ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО ИРГУПС) Факультет «Системы обеспечения транспорта» Кафедра «Электроэнергетика транспорта» Контрольная работа № 1 по дисциплине «Электроснабжение железных дорог» «Расчет напряжения и потерь активной мощности тяговой подстанции постоянного тока 3,3 кВ» Выполнил: Проверил: студент группы СОД.1-19-2 доцент кафедры ЭТ Денисенко А.А. Тихомиров В.А. ___________________ ___________________ «____» ________ 2023 г. «____» ________ 2023 г. Иркутск 2023 Задание на контрольную работу 1. Нарисовать принципиальную схему подстанции со схемой выпрямления, написать электрические характеристики понижающего и преобразовательного трансформатора, преобразовательного агрегата. 2. Рассчитать напряжение холостого хода подстанции. 3. Рассчитать внутреннее сопротивление подстанции. 4. Рассчитать напряжение на тяговых шинах подстанции. 5. Построить внешнюю характеристику подстанции. 6. Рассчитать потери активной мощности и энергии в трансформаторах и её стоимость. Исходные данные Таблица 1 – Исходные данные ПреобразоваСхема № Понижающий тельный выпрямле п/п трансформатор трансформатор -ния ТДТН25000/110 Ход работы: 5 ТДРУ20000/10 Нулевая Вып. Количестток во ПА, шт Id , A 3000 1 Мощнос ть КЗ Sкз, МВ·А 450 1. Принципиальная схемы тяговой подстанции постоянного тока. Схемы тяговой подстанции постоянного тока электрических железных дорог различают с двойной трансформацией напряжения и с одинарной. Так как, согласно варианту задания на первичные шины тяговой подстанции приходит напряжение 110 кВ, то схема подстанции имеет двойную трансформацию 110/10 кВ и 10/3,3 кВ (рисунок 1). Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 2 СВЭ-110 кВ ПТ 35 кВ ТДТН-25000/110/35/10 10 кВ ТТ ТДРУ-20000/10 ПА 3,3кВ В + КС Электровоз - ТР Рисунок 1 – Принципиальная схема подстанции постоянного тока с двойной трансформацией: СВЭ-110 кВ – трехфазная сеть внешнего электроснабжения 110 кВ; ПТ – понизительный трансформатор с обмотками 110, 35, 10 кВ; ТТ – тяговый трансформатор; В – выпрямитель; ПА – преобразовательный агрегат; КС – контактная сеть; ТР – тяговый рельс; Электрические характеристики понизительного трансформатора: ТДТН-25000/110-66 – трехфазный трансформатор; охлаждение с дутьем и естественной циркуляцией масла; трёхобмоточный, с автоматическим регулированием напряжением под нагрузкой; номинальная мощность 25 000 кВА, класс напряжения 110 кВ, год выпуска конструкции 1966 год. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 3 Таблица 2 – Электрические характеристики понижающего трансформатора Тип трансформатор а ТДТН25000/110 Номинальное напряжение, обмоток, кВ Потери, кВт uk, % Ix , % ВН СН НН Рх Рк ВН СН 11 5 11 36 14 5 10, 5 38, 5 СН Н Н 17, 6,0 1,0 0 ВН НН Схема и группа соединени я обмоток Yн/Yн/∆-0-11 Электрические характеристики преобразовательного трансформатора: – Тип трансформатора – ТДРУ-20000/10; – Номинальное напряжение сетевой обмотки – 10,5 кВ; – Номинальный линейный ток сетевой обмотки – 651 А; – Номинальная первичная мощность – 11,83 МВ·А; – Номинальный ток преобразователя – 3200 А; – Номинальное напряжение вентильной обмотки – 3020 В; – Напряжение короткого замыкания uk – 7,5 %; – Ток холостого хода Ix – 2,7 %; – Потери мощности: холостого хода Рх = 29 кВт; короткого замыкания Рк = 101 кВт; – Схема соединения обмоток: Сетевой: Y или ∆; Вентильной: Две обратные Y с уравнительным реактором с отпайками. ТТ В + А В ЭПС С - Рисунок 2 – Трехфазная нулевая шестипульсная схема выпрямления Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 4 Тип и параметры выпрямительного преобразователя: • Тип преобразователя – ПВЭ-3У2; • Номинальное напряжение – 3300 В; • Номинальный ток – 3000 А. 2. Расчет напряжения холостого хода Uн U U ∙N ∙S S ∙N 1 − A ( кт + кп т нт + нт т ) 100 100 ∙ Nп ∙ Sнп Sкз где А = 0,5 – коэффициент относительного наклона внешней характеристики преобразовательного