CC BY
79
2. Marskiy V. E. Determination of the capacity of railroads in the traction power supply devices [Opredelenie propusknoi sposobnosti zheleznodorozhnykh uchastkov po ustroistvam tiagovogo el-ektrosnabzheniia]. Vestnik nauchno-issledovatel'skogo instituía zheleznodorozhnogo transporta -Bulletin of the VNIIZhT, 2014, no. 1, pp. 40 - 46.
3. Vilgelm A. S., Komyakov A. A., Nezevak V. L. Improvement in the method of calculation of the AC traction power system [Sovershenstvovanie metoda rascheta sistemy tjagovogo jelektros-nabzhenija peremennogo toka]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin. 2014, no. 3 (19), pp. 54 - 65.
4. Pashkov D. V., Ponomarev A. V. Load forecasting in RZD using simulation [Planirovanie rashoda elektricheskoj energii na tehnologicheskie nuzhdy strukturnyh podrazdelenij RZD s ispol'zovaniem imitacionnogo modelirovanija]. Transport Urala - Transport of the Urals, 2008, no. 3, pp. 87 - 91.
5. Hristinich R. M., Lukovenko A. S. Prediction of the reliability and operation modes of traction transformers under load limit [Prognozirovanie nadezhnosti i rezhimov raboty tjagovyh trans-formatorov v uslovijah predelnoj nagruzki] / Sovremennye tehnologii. Sistemnyj analiz. Modeliro-vanie - Modern technologies. System analysis. Simulation, 2015, no. 2 (46), pp. 130 - 136.
6. Manusov V. Z., Birjukov E. V. Short-term forecasting of electric load based on fuzzy neural network and its comparison with other methods [Kratkosrochnoe prognozirovanie elektricheskoj nagruzki na osnove nechetkoj nejronnoj seti i ee sravnenie s drugimi metodami]. Izvestia Tomskogo politehnicheskogo universiteta - Proceedings of TPU. 2006, t. 309, no 6, pp. 153 - 157.
7. Zadeh, Lotfi. Outline of a New Approach to the Analysis of Complex Systems and Decision Processes /IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, SMC-3(1), January 1973, p. 28 -44.
8. Birjukov E.V., Kornev M. S. Practical implementation of fuzzy neural network in the short term-rated electrical load forecasting [Prakticheskaja realizacija nechetkoj nejronnoj seti pri krat-kosroch-nom prognozirovanii elektricheskoj nagruzki]. Portal magistrov DonNTU: URL: http://www.masters.donntu.edu.ua/2006/kita/chuykov/library/library/article_5.htm.
9. Krysanov, V. N., Ruckov A. L. Application of neural and neuro-fuzzy network management systems in the electric static converters [Primenenie metodov nejronnyh i nejro-nechetkih setej v sistemah upravlenija staticheskimi preobrazovateljami v elektroprivode]. Trudy VIII mezhdunarod-noj konferencii po avtomatizirovannomu elektroprivodu AEP-2014 (Proceedings of VIII Intern. Conf. for automated electric AEP 2014). - Saransk, 2014, pp. 104 - 107.
10. Komyakov, A. A., Erbes V. V., Gateljuk O. V. Testing of the algorithm of the effectiveness evaluation of energy-saving devices and technologies in the traction power supply [Aprobacija algoritma ocenki effektivnosti energosberegajushhih ustrojstv i tehnologij v sisteme tjagovogo el-ektrosnabzhenija]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2014, no. 4(20), pp. 79 - 85.
