CC BY
26
УДК 621.311
О. В. Залесова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЯГОВЫХ ТОКОВ
Аннотация
Статья посвящена экспериментальному исследованию спектрального состава тяговых токов. Выполнен анализ изменения спектра тока электровоза при появлении дополнительной нагрузки в одной межподстанционной зоне.
Ключевые слова:
электрифицированная железная дорога, тяговый ток, гармонический состав.
53
O. V. Zalesova
EXPERIMENTAL RESEARCH OF TRACTION CURRENTS HARMONIC COMPOSITION
Abstract
The article is devoted to experimental research of current frequency spectrum of traction currents. We made the analysis of electric locomotive currents spectrum change when the additional load in the zone among substations appeared.
Keywords:
electric railway, traction currents, harmonic composition.
Наведенное напряжение на отключенных воздушных линиях электропередачи (ВЛЭП), обусловленное электромагнитным влиянием контактной сети железной дороги переменного тока, в значительной степени зависит от частоты тока, протекающего в ней. Поэтому для оценки опасного влияния, возникающего во время ремонтных работ на линии, необходимо исследовать спектральный состав тока, нагружающего контактную сеть.
Спектр тока тяговой сети подвержен непрерывным изменениям, вызванным работой выпрямительных электровозов. Анализ осциллограмм первичного тока электровоза при двух и трех нагрузках на одной межподстанционной зоне, выполненный в [1], показал, что амплитудный спектр тока каждого электровоза зависит, главным образом, от его нагрузки и не зависит от режимов работы соседних электровозов. Однако, как показали наши исследования [2] и исследования в [1], амплитуды гармоник тока тяговой сети, питающей два электровоза, оказались ниже (в нашем случае в 1.4-1.6 раза) соответствующих гармоник при одном электровозе в зоне питания и том же токе.
Исследования тока в тяговой сети, электрифицированной на переменном токе, выполненные сотрудниками Центра физико-технических проблем энергиетики Севера КНЦ РАН ранее в 2008 г. [2], из-за недостатка экспериментальных данных нельзя считать объективными. Поэтому с целью получения более общих данных был проведен новый мониторинг тока в тяговой сети на том же участке межподстанционной зоны Апатиты — Оленегорск (рис. 1).
ст. Апатиты
ст. Хибины
ЭЧЭ-141---О-
устройство устройство
регистрации регистрации
№1 fi Нефелиновые №2 пески
о
ст. Оленегорск ст. Имандра
-Q---ЭЧЭ-12
15 км
7 км
4.7 км
5.6 км
5.7 км
35 км
Рис. 1. План расположения устройств регистрации тока в тяговой сети на участке железной дороги Апатиты — Оленегорск
Выбор данного участка межподстанционной зоны протяженностью 73 км был определен исходя из того, что, во-первых, он является однопутным, во-вторых, достаточно удален от питающих его подстанций ЭЧЭ-12 и ЭЧЭ-14, что позволило получить наиболее достоверные данные тяговых токов в рельсовой сети.
Мониторинг токов в рельсовой сети проводился синхронно двумя устройствами регистрации, расположенными на участке между станциями Хибины и Имандра (рис. 1). Для измерения тока использовались токовые клещи специальной конструкции типа АТК-2011, которые подключались к шине, соединяющей средние выводы дроссель-трансформаторов смежных рельсовых цепей (рис. 2) [3]. Сигнал с них по изолированному кабелю передавался на приемное устройство цифрового регистратора (ПК), установленного вблизи полотна на расстоянии 20 м, и производилась непрерывная цифровая запись тока в рельсе.
Рис. 2. Схема установки устройства регистрации тока в рельсах
За счёт того, что часть обратного тока стекает с рельсов и возвращается на тяговые подстанции через землю, регистрируемые величины тока значительно меньше, и только при непосредственном прохождении электроподвижного состава (ЭПС) над датчиком и вблизи него величина тока соответствует той, которая была бы при протекании всего обратного тока в рельсе [4]. В зависимости от направления движения ЭПС составляющие обратных тяговых токов определялись из полученных осциллограмм следующим образом:
• «апатитский» ток /ап — ток, регистрируемый УР после прохождения датчика, если состав движется на север, или до прохождения датчика, если состав движется на юг;
• «оленегорский» ток 1ол — ток, регистрируемый УР до прохождения датчика, если состав движется на север, или после прохождения датчика, если поезд движется на юг.
