Составление пояснительной записки

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект рекомендуется выполнять параллельно с изучением теоретического курса.

Целью курсового проекта является обучение студента использованию теоретического материала курса для проведения практических расчетов системы электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Детальное проектирование всех элементов системы электроснабжения с применением достаточно точных методов расчета является задачей дипломного проекта. В курсовом проекте допускаются некоторые упрощения как по охвату вопросов, подлежащих рассмотрению, так и по исходным данным по способам расчета. Исходные данные упрощены за счет перехода - от разнотипных поездов (что имеет место в действительных условиях) к однотипным.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Задание на курсовой проект и его защита

В задании предусматриваются:

- тема курсового проекта;

- исходные данные для расчета:

1. Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами.

2. Расположение тяговых подстанций.

3. Число путей.

4. Тип рельсов.

5. Размеры движения.

6. Минимальный межпоездной интервал Т_пер

7. Номинальное напряжение тяговых подстанций.

8. Продолжительность периода повышенной интенсивности движения поездов Т_вос.

9. Трансформаторная мощность районных потребителей.

10. Мощность короткого замыкания на вводах подстанции.

11. Эквивалентная температура в весенне-летний период θ _охло и температура в период повышенной интенсивности движения после окна θ _охлс

12. Длительность весенне-летнего периода.

- задание на курсовой проект:

для участка, магистральной дороги, электрифицируемой на однофазном токе промышленной частоты:

1) определить мощность одной тяговой подстанции (в качестве расчетной выбирается подстанция, расположенная ближе к середине участка), выбрать мощность и количество тяговых трансформаторов;

2) определить экономическое сечение проводов контактной сети одной фидерной зоны для раздельной работы путей и узловой схемы;

3) рассчитать годовые потери энергии в контактной сети для этих двух схем;

4) произвести проверку выбранного сечения проводов контактной сети по нагреванию;

5) провести технико-экономический расчет по сравнению указанных вышесхем питания;

6) для схемы раздельного питания произвести расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда за время его хода на автоматической характеристике - по условному «ограничивающему» перегону и блок-участку при полном использовании пропускной способности;

7) рассчитать перегонную пропускную способность с учетом уровня напряжения;

8) произвести расчет минимальных токов короткого замыкания и рабочих максимальных токов для обеих схем, выбрать схему зашиты от токов короткого замыкании и составить принципиальную схему питания и секционирования контактной сети.

- объем работы;

- сроки сдачи курсового проекта

Исходные данные для п.1 студент выбирает по приложению 2 и соответствии с предпоследней цифрой своего шифра зачетной книжки, для п. 2 (расположение подстанции) - по приложению 3 в соответствии с последней цифрой шифра зачетной книжки и для п. 3 - 8 - по приложению 4 по последнем цифре шифра зачетной книжки.

Для п. 9 и 10 исходные данные берутся по приложению 4 (таблица 3) в соответствии с предпоследней цифрой шифра зачетной книжки.

Данные по п. 11 - 12 указаны в таблице 4 приложения 4 в соответствии с цифрой, указывающей число сотен в шифре зачетной книжки.

Студент, шифр которого состоит из одной или двух цифр, принимает в качестве десятков или (и) сотен 0.

Форма задания на курсовой проект приведен в приложении 1.

К защите допускаются проекты, выполненные в соответствии с заданием и исходными данными, после проверки преподавателем.

Во время защиты студенту необходимо показать знания, касающиеся основных принципов практических расчетов с учетом схемы проектируемого участка и расположением тяговых подстанций и ответить на дополнительные контрольные вопросы по курсу «Электроснабжение электрифицированных железных дорог».

Составление пояснительной записки

Курсовой проект состоит из графической части (схема участка с упрощенными тяговыми расчетами) и пояснительной записки объемом не менее 25-30 страниц.

В результате выполнения проекта необходимо представить:

а) пояснительную записку, где в содержание пояснительной записки входят:

- титульный лист;

- бланк утвержденного задания на курсовой проект;

- введение;

- теоретическая и расчетная часть;

- заключение;

- список литературы (не менее 5);

- содержание.

