Оптимизация интервалов при пропуске поездов повышенной массы. Анализ и расчет режимов работы системы тягового электроснабжения участка Аячи – Уруша Забайкальской железной дороги. Определение параметров реактивной мощности установки емкостной компенсации.
При низкой оригинальности работы "Расчет системы тягового электроснабжения участка Аячи – Уруша Забайкальской железной дороги", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В ходе выполнения дипломного проекта произведен анализ и расчет режимов работы системы тягового электроснабжения участка Аячи - Уруша Забайкальской железной дороги, при пропуске поездов повышенного веса 4500 и 8300 тонн с целью оптимизации межпоездных интервалов. В качестве основных элементов при расчетах в дипломном проектировании, использовался программный комплекс ВНИИЖТ"а «КОРТЭС». Данная программа позволяет проводить исследования режимов работы систем тягового электроснабжения с целью принятия решений по их оптимизации. А также решать задачи по выбору наиболее эффективных способов усиления системы тягового электроснабжения, при которых обеспечиваются нормируемые показатели по уровню напряжения на токоприемниках электровозов, температуре нагрева проводов контактной сети и допустимым перегрузкам силового оборудования тяговых подстанций.
Введение
Тяговое электроснабжение является частью общей системы "Железнодорожная линия" и находится в постоянном взаимодействии с другими ее компонентами и устройствами, такими как постоянные сооружения, подвижной состав, устройства СЦБ и контактная сеть. Для интеграции тягового электроснабжения в систему необходимо выполнение следующих этапов: выбор рода тягового тока и концепции питания; определение основных электрических характеристик контактной сети; выбор и спецификация основного оборудования, а также концепции защиты и заземления.
Проектирование, а затем и сооружение всех устройств электроснабжения производится в расчете на определенный грузопоток, а точнее - на заданные размеры движения и массы поездов. Непрерывный рост грузопотоков в какой-то момент приводит к тому, что мощность элементов системы электроснабжения становится недостаточной для обеспечения нормальной работы участка. Это может проявиться различным образом и в разное время.
Недостаток мощности трансформаторов тяговых подстанций выразится в повышении температуры их обмоток и, следовательно, приведет к уменьшению срока службы трансформаторов. Кроме того, максимальная температура обмотки может выйти за пределы значений, допускаемых стандартом, к моменту, когда выявляется недостаточность мощности установленных трансформаторов, они уже имеют определенный износ. Поэтому мощность вновь устанавливаемых трансформаторов следует выбирать таким образом, чтобы их срок службы, а также срок службы трансформаторов, установленных ранее, соответствовал стандарту.
Особенно сильно это сказывается при пропуске тяжеловесных поездов. Так как постоянная времени нагревания трансформатора значительно превосходит время прохода поездом подстанционной зоны, то при пропуске одного такого поезда температура обмотки трансформатора успевает достигнуть установившегося значения.
Система тягового электроснабжения имеет комплексный характер. Ее токовая нагрузка, являющаяся основным определяющим параметром, зависит от многих факторов, изменяясь во времени и по длине участка. В связи с этим необходимо и целесообразно обеспечивать надежность системы еще на этапе разработки с помощью компьютерного моделирования, которое позволяет оптимально отображать динамические процессы в сетях.
Работа по усилению системы тягового электроснабжения позволит более эффективно использовать провозную способность, будет способствовать снижению эксплуатационных расходов и заключается в планировании комплекса мероприятий по усилению и улучшению параметров системы тягового электроснабжения.
Железная дорога как часть инфраструктуры города, региона или земли является важным фактором. В связи с этим от нее ожидается высокая эксплуатационная надежность. Это значит, что нормальная эксплуатация должна продолжаться при выходе из строя отдельных единиц оборудования. В связи с этим при разработке систем тягового электроснабжения исследуются также аварийные режимы работы. Виды исследуемых ситуаций подлежат согласованию с компаниями, эксплуатирующими электрические сети. С ними же совместно решаются вопросы уровня резервирования и степени снижения энергопотребления при выходе из строя отдельных компонентов силового оборудования.
1. Исходные данные
Электрифицированный участок Аячи - Уруша находится в границах Ерофей - Павловичской дистанции электроснабжения. Протяженность данного участка составляет 128,5 километров. Продольный профиль пути участка Аячи - Уруша представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Профиль пути участка
Наименование и координаты расположения раздельных пунктов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Список объектов участка Аячи - Уруша
№ Наименование раздельных пунктов Тип раздельных пунктов Координаты, км
1 ТП Аячи ЭЧЭ 7085,9
2 ПС Ороченский ПС 7101,8
3 ТП Ерофей Павлович ЭЧЭ 7112,1
4 ПС Сегачама ПС 7134,3
5 ТП Большая Омутная ЭЧЭ 7153,5
6 ПС Сгибеево ПС 7190,8
7 ТП Уруша ЭЧЭ 7208,8
Электрифицированный участок Аячи - Уруша включает в себя четыре тяговые подстанции (Аячи, Ерофей Павлович, Большая Омутная, Уруша). Тяговые подстанции получают питание от линий электропередач напряжением 220 КВ. На всем участке электроснабжения применяется двусторонняя узловая схема питания.