УДК 621.372.21: 681.3.068
Т. В. Ковалева, Н. В. Пашкова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ И
ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Контактная сеть и линии электропередачи, являющиеся составными частями системы электроснабжения железных дорог, с точки зрения электротехнических расчетов представляют собой цепи с распределенными параметрами. Волновые процессы в контактной сети оказывают отрицательное влияние на электрические линии передачи энергии, проложенные вблизи от железной дороги, увеличивают потери электроэнергии в системе тягового электроснабжения. Для исследования волновых процессов предложен способ математического моделирования прохождения несинусоидальных сигналов по однородной двухпроводной линии с распределенными параметрами. Математическая модель построена на основе известных дифференциальных уравне-
■■И ИЗВЕСТИЯ Транссиба 71
ний линии (телеграфных уравнений) с использованием рядов Фурье. Линия электропередачи представляет собой трехпроводную линию. В статье представлен алгоритм приведения уравнений линии электропередачи к виду уравнений двухпроводной линии. Для оценки корректности математической модели проведены исследования на физической модели линии. Приведены результаты исследования различных режимов работы цепей с распределенными параметрами с помощью математической модели. Предложенный способ математического моделирования прохождения сигналов различной формы по линии с распределенными параметрами адекватно отражает явления, происходящие в линии, и может применяться для анализа электромагнитных процессов в контактной сети и линиях электропередачи.
Электрические цепи с распределенными параметрами представляют собой класс цепей, особенности функционирования которых зависят от распределения сопротивлений, прово-димостей, индуктивностей и емкостей по пространственным координатам. К таким цепям относятся различные воздушные и кабельные линии из области энергетики, проводной связи, радиотехники, передачи информации. Использование электрических линий различных конструкций и назначения характерно и для железнодорожного транспорта. Это контактная сеть электрифицированных участков железных дорог, питающие эти участки высоковольтные линии электропередачи, рельсовые цепи, линии автоблокировки, воздушные линии и кабели связи [1].
В качестве объекта изучения используется модель двухпроводной однородной линии как простейшего представителя рассматриваемого класса цепей. Из-за распределенного характера параметров линий электромагнитные процессы в них носят волновой характер.
Математический аппарат для исследования однородных линий известен. Основу его составляют телеграфные уравнения, которые представляют собой систему из двух дифференциальных уравнений для тока и напряжения линии [1]:
ди дг
--— К0г + Ь0 —;
дх д^
дг „ „ ди
--— Ц, и + С0 —,
дх д^
(1)
где г0, Ь0, Go, С0 - первичные параметры линии.
Схема замещения элементарного участка длинной линии представлена на рисунке 1.
Одним из объектов, существенно влияющих на электромагнитную совместимость оборудования железнодорожного транспорта, является система тягового электроснабжения. Волновые процессы в контактной сети оказывают отрицательное влияние на электрические линии передачи энергии, проложенные вблизи от железной дороги: линии телефонной и телеграфной связи, рельсовые цепи автоблокировки, силовые и осветительные сети; эти волновые процессы отрицательно сказываются и на потерях энергии в системе тягового электроснабжения.
. дг ,
I +--ах
дх
ди ,
и +--ах
дх
Рисунок 1 - Схема замещения элементарного участка длинной линии
Однако определение допустимых уровней влияния, оказываемого волновыми процессами, не является простой и однозначной задачей. Знания о токах различных источников недостаточны для того, чтобы установить пределы, в которых обеспечивалась бы электромагнит-
<
72 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №„2(252)
ная совместимость оборудования [2]. До тех пор, пока не будет достигнуто достаточного понимания характера электромагнитных явлений в сложных системах, энергоснабжение будет оставаться под угрозой повышенной опасности и энергоснабжающие организации и потребители будут часто вынуждены принимать меры уже после аварий.
Для оценки воздействия волн на изоляцию электрооборудования необходимы данные не только об амплитудных значениях напряжений и токов [3], но и о форме кривых. Для этого расчет нужно проводить по мгновенным значениям напряжений и токов. Такое описание также необходимо для определения помех в сетях, влияющих на качество электроэнергии.
Для решения этой проблемы необходимо смоделировать систему электроснабжения, что позволит провести глубокий анализ сложных электромагнитных процессов в сетях.
Система электроснабжения может рассматриваться как соединение сосредоточенных и распределенных звеньев, каждое из которых представлено соответствующим активным или пассивным четырехполюсником (рисунок 2). В расчетном отношении положительное свойство схемы состоит в том, что результирующая математическая модель формируется по математическим моделям ее звеньев-четырехполюсников [4].
