Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лаб.раб

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
22.05.2017
Размер:
149.49 Кб
Скачать

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

_____________________________________________________________

Одобрено кафедрой

«Электрификация и электроснабжение»

Электроснабжение железных дорог

Руководство к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Электроснабжение железных дорог» для студентов 5 курса

специализация

190901*.65 - 01 - Электроснабжение железных дорог

РОАТ МИИТ

Москва 2015

1

Составитель: канд. техн. наук, проф. Шиловская Р.В.

Рецезент: ст. преподаватель Фомина З.А.

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА , 2015

2

Моделирование токораспределения в тяговой сети постоянного тока

Цель работы

Целью работы является моделирование токораспределения в тяговой сети при различных схемах питания и различных допущениях, принимаемых в расчетах мгновенных схем.

Краткие теоретические сведения.

Схемы питания тяговой сети, рассматриваемые в работе:

-одностороннее питание,

-двухстороннее питание,

-узловая схема.

Допущения, принимаемые в расчетах, зависят от представления внешней характеристики подстанции. Ее вид показан на рис.1

 

Ud

 

Uвкл

 

Uo

 

Udн

Инвертор

Выпрямитель

 

Id

 

Idн

Рис.1 Внешняя характеристика подстанции - зависимость напряжения

на шинах подстанции Ud от тока подстанции Id.

Uo

- напряжение холостого хода.

Uвкл – напряжение включения инвертора.

Udн

- номинальное напряжение выпрямителя,

Idн

- номинальный ток выпрямителя.

3

Преобразователь подстанции может работать в двух режимах: выпрямительном и инверторном. В области рабочих нагрузок при выпрямлении зависимость Ud(Id) – линейна. В случае рекуперации и отсутствии электровозов в режиме тяги преобразователь переводится в инверторный режим.

Таким образом, характеристика подстанции состоит их трех линейных участков: выпрямление, запертое состояние ( Id = 0 ) и инвертирование.

Учет реальной характеристики подстанции обеспечивает необходимую точность расчетных значений, но требует применения более сложных вычислений.

Рассмотрим схему участка электроснабжения с пятью подстанциями ( рис.2 )

 

 

 

 

 

 

 

U01

 

 

U02

 

U03

 

U04

U05

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

+

 

+

 

 

+

 

+

 

+

 

ρ1

I1

ρ2

I2

ρ3

I3

ρ4

I4

ρ5

 

 

 

i1

 

i2

 

 

i3

 

i4

 

 

 

R1

 

 

R2

 

R3

 

R4

I5

 

 

 

 

 

 

 

I01

 

 

I02

 

I03

 

I04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I05

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Cхема участка электроснабжения железной дороги

 

 

постоянного

тока с пятью подстанциями.

 

 

 

Ij

- искомые токи подстанций,

 

 

 

 

 

 

Ioi

- заданные токи подстанций,

 

 

 

 

 

 

Uoj - напряжения холостого хода подстанций,

 

 

 

 

ρj - внутренние эквивалентные сопротивления подстанций,

 

 

Rj

- сопротивления тяговой сети между подстанциями j и j+1.

 

 

Внутренние эквивалентные сопротивления подстанций зависят от коммутации в выпрямителях и рассчитываются как отношение среднего значения коммутационного падения напряжения ∆Ux к номинальному току выпрямителя:

ρ = ( Uo – Udн )/ Idн = ∆Ux / Idн

4

Алгоритм расчета мгновенной схемы можно представить в следующей последовательности в зависимости от сложности расчетов и точности результатов.

1.Расчет токов фидеров и подстанций при ρj=0 и равных напряжениях холостого хода подстанций Uoj ( ρj - внутреннее эквивалентное сопротивление подстанции j ).

2.Расчет токов подстанций при ρj неравных нулю и неравных Uoj

при линейных характеристиках подстанций.

3.То же при рекуперации с учетом нелинейных характеристик подстанций.

4.Расчет напряжений на шинах подстанций Uj, корректировка токов фидеров, расчет токов, потерь напряжений и напряжений в контактной сети, потерь мощности.

Полный расчет электрической схемы участка электроснабжения электрической железной дороги выполняется после того как выполнен начальный его этап и рассчитаны токи подстанции без учета наклона внешних характеристик, т.е. при внутренних эквивалентных сопротивлениях подстанций ρj=0, j=1,n, где n – число подстанций.

Задача ставится следующим образом: рассчитать токи подстанций Ij при заданных напряжениях холостого хода Uoj и извеcтных токах Ioj, рассчитанных при ρj=0 и равных напряжениях подстанций.

Составим уравнение на основании закона Ома и Кирхгофа.

