Научная статья на тему 'Оценка эффективности применения режимной автоматики резервных преобразовательных агрегатов на основе анализа графиков нагрузки при существующих уставках'

Оценка эффективности применения режимной автоматики резервных преобразовательных агрегатов на основе анализа графиков нагрузки при существующих уставках Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
182
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ / РЕЖИМНАЯ АВТОМАТИКА / ГРАФИК ТЯГОВОЙ НАГРУЗКИ / ТОКОВЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ УСТАВКИ / ПОТЕРИ МОЩНОСТИ / МНОГОКРАТНЫЕ КОММУТАЦИИ / CONVERSION UNIT / SECURE AUTOMATION / TRACTION LOAD SCHEDULE / CURRENT AND TIME SETTINGS / POWER LOSS / MULTIPLE SWITCHING

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Чернорай Виталий Анатольевич

В статье рассмотрен алгоритм работы существующей режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Ранее считалось, что применение автоматики включения-отключения резервных преобразовательных агрегатов является эффективным средством снижения потерь при регулировании мощности подстанции в зависимости от тяговой нагрузки. Определяющими факторами оценки эффективности автоматики являются токовые и временные уставки, а также ограничение количества переключений в сутки. Анализ графиков тяговой нагрузки показал, что существует достаточно большое число временных интервалов, где работа автоматики неэффективна. С одной стороны, это связано с тем, что нагрузка находится выше точки равенства потерь при одном и двух преобразовательных агрегатах довольно непродолжительное время, и автоматика подключает резервный преобразовательный агрегат уже в процессе снижения нагрузки и отключает его по истечении временной уставки, с другой действующее ограничение количества переключений резервного преобразовательного агрегата в сутки не позволяет получить значительного экономического эффекта. Решение о применении режимной автоматики с существующими уставками может быть положительным, если при этом оцененный эффект в виде сокращения потерь электроэнергии будет выше совокупного ущерба от коммутаций резервного преобразовательного агрегата. Режимную автоматику в большинстве случаев следует рассматривать не как средство получения экономического эффекта, а как средство повышения надежности работы полупроводниковых выпрямителей в пиковые моменты нагрузки, что в свою очередь влияет на надежность электроснабжения тяги поездов в целом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Чернорай Виталий Анатольевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFICIENCY EVALUATION OF USE OF REGIME AUTOMATIC EQUIPMENT OF RESERVE CONVERTING AGGREGATES ON THE BASIS OF THE ANALYSIS OF LOAD GRAPHS IN CASE OF THE EXISTING SETTINGS

In article the algorithm of operation of the existing regime automatic equipment of transforming aggregates is considered. Earlier it was read that use of automatic equipment of switching on switch-off of reserve transforming aggregates is an effective remedy of lowering of losses in case of regulation of power of substation depending on tractive loading. Defining factors of assessment of efficiency of automatic equipment are the current and temporal settings, and also restriction of number of switchings in days. The analysis of diagrams of tractive loading showed that there is rather large number of temporal intervals where operation of automatic equipment is ineffective. On the one hand it is connected to the fact that loading is above a point of equality of losses in case of one and two transforming aggregates quite short time, and automatic equipment connects the reserve transforming aggregate already in the course of lowering of loading and disconnects it after a temporal setting. On the other hand operating restriction of number of switchings of the reserve transforming aggregate in days doesn't allow to gain the considerable economic effect. The decision on use of regime automatic equipment with the existing settings can be the positive if at the same time the estimated effect in the form of abbreviation of losses of the electric power is above cumulative damage from switching of the reserve transforming aggregate. Regime automatic equipment in most cases, it is necessary to consider not as means of obtaining economic effect, and as means of reliability augmentation of operation of semiconductor rectifiers at the peak moments of loading what in turn influences reliability of electrical power supply of pull of trains in general.