Характеристики силовых трансформаторов на тяговых подстанциях участка Аячи - Уруша приведены в таблице 2.
Номинальное реактивное сопротивление устройства 1,875 Ом 1,875 Ом 1,875 Ом
Номинальная емкость 1698 МКФ 1698 МКФ 1698 МКФ
Номинальный ток одной конденсаторно-реакторной секции 800 А 800 А 800 А Тип тяговой сети представлен в таблице 5
Таблица 5
Тип тяговой сети
Границы секции Путь Марки проводов подвесок путей Длина, км
Аячи - Ерофей П. 1 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65 29,8
2 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65
Ерофей П. - 7125,1 км 1 ПБСМ-95 МФ-100 4Р65 14,3
2 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65
7125,1 км - Большая О. 1 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65 28,6
2 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65
Большая О. - 7155,7 км 1 ПБСМ-95 МФ-100 4Р65 2
2 ПБСМ-95 МФ-100 4Р65
7155,7 км - 7191,7 км 1 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65 36
2 ПБСМ-95 МФ-100 А-185 4Р65
7191,7 км - Уруша 1 ПБСМ-95 МФ-100 4Р65 17,8
2 ПБСМ-95 МФ-100 4Р65
Проанализировав исходный график движения поездов, делаем вывод, что на участке Аячи - Уруша эксплуатируются электровозы серии ЭП-1 для пассажирских перевозок и электровозы серии: 1,5ХВЛ-80С, ВЛ-80С, 2x2ЭС5К, 3ЭС5К и 2ЭС5К для грузовых составов. Массы поездов на данном участке составляют: 6300/6800/7100 тонн в четном направлении движения и 4500 тонн в нечетном направлении соответственно. Пропускная способность на данном участке составляет 75 пар поездов в сутки, из которых 66 - грузовые [23].
Движение грузовых соединенных поездов массой 12000 тонн и более на участке Аячи - Уруша не разрешается [20].
2. Тяговый расчет
При эксплуатации, а также при определении путей перспективного развития железных дорог, возникают многочисленные практические задачи, которые решаются с помощью теории локомотивной тяги и ее прикладной части - тяговых расчетов. Тяговые расчеты служат для решения различного рода задач таких как: выбор локомотива и его основных характеристик, расчет массы состава, расчет скорости и времени хода поезда по перегону, определение температуры нагрева тяговых электродвигателей, определение расхода электрической энергии электровозами. Полученные с помощью тяговых расчетов данные служат основой для решения следующих задач: составление графиков движения поездов, нормирование расхода электрической энергии на тягу поездов, расчета пропускной и провозной способности, расстановка раздельных пунктов, тяговых подстанций, проектирование новых, и реконструкция существующих железных дорог и других практические задач.
Тяговый расчет выполняем при помощи программного комплекса КОРТЭС, предназначенного для работы в современных операционных системах. Он был создан с учетом опыта эксплуатации пакета, который был разработан в начале 90-х годов ВНИИЖТОМ на основе проведенных исследований для тяговых и электрических расчетов в сфере проектирования и эксплуатации систем тягового электроснабжения. Это позволило выбирать варианты технических решений по способам усиления устройств на действующих участках и оптимальных параметров для вновь электрифицируемых линий. КОРТЭС внедрен на сети железных дорог, а также в ряде проектных организаций. Расчеты с использованием КОРТЭС позволяют решать задачи по выбору наиболее эффективных способов усиления системы тягового электроснабжения, при которых обеспечиваются нормируемые показатели по уровню напряжения на токоприемниках электровозов, температуре нагрева проводов контактной сети и допустимым перегрузкам силового оборудования тяговых подстанций.
Тяговые расчеты являются прикладной частью теории тяги поездов и позволяют решать многочисленные практические задачи, возникающие при проектировании и эксплуатации железных дорог. Важнейшими задачами тягового расчета является: - составление графика движения поездов;
- определение времени хода, скорости по участкам и отдельным перегонам;
- выбор рационального размещения станций и раздельных пунктов при проектировании железных дорог;
- определение параметров системы энергоснабжения при электрификации железной дороги;
- размещение тяговых подстанций и определение их мощности.
На железнодорожном транспорте России методы производства тяговых расчетов и необходимые для их выполнения нормативы регламентируются Правилами тяговых расчетов для поездной работы.
2.1 Тяговый расчет для существующих масс поездов
В качестве исходных данных при тяговых расчетах используются параметры участков: расположение раздельных пунктов, продольный профиль, ограничения скорости. Параметры и характеристики подвижного состава выбираются из каталогов локомотивов и типовых составов поездов., в котором все необходимые параметры введены в соответствии с исходными данными.
Расчет выполним с использованием двухсекционных электровозов серии ВЛ-80С и 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения и 6300 тонн. Результаты расчета сведем в таблицы 6 и 7.