о
Рисунок 2 - Структурная схема участка электроснабжения при консольном питании: ЛЭП - линии электропередачи; ТП - тяговая подстанция;
КС - контактная сеть; ЭПС - электроподвижной состав
Участки контактной сети представляются в виде однородной двухпроводной линии, а линии электропередачи (ЛЭП) являются трехпроводной системой [5]. Для приведения уравнений ЛЭП к виду уравнений двухпроводной линии был использован следующий алгоритм.
Расчет процессов в трехфазных цепях производился в переменных, обладающих тем свойством, что система уравнений в этих новых переменных распадается на уравнения, каждое из которых содержит неполное количество переменных.
Такими переменными могут служить а-, Р-, 0-составляющие тока и напряжения, т. е. тройка фазовых векторов /а, ¡ъ, 1с заменяется тремя токами /а, /р, /0, представляющими линейные комбинации фазовых токов. Аналогичный смысл имеет и преобразование фазовых напряжений в напряжения иа, ир, и0.
Уравнения линии передачи (2), (3) могут быть получены из схемы замещения участка трехфазной линии, представленной на рисунке 3:
ЕаАх ЬаАл
щ(х,()
иа(х+Дх,/)
¡а(х,/)
/ъ(х,/)
4(х,/)
'СаДх СаъДх I
СъсДх . СъДх_
иъ(х,()
га(х+Дх,/) ЕъДх ЬъАх
ис(х,/)
1ь(х+Дх,/) ЯсДх ЬсДх
' СсДх
Цх+Дх,/) КзАх ЬзДхх
мъ(х+Дх,/)
мс(х+Дх,/)
\СаДхх СаъДхх
СъсДх СъДх
' СсДх
3/о(х,/)
3гз(х+Дх,/)
Рисунок 3 - Схема замещения элемента трехфазной линии передачи
е
СсаДх
СсаДх
ИЗВЕСТИЯ Транссиба 73
. . . . . . . _ . ды„ (x + Ax, t) _ . diu (x + Ax, t) - ы, (x + Ax, t)) i а (x, t) - Ia (X + Ax, t) = Ca Ax———— + с Ax -——^-— +
+C„„ Ax
dt
д(ыа (x + Ax, t) - ы (x + Ax, t))
dt
dt
ib (x, t) - ib (x + Ax, t) = C Ax
дыь (x + Ax, t) д(ы (x + Ax, t) - ыа (x + Ax, t))
dt
■ + Cba Ax
dt
+C A
d(u (x + Ax, t) - ыс (x + Ax, t))
dt ;
. , . .. . . duc (x + Ax, t) d(u (x + Ax, t) - ua (x + Ax, t)) /c (x, t) - ic (x + Ax, t) = Cc Ax ,—— + с Ax-^-——--— +
+C Ax
dt
d(u (x+Ax, t) - ыь (x + Ax, t))
dt ;
dt
Ы (x, t) - ua (x + Ax, t) = La Ax
d ia(x+Ax,t)^ ^ddiM+Ax,i)tT A Jie(x+Ax,t)
dt ab dt +R Ax • 4 (x + Ax, t)+R Ax(ia (x + Ax, t) + ib (x + Ax, t) + ic (x + Ax, t));
- + L Ax-
dt
dib(x+Ax,t)+^ ^dia(x+Ax,t) , , AJie(x+Ax,t)
ub (X, t) - ub (x + Ax, t) = LbAx ,, ba ,,
dt dt
+R Ax • 4 (x + Ax, t)+R Ax(ia (x + Ax, t) + ib (x + Ax, t) + ic (x + Ax, t))
+ LA"'^
dt
Ы (x, t) - uc (x+Ax, t) = L Ax
die(x+Ax,t)iT A Jia(x+Ax,t)+^ ^dib(x+Ax,t)
-+L„„ Ax-
dt ca dt +R Ax • ic (x + Ax, t)+R Ax(ia (x+Ax, t) + ib (x + Ax, t) + ic (x + Ax, t)).
dt
(3)
Примем, что рассматриваемый участок цепи характеризуется полной симметрией параметров, т. е. что имеют место равенства:
Lab = Lba = Lae = Lea = Lbe = Leb = L0;
C = C = C = C = C = C = c
Cab Cba Cae Cea Cbe Ceb C;
La=Lb=Lc=L; Ra=Rb=Rc=R.