Текст научной работы на тему «Оценка эффективности применения режимной автоматики резервных преобразовательных агрегатов на основе анализа графиков нагрузки при существующих уставках»

8. Sidorov O. A., Smerdin A. N., Chertkov I. E., Tarasenko A. V., Tomilov V. V. Patent RU 58082, 10.11.2006.

9. Tarasenko A. V. The universal disc stand for testing power-consuming equipment, monorail transport and metro [Universal'nyj diskovyj stend dlja ispytanij tokopriemnikov monorel'sovogo transporta i metropolitena] Sovremennye tehnika i tehnologii SST-2005: materialy XI mezhdu-narodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Modern equipment and technology SST-2005: materials of the international scientific-practical conference). - Tomsk, 2005. рр. 65 - 67.

10. Sidorov O. A., Stupakov S. A. Metody issledovanija iznosa kontaktnyh par ustrojstv to-kos'ema monorel'sovogo jelektricheskogo transporta (Research methods wear contact pairs current collection devices monorail electric transport). Omsk, 2009, 154 р.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Сидоров Олег Алексеевич

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Доктор технических наук, заведующий кафедрой «Электроснабжение железнодорожного транспорта» ОмГУПСа, заслуженный изобретатель РФ, академик Академии электротехнических наук РФ, академик Петровской академии наук и искусств, почетный железнодорожник, ОмГУПС.

Тел.: +7 (3812) 31-34-46.

E-mail: egt@omgups.ru

Тарасенко Александр Владимирович

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.

Тел.: +7 (3812) 31-34-46.

E-mail: alessandro-tar@yandex.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Сидоров, О. А. Совершенствование токоприемников монорельсового транспорта для высоких скоростей движения [Текст] / О. А. Сидоров, А. В. Тарасенко // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 108 - 115.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Sidorov Oleg Alekseevich

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.

Doctor of Technical Sciences, Professor, head of the department «Power supply of railway transport» Omsk State Transport University, Honored Inventor of the Russian Federation, academician of the Academy of Electrical Sciences of Russia, Academician Peter's Academy of Arts and Sciences, Honorary Railwayman., OSTU.

Phone: +7 (3812) 31-34-46.

E-mail: egt@mail.ru

Tarasenko Alexandr Vladimirovich

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Power supply of railway transport», OSTU.

Тел.: +7 (3812) 31-34-46.

E-mail: alessandro-tar@yandex.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Sidorov O. A., Tarasenko A. V. Improvement current collectors monorail transport for high speeds. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 101 -115. (In Russian).

УДК 621.331

В. А. Чернорай

Западно-Сибирская дирекция по энергообеспечению (Зап.-Сиб. НТЭ), г. Омск, Российская Федерация

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЖИМНОЙ АВТОМАТИКИ РЕЗЕРВНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ГРАФИКОВ НАГРУЗКИ ПРИ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТАВКАХ

Аннотация. В статье рассмотрен алгоритм работы существующей режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Ранее считалось, что применение автоматики включения-отключения резервных преоб-

разовательных агрегатов является эффективным средством снижения потерь при регулировании мощности подстанции в зависимости от тяговой нагрузки. Определяющими факторами оценки эффективности автоматики являются токовые и временные уставки, а также ограничение количества переключений в сутки. Анализ графиков тяговой нагрузки показал, что существует достаточно большое число временных интервалов, где работа автоматики неэффективна. С одной стороны, это связано с тем, что нагрузка находится выше точки равенства потерь при одном и двух преобразовательных агрегатах довольно непродолжительное время, и автоматика подключает резервный преобразовательный агрегат уже в процессе снижения нагрузки и отключает его по истечении временной уставки, с другой - действующее ограничение количества переключений резервного преобразовательного агрегата в сутки не позволяет получить значительного экономического эффекта.

Решение о применении режимной автоматики с существующими уставками может быть положительным, если при этом оцененный эффект в виде сокращения потерь электроэнергии будет выше совокупного ущерба от коммутаций резервного преобразовательного агрегата.

Режимную автоматику в большинстве случаев следует рассматривать не как средство получения экономического эффекта, а как средство повышения надежности работы полупроводниковых выпрямителей в пиковые моменты нагрузки, что в свою очередь влияет на надежность электроснабжения тяги поездов в целом.