Таблица 6
Результаты тяговых расчетов ВЛ-80С
Направление движения Масса состава, тонн Время хода полное, мин Время хода под током, мин Расход активной энергии КВТ·ч Расход полной энергии, КВ·А·ч Удельный расход активной энергии, КВТ·ч/т·км Удельный расход полной энергии, КВ·А·ч/т·км четное 6300 138,1 52,5 6744,8 8289,6 8,1 10,0 нечетное 4500 125,4 82,6 10231,7 12530,9 17 20,8
Таблица 7
Результаты тяговых расчетов 2ЭС5К
Направление движения Масса состава, тонн Время хода полное, мин Время хода под током, мин Расход активной энергии КВТ·ч Расход полной энергии, КВ·А·ч Удельный расход активной энергии, КВТ·ч/т·км Удельный расход полной энергии, КВ·А·ч/т·км четное 6300 133 42,9 6134,9 7305,2 7,4 8,8 нечетное 4500 124,3 80,3 9413,7 11198,6 15,6 18,6
Для наглядности на рисунке 2 представлен график изменения удельного расхода активной электроэнергии в зависимости от массы состава и типа электровоза, так как это наиболее удобный показатель для учета и анализа расхода энергии, потребляемой на тягу поездов. Удельный расход представляет собой расход электроэнергии, выраженный в киловатт-часах, отнесенный к 1 т массы поезда на 1 км его пробега.
Анализ результатов тягового расчета позволяет сделать следующий вывод: удельный расход активной электроэнергии при движении поезда в четном и нечетном направлениях с электровозом ВЛ-80С выше, чем при движении поезда той же массы и в тех же направлениях, но с электровозом 2ЭС5К, что объясняется характеристиками каждого электровоза.
Согласно распоряжению ОАО «РЖД» об организации обращения грузовых поездов повышенной массы и длины на железнодорожных путях общего пользования Забайкальской и Дальневосточной железных дорог, поезд массой более 6000 т. и с числом осей более 350 считается повышенной массы.
Рисунок 2 - Зависимость удельного расхода активной энергии от массы состава
Поезда повышенной массы обслуживаются локомотивами в 3-х или 4-х секционном исполнении. В границах Забайкальской железной дороги поезда массой более 6300 т. до 6800 т. могут эксплуатироваться с постановкой в голове состава 3-х секционного локомотива, а поезда массой более 6800 т. должны эксплуатироваться с постановкой в голове состава 4-х секционного локомотива серии 2х2ЭС5К [24].
Выполним тяговый расчет с учетом этих требований, то есть с использованием электровоза серии 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения и с использованием электровоза серии 2х2ЭС5К, массой 7100 тонн в четном.
Результаты тяговых расчетов сведем в таблицу 8.
Таблица 8
Результаты тяговых расчетов
Направление движения Масса состава, т Количество секций ЭПС, шт Время хода полное, мин Время хода под током, мин Расход активной энергии КВТ·ч Расход полной энергии, КВ·А·ч Удельный расход активной энергии, КВТ·ч/т·км Удельный расход полной энергии, КВ·А·ч/т·км четное 7100 4 130,3 39,6 7125,1 8477 7,4 8,8 нечетное 4500 2 125,6 79,8 9376,9 11154,5 15,5 18,5
Для возможности сравнить результаты тяговых расчетов существующих масс поездов в четном направлении движения выполним тяговый расчет с использованием локомотива 3ЭС5К для поезда массой 6800 тонн. Результаты тягового расчета сведем в таблицу 9.
Таблица 9
Результаты тягового расчета с использованием локомотива 3ЭС5К для поезда массой 6800 тонн
Направление движения Масса состава, т Количество секций ЭПС, шт Время хода полное, мин Время хода под током, мин Расход активной энергии КВТ·ч Расход полной энергии, КВ·А·ч Удельный расход активной энергии, КВТ·ч/т·км Удельный расход полной энергии, КВ·А·ч/т·км четное 6800 3 128,5 40,7 6696,9 7967,2 7,4 8,9
Для наглядности на рисунке 3 представлен график изменения удельного расхода активной электроэнергии в зависимости от массы состава для существующих повышенных масс поездов.
Анализ графика изменения удельного расхода активной электроэнергии в зависимости от массы состава для и повышенных масс и результатов тягового расчета показывает, что при пропуске поездов большей массы удельный расход активной электроэнергии будет таким же, как и при пропуске в том же направлении поездов меньшей массы.
Рисунок 3 - Зависимость удельного расхода активной энергии от массы состава для существующих повышенных масс поездов
Это позволяет сделать следующий вывод: расход электроэнергии в киловатт-часах, затраченный на перевозку 1 тонны массы поезда на 1 км его пробега, будет меньше при перевозке груза поездом большей массы.
2.2 Тяговый расчет для поездов повышенной массы на перспективу
Стратегическая задача ОАО «РЖД» по повышению объемов перевозок и эффективности работы и инвестиционный проект «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей" во многом решаются увеличением средней массы и длины грузовых поездов на основных направлениях сети железных дорог.