б) графики зависимости тока поезда и времени его хода от пути с разложенными из части кривыми тока;

в) схему расположения условного перегона и расчетного блок-участка применительно к заданному расположению подстанций;

г) схему защиты и принципиальную схему питания и секционирования контактной сети.

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Начинать выполнение курсового проекта надо, как указано в задании, с расчета мощности подстанции.

При этом учитывают, что в отдельные периоды времени число поездов может значительно превышать заданное для нормального графика. Это в одинаковой мере относится как к дорогам постоянного, так и однофазного тока.

При эксплуатации железных дорог будут встречаться периоды движения поездов с минимальными интервалами. Поэтому при проектировании такие периоды должны рассматриваться, но с учетом их ограниченной длительности, что позволит выбрать номинальную мощность тяговой подстанции меньше мощности нагрузки в период наиболее интенсивного движения.

Следует отметить, что задача выбора мощности трансформатора является по существу экономической задачей. Это видно из следующего.

В процессе работы трансформатор стареет и скорость его старения, точнее, старение изоляции его обмоток, зависит от нагрузки. Если взять трансформатор малой мощности, он быстро выйдет из строя и придется его заменять. В результате выгода от применения более дешевого трансформатора будет поглощена перерасходом, связанным с необходимостью установки нового трансформатора. Невыгодно брать и трансформатор слишком большой мощности, так как срок его службы будет очень большим и в ряде случаев превысит срок морального износа. При этом будут омертвлены средства, затраченные на излишнюю установленную мощность.

Правильный выбранный трансформатор должен служит определенное оптимальное время, принимаемое сейчас равным 25 годам.

Наиболее точно выбрать мощность трансформаторов для условий тяговой нагрузки в настоящее время можно при помощи ее моделирования на ЭВМ.

При оценке старения изоляции обычно используется понятие относительной скорости (интенсивности) этого старения. За единицу принимается интенсивность старения (износа) изоляции при температуре наиболее нагретой точки обмотки, равной номинальной.

Согласно ГОСТ 14209-85 надо выбрать трансформаторы такой минимальной мощности, при которой средняя относительная интенсивность износа его изоляции не превышала единицы, а температура наиболее нагретой точки обмотки и верхних слоев масла не выходила за пределы допустимых.

Подробно физические процессы нагрева и старения изоляции, а также обоснование методики выбора мощности трансформатора освещены в [3]. Поэтому в методических указаниях приводятся лишь порядок выбора мощности трансформатора тяговых подстанций переменного тока. Тем не менее студентам надо хорошо разобрать по [2, 3] обоснование принципиальных положений методики выбора мощности трансформаторов.

В курсовом проекте будем считать, что размеры движения и расход электрической энергии на тягу в осенне-зимний период не выше, чем в весенне-летний. В этом случае за счет разности температур в эти периоды можно пренебречь износом изоляции трансформатора в осенне-зимний период.

Расчет мощности трансформаторов следует начинать с определения длительности повышенной интенсивности движения поездов после предоставления окна в графике движения для ремонта пути – Т_вос. В проекте она задана, ее расчет производить не надо.

Так как при выборе трансформатора проверяется максимальная температура масла и обмотки, то должны быть в каждом случае определены расчетные режимы и соответствующие им нагрузки.

И мощности в тяговой сети

Расчет нагрузок подстанций следует начинать с определения средних и эффективных токов подстанции при проходе поездом фидерных зон.

Нагрузки подстанции не зависят от того, есть или отсутствуют поперечные соединения между контактными сетями разных путей. Следовательно, расчет этих нагрузок можно вести в предположении раздельной работы путей независимо от действительной схемы их соединения.

Прежде всего, находим средние и эффективные токи поездов, отнесенные к фидерам рассматриваемой подстанции.

При одностороннем питании ток поезда полностью потребляется от одного фидера. При двустороннем питании на расчетный фидер ложится только часть поездного тока. Поэтому для определения средних и эффективных фидерных токов от одного поезда в случае двустороннего питания надо, прежде всего, разложить заданную в тяговых расчетах кривую тока между фидерами соседних подстанций. Для этого может быть использован метод непрерывного исследования графика движения [2, с.190-191].