Ключевые слова: преобразовательный агрегат, режимная автоматика, график тяговой нагрузки, токовые и временные уставки, потери мощности, многократные коммутации.

Vitalii A. Chernorai

West Siberian Directorate for energy supply (W-Sib NTE), Omsk, the Russian Federation

EFFICIENCY EVALUATION OF USE OF REGIME AUTOMATIC EQUIPMENT OF RESERVE CONVERTING AGGREGATES ON THE BASIS OF THE ANALYSIS OF LOAD GRAPHS IN CASE OF THE EXISTING SETTINGS

Abstract. In article the algorithm of operation of the existing regime automatic equipment of transforming aggregates is considered. Earlier it was read that use of automatic equipment of switching on switch-off of reserve transforming aggregates is an effective remedy of lowering of losses in case of regulation of power of substation depending on tractive loading. Defining factors of assessment of efficiency of automatic equipment are the current and temporal settings, and also restriction of number of switchings in days. The analysis of diagrams of tractive loading showed that there is rather large number of temporal intervals where operation of automatic equipment is ineffective. On the one hand it is connected to the fact that loading is above a point of equality of losses in case of one and two transforming aggregates quite short time, and automatic equipment connects the reserve transforming aggregate already in the course of lowering of loading and disconnects it after a temporal setting. On the other hand - operating restriction of number of switchings of the reserve transforming aggregate in days doesn't allow to gain the considerable economic effect.

The decision on use of regime automatic equipment with the existing settings can be the positive if at the same time the estimated effect in the form of abbreviation of losses of the electric power is above cumulative damage from switching of the reserve transforming aggregate.

Regime automatic equipment in most cases, it is necessary to consider not as means of obtaining economic effect, and as means of reliability augmentation of operation of semiconductor rectifiers at the peak moments of loading what in turn influences reliability of electrical power supply ofpull of trains in general.

Keywords: conversion unit, secure automation, traction load schedule, current and time settings, power loss, multiple switching.

Общепринятым условием экономичной и надежной работы тяговой подстанции постоянного тока является своевременное регулирование ее мощности. В идеальном случае мощность подстанции, определяемая в каждый момент числом включенных преобразовательных агрегатов (ПА), должна быть равна мощности, потребляемой электроподвижным составом.

Тяговая нагрузка характеризуется резкими колебаниями во времени. Это объясняется достаточно большим числом влияющих факторов, таких как профиль пути, напряжение на токоприемнике электровоза, вес и режим ведения поезда, тип эксплуатируемого электровоза, ограничения по скорости, пропускная способность участка, метеорологические условия и др. Таким образом, непостоянство тяговой нагрузки в значительной степени осложняет процесс регулирования мощности подстанции [1].

116 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

к —— faV 1 V

На большинстве тяговых подстанций установлены два ПА. Каждый из них состоит из преобразовательного трансформатора и выпрямителя. Как правило, один из агрегатов постоянно находится в работе, а второй подключается на время увеличения тяговой нагрузки с последующим отключением после ее снижения. Таким образом, регулирование мощности тяговой подстанции осуществляется ступенчато, и каждой ступени соответствует свой определенный диапазон нагрузки.

Задачами регулирования мощности являются следующие:

1) обеспечить наиболее экономичный режим работы тяговой подстанции, т. е. включать такое количество ПА, которое соответствует тяговой нагрузке и, как следствие, имеет минимальные потери энергии;

2) обеспечить надежную работу выпрямителей - не допускать перегруза, способного вызвать повреждение или ухудшение характеристик силовых полупроводниковых приборов;

3) ограничить число переключений ПА по причинам негативного влияния на срок службы преобразовательных трансформаторов, коммутационный ресурс выключателей и качество электроснабжения нетяговых потребителей.