Согласно паспорту, инвестиционного проекта «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей» одной из главных задач является приоритетное развитие железнодорожной инфраструктуры к 2020 году и увеличение пропускной и провозной способностей Транссибирской магистрали для обеспечения пропуска грузовых поездов, перевозящих грузы в порты Дальнего Востока, с весовой нормой в размере 7100 тонн. Наличная пропускная способность на участке Аячи - Уруша после реализации проекта должна составить 123 пары поездов в сутки, 105 из которых грузовые.
Выполним тяговый расчет с использованием электровоза серии 2ЭС5К для поездов массой 4500 тонн в нечетном направлении движения, и с использованием электровоза 2x2ЭС5К для поездов массой 8300 тонн в четном. Результаты тяговых расчетов сведем в таблицу 10
Таблица 10
Результаты тяговых расчетов
Направление движения Масса состава, т Количество секций ЭПС, шт Время хода полное, мин Время хода под током, мин Расход активной энергии КВТ·ч Расход полной энергии, КВ·А·ч Удельный расход активной энергии, КВТ·ч/т·км Удельный расход полной энергии, КВ·А·ч/т·км четное 8300 4 130,3 41,6 9320,2 11401,2 7,5 8,9 нечетное 4500 2 133,4 93,6 12176,3 14937,9 16,1 19,8
Сравним данные об удельном расходе активной энергии, полученные в результате тягового расчета для поезда массой 8300 тонн с удельным расходом активной энергии для поезда массой 7100 тонн. Для наглядности на рисунке 4 представлен график изменения удельного расхода активной электроэнергии в зависимости от массы состава для повышенных и перспективных масс состава.
Проанализировав график зависимости удельного расхода активной энергии от массы состава, можно сделать вывод, что удельный расход активной энергии при пропуске поезда массой 7100 тонн будет меньше, чем при пропуске поезда, массой 8300 тонн на 0,1 КВТ·ч/т·км. Дальнейшие расчеты будут произведены, как для существующих, так и для перспективных масс поездов.
Рисунок 4 - Зависимость удельного расхода активной энергии от массы состава для и перспективных масс поездов
3. Определение наличной пропускной способности на участке Аячи - Уруша
Оценка показателей работы СТЭ требует использования как вероятностного, так и детерминированного графиков движения поездов. Исполненный график содержит периоды, когда его можно характеризовать как детерминированный, или как вероятностный. Для детерминированного графика можно наперед указать межпоездные интервалы, чаще всего он имеет место в периоды сгущения поездов при восстановлении нормального графика движения после окна, когда в нем не остается свободных нитей, которые бы давали возможность для варьирования числа поездов на рассматриваемом участке. Вероятностный или случайный график движения в большей степени отвечает нормальному режиму движения, когда интервалы выпускаемых поездов на участок подвержены случайным изменениям и потому не могут быть предсказаны заранее. Однако межпоездные интервалы вероятностного графика подчиняются некоторой вероятностной закономерности, что позволяет «разыгрывать» эти интервалы при имитации.
Примером детерминированных графиков движения поездов могут служить параллельные и пакетные графики. Детерминированные графики определяют наибольшие нагрузки на устройства железной дороги и систему тягового электроснабжения, в частности. Следовательно, такие графики являются расчетными для определения предельных возможностей СТЭ. Время, в течение которого имеют место такие графики движения, все же незначительное по сравнению с тем периодом, когда поезда движутся в нормальном режиме. В некоторых случаях параллельный график практически не «чувствует» эффективности ПСК (особенно по напряжению), поскольку не учитывает неравномерности колебания веса поездов и неравномерности их движения. Рациональные области применения детерминированных графиков определяются необходимостью оценки режимов работы в наиболее нагруженные периоды (пакетный график движения в период восстановления нормального графика после «окна»), случайные графики следует использовать для технико-экономических оценок работы СТЭ.
В системе тягового электроснабжения для оценки пропускной способности и планирования мероприятий по усилению существующих технических средств определяющими факторами являются вес поезда, количество поездов на фидерной зоне и схема их пропуска (например, 9, 6-9 тысяч тонн), межпоездной интервал. На участках обращения поездов повышенной массы система тягового электроснабжения должна обладать соответствующей нагрузочной способностью. При пропуске поездов массой более 6 тысяч тонн существенно возрастает токовая нагрузка в системе и, следовательно, более интенсивно происходит нагрев оборудования, снижается уровень напряжения в контактной сети, увеличиваются потери электроэнергии и осложняются условия работы устройств защиты от токов короткого замыкания [2].
3.1 Определение наличной пропускной способности при пропуске поездов существующей массы
Для определения наличной пропускной способности принимаем поезда массой 4500 тонн для нечетного направления и 7100 тонн для четного направления. Результаты расчета сведем в таблицы 11 и 12.