Так как по условию питание двухстороннее, то на расчетный фидер ложится только часть поездного тока. Кривую поездного тока рекомендуется разбить на отрезки, в пределах которых ток изменится не более чем на 40-60 А (рисунок 3.1), намечаем расчетные токи, т.е. точки в которых происходит изменение тока (смотрите диаграмму). Определяем ток в этих точках в зависимости от удаленности от расчетной подстанции:

. (3.6)

Рисунок 3.1 Разложение токов кривой

Пример расчета:

На диаграмме №0 за расчетную подстанцию принимаем подстанцию №2 (на 46 км.). Для произведения расчета необходимо увеличить диаграмму из расчета 1 км=1см.

Расстояние между подстанцией №1 и подстанцией №2 определяется, как l=46-4=42 км;

Исходные данные для примера расчета

№	Наименование исходных данных	Числовые значения
	Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами
	Расположение тяговых подстанции, км	4, 46, 80
	Число путей
	Тип рельса	Р65
	Размеры движения: (число пар поездов в сутки)
	Минимальный межпоездной интервал, мин	7 мин
	Номинальное напряжение тяговой подстанции, кВ	27, 5 кВ
	Продолжительность периода повышенной интенсивности движения T , ч	2, 0 часов
	Трансформаторная мощность районных потребителей, МВА	10 МВА
	Мощность короткого замыкания на вводах подстанции, МВА	500 МВА
	Эквивалентная температура в весенне-летний период
	Температура в период повышенной интенсивности движения после окна
	Длительность весенне-летнего периода, суток

1. Расчет токов поездов фидера 1 от подстанции № 2 влево (четный путь – сплошная линия)

;

2. Расчет токов поездов фидера 2 от подстанции №2 влево (нечетный путь – пунктирная линия)

;

3. Расстояние между подстанцией №2 и подстанцией № 3 определяется, как

l=80-46=34 км;

Расчет токов поездов фидера 3 от подстанции № 2 вправо (четный путь – сплошная линия):

;

4. Расчет токов поездов фидера 4 от подстанции № 2 влево (нечетный путь – пунктирная линия):

;

Пользуясь методом деления нагрузок [2, с.190-191] определим среднее значение поездного тока и среднее значение его квадрата (квадрат эффективного тока) по следующим формулам:

; (3.7)

, (3.8)

где - среднее значение тока за рассматриваемый промежуток времени ; - время хода поезда по фидерной зоне (для каждой фидерной зоны будет свое, считать по диаграмме).

В результате этих расчетов будут найдены значения средних поездных токов и значения квадратов эффективных токов для четного и нечетного путей, присоединенных к выводу «а» трансформатора расчетной подстанции - , и присоединенных к выводу «в» - . Они являются исходными для расчета нагрузок фидеров и подстанций. При выполнении этих расчетов полезно одновременно найти средние значения не разложенных поездных токов для одной фидерной зоны двустороннего питания, которые будут использованы в дальнейшем для расчета потерь энергии.

Пример расчета:

1. Расчет среднего значения поездных токов для фидера 1 от подстанции№2 влево (четный путь – сплошная линия)

вместо - подставляем значения расчетов, выполненных по формуле (3.1).

2. Расчет среднего значения поездных токов для фидера 2 от подстанции № 2 влево (нечетный путь – пунктирная линия)

3. Расчет среднего значения поездных токов для фидера 3 от подстанции № 2 вправо (четный путь – сплошная линия), после аналогичных расчет получим равной .

4. Расчет среднего значения поездных токов для фидера 4 от подстанции № 2 вправо (нечетный путь – пунктирная линия), после аналогичных расчетов получим равной .

Далее определяем среднее значение его квадратов (квадрат эффективного тока) по формуле (3.8).

1. Расчет среднего значения его квадратов для фидера 1 от подстанции № 2 влево (четный путь – сплошная линия)

2. Расчет среднего значения его квадратов для фидера 2 от подстанции № 2 влево (нечетный путь – пунктирная линия):

3. Расчет среднего значения его квадратов для фидера 3 от подстанции № 2 вправо (четный путь – сплошная линия), после аналогичных расчетов получим равной .

4. Расчет среднего значения его квадратов для фидера 4 от подстанции № 2 вправо (нечетный путь – пунктирная линия), после аналогичных расчетов получим равной .