На рисунке 3 приведен пример, где четко обозначена граница раздела этих токов. Здесь представлен фрагмент осциллограммы, полученной в момент прохождения электровозом устройства регистрации № 2. Поскольку он находился ближе к ЭЧЭ-14, соответственно, большая часть тока (составляющая 1ап) поступала к нему от этой подстанции.
В исследовании проводилось сравнение составляющих полных токов, потребляемых ЭПС с каждой из питающих подстанций. Всего было получено двадцать экспериментов. Действующие значения сравниваемых токов определялись в диапазоне 40-75 А.
Таким образом, для исследования были выявлены амплитудные спектры электровозов для двух случаев: когда на участке железной дороги проходил один и два ЭПС. Сравнение спектров тягового тока проводились по данным, полученным с устройства регистрации № 2. Ток второго электровоза на участке регистрировался устройством № 1, при этом во втором случае составы на участке одновременно проходили пункты измерения.
Рис. 3. Точка токораздела обратных тяговых токов
Результаты экспериментального исследования представлены на рис. 4 в виде гистограмм относительных (по отношению к основной гармонике) значений 3-й и 5-й гармоник тока электровозов для двух рассматриваемых случаев. Сравнение проводилось для первых двух высших гармоник, поскольку они имеют наибольшие амплитудные значения по отношению к основной гармонике (амплитуда 3-й гармоники может составлять 20-30 %, амплитуда 5-й гармоники — 10-15 %) [4].
Рис. 4. Относительные спектры тока тяговой сети при одном и двух ЭПС на участке Апатиты — Оленегорск
232391485353532323484853533148484823
Результаты проведенного исследования показали, что амплитудные значения 3-й гармоники тока в тяговой сети, питающей два ЭПС, в 50 % случаев оказались ниже в 1.1-1.5 раза соответствующих значений гармоник при одном ЭПС в зоне питания и том же токе, а для 5-й гармоники ниже в 1.1-1.7 раз — в 65 % случаев. В других случаях они были либо равны (3-я гармоника — 40 %, 5-я гармоника — 20 %), либо значения амплитуд высших гармоник тока при двух ЭПС в зоне питания превышали соответствующие значения при одном ЭПС в 1.1-1.25 раза (3-я гармоника — 10 %, 5-я гармоника — 15 %).
Выводы
Исследование токов в рельсовой сети, проведенное на однопутном участке железной дороги Апатиты — Оленегорск, позволило рассмотреть изменение спектра тока электровоза при появлении дополнительной нагрузки в этой межподстанционной зоне для достаточного количества экспериментов, чтобы считать результаты исследования наиболее достоверными относительно предыдущих, представленных в работе [2].
По результатам исследования можно заключить, что при значительном удалении электровозов от питающих тяговых подстанций и при прочих равных условиях появление дополнительной нагрузки в межподстанционной зоне не всегда вызывает изменение спектрального состава тока находящегося на ней электровоза, а именно уменьшает значения высших гармоник в 1.5 раза [1].
Литература
1. Карякин Р. Н. Тяговые сети переменного тока. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1987. 279 с.
2. Залесова О. В., Якубович М. В. Экспериментальное исследование спектрального состава тока в рельсах // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2013. № 2 (15), вып. 6. С. 97-102.
3. Исследование гармонического состава наведенного напряжения на линиях электропередачи, выведенных в ремонт ЕМТР / В. Н. Селиванов, О. В. Залесова, В. В. Колобов, А. В. Богданова, В. Ф. Данченко // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2016. № 1 (35), вып. 12. С. 57-68.
4. Залесова О. В. Исследование уровня наведенного напряжения на отключенной линии электропередачи, находящейся в зоне влияния тяговой сети железной дороги переменного тока // Вестник МГТУ. 2014. Т. 17, № 1. С. 40-45.
Сведения об авторе Залесова Ольга Валерьевна,
младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: Drozdova_nord@mail.ru