Таблица 11
Минимальные допустимые интервалы при пропуске поездов повышенной массы
Наименование межподстанционной зоны Значение интервала, мин, ограниченное Результирующее значение мощностью понижающих тр-ров напряжением в конт. сети нагревом проводов конт. сети
Аячи - Ерофей П. 8 8 8 8
Ерофей П. - Б. Омутная 8 9 8 9
Б. Омутная - Уруша 9 10 8 10
Аячи - Уруша 9 10 8 10
Таблица 12
Наличная суточная пропускная способность грузовых поездов, пар поездов в сутки
Проанализировав таблицы 11 и 12 можно сделать вывод, что по результатам расчета наличная суточная пропускная способность грузовых поездов составила 120 пары поездов в сутки. Лимитирующих зон не обнаружено, так как для повышенных масс допустимый минимальный межпоездной интервал составляет 10 минут.
3.2 Определение наличной пропускной способности при пропуске поездов повышенного веса на перспективу
Для определения наличной пропускной способности принимаем поезда массой 4500 тонн для нечетного направления и 8300 тонн для четного направления. Результаты расчета сведем в таблицы 13 и 14.
Проанализировав таблицы 13 и 14 можно сделать вывод, что лимитирующим участком является МПЗ Большая Омутная - Уруша, так как на ней не обеспечивается пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом, следовательно, на данной МПЗ необходимо провести усиления для обеспечения пропуска поездов с 10 минутным интервалом.
Таблица 13
Минимальные допустимые интервалы при пропуске поездов повышенной массы на перспективу
Наименование межподстанционной зоны Значение интервала, мин, ограниченное Результирующее значение мощностью понижающих тр-ров напряжением в конт. сети нагревом проводов конт. сети
Аячи - Ерофей П. 9 9 9 9
Ерофей П. - Б. Омутная 9 10 9 10
Б. Омутная - Уруша 10 12 9 12
Аячи - Уруша 10 12 9 12
Таблица 14
Наличная суточная пропускная способность при пропуске поездов повышенной массы на перспективу
4. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при пропуске поездов повышенного веса
При росте грузонапряженности железнодорожного транспорта с пропуском тяжеловесных поездов, а также при организации скоростного движения на электрифицированных участках железных дорог необходимо решать вопросы усиления и совершенствования системы тягового. Усиление СТЭ должно производиться как с целью обеспечения пропуска по всем элементам системы непрерывно возрастающих токов тяговой нагрузки - усиление по току, так и с целью обеспечения необходимого для нормальной работы ЭПС уровня и напряжения в тяговой сети - усиление по напряжению. Необходимо также выполнение мероприятий по компенсации реактивной мощности в задаваемых питающей электрической системой размерах. Важными задачами, которые должны быть решены, являются снижение до допустимых значений электромагнитного влияния тяговых сетей на линии связи и ограничение уравнительных токов в тяговой сети.
Наибольший эффект усиления может быть получен при переходе от системы 25 КВ к схеме питания тяговых нагрузок по системе 2x25 КВ с обратным питающим проводом и автотрансформаторами. Эта система находит все большее применение на электрифицированных железных дорогах переменного тока в России и за рубежом. В России СТЭ 2x25 КВ применяется, как правило, лишь при электрификации новых участков железных дорог при больших грузопотоках, превышающих 60,0 млн. т. брутто в год на один путь.
К традиционным способам повышения нагрузочной способности тяговых сетей переменного тока относятся сооружение постов секционирования и пунктов параллельного соединения, подвеска усиливающих проводов, усиление с помощью экранированного усиливающего провода, применение установок продольной и поперечной емкостной компенсации.
Для определения параметров работы СТЭ используем график движения поездов, созданный с помощью программы «Редактор графиков движения» программного комплекса КОРТЭС. Типы поездов, принимаемых к моделированию для максимального графика, весом 4500 тонн в нечетном направлении и 8300 тонн в четном направлении с межпоездным интервалом равным 10 минут на участке Аячи - Уруша.
Результаты расчета при существующей схеме питания с двумя работающими трансформаторами при пропуске поездов массой 4500 тонн и 8300 тонн представлены в таблицах 14-17.