Студент должен выбрать и обосновать метод этой проверки. В частности, может быть использован (при обосновании) способ проверки контактной подвески по эффективному току, который надо сравнить с допустимым для выбранной подвески.

В этом случае можно использовать ранее найденные по формуле (3.11) значения токов фидеров, заменив заданное число поездов N на число поездов при полном использовании пропускной способности N₀.

Раздельная схема

Определяем капитальные затраты на строительство контактной сети.

где - стоимость одного километра контактной сети переменного тока, 10 млн. тг., l – длина фидерной зоны, 42 км; l=l 2 = ( )=84;

Определяем текущие затраты, которые состоят из амортизационных отчислений и затрат на потери. Амортизационные отчисления (на капремонт и на реновацию)

где - процент амортизационных отчислений затраты на потери;

Приведенные расходы

где - стоимость электроэнергии;

Рассчитываем годовые эксплуатационные расходы

Определяем годовые приведенные расходы

где - коэффициент экономической эффективности

Узловая схема

Определяем капитальные затраты на контактную сеть и пост секционирования аналогично:

Определяем текущие затраты амортизационные отчисления

где - процент амортизационных отчислений затраты на потери

Рассчитываем годовые эксплуатационные расходы

Определяем годовые приведенные расходы

Проведем технико-экономическое сравнение двух схем питания

139450463, 4< 140653421.8 тг

Вывод: из сравнения видно, что раздельная схема питания более выгодна, чем узловая, поэтому принимаем раздельную схему питания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1. Системы тягового электроснабжения.

2. Общие сведения о системах тягового электроснабжения, этапы их развития.

3. Схемы питания тяговой сети.

4. Схемы питания и секционирования различных систем.

5. Посты секционирования.

6. Пункты параллельного соединения.

7. Стыкования участков различных систем.

8. Электрические сети и их расчет.

9. Классификация сетей. Электрический расчет сетей.

10. Классификация проводов и кабелей.

11. Графики нагрузок электрических систем и потребительских установок. Величины, характеризующие графики нагрузок.

12. Сопротивление тяговой сети постоянного тока. Сопротивление тяговой сети переменного тока.

13. Сопротивление контактных проводов и рельсовых цепей. Метод расчета сопротивления тяговой сети.

14. Основные положения, методики расчета для однопутных и многопутных участков.

15. Сопротивления тяговой сети системы 2× 25 кВ.

16. Токи и потенциалы в рельсах на участках переменного тока.

17. Основные положения и правила токораспределения на однопутных участках.

18. Основные положения и правила токораспределения на многопутных участках.

19. Тяговые токи в рельсах и блуждающие токи.

20. Электрокоррозия металла в результате токов утечки.

21. Средства защиты подземных сооружений от электрохимической коррозии блуждающими токами.

22. Классификация методов защиты от блуждающих токов на участках постоянного тока.

23. Виды защит от блуждающих токов и их применение на участках переменного тока.

24. Электромагнитное влияние тяговых сетей постоянного тока.

25. Электромагнитное влияние тяговых сетей переменного тока.

26. Виды электромагнитного влияния тяговых сетей на линии связи.

27. Мероприятия по снижению электромагнитных влияний.

28. Отсасывающие трансформаторы. Общие сведения.

29. Режим работы отсасывающих трансформаторов

30. Сглаживающие устройства. Общие сведения, режим работы по снижению электромагнитных влияний.

31. Электроснабжение устройств СЦБ.

32. Общие сведения и схемы питания нетяговых потребителей.

33. Общие сведения и схемы ДПР и ВЛ-10 кВ.

34. Системы электропитания СЦБ.

35. Защита и автоматика питающих линий автоблокировки.

36. Виды защит линий автоблокировки и их классификация.

37. Качество электроэнергии и его основные показатели.

38. Показатели качества электроэнергии и их классификация.

39. Компенсация реактивной мощности. Общие сведения. Синхронные двигатели и синхронные компенсаторы.

40. Продольная емкостная компенсация.

41. Поперечная емкостная компенсация.

42. Использование установок емкостной компенсации на тяговых подстанциях и постах секционирования.

