Электроснабжение электрифицированных железных дорог - Технико-экономические расчеты системы электроснабжения

Основными параметрами системы электроснабжения являются расстояние L между тяговыми подстанциями, мощность Р подстанции и площадь сечения S проводов контактной сети. Они взаимосвязаны и при изменении одного из них изменяются другие. Уменьшение расстояния между подстанциями приводит к уменьшению мощности подстанций и площади сечения проводов контактной сети. Меньше становятся потери электроэнергии в контактной сети и питающих подстанцию ВЛ, уменьшаются токи в фидерах контактной сети, а токи к. з. возрастают, что облегчает защиту этих фидеров. На дорогах постоянного тока при более частом расположении тяговых подстанций улучшаются условия питания нетяговых и районных потребителей, уменьшается стоимость ВЛ продольного электроснабжения. Надежность работы устройств электроснабжения повышается. Однако частое расположение подстанций приводит в то же время к увеличению капиталовложений и эксплуатационных расходов.
Увеличение расстояния между подстанциями вызывает необходимость увеличения площади сечения контактной сети и мощности тяговых подстанций. При этом несколько снижается надежность устройств электроснабжения, но уменьшаются капитальные вложения.
Повышение скоростей движения поездов, применение комплексного электроснабжения нетяговых и районных потребителей заставляют уменьшать расстояния между тяговыми подстанциями, так как при этом повышается напряжение в тяговой сети, улучшаются условия питания нетяговых и районных потребителей и уменьшаются потери в сетях.
Задачу выбора параметров системы электроснабжения решают на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом размеров движения, типа подвижного состава, скоростей движения поездов, внедрения новой техники и других факторов. Для любого участка можно составить ряд вариантов с различными сочетаниями параметров L, Р, S и увязкой их с питающей системой. Варианты должны быть примерно технически равноценными.
Для выбора наиболее технически целесообразного варианта, экономически наивыгоднейшего, определяют и
сопоставляют капитальные затраты К и эксплуатационные расходы Э. Помимо этого, сопоставляют натурные показатели (расход цветных металлов и т.д.) для каждого варианта.
При сопоставлении вариантов исходят из срока окупаемости Т, т.е. времени, в течение которого дополнительные капитальные вложения по более дорогому варианту окупятся вследствие уменьшения эксплуатационных расходов. Для объектов электрификации принимают Т= 10 лет. При K1<K2 и Э1>Э2 срок окупаемости
(71)
Вариант с большими затратами /С2 будет более экономичным, если Т более 10 лет лет. Величину, обратную сроку окупаемости, р=1/Т называют коэффициент эффективности.
Сравнивая более двух вариантов, применяют метод приведенных расходов, по которому для каждого варианта определяют полные расходы за год,
(72)
Экономически наивыгоднейшим вариантом является тот, для которого приведенные расходы будут наименьшими.
Подстанции располагают на крупных узлах или станциях, которые допускают примыкание подъездного пути к подстанции и обеспечены системой водопровода и канализации. В этом случае бытовые и культурные условия для обслуживающего персонала подстанции будут лучшими. Учитывается также наличие и размещение нетяговых и районных потребителей.
При стыковании различных систем тяги подстанцию располагают на стыковой станции, что приводит к повышению надежности работы устройств и снижению капитальных затрат. Размещение подстанций увязывают с профилем участка и режимом работы электроподвижного состава на этом участке. Обычно их располагают вблизи затяжных подъемов, где поездами потребляется наибольшая энергия. При этом снижаются расход меди на устройство контактной сети, потери напряжения и энергии в тяговой сети. Расстояние между подстанциями выбирают на основании опыта эксплуатации в зависимости от потребления энергии на 1 км пути.
Площадь сечения контактной сети принимают по техническим условиям и экономическим соображениям после установления вариантов размещения тяговых подстанций. Для дорог переменного тока площадь сечения проводов выбирают исходя из условий механической стойкости контактной подвески (130—195 мм2 на путь в медном эквиваленте). Выбранные провода проверяют на нагревание, по уровню напряжения на токоприемнике, по защите от токов к. з. в нормальных и вынужденных режимах.
Напряжение на токоприемнике при движении электровоза под током на любом блок-участке не должно быть ниже 2700 В на дорогах постоянного тока и 21 кВ на дорогах переменного тока.
Параметры системы электроснабжения проверяют по условиям вынужденных режимов работы при эксплуатации: выпадание из работы одной подстанции, выход из строя одного агрегата на подстанции, питающей линии и др. Это позволяет выяснить, какой из вариантов приводит к наименьшему ухудшению условий работы системы электроснабжения и к наименьшим нарушениям графика движения поездов.