Определение потерь энергии на тяговых подстанциях

6. Определение потерь энергии на тяговых подстанциях

Потери энергии на тяговой подстанции складываются из потерь энергии DW_пт в понизительных трансформаторах, W_вт - в тяговых трансформаторах выпрямительных агрегатов и DW_в – в выпрямителях и вычисляются через потери мощности в названных устройствах:

DW_пт = DР_пт×n_пт×T_пт;(59)

DW_вт = DР_вт×n_вт×T_вт;(60)

DW_в = DР_в×n_в×T_в,(61)

где DР_пт, DР_вт, DР_в - средние потери мощности в понизительном трансформаторе, тяговом трансформаторе и выпрямителе,

n_пт, n_вт, n_в - число параллельно работающих понизительных трансформаторов, тяговых трансформаторов и выпрямителей,

T_пт = T_вт = T_в - время работы в году, которое можно принять равным 7200 часов.

6.1. Потери мощности в двухобмоточных тяговых трансформаторах выпрямительных агрегатов

Вычисляются по формуле

DР_вт = DР_хх + к_пп×DQ_хх + к_з²×к_э²×(DР_кз + к_пп×DQ_кз),(61)

где DР_хх - потери холостого хода трансформатора при номинальном напряжении, кВт;

DР_кз - потери короткого замыкания при номинальном токе, кВт;

DQ_хх - реактивная мощность намагничивания трансформатора, квар, равная (S_вт×I_хх%)/100;

DQ_кз - реактивная мощность рассеивания трансформатора, квар, равная (S_вт×u_к%)/100;

к_пп - коэффициент повышения потерь, представляющий затрату активной мощности на выработку и передачу одного квара реактивной мощности, принимаемый равным от 0,02 до 0,08 кВт/квар в зависимости от удаленности тяговых подстанций от электростанций;

к_э= - коэффициент эффективности нагрузки трансформатора;

- коэффициент загрузки трансформатора.

Произведение коэффициентов равно S_вт,э/S_вт,н;

S_вт,н - номинальная мощность трансформатора;

S_вт,э - эффективная мощность нагрузки трансформатора рассчитывается в главе 4.

Окончательно:

(62)

для обоих вариантов:

к_пп = 0,05;

вариант 1:

вариант 2:

 

6.2 Потери мощности в трёхобмоточных понизительных трансформаторах

(63)

Для трехобмоточных трансформаторов потери мощности и падения напряжений можно определить по формулам:

DР_кз1 = 0,48×DР_кз;(64)

DР_кз2 = 0,23×DР_кз;(65)

DР_кз3 = 0,29×DР_кз;(66)

u_к1% = 0,5×(u_вн-сн% + u_вн-нн% – u_сн-нн%);(67)

u_к2% = u_вн-сн% – u_к1%;(68)

u_к3% = u_вн-нн% – u_к1%.(69)

DР_кз1 = 0,48×105 = 50,4 кВт;

DР_кз2 = 0,23×105 = 24,2 кВт;

DР_кз3 = 0,29×105 = 30,5 кВт;

u_к1% = 0,5×(17 + 10,5 – 6) = 10,75%;

u_к2% = 17 – 10,75 = 6,25%;

u_к3% = 10,5 – 10,75 = -0,25%.

вариант 1:

вариант 2:

 

6.3 Потери мощности в выпрямителях

Находятся по формуле:

DР_в = DР_д + DР_дт + DР_ш + DР_гс,(70)

где DР_д - потери мощности в диодах выпрямителя;

DР_дт - потери мощности в делителях тока;

DР_ш - потери мощности в шунтирующих резисторах;

DР_гс - потери мощности в контуре RC.

Потери мощности в делителях тока, шунтирующих резисторах и контуре RC принимаются равными 5% от потерь мощности в диодах.

В свою очередь:

,(71)

где U_o - пороговое напряжение диода, может быть принято равным среднему значению, т.е. 0,96 В.

R_д - среднее значение динамического сопротивления диода, равное 6,4×10^-4 Ом;

I_дэ =  - эффективное значение тока за период;

I_д - средний ток диода, равный

,(72)

где к_н = 1,2 - коэффициент учитывающий неравномерность распределения тока по параллельным ветвям;

m - число фаз выпрямителя;

s - число последовательно включенных диодов на фазу;

а - число параллельных ветвей на фазу;

I_d,ср - средний ток выпрямительного агрегата, равный среднему току подстанции Б.

вариант 1:

DР_в = 1,05×10,35 =10,9 кВт.

вариант 2:

DР_в = 1,05×10,53 =11,1 кВт.

Потери энергии в понизительных трансформаторах:

вариант 1:

DW_пт = 135,4×1×7200 = 974880 кВт.

вариант 2:

DW_пт = 191,2×1×7200 = 1376640 кВт.

Потери энергии в тяговых трансформаторах:

вариант 1:

DW_вт = 88,4×1×7200 = 636480 кВт.

вариант 2:

DW_вт = 125,0×1×7200 = 900000 кВт.

Потери энергии в выпрямителях:

вариант 1:

DW_в = 10,53×1×7200 = 75816 кВт.

вариант 2:

DW_в = 11,1×1×7200 = 79920 кВт.

 

7. Проверка выбранного оборудования по граничным условиям

После выбора оборудования проводится проверка его по граничным условиям.

 

7.1 Проверка контактной сети по уровню напряжения

Проверка контактной сети по уровню напряжения производится путем сопоставления фактического напряжения с допустимыми по условию:

U_доп £ U_тп – DU_п,ср,(73)

где U_доп – уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава, установленный ПТЭ железных дорог равным не менее 2700 В при постоянном токе.

вариант 1:

2700 £ 3300 – 353;

2700 В £ 2947 В; условие выполняется.

вариант 2:

2700 £ 3300 – 409;

2700 В £ 2891 В; условие выполняется.

 

7.2 Проверка сечения контактной подвески по нагреву

Производится по условию:

I_ф,э £ I_доп,(74)

где I_доп – допустимый ток на контактную подвеску;

I_ф,э – наибольший из среднеквадратичных токов фидеров.

вариант 1:

1671 А £ 1740 А; условие выполняется.

вариант 2:

1630 А £ 1870 А; условие выполняется.

 

7.3 Проверка трансформаторов по перегреву

Выполняется по условию:

I_тп,м < I_т,доп,(75)

где I_тп,м - эффективный ток тяговой подстанции при максимальном числе поездов;

I_т,доп - допустимый ток трансформатора с учетом перегрузки.

В курсовом проекте трансформатор выбран с учетом перегрузки, поэтому такая проверка уже выполнена.