агрегата для нулевой и мостовой схем выпрямления; UН = 3,3 кВ – номинальное выпрямленное напряжение на шинах подстанции; UКТ, UКП – напряжение короткого замыкания трансформаторов тягового и понизительного, %; Nп, Nт – количество понизительных и тяговых трансформаторов параллельно работающих; SНП SНT – номинальная мощность понизительного и тягового трансформатора, кВА; SКЗ – мощность короткого замыкания на первичных шинах подстанции. U0 = U0 = 3,3 = 3,378кВ 0,075 0,17 ∙ 1 ∙ 20000 20000 ∙ 1 1 − 0,5 ∙ ( + + ) 100 100 ∙ 1 ∙ 25000 450 ∙ 1000 3. Внутреннее сопротивление тяговой подстанции 𝑈кт 𝑈кп 1 + + ) 100 ∙ Nт ∙ Sнт 100 ∙ Nп ∙ Sнп Sкз где Хс – сопротивление сети внешнего электроснабжения; Хп, Хт – сопротивление понизительного и тягового трансформатора. Сопротивления приведены к выпрямленному напряжению холостого хода. 0,075 0,17 1 ς = 0,5 ∙ 3,3782 ∙ ( + + ) = 0,0133 Ом 100 ∙ 1 ∙ 20 100 ∙ 1 ∙ 25,000 450 ς = Хс + Хпт + Хтт = А ∙ 𝑈0 2 ∙ ( 4. Напряжение на шинах подстанции Uш = Uо – Id ς, где Id – заданный выпрямленный ток подстанции. Uш = 3378 – 3000 ∙ 0,0131 = 3338,7 В. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 5 5. Внешняя характеристика подстанции U(Id) Таблица 3 – Внешняя характеристика подстанции Id, A U, В 0 3378 1000 3364,9 2000 3351,8 3000 3338,7 4000 3325,6 5000 3312,5 6000 3299,4 3390 3380 3370 3360 3350 Uo, В 3340 3330 3320 3310 3300 3290 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Id, А Рисунок 3 - Внешняя характеристика тяговой подстанции UO (I) 6. Потери активной мощности и энергии в трансформаторах подстанции и её стоимость ∆Рт = Рс + Рм; Рст = Рхх; Рм = 3∙I2 ∙ (Rтт + Rпт) , где Рст, Рм - потери в стали и меди трансформаторов; I1 – ток первичной обмотки 10 кВ тягового трансформатора, равный току вторичному понизительного трансформатора. Для мостовой схемы действующий фазный ток первичной обмотки тягового трансформатора: I1 = Id/Кт√6; Кт = U1ф/U2ф = 10,5 /√3 ∙ 3,02 = 2; Активное сопротивление трансформаторов: Rт = Рк ∙U2н 103 / S2н, Ом, где Рк – номинальные потери в обмотке (меди) трансформатора, кВт; Uн = 10,5 кВ – номинальное напряжение трансформатора; Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА. R∑ = Rтт + Rпт – суммарное активное сопротивление трансформаторов. Потери мощности в трансформаторах: ∆Рт = Рст тт + Рст пт + 3∙I12 ∙R∑ , кВт. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 6 Процент потерь электроэнергии в трансформаторах ∆Р = (∆Рт/Р) ∙100, %, где Р = U ∙ Id - потребляемая мощность. Расчет: Рс =Рс пт + Рс тт = 36 + 29 = 65 кВт ; Рм = 3∙I2 ∙ (Rтт + Rпт); I1 = Id/Кт√6 = 3000/2∙√6 = 612,4 А; Rпт = Рк ∙U2н 103 / S2н = 145∙10,52∙103 /250002 = 0,0255 Ом Rтт = Рк ∙U2н 103 / S2н = 101∙10,52∙103/200002 = 0,0278 Ом Рм = 3∙I2 ∙ (Rтт + Rпт) = 3∙612,42∙0,0534 = 60080,4 Вт = 60,08 кВт; ∆Рт = Рс + Рм= 65 + 60,08 = 125,08 кВт; Потребляемая мощность Р = U ∙ Id = 3378∙ 3000 = 10134 кВт; Потери активной мощности ∆Рт=125,08 кВт; составляющая потери мощности ∆РЭЭ = 125,08 / 10134= 0,0123; Процент потерь электроэнергии в трансформаторах ∆Р=(∆Рт/Р) ∙100%: годовые потери электроэнергии составили ∆А = 125,08 кВт ∙ 8760 час = 1095700,8 кВт∙ч; процент потери ЭЭ ∆РЭЭ = 7,5 %; Годовая стоимость потерь электроэнергии: Сгээ =125,08 кВт ∙ 8760 час ∙ 2, 29 руб/кВт∙ч = 2509154,832 рублей, где ∆Рт = 125,08 кВт – активные потери мощности в трансформаторах подстанции; 8760 час – количество часов в году; 2, 29 руб/кВт∙ч – стоимость одного кВт∙ч электроэнергии. 7. Вывод Выполненные расчеты показали, что на тяговой подстанции постоянного тока 3,3 кВ имеются значительные потери активной мощности, что ведет к высокой готовой стоимости потерь электроэнергии Сгээ = 2 509 154,832 рублей, следовательно необходимо проводить мероприятия для уменьшения потерь и рационального использования электроэнергии. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КР.440100.23,05,05.02.ПЗ Лист 7