Токи подстанций:

 

 

 

I1

= Io1 + i1

 

 

 

 

 

 

I2

= Io2 + i2

 

 

 

...........

OOO

 

 

( 1 )

Ij

= Ioj + ij

 

 

 

...........

OOO.

 

 

 

In

= Ion + in-1

 

 

 

В свою очередь токи

ij

равны

 

Uo1 - ρ1*I1

 

 

Uo2 - ρ2*I2

i1

= ----------------

-

----------------

 

R1

 

 

R1

5

 

Uo2 - ρ2*I2

Uo3 - ρ3*I3

i2

= ----------------

-

-----------------

 

R2

R2

................................

 

OOOOOO...........

 

Uoj -

ρj*Ij

Uo(j+1) - ρ(j+1)*I(j+1)

ij

= ------------------

-

-------------------------

 

Rj

 

Rj

..........................................

 

 

OOOOOO.

 

U(n-1) - ρ(n-1)*I(n-1)

Uon - pn*In

i(n-1)= -----------------------

 

- --------------

 

R(n-1)

R(n-1)

Подставим выражения ij в формулы для токов подстанции Ij ( 1 )

Полученная система уравнений имеет n уравнений с n неизвестными по числу подстанций.

(1+ρ1/R1)*I1 - (ρ2/R2)*I2

=

I01 + (U01-U02)/R1

 

 

 

 

(ρ1/R1)*I1 + (1+ρ2/R12/R2)*I2 - (ρ3/R3)*I3

=

I02 + (U02-U01)/R1 +

 

 

 

 

+ (U02-U03)/R2

 

 

. . . . . . . . . . . . .

. . . . .

 

( 2 )

 

j-1/Rj-1 )*Ij-1 + (1+ρj/Rj-1j/Rj)*IJ - (ρj+1/Rj)*Ij11 =

I0j + (U0j–U0j-1)/Rj-1 +

 

 

 

 

 

 

+ (U0j–U0j-1)/Rj

 

 

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

 

n/Rn)* In-1 + (1+ρn /Rn-1)* IN = I0n +(U0n –U0n-1 )/Rn-1

 

 

 

 

В системе линейных уpавнений ( 2 ) :

Ij - искомые токи подстанций,

Ioi - заданные токи подстанций,

Uoj - напряжения холостого хода подстанций,

ρj - внутренние эквивалентные токи подстанций,

Rj - сопротивления тяговой сети между подстанциями j и j+1.

6

Пpи pавных

напpяжениях холостого хода U01 = U02 = ... = U0n и

эквивалентных

внутpенних сопpотивлений подстанций

ρ1 = ρ2 = ... =ρn = 0, искомые токи подстанции Ij = I0j.

Токи I0j

pассчитываются по токам поездов:

 

кn

I0j = ∑ Inkj , к=1

где Inkj - составляющая тока поезда k Ink ,отнесенная к j-ой подстанции;

kn - количество поездов в подстанционной зоне.

Эквивалентные внутpенние сопpотивления подстанций ρj pассчитываются по следующей фоpмуле:

ρ = (Ud0 / I)*[А*

(uк% /100* N) + Sн/ Sкз

+

+ ∆Рм% /100

+ ∆Рл% /100] + Rотс,

( 3 )

где Udo

-

напpяжение холостого хода подстанции, В;

I

-

номинальный ток выпрямительного агpегата, А;

uк% - напpяжение коpоткого замыкания тpансфоpматоpа, %;

N- количество агpегатов на подстанции;

А

-

коэффициент наклона внешней хаpактеpистики

 

 

выпpямителя,

 

 

для используемых шестипульсовых схем А = 0,5;

-

мощность выпpямительного тpансфоpматоpа, кВА;

Sкз - мощность коpоткого замыкания на шинах подстанций, кВА;

∆Рм - активные потеpи в обмотках выпpямительного тpансфоpматоpа пpи номинальном pежиме

(в % к мощности выпpямленного тока Рdo = Udo * I); ∆Рл - то же в питающей линии;

Rотс - сопpотивление цепи отсоса, Ом.

7

Систему линейных уравнений пpедставим в более компактном виде, введя обозначения коэффициентов пеpед искомыми токами Ij и напpяжениями холостого хода U0j:

а1 = 1+ ρ1 /R1; аn = 1 + ρn /Rn-1; аj = 1 + ρj /Rj-1 + ρj /Rj

bj = - ρj+1/ Rj ;

cj = - ρj-1 / Rj-1

;

а1' = 1 /R1;

аn' = 1 /Rn-1;

аj' = 1 /Rj-1 + 1 /Rj;

bj' = -1 /Rj ;

cj' = -1 /Rj-1 ,

пpи j = 1 ... n

Тогда в матpичном виде получаем:

А*I = Iо + В*Uо,

( 4 )

где А, В - квадpатные тpехдиагональные матpицы матрицы Якоби размером n * n;

I, Iо, Uо - матpицы - столбцы.