Таблица 14
Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов при существующей схеме питания
Межподстанционная зона Путь Напряжение, КВ в течении 3 мин Координаты, км
Аячи- Е. Павлович 1-й 23,67 7106,43
2-й 23,82 7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная 1-й 21,91 7132,25
2-й 21,24 7129,39
Б. Омутная - Уруша 1-й 20,42 7181,59
2-й 20,54 7181,80
Таблица 15
Расход и потери электроэнергии при существующей схеме питания
Подстанция Суточный расход электроэнергии Потери электроэнергии в трансформаторах полный, КВ•А•ч активный, КВТ•ч при нагрузке, КВТ•ч на холостом ходу, КВТ•ч
Аячи 586902 438568 6049 1584
Е. Павлович 403342 347337 2730
Б. Омутная 870282 719009 12892
Уруша 894264 705322 13625
Таблица 16
Нагрузочная способность ТП при существующей схеме питания
Подстанция Плечо Расход Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции, Температура тягового трансформатора, °С активной энергии, КВТ•ч реактивной энергии, КВАР•ч обмотки (доп. 140) масла (доп.95)
Нагрев проводов контактной подвески в точках подключения фидеров при пропуске поездов повышенной массы
Тяговая подстанция Фидер Среднее значение длительного тока за период 20 мин, А Средняя температура нагрева проводов за период 20 мин, 0С Марки проводов
1 2 3 4 5
Аячи Ф1 784 55 ПБСМ-95 МФ-100 А-185
Ф2 561 46
Ф5 408 43
Ф4 173 40
Отс. 1573 64 3А-185
Е. Павлович Ф1 236 41 ПБСМ-95 МФ-100 А-185
Ф2 111 40
Ф5 84 40
Ф4 679 50
Отс. 859 64 4А-185
Б. Омутная Ф1 784 54 ПБСМ-95 МФ-100 А-185
Ф2 835 57
Ф5 519 47
Ф4 708 52
Отс. 1599 61 3А-185
Уруша Ф1 806 54 ПБСМ-95 МФ-100
Ф2 494 45
Ф5 678 50
Ф4 1010 64
Отс. 1767 82 4А-185
Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод что, что минимальное напряжение на токоприемнике локомотива в течение 3 минут на участке Большая Омутная - Уруша 20,42 КВ по первому пути и 20,54 КВ по второму пути. Следовательно, МПЗ Большая Омутная - Уруша является лимитирующим участком, и требуются разработать мероприятия по усилению системы тягового электроснабжения на участке для обеспечения пропуска поездов с массами 8300 и 4500 тонн в четном и нечетном направлениях.
5. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при подвешивании экранирующего провода
Наиболее эффективным средством повышения нагрузочной способности тяговой сети по току является увеличение суммарного сечения проводов тяговой сети путем подвески УП. Влияние УП на снижение потерь напряжения в тяговой сети незначительно. Расчеты показывают, что подвеска 10 км УП на головном участке фидерной зоны при токах, близких к предельно допустимым, снижает потери напряжения не более чем на 160-200 В. Стоимость УП и его монтажа высоки. Таким образом, УП целесообразно использовать лишь для усиления тяговой сети по току, то есть для повышения ее нагрузочной способности.
Усиливающий провод - это провод, электрически соединенный с контактной подвеской , служащий для снижения общего электрического сопротивления контактной сети . На железных дорогах такие линии имеют один или несколько многопроволочных усиливающих проводов, обычно типа А-185.
Усиливающий провод применяют и на наиболее грузонапряженных участках переменного тока. Снижение индуктивного сопротивления контактной сети переменного тока зависит не только от характеристик самого усиливающего провода, но и от его размещения по отношению к проводам контактной подвески. Усиливающие провода чаще всего подвешивают с полевой стороны на отдельных (фидерных) консолях [4].
Экранирующий провод - это провод, электрически соединенный со средней точкой дроссель-трансформатора, служащий для снижения общего электрического сопротивления обратной тяговой сети.
На лимитирующем участке Большая Омутная - Уруша сделаем усиление экранирующим проводом марки А-185. Схема подвешивания экранирующего провода представлена на рисунке 5.
Выполняем расчет параметров работы СТЭ участка Б. Омутная - Уруша при пропуске поездов с массами 4500 и 8300 тонн для нечетного и четного пути соответственно с межпоездным интервалом 10 минут. Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 18-20.
Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов после подвешивания экранирующего провода
Межподстанционная зона Путь Напряжение, КВ в течение 3 мин Координаты, км
Аячи- Е. Павлович 1-й 23,67 7106,43
2-й 23,82 7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная 1-й 21,91 7132,25
2-й 21,24 7129,39
Б. Омутная - Уруша 1-й 21,03 7181,59
2-й 21,07 7181,80
Таблица 20
Расход и потери электроэнергии после подвешивания экранирующего провода
Подстанция Суточный расход электроэнергии Потери электроэнергии в трансформаторах полный, КВ•А•ч активный, КВТ•ч при нагрузке, КВТ•ч на холостом ходу, КВТ•ч
Аячи 586902 438568 6049 1584
Е. Павлович 403342 347337 2730
Б. Омутная 876750 643510 12588
Уруша 879405 691465 13188
В таблице 21 и на рисунках 6 - 8 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после подвешивания экранирующего провода.
Таблица 21
Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после подвешивания экранирующего провода
Параметры Межпоездная зона
Б. Омутная - Уруша
Путь 1 Путь 2
Минимальное напряжение, КВ До усиления 20,42 20,54
После усиления 21,03 21,07
Потери электроэнергии, КВТ•ч в тяговой сети До усиления 53885
После усиления 50720
Потери электроэнергии, КВТ•ч в трансформаторах До усиления 35296
После усиления 34555
Рисунок 6 - Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов
Рисунок 7 - Потери электроэнергии в тяговой сети
Рисунок 8 - Потери электроэнергии в трансформаторах
Сравнив значения в таблице 21, делаем вывод, что подвешивание экранирующего провода позволила значительно повысить уровни напряжения в тяговой сети и достичь регламентированного значения 21 КВ. Также удалось снизить потери в тяговой сети и в трансформаторах и обеспечить пропуск поездов с 10 минутным межпоездным интервалом.
6. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при установке пунктов параллельного соединения
Пункт параллельного соединения контактной сети железной дороги предназначен для электрического соединения секций контактной сети железной дороги главных путей двухпутного участка железной дороги с целью снижения потерь напряжения и электрической энергии железнодорожного электроподвижного состава.
Использование пунктов параллельного соединения в тяговых сетях постоянного и переменного тока приводит к сокращению потерь электрической энергии, которые зависят как от особенностей рельефа, по которому проходит железнодорожная магистраль, так и от размеров движения и ритмичности графика движения поездов по путям различного направления [5].
Подключение и отключение пункта параллельного соединения осуществляется секционными разъединителями с двигательными приводами. Вся аппаратура пункта параллельного соединения размещается в шкафу, приспособленного для наружной установки.
На лимитирующем участке Б. Омутная - Уруша устанавливаем пункты параллельного соединения. Схема установки пунктов параллельного соединения представлена на рисунке 9. Результатами расчетов будут являться значения минимального напряжения на токоприемниках локомотивов в течение 3-х минут, потери электроэнергии в тяговой сети, полученные значения отображаем в таблицах 22-24.
Рисунок 9 - Схема установки пунктов параллельного соединения
Таблица 22
Нагрузки тяговых подстанций после установки ППС
Подстанция Плечо Расход Среднее напряжение на шинах тяговой подстанции, КВ Температура тягового трансформатора, °С активной энергии, КВТ•ч реактивной энергии, КВАР•ч обмотки (доп. 140) масла (доп.95)
Минимальные напряжения на токоприемниках после установки ППС
Межподстанционная зона Путь Напряжение, КВ в течении 3 мин Координаты, км
Аячи - Е. Павлович 1-й 23,67 7106,43
2-й 23,82 7105,90
Е. Павлович - Б. Омутная 1-й 21,91 7132,25
2-й 21,24 7129,39
Б. Омутная - Уруша 1-й 20,59 7181,59
2-й 20,57 7181,80
Таблица 24
Расход и потери электроэнергии после установки ППС
Подстанция Суточный расход электроэнергии Потери электроэнергии в трансформаторах полный, КВ•А•ч активный, КВТ•ч при нагрузке, КВТ•ч на холостом ходу, КВТ•ч
Аячи 586902 438568 6049 1584
Е. Павлович 403342 347337 2730
Б. Омутная 870378 719673 12437
Уруша 894276 705655 12967
В таблице 25 и на рисунках 10-12 представлены графики минимальных напряжений на токоприемниках локомотивов, потери электроэнергии в тяговой сети и в трансформаторах до и после установки ППС.
Таблица 25
Сравнительные параметры системы тягового электроснабжения до и после установки ППС
Параметры Межпоездная зона
Б. Омутная - Уруша
Путь 1 Путь 2
Минимальное напряжение, КВ До усиления 20,42 20,54
После усиления 20,59 20,57
Потери электроэнергии, КВТ•ч в тяговой сети До усиления 53885
После усиления 53033
Потери электроэнергии, КВТ•ч в трансформаторах До усиления 35296
После усиления 34183
Рисунок 10 - Минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов
Рисунок 11 - Потери электроэнергии в тяговой сети
Рисунок 12 - Потери электроэнергии в трансформаторах
Сравнив значения в таблице 28, делаем вывод, что установка пунктов параллельного соединения не позволила добиться повышения минимальных уровней напряжения выше 21 КВ и тем самым обеспечить пропуск поездов с 10 минутным интервалом, следовательно данный вариант усиления не эффективен.
7. Определение параметров работы системы тягового электроснабжения при установке устройств поперечной компенсации на посту секционирования
Соответствие нагрузочной способности тяговой сети токовым нагрузкам участка не является достаточным условием нормальной работы СТЭ. Другим необходимым условием является величина напряжения на токоприемнике электровоза. Минимальное напряжение на токоприемнике электроподвижного состава на любом блок-участке не должно быть менее 21 КВ. Одним из решений данной проблемы является компенсация реактивной мощности - важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения.
Основное назначение КУ - компенсировать реактивную мощность тяговой нагрузки. На электрифицированных железных дорогах с целью симметрирования напряжений на шинах подстанций и токов тяговой нагрузки применяют КУ в однофазном исполнении. Другой особенностью является наличие реактора, главн
Вывод
В ходе выполнения дипломного проекта произведен анализ и расчет режимов работы системы тягового электроснабжения участка Аячи - Уруша Забайкальской железной дороги, при пропуске поездов повышенного веса 4500 и 8300 тонн с целью оптимизации межпоездных интервалов. В качестве основных элементов при расчетах в дипломном проектировании, использовался программный комплекс ВНИИЖТ"а «КОРТЭС». Данная программа позволяет проводить исследования режимов работы систем тягового электроснабжения с целью принятия решений по их оптимизации. А также решать задачи по выбору наиболее эффективных способов усиления системы тягового электроснабжения, при которых обеспечиваются нормируемые показатели по уровню напряжения на токоприемниках электровозов, температуре нагрева проводов контактной сети и допустимым перегрузкам силового оборудования тяговых подстанций.
