Электроснабжение железных дорог: Методические указания к выполнению лабораторных работ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

Кафедра «Электроснабжение железных дорог»

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

Санкт-Петербург

2005

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине “Электроснабжение железных дорог” составлены в соответствии с программой курса.

            Лабораторные работы содержат вопросы исследования схем питания тяговой сети, схем соединения трансформаторов тяговых подстанций, симметрирования тяговой нагрузки на электрифицированных железных дорогах переменного тока, компенсации реактивной мощности, влияния несимметрии напряжения на работу асинхронных двигателей, статистической обработки токов поездов и подстанций.

            Предназначены для студентов дневного, вечернего и заочного обучения специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог».

Разработали: А.Т. Бурков, В.Ф. Блохин, В.М. Варенцов, В.Г. Жемчугов,
Э.П. Селедцов, О.А. Степанская.

Под редакцией Э.П. Селедцова

Лабораторная работа №1

Исследование схем питания ТЯГОВОЙ сети постоянного тока

Цель работы – исследование схем питания тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока при одинаковых и различных уровнях напряжения на питающих шинах соседних тяговых подстанций, а также опытная проверка формул  для определения нагрузок по фидерам, общеподстанционных нагрузок, падения напряжений и к.п.д. тяговой сети.

Краткие теоретические сведения

Для питания тяговой сети применяются схемы одностороннего, двухстороннего и узлового питания.

При одностороннем питании нагрузка фидеров подстанции складывается из токов n поездов, т.е.

.

Обозначения величин, входящих в формулу, даны на рис. 1.1.

Схема одностороннего питания поездов

Рис. 1.1

При двухстороннем питании на величину нагрузки фидера дополнительно влияет местоположение поезда на участке питания между двумя тяговыми подстанциями, т.е.

Обозначения величин, входящих в формулы, даны на рис. 1.2.

Схема двухстороннего питания поездов

Рис. 1.2

При узловом питании (рис. 1.3) токи фидеров рассчитываются по формулам:

Напряжение поста секционирования u₀ находится из системы уравнений:

Схемы узлового питания

Рис. 1.3

При расчете нагрузок тяговых подстанций напряжения на шинах всех подстанций обычно принимают постоянными и равными. В действительности же напряжение на шинах подстанций изменяется в зависимости от нагрузки. Вследствие падающей внешней характеристики выпрямительных агрегатов напряжение на шинах подстанций снижается при увеличении нагрузки.

При нагрузках i_А на первую подстанцию и i_B на вторую напряжения на шинах будут u_А и u_B. Напряжения на шинах подстанций в общем случае различны по величине. Из-за неравенства напряжений на шинах подстанций при их нагрузке  между смежными подстанциями возникают уравнительные токи. Величина уравнительных токов прямо пропорциональна разности напряжений и обратно пропорциональна сопротивлению тяговой сети межподстанционной  зоны:

,

где R – сопротивление тяговой сети между подстанциями.

При двухстороннем питании и неравенстве напряжений на шинах подстанций (предположим  u_А < u_B) нагрузка фидера подстанции А будет меньше, а подстанции В больше, чем для случая равных напряжений, на величину уравнительного тока

При узловом питании и неравенстве напряжений на шинах соседних подстанций токораспределение между подстанциями также изменяется. Принцип определения токов подстанций аналогичен случаю двухстороннего питания.

Падение напряжения до поезда при  известном токораспределении определяется по формуле:

.

где  – ток на соответствующем участке  между подстанцией и поездом или соседними поездами;

 – длина соответствующих участков контактной сети;

 – удельное сопротивление тяговой сети, Ом/км.

Мгновенный к.п.д. определяется как отношение потребляемой поездами  мощности  к мощности, отдаваемой с шин подстанций А и В на рассматриваемую фидерную зону:

,

где  u_к и i_к – напряжение на токоприемнике и ток нагрузки поезда номера к;

u_A, u_B и i_A, i_B – напряжения на шинах и токи соответствующих подстанций.

Описание стенда

Для экспериментального исследования загрузки подстанций и режима напряжения используется физическая модель, воспроизводящая действительную картину распределения нагрузок и уровней напряжений действующего участка электрической железной дороги в уменьшенном масштабе.

Стенд представляет собой электрическую схему электрифицированного двухпутного участка. В схему входят две тяговые подстанции, пост секционирования, тяговая сеть и электровозы. Схема питания тяговой сети на стенде узловая, но по желанию можно собрать схему одностороннего и двухстороннего раздельного питания.

Сопротивление тяговой сети имитируется проволочными сопротивлениями, установленными внутри стенда и выведенными на панели через каждые 5 км моделируемого участка. В качестве электровозов применены обыкновенные реостаты. Их выводы размещены на горизонтальной панели стенда.