 

а1 b1

 

 

 

 

 

а1' b1'

 

с2 а2 b2

 

 

 

 

с2' а2' b2'

А =

............

 

OOO

 

 

В =

.............

OOO

 

 

сj

аj

bj

 

 

 

 

cj' аj' bj'

 

............

 

OOO

 

 

 

............

OOO.

 

 

 

сn

аn

 

 

 

 

сn' аn'

 

 

I1

 

 

 

Io1

 

 

Uo1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

Io2

 

 

Uo2

 

 

I =

O

 

Io =

 

Uo=

O

 

 

 

Ij

 

 

 

Ioj

 

 

Uoj

 

 

 

O

 

 

 

O

 

 

O

 

 

 

In

 

 

 

Ion

 

 

Uon

 

В правой части системы уравнений ( 4 ) находятся известные значения токов и напряжений. Если напряжения холостого хода всех подстанций одинаковы, то АI = Io.

8

Разберем коэффициенты при неизвестных токах. Они все зависят от отношения внутреннего эквивалентного сопротивления к сопротивлению тяговой сети, т.е. от отношения ρ/R. Если ρ мало или отношение ρ/R приблизительно равно нулю , то искомые токи подстанции Ij = Ioj, т.е. токи подстанций равны токам, рассчитанным при ρ=0. Чем больше отношение ρ/R отличается от нуля, тем больше будут различаться токи Ij от Ioj. Отношение ρ/R зависит от числа выпрямительных агрегатов на подстанции и расстояния между подстанциями. При увеличении числа агрегатов эквивалентное внутреннее сопротивление уменьшается, а при увеличении расстояния между подстанциями увеличивается R. Необходимость учета наклона внешних характеристик возникает при расчете токов подстанций линии метрополитена, где отношение ρ/R>0. После того, как определены токи подстанций, рассчитываются напряжения на шинах подстанций, корректируются токи фидеров, рассчитываются потери напряжения в тяговой сети до нагрузок, напряжения на токоприемниках поездов, потери мощности в тяговой сети.

Работа №1

Моделирование токораспределения в тяговой сети на участке с односторонним питанием

Условия моделирования: ρ = 0.

Для заданных нагрузок I1, I2, I3 и их местоположений на фидерной зоне длиной L рассчитать и построить токи в контактной сети в зависимости от длины Iкс( l ), падения напряжения в контактной сети в зависимости от длины ∆Uкс( l ) и напряжения в контактной сети в зависимости от длины Uкс( l ), рассчитать потери мощности в тяговой сети ∆Ртс и указать их в процентах к мощности подстанции ∆Ртс% . На рис.3 показана подстанция А и мгновенная схема, под которой следует построить требуемые зависимости.

9

п/ст А

 

L1

L2

L3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

I2

I3

Iкс( l )

 

 

∆Uкс( l )

 

 

Uкс( l )

 

 

Рис.3

 

 

Исходные данные

 

Длина фидерной зоны

L, км – задается преподавателем

 

 

( 20 – 25 км )

Расстояния от подстанции до нагрузок вычисляется по формулам:

 

L1

= 4 + N*0.2, км

 

L2

= 9 + N*0.2, км

 

L3

= 14 + N*0.2, км

Токи нагрузок также вычисляются по формулам:

 

I1

= 200 + N*10, А

 

I2

= 100 + N*10, A

 

I3

= 300 + N*10, A

Напряжение подстанции

нечетные варианты U = 3300B,

 

четные

варианты

U = 3200В

Сопротивление тяговой сети: нечетные варианты

r = 0.05 Ом/км,

 

четные

варианты

r = 0.06 Ом/км.

Номер варианта N задается преподавателем по списку группы.

Работа №2

Моделирование токораспределения в тяговой сети на участке с двухсторонним питанием

Условия моделирования: ρА = ρВ = 0.

На рис.4 показан участок с двумя подстанциями А и В. Напряжения подстанций одинаковы и соответствуют значениям напряжения работы №1.Остальные исходные данные также соответствуют данным работы №1. В работе №2 следует также рассчитать и построить токи в контактной сети Iкс( l ), падения напряжения в контактной сети ∆Uкс( l ) и напряжения в контактной сети Uкс( l ), рассчитать потери мощности в

10

Соседние файлы в предмете Электроснабжение железных дорог