина подстанционной зоны l_з= 26,7 км. На подстанции установлены агрегаты с 12-пульсовой схемой выпрямителей. В период интенсивной работы планируется осуществлять пропуск пакетов из пяти пар грузовых поездов массой: в нечётном направлении 6300 т двумя электровозами ВЛ10, в чётном 3800 т с одним электровозом той же серии. Мощность районной нагрузки S_р = 1600 кВ·А. Станция является промежуточной: трогание одновременно двух поездов не рассматривается.

Р е ш е н и е.

Расход активной электроэнергии на рассматриваемом участке поездами заданной массы по пути I и II согласно результатам тяговых расчётов, выполненных с учётом собственных нужд локомотивов, составляет соответственно W_I= 2930, W_II = 550 кВт·ч.

Расходы электроэнергии каждого поезда, отнесённые к расчётной подстанции, по формуле (2.6) при κ = 0,5 и k_м= 0,98:

W_0I= 0,5 · 2930 / 0,98 = 1495 , W_0II = 0,5 · 550 / 0,98 = 281 кВ·А·ч.

Поскольку длина подстанционной зоны l_з = 26,7 < 45 км, коэффициенты заполнения часового графика движения для обоих путей γ_{ч I} = γ_{ч II} = 1. Согласно п. 2.3.2 номинальное приведенное напряжение трансформатора при 12-пульсовой схеме выпрямителя U_ном= 3,6 кВ. Тяговые расчёты выполнены при напряжении U_р = 3 кВ. Значения часовой мощности на каждом пути по формуле (2.3) при k_снэ = 1 (см. п. 2.3.5) и N_ичI = N_ичII = 5

S_{ич I} = (3,6/3) · 1495 · 1 · 5 · 1 = 8970; S_{ич II} = 1686 кВ·А.

Мощность подстанции по (2.2) S_ич = 8970 + 1686 = 10656 кВ·А.

Максимальный ток электровоза ВЛ10 на позиции П-ОП3 составляет 2780 А. При двух электровозах в поезде массой 6300 т I_{э1 пуск} = 2 · 2780 = 5560 А. Требуемая мощность для обеспечения тяговой нагрузки по (3.1)

S_т = (10656 + 0,9 · 3,6 · 5560) / 2 = 14335 кВ·А.

В итоге требуемая мощность трансформатора по (1.1')

S_треб = 1,025 (14335 + 0 + 0,7 · 1600) = 15800 кВ·А.

Пример 2. Выбрать номинальную мощность трёхфазного трансформатора для дополнительной тяговой подстанции, сооружаемой на ст. С в межподстанционной зоне А – Б длиной 97,8 км по титулу строительства вторых путей. Участок электрифицирован по системе переменного тока 25 кВ. Расчётные размеры грузового движения приведены в табл. П.1: в последней строке рассчитана средневзвешенная масса поездов по направлениям. Количество пассажирских поездов меньше 20 пар в сутки. Питание районных потребителей не предусматривается.

Таблица П.1 – Размеры движения грузовых поездов к примеру 2

Р е ш е н и е.

В табл. П.2 представлены результаты расчётов часовых мощностей в фидерах и плечах подстанции.

Полные расходы электроэнергии W_срвfпоездами средневзвешенной массы получены на основе тяговых расчётов при U_р = 25 кВ с учётом собственных нужд электровозов, поэтому в формуле (2.3) принято k_снэ= 1.

Таблица П.2 – Значения параметров при определении нагрузок подстанции

В соответствии с п. 2.2.2, исходя из электропотребления на рассматриваемом участке, принят пропуск пакета поездов по первому пути. При заданном количестве 48 пар грузовых поездов согласно ЦЭ-462, табл. 2.3, N_ич1 = 5, J_р = 9 мин. Интервал в потоке поездов по второму пути J₂ = 1,4 · 9 = 13 мин, и N_ич2 = 60 / 13 = 4,6.

Поскольку длина межподстанционной зоны слева от подстанции l_{з л} < 45 км, коэффициент заполнения часового графика движения на первом пути этой зоны γ_{ч Iл} = 1. Для зоны справа l_{з п} > 45 км, и γ_{ч Iп} = 0,85. Для потока поездов на втором пути в обеих зонах γ_{ч II} = 1.

Часовые мощности фидеров подстанции, рассчитанные по формуле (2.3), в табл. П.2 выделены жирным шрифтом. Например, мощность фидера

первого пути в правом плече

S_{ич I п} = (27,5 / 25,0) 1941 · 1 · 5 · 0,85 = 9074 кВ·А .

Мощность для обеспечения тяговой нагрузки определим по (3.2) при коэффициентах k_{то б} = 2, k_{то м} = 0,45. Из табл. П.2 видно, что большее значение часовой мощности суммарно по фидерам имеет правое плечо, поэтому S_{ич б} =16937, S_{ич м} = 11345 кВ·А . Примем k_нич = 0,87, так как доля поездов наибольшей массы 6300 т составляет 20 / 48 · 100 = 42% (см. табл. П.1), и эта масса в 6300 / 4500 = 1,4 раза превышает массу других поездов. Тогда

S_т = 0,87 (2 · 16937 + 0,45 · 11345) = 33 912 кВ·А .

Требуемая мощность трансформатора по (1.1'):

S_треб = 1,033 · 33912 = 35030 кВ·А .

Этому значению соответствует номинальная мощность трансформатора S_ном = 40000 кВ·А .

Содержание

1. Общие положения................................................................................. 18

2. Расчетные параметры и режимы....................................................... 22

2.1. Температура окружающей среды................................................ 22

2.2. Расчетные режимы......................................................................... 22

2.3. Нагрузки подстанции...................................................................... 24

3. Требуемая мощность для обеспечения тяговой нагрузки............ 27

3.1. Подстанции постоянного тока....................................................... 27

3.2. Подстанции переменного тока..................................................... 27

3.3. Автотрансформаторы системы 2х25 кВ..................................... 28

4. Расчеты нагрузочной способности трансформаторов с использованием программного комплекса КОРТЭС......................................................... 29

4.1. Исходные данные и методы расчета.......................................... 29

4.2. Анализ результатов........................................................................ 30

5. Примеры расчетов.....................................................................................

9.3.Реализация компьютерной модели расчета температуры обмоток и степени износа изоляции трансформаторов в условиях тяговых нагрузок с учетом обращения грузовых поездов повышенной массы и скоростных пассажирских поездов

Решаемые задачи

Компьютерная модель расчёта температуры обмоток и степени износа изоляции трансформаторов предназначена для решения следующих задач:

· исследования режимов работы трансформаторов тяговых подстанций в условиях обращения грузовых поездов повышенной массы и скоростных пассажирских поездов с целью разработки типовой методики выбора номинальной мощности трансформаторов при проектировании электрификации железнодорожных участков;

· определение на основе моделирования графиков движения поездов допустимости различных эксплуатационных режимов нагрузки тяговых подстанций по нормам нагрева элементов и износа изоляции трансформаторов.

Результатами расчётов являются следующие данные:

· максимальные значения температуры нагрева масла и обмоток трансформатора;

· степень относительного износа витковой изоляции;

· коэффициенты наибольшей средней нагрузки трансформатора за заданные периоды времени;

· требуемая номинальная мощность трансформатора для заданного графика нагрузки.

Разработанная модель может функционировать как автономно, так и в составе программного комплекса расчётов тягового электроснабжения КОРТЭС, применяемого при проектировании и эксплуатации электрифицированных участков железных дорог.