В соответствии с Энергетической стратегией железнодорожного транспорта одной из целей является снижение энергоемкости перевозочного процесса и удельных затрат на энергопотребление во всех сферах деятельности железнодорожного транспорта (тяга, инфраструктура, эксплуатация, ремонт, производство, социальная сфера) [2]. В связи с устойчивой тенденцией роста размеров движения и масс поездов и одновременной задачей снижения потерь энергии в устройствах тягового электроснабжения возрастает актуальность оценки применения автоматического регулирования мощности ПА тяговых подстанций. Теоретическая оценка эффективности автоматики включения-отключения резервных преобразовательных агрегатов (АВОР) подробно рассмотрена в статьях об оптимизации нагрузочных режимов выпрямителей тяговых подстанций [3, 4]. Однако практических результатов в этих статьях не представлено из-за технической сложности получения аналитического материала и отсутствия средств его обработки.

Оценка фактического эффекта от применения режимной автоматики - это многофакторная задача, включающая в себя анализ графиков тяговой нагрузки подстанций, оценку влияния многократных коммутаций на срок службы преобразовательных трансформаторов, коммутационный ресурс выключателей и качество электроснабжения нетяговых потребителей.

В эксплуатации находятся различные схемные решения АВОР ПА, однако алгоритм их работы аналогичен и приведен на рисунке 1. За нормальное принято состояние, когда в работе находится п ПА (например, один). Оно сохраняется до тех пор, пока не будут выполнены условия по току тяговой нагрузки и ее продолжительности. В случае выполнения условий произойдет подключение резервного ПА (п+1). Режимная автоматика ПА имеет две уставки на включение и одну на отключение.

На рисунке 1 обозначено: Дкл 1 и !вкл 2 - токовые уставки включения первой и второй ступеней автоматики соответственно; !откл - токовая уставка отключения; ¿вкл 1 и ¿вкл 2 - временные уставки включения первой и второй ступеней автоматики; ¿откл - временная уставка отключения; ^ - ток тяговой нагрузки подстанции; t - время от момента выполнения условия.

В работах Уральского отделения ВНИИЖТа было показано [3, 4], что уставка АВОР должна выбираться не только на основе минимизации потерь энергии в самом преобразовательном агрегате, но и с учетом дополнительных потерь в понизительном трансформаторе подстанции, вызванных потреблением реактивной мощности. Там же было установлено, что учет потерь от реактивной мощности снижает расчетное значение тока равенства потерь мощности при работе одного или двух ПА на 10 - 20 %. В соответствии с методикой [5] для АВОР ПА производится расчет уставок по току и выбор уставок по времени из условия минимума потерь активной мощности, в том числе с учетом потерь в понизительных трансформаторах от потребляемой реактивной мощности.

Для тяговых подстанций с двухступенчатой трансформацией активные потери мощности в понизительных трансформаторах существенно зависят от объема потребления реактивной мощности преобразовательными агрегатами. В этом случае токи включения-отключения режимной автоматики с учетом потерь активной мощности в понизительном трансформаторе определяются по формуле:

'уст

1й н

ДР0 +ДРп_(П+1) — ДР<2

ЛРмд (тг П+1)

(1)

где ДР0 - суммарное значение потерь мощности в ПА, не зависящее от нагрузки;

ДРп-(П+1) - значение разности потерь мощности при п и (п+1) работающих агрегатах задается в зависимости от определяемой уставки по току автоматики ПА;

ДРд - разность потерь активной мощности в понизительных трансформаторах при п и (п+1) работающих агрегатах, зависящих от объема потребления реактивной мощности;

ДРмд - суммарное значение потерь мощности в меди обмоток преобразовательных трансформаторов и силовых диодах, зависящее от квадрата нагрузки; /¿н - номинальный выпрямленный ток.

Рисунок 1 - Алгоритм работы режимной автоматики ПА

Независимо от уставок по току число переключений рекомендовано ограничивать с помощью уставок по времени АВОР так, чтобы оно не превышало шести - восьми раз в сутки.

В соответствии с методикой [5] уставки по времени режимной автоматики ПА выбираются в следующих пределах:

- включение преобразователя по току уставки первой ступени - от 2 до 5 мин;

- включение преобразователя по току уставки второй ступени - от 10 до 15 с;

- отключение преобразователя* - от 6 до 10 мин.

(*В случае превышения указанного числа переключений преобразовательных агрегатов выдержка времени на отключение может быть увеличена).