После некоторых математических преобразований получим уравнения:
' d(Ua + Ub + О =(R + R )(ifl + + i- ) + (L + 2Lo)d(ia + ib ^ ie) •
(4)
а t
d(ia + h + -с )=С d(Ua + Ub + Ыс )
dt
(5)
а а
В итоге соотношения для линии электропередачи будут иметь следующий вид:
^ = (R + 3R )io + (L + 2Lo) ; dt dt
_dk=c dUo. dt dt
(6)
Значение активной проводимости О0 для линий напряжением меньше 330 кВ принимается равным нулю.
+
<
74 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №„2(f
Таким образом, получили систему уравнений, аналогичную системе для однородной двухпроводной линии.
Дальнейший расчет напряжения и тока в ЛЭП проводится, как для модели однородной двухпроводной линии [6].
Уравнения (5) в комплексной форме можно записать:
аи
сЬс
(К + ЗКз+ ]со{Ь + 2Ь0)1\
ах
(7)
1{х)-¿-(ц
(8)
и
и(х) = их ск у х- 1Х2_в( ^/г / х;
ил
(9)
/(х) = /1 ск ух-—1- ък ух,
ZL.eC
где 2_в(. - волновое сопротивление линии; у - коэффициент распространения.
Возможность проведения экспериментальных исследований на физических моделях позволяет глубже понять суть происходящих процессов. Однако в условиях лаборатории проведение экспериментов по исследованию цепи с распределенными параметрами затруднительно, так как длина исследуемой линии должна составлять по крайней мере десятки километров. Один из модулей лабораторного стенда «Теория электрических цепей», изготовленного научно-производственным предприятием «Учтех-Профи» (г. Челябинск), позволяет смоделировать цепь с распределенными параметрами длиной 10 км, представленную десятью П-образными четырехполюсниками. Погонные параметры этой линии: Ь0 = 0,25 мГн/км, С0 = 0,09 мкФ/км. Одним из недостатков стенда для проведения научных исследований является реализация в нем только линии без потерь (г0 = 0, g0 = 0), работа которой исследуется на высокой частоте [7].
Задачей физического эксперимента на описанном стенде явилось получение распределения действующих значений напряжения вдоль линии при различных режимах работы линии при питании ее от источника синусоидального напряжения с действующим значением и = 7 В. В линиях без потерь в режимах холостого хода (х. х., Zн = да) и короткого замыкания
(к. з., Zн = 0 ) наблюдается явление стоячих волн. Точкам максимальных значений напряжения (пучности) соответствуют минимальные значения тока (узлы) и наоборот. Пучности и узлы чередуются через расстояния, равные четверти длины волны. При заданных параметрах модели длина волны составляет 13 км. Полученные зависимости действующих значений напряжения от координаты х, отсчитываемой от начала линии, для режимов холостого хода и короткого замыкания приведены в таблице.
Результаты эксперимента на физической модели
1, км 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
и.х., В 5,6 4,7 3 0 2 4,2 5,5 5,1 3.7 2 2
и,,, В 0 2,7 4,8 5.6 5,1 3,3 0 2 4 5,5 5,5
№ 2(22) 2015
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
<
<
<
Проведение виртуальных электротехнических экспериментов с использованием математических моделей имеет ряд положительных свойств: безопасность, универсальность (один персональный компьютер заменяет множество реальных приборов и элементов электрических схем), наглядность и удобство представления материала и др.
Для исследования линий при различных первичных параметрах, длине и режимах работы создана математическая модель в программной среде МаШСАО.
Для исследования адекватности математической модели проведен виртуальный эксперимент при синусоидальном питающем напряжении для линии с параметрами, аналогичными физической модели, для режимов холостого хода и короткого замыкания. Полученная кривая зависимости действующих значений напряжения от координаты х, отсчитываемой от начала линии, для режима холостого хода приведена на рисунке 4.
Сравнение результатов эксперимента на физической модели и расчета с использованием математической модели (см. таблицу и рисунок 4) показало, что характер зависимостей и численные значения совпадают.
и2(х)
км
10
х
Рисунок 4 - Зависимость действующего напряжения в линии от координаты х для режима холостого хода
Форма напряжения в линии, как правило, несинусоидальна и может быть представлена в виде бесконечного гармонического ряда Фурье. В основу математической модели цепи с распределенными параметрами при несинусоидальном питающем напряжении положен метод наложения, заключающийся в расчете значений тока и напряжения в любой точке линии для каждой гармоники в отдельности. Последовательным расчетом определяются значения тока и напряжения соответствующих гармоник в любой точке линии, и в конечном итоге для тока и напряжения формируются результирующие ряды [8].
При помощи созданной математической модели рассчитаны различные режимы работы линий при несинусоидальном питающем напряжении.
В теории цепей с распределенными параметрами существует понятие неискажающей линии. Такая линии работает в режиме согласованной нагрузки (нагружена на волновое сопротивление), а ее параметры удовлетворяют условию:
и (10)
Г0
<0 С0
Ожидаемый результат расчета: форма кривых напряжения и тока на входе и на выходе неискажающей линии должна быть одинаковой, но сдвинутой по фазе. Для участка неиска-жающей линии протяженностью 120 км был произведен расчет передачи электрических сигналов несинусоидальной формы. Кривая входного напряжения, имеющая для примера форму прямоугольных импульсов с периодом 1500 мкс и продолжительностью импульса 1000 мкс, представлена в виде суммы ста гармоник с постоянной составляющей. Параметры линии:
2
0
2
4
6
76 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(22) 2015
=
г0 = 1,415 Ом/км; g0 = 910-6 См/км; С0 = 8,610-9 Ф/км; Ь0 = 1,4 10-3 Гн/км. Расчетные кривые напряжения на входе и выходе линии представлены на рисунке 5.
10г
4-3
41(1)
5x10"
4
1x10
-3
42(1)
1.5x10
,-3
1.5x10
-3
а б
Рисунок 5 - Расчетные кривые напряжения на входе (а) и на выходе (б) неискажающей линии
Для сравнения произведен расчет обычной искажающей линии (первичные параметры: г0 = 12 Ом/км; g0 = 110-6 См/км; С0 = 8,610-9 Ф/км; Ь0 = 1,410-3 Гн/км), нагруженной на активно-индуктивное сопротивление (режим несогласованной нагрузки). Форма входного напряжения и длина линии остались без изменения. В таком режиме на форму кривой напряжения на выходе линии оказывает влияние обратная волна напряжения, зависящая от коэффициента отражения. Происходит уменьшение амплитуды за счет коэффициента затухания. В результате прохождения по линии импульс напряжения искажается, т. е. форма выходного импульса в общем случае не совпадает с формой входного. Результаты расчета напряжения на входе и на выходе линии представлены на рис. 6.
10г юг
б
и 1(0
и2(/)
4
1x10
-3
1.5x10"
г"
5x10
-4
1x10^
1.5x10
,-3
а б
Рисунок 6 - Расчетные кривые напряжения на входе (а) и на выходе (б) искажающей линии
Таким образом, предложенный способ математического моделирования прохождения сигналов по линии с распределенными параметрами адекватно отражает явления, происходящие в линии, что подтверждено результатами эксперимента на физической модели и может применяться для анализа электромагнитных процессов в контактной сети и линиях электропередачи.
Список литературы
1. Комяков, А. А. Электрические цепи с распределенными параметрами: Учебное пособие [Текст] / А. А. Комяков, Н. В. Пашкова, А. В. Пономарев / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2011. - 71 с.
№ 2(22) 77
2. Бадер, М. П. Электромагнитная совместимость [Текст] / М. П. Бадер / УМК МПС России. - М., 2002. - 638 с.
3. Кузнецов, А. А. Разработка технических средств и методики контроля состояния изоляторов контактной сети постоянного тока [Текст] / А. А. Кузнецов, А. Ю Кузьменко, Е. А. Кротенко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. -С. 110 - 116.
4. Пашкова, Н. В. Математическая модель для расчета нестационарных волновых процессов в контактных сетях системы тягового электроснабжения [Текст] / Н. В. Пашкова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2013. - С. 63 - 69.
5. Пашкова, Н. В. Особенности расчета волновых процессов в линиях электропередачи [Текст] / Н. В. Пашкова // Обеспечение экономически целесообразных условий работы железных дорог на основе оптимизации режимов работы электротехнических комплексов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2008. - С. 58 - 61.
6. Пашкова, Н. В. Разработка метода оценки влияния параметров системы электроснабжения на волновые процессы в тяговых сетях [Текст]: Дис... канд. техн. наук. - Омск, 2004. - 164 с.
7. Исследование цепей с распределенными параметрами с использованием физических и математических моделей [Текст] / А. И. Гравер, Т. В. Ковалева и др.// Энергосберегающие технологии, контроль и управление для предприятий железнодорожного транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2015. - С. 30 - 36.
8. Периодические режимы однофазных и трехфазных электрических цепей: Учебное пособие [Текст] / А. Ю. Тэттэр, В. Т. Черемисин и др. / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск, 2013. - 132 с.
References
1. Komiakov A. A., Pashkova N. V., Ponomarev A. V. Elektricheskie tsepi s raspredelennymi parametrami (Electrical circuits with distributed parameters). Omsk: OSTU, 2011, 71 p.
2. Bader M. P. Elektromagnitnaia sovmestimost' (Electromagnetic compatibility). Moscow: UMK MPS Rossii, 2002, 638 p.
3. Kuznetsov A. A., Kuz'menko A. Iu, Krotenko E. A. Development of technical means and methods of monitoring the status of a contact network insulators DC [Razrabotka tekhnicheskikh sredstv i metodiki kontrolia sostoianiia izoliatorov kontaktnoi seti postoiannogo toka]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2012, pp. 110 - 116.
4. Pashkova N. V. Mathematical model for calculating transient wave processes in the contact networks of traction power supply system [Matematicheskaia model' dlia rascheta nestatsionarnykh volnovykh pro-tsessov v kontaktnykh setiakh sistemy tiagovogo elektrosnabzheniia]. Izvestiia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2013, pp. 63 - 69.
5. Pashkova N. V. Features of the calculation of wave propagation in transmission lines [Oso-bennosti rascheta volnovykh protsessov v liniiakh elektroperedachi]. Mezhvuzovskii tematicheskii sbornik nauchnykh trudov: «Obespechenie ekonomicheski tselesoobraznykh uslovii raboty zheleznykh dorog na osnove optimizatsii rezhimov raboty elektrotekhnicheskikh kompleksov» (In-teruniversity thematic collection of scientific papers: «Ensuring economically viable conditions for railways on the basis of optimization of electrotechnical systems»). - Omsk, 2008, pp. 58 - 61.
6. Pashkova N. V. Razrabotka metoda otsenki vliianiiaparametrov sistemy elektrosnab-zheniia na volnovye protsessy v tiagovykh setiakh (Developing methods for assessing the effect of the parameters of the power supply system on the wave processes in traction networks). Ph. D. thesis, Omsk, 2004, 164 p.