Произведены тяговые расчеты для поездов 4500, 6800, 7100, 8300 тонн с использованием локомотивов ВЛ-80С, 2ЭС5К,3ЭС5К и 2х2ЭС5К. В ходе выполнения тяговых расчетов получены значения удельного расхода активной и полной энергии и время хода поездов. По полученным значениям построены диаграммы зависимости удельного расхода электроэнергии от массы состава.
Определены минимальные напряжения на токоприемниках локомотивов, наличная суточная пропускная способность участка, расход и потери электроэнергии, нагрузочная способность тяговых трансформаторов при существующей схеме питания. Выполнен расчет параметров СТЭ при межпоездных интервалах 10 минут.
В результате расчетов пропускной способности определили, что на участке Аячи - Уруша имеется одна лимитирующая зона Большая Омутная - Уруша. Для оптимизации параметров СТЭ были предложены различные способы усиления схемы питания участка: подвешивание экранирующего проводов, переход на параллельную схему питания, установка компенсирующих устройств.
Было выяснено, что наиболее экономически - выгодным будет вариант усиления системы тягового электроснабжения путем увеличения мощности УПК на ТП Большая Омутная и ТП Уруша, т.к. срок окупаемости для данного усиления является меньшим, по сравнению с остальными предложенными вариантами.
В разделе посвященному безопасности проекта была рассмотрена электробезопасность при монтаже УПК.
Список литературы
1. Программный комплекс КОРТЭС, разработанный (ВНИИЖТОМ) и утвержденный Техническим указанием Департамента электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» №К-108/04 от 24.02.2004 г.
2. Бардушко В.Д. Исследование параметров и режимов систем тягового электроснабжения на основе вычислительной техники. Учебное пособие по дипломному проектированию для студентов специальности «Электроснабжение железных дорог»/ В.Д. Бардушко, - Иркутск: ИРГУПС, 2006. - 108 с.
3. Железко Ю.С., Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов / Ю.С. Железко. - М.: ЭНАС, 2009.- 456с.: 4. Зимакова А.Н. Контактная сеть электрифицированных железных дорог: Учеб. пособие. - 2-е стер. изд. - М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2011. - 232 с.
5. Марквардт К.Г. Справочник по электроснабжению железных дорог. В 2-х томах / К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1981.
6. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. К.Г. Марквардт. - М.: Транспорт, 1982 г. - 528с.
7. Приказ Минтруда России от 24.07.2013 г. №328(ред. от 19.02.2016) «Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок»
8. Клочкова Е.А. Охрана труда на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. трансп.: - М.: Маршрут, 2004, - 412 с.
9. Красник В.В. Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий.- М.: Энергоатомиздат,1983.-136с.ции. ЦЭ-462/ М.: Транспорт, 2007. - 450 с.
10. Кузнецов К.Б., Мишарин А.С. Электробезопасность в электроустановках железнодорожного транспорта. 2005. - 456 с.
11. Хохлов А.А., Жуков В.И. Технические средства обеспечения безопасности движения на железных дорогах. Учебное пособие. 2009. - 553с.
12. Басова Т.Ф. Экономика и управление энергетическими предприятиями. Для высших учебных заведений - М.: Академия, 2004. - 432 с.
13. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 2003 г. - 121 с.
14. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. ЦЭ-462/ М.: Транспорт, 2007. - 450 с.
15. Правила устройств электроустановок - М.: Атамиздат, 2004. - 363 с.
16. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СО 153-34.20.501-2003., Госэнергонадзор Минэнерго России 103074, -М.: Трансиздат, 2003 г.
17. Тер-Оганав Э.В. Электроснабжение железных дорог: учеб. для студентов университета ( УРГУПС ) / Э.В. Тер-Оганов, А.А. Пышкин. - Екатеринбург: Изд-во УРГУПС, 2014. - 432 с.
18. Приказ №ЦТ - 227 от 8 ноября 2016 года. «Об установлении норм масс и длин пассажирских и грузовых поездов на участках, обслуживаемых Забайкальской дирекцией тяги.
19. Приказ Минпромэнерго РФ от 22.02.2007 N49 "О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии" - М.: Минюст РФ. 2007.
20. ЦЭ 761 «Инструкция по безопасности для электромонтеров контактной сети» - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.
21. ЦЭ 683 от 18.09.1999 «Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве работ на контактной сети с изолирующих съемных вышек" - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.
22. Бессонов В.А., Мартовицкий А.М. Электроснабжение электрических железных дорог: Методические указания по выполнению курсового проекта. - Хабаровск: ДВГАПС, 1993. - 24 с.
23. Исходный график движения поездов в программе ГИД за 24 - 25 декабря 2016 года.
24. Распоряжение «Об организации обращения грузовых поездов повышенной массы на железнодорожных путях общего пользования Забайкальской и Дальневосточной железных дорог».
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