43. Способы повышения качества электроэнергии. Несимметрия нагрузки и способы ее снижения.

44. Номинальные и допускаемые напряжения в системе электроснабжения.

45. Влияние режима напряжения в тяговой сети на работу электроподвижного состава.

46. Рекуперация на дорогах переменного тока.

47. Рекуперация на дорогах постоянного тока.

48. Расчет токов короткого замыкания в тяговой сети постоянного тока.

49. Расчет токов короткого замыкания в тяговой сети переменного тока.

50. Защита тяговой сети постоянного и переменного тока.

Приложение 1

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева

Кафедра «Электроэнергетика»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой «Электроэнергетика»

_______________________________

«___»____________________201__г.

З А Д А Н И Е

на курсовой проект по дисциплине

«Электроснабжение электрифицированных дорог»

на тему: «Проектирование электроснабжения участка дороги переменного тока»

Студент: _______________________________группа__________________________

Вариант ____________________

№	Наименование исходных данных	Числовые значения
	Схема участка с упрощенными тяговыми расчетами
	Расположение тяговых подстанций, км
	Число путей
	Тип рельса	Р65
	Размеры движения: (число пар поездов в сутки)
	Минимальный межпоездной интервал, мин
	Номинальное напряжение тяговой подстанции, кВ
	Продолжительность периода повышенной интенсивности движения T , ч
	Трансформаторная мощность районных потребителей, МВА
	Мощность короткого замыкания на вводах подстанции, МВА
	Эквивалентная температура в весенне-летний период
	Температура в период повышенной интенсивности движения после окна
	Длительность весенне-летнего периода, суток

Обратная сторона задания

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Для участка магистральной дороги, электрифицируемой на однофазном токе промышленной частоты:

1. Определить мощность одной тяговой подстанции (в качестве расчетной выбирается подстанция, расположенная ближе к середине участка), выбрать мощность и количество тяговых трансформаторов.

2. Определить экономическое сечение проводов контактной сети одной фидерной зоны для раздельной работы путей и узловой схемы.

3. Рассчитать годовые потери энергии в контактной сети для этих двух схем;

4. Произвести проверку выбранного сечения проводов контактной сети по нагреванию.

5. Провести технико-экономический расчет по сравнению указанных вышесхем питания.

6. Для схемы раздельного питания произвести расчет среднего уровня напряжения в контактной сети до расчетного поезда за время его хода на автоматической характеристике - по условному «ограничивающему» перегону и блок-участку при полном использовании пропускной способности.

7. Рассчитать перегонную пропускную способность с учетом уровня напряжения;

8. Произвести расчет минимальных токов короткого замыкания и рабочих максимальных токов для обеих схем, выбрать схему зашиты от токов короткого замыкании и составить принципиальную схему питания и секционирования контактной сети.

Приложение 2

Диаграмма 0

Диаграмма 1

Диаграмма 2

Диаграмма 3

Диаграмма 4

Диаграмма 5

Диаграмма 6

Диаграмма 7

Диаграмма 8

Диаграмма 9

Приложение 3

Таблица 1

Приложение 4

1. Тип дороги — магистральная.

2. Число путей — 2.

3. Тип рельсов — Р65.

4. Размеры движения — из. табл. 3

Таблица 2

Приложение 5

Таблица 5

ЛИТЕРАТУРА

1. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных дорог.- М.: Транспорт, 1980.

2. Марквард К. Г. Электроснабжение электрифицированных дорог. - М.: Транспорт, 1982.

3. Тер – Оганов В. Методические указания по определению трансформаторной мощности тяговых подстанций. - М.: ВЗИИТ, 1980.

4. Справочник по электроснабжению дорог. Т. I. - M.: Транспорт, 1980.

5. Трансформаторы силовые масляные общего назначения, Допустимые нагрузки. ГОСТ 14209 - 85 (ст. СЭВ 3916—82).

6. Бородулин Б.М., Векслер М.И., Марский В.Е., Павлов И.В. Система тягового электроснабжения 2х25 кВ. - М.: Транспорт, 1989.

7. Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения ж.д. - М.: Желдориздат, 2002.

8. Михеев В.П. Контактные сети и линии электропередачи. М.: Маршрут, 2003.