7. Graver A. I., Kovaleva T. V. Study of circuits with distributed parameters using physical and mathematical models [Issledovanie tsepei s raspredelennymi parametrami s ispol'zovaniem fizi-cheskikh i matematicheskikh modelei]. Mezhvuzovskii tematicheskii sbornik nauchnykh trudov: «Energosberegaiushchie tekhnologii, kontrol' i upravlenie dlia predpriiatii zheleznodorozhnogo
78 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №2(f
transporta» (Interuniversity thematic collection of scientific papers: «Saving technologies, control and management for businesses of rail transport»). - Omsk, 2015, pp. 30 - 36.
8. Tetter A. Iu., Cheremisin V. T. Periodicheskie rezhimy odnofaznykh i trekhfaznykh elektrich-eskikh tsepei (Periodic modes of single-phase and three-phase electrical circuits). Omsk: OSTU, 2013, 132 p.
УДК 621.331.5
Ю. В. Кондратьев, А. В. Тарасенко
ВЫБОР МОЩНОСТИ И МЕСТА РАЗМЕЩЕНИЯ УСТРОЙСТВ ПОПЕРЕЧНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Крупномасштабные инвестиционные проекты ОАО «РЖД» по увеличению грузооборота предполагают увеличение нагрузки на существующие участки электрифицированных железных дорог, в связи с чем актуальной является проблема обеспечения пропуска требуемого количества пар поездов по участкам железных дорог. Электропотребление на железных дорогах переменного тока характеризуется достаточно высоким потреблением реактивной мощности, обусловленным спецификой электроподвижного состава переменного тока, что приводит к повышенному уровню потерь напряжения и мощности и, как следствие, к снижению энергетической эффективности и потенциальной пропускной и провозной способности железных дорог. Одним из наименее капиталоемких, а в некоторых случаях и единственно возможным рациональным способом усиления системы тягового электроснабжения переменного тока является использование устройств поперечной компенсации реактивной мощности. В статье рассмотрена методика определения мощности и выбора места размещения на участке железной дороги регулируемых и нерегулируемых устройств поперечной компенсации реактивной мощности в системах тягового электроснабжения 25 кВ и 2*25 кВ. Приведены расчет входного индуктивного сопротивления системы внешнего и тягового электроснабжения, основные варианты схем питания и секционирования тяговой сети и размещения устройств поперечной компенсации реактивной мощности, проверка обеспечения минимального уровня напряжения на токоприемнике электроподвижного состава. Результаты работы могут быть использованы как при проектировании новых участков железной дороги, так и при решении вопросов увеличения пропускной способности участков, находящихся в эксплуатации.
В системе тягового электроснабжения железных дорог переменного тока для повышения напряжения на токоприемнике электроподвижного состава (ЭПС) широко используются устройства поперечной компенсации (УПК) реактивной мощности [1]. Параметры и месторасположение УПК во многом определяют технико-экономические показатели работы участка железной дороги, поэтому от их правильного выбора зависит пропускная и провозная способность участка.
Расчет мощности и выбор места размещения УПК производят в следующей последовательности:
- выбор вариантов размещения УПК;
- расчет и проверка параметров УПК (регулируемых и нерегулируемых) для выбранных вариантов размещения;
- выбор УПК из ряда выпускаемых промышленностью.
В качестве вариантов размещения на рассматриваемом участке УПК принимают следующие объекты системы тягового электроснабжения:
- пост секционирования;
- автотрансформаторный пункт, совмещенный с постом секционирования;
- тяговую подстанцию.
Выбор места размещения УПК основан на таких расчетных показателях системы тягового электроснабжения, как минимальное трехминутное напряжение на токоприемнике ЭПС, ордината точки этого напряжения, расчетные и рекомендуемые значения коэффициента реактивной мощности тяговой нагрузки, максимальный 10-минутный ток тяговой нагрузки [2].
С целью решения задачи, направленной на повышение минимального напряжения на токоприемнике ЭПС, расчет мощности УПК в первую очередь выполняют для поста секциони-
№2!f ИЗВЕСТИЯ Транссиба 79