Потери мощности при работе п ПА определяются по формуле:

ДР,

АР I2

п1д. н

(2)

118 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

к —— 1 V

где ЛРд« - потери активной мощности в понизительных трансформаторах, зависящие от потребленной реактивной мощности при п работающих ПА;

п - количество ПА.

В случае подключения резервного ПА имеем (п+1) работающих агрегатов, для которых расчет потерь мощности осуществляется также по формуле (2).

Для примера на рисунке 2 представлена зависимость потерь мощности в ПА и понизительных трансформаторах с учетом реактивной мощности тяговой подстанции от тока нагрузки, где кривая |ЛР1 - ЛР2| представляет собой разность потерь мощности при работе одного и двух ПА по абсолютной величине. На рисунке 2 точка Ь представляет собой значение тока равенства потерь мощности при работе одного или двух ПА.

Из графика, представленного на рисунке 2, видно, что чем чаще и длительнее ток нагрузки будет находиться правее точки Ь, тем значительнее будет эффект от АВОР. Однако реально ток может часто находиться правее точки Ь, но непродолжительное время.

Рисунок 2 - Зависимость потерь мощности в ПА и понизительных трансформаторах с учетом реактивной мощности от тока тяговой нагрузки

Учитывая особенности тяговой нагрузки, в ряде случаев АВОР подключает резервный ПА уже в процессе снижения нагрузки и отключает его по истечении временной уставки 4ткл. Покажем это на примере. На рисунке 3 приведен фрагмент графика нагрузки с анализом работы АВОР в зависимости от тока подстанции при минимальных временных уставках АВОР: на включение - 2 мин, на отключение - 6 мин.

Ток нагрузки достигает тока уставки первой ступени в точке 2 и продолжает расти, при этом в работе по-прежнему находится только один ПА. Подключение на параллельную работу второго ПА происходит в точке 3. Далее, в точке 5 ток нагрузки становится равным току уставки на отключение резервного ПА, но оно произойдет только через 6 мин в точке 6. Точки 1 и 4 представляют собой значение тока равенства потерь мощности при переходе от работы одного ПА к параллельной работе двух ПА и наоборот соответственно. Таким образом, на интервалах 1 - 3 и 4 - 6 имеем дополнительные потери электроэнергии из-за несоответствия величины нагрузки фактическому режиму работы резервного ПА. Положительный эффект от АВОР на интервале 3 - 4 не компенсирует дополнительных потерь электроэнергии в интервалах 1 - 3 и 4 - 6. Таким образом, практически вместо ожидаемого снижения

имеют место дополнительные потери электрической энергии в совокупности с отрицательным воздействием от избыточной коммутации ПА.

3000

А

2000

1500

1000

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

500

3:15

3:21

3:27

3:33

3:38

3:44

3:50

3:56

4:07

Рисунок 3 - Работа АВОР ПА на примере фрагмента графика тяговой нагрузки подстанции

В соответствии с требованиями технического указания [6] выбор режимов работы ПА следует производить по суточной переработке электроэнергии подстанцией с целью обеспечения их надежной работы и снижения потерь активной энергии и потребления реактивной мощности.

Учитывая предыдущий опыт [7], для анализа графиков нагрузки выбраны тяговые подстанции с большей переработкой электроэнергии: Сокур, Судженка, Тайга, Талапкер и Тальменка Западно-Сибирской железной дороги. В соответствии с техническим указанием [6] при суточной переработке подстанцией электроэнергии до 60 рекомендуется применять режим работы ПА поочередно без АВОР. Если переработка составила от 60 тыс. кВт-ч до 110 тыс. кВт-ч, то устанавливается режим работы ПА поочередно с АВОР, если более указанного значения, то должен применяться режим параллельной работы ПА. Среднесуточная переработка электроэнергии на тягу поездов, типы преобразовательных трансформаторов и выбранные на их основе в соответствии с действующим техническим указанием рекомендуемые режимы работы для этих подстанций приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры тяговых подстанций и режимы работы ПА

I

л

0

г

Обозначение тяговой подстанции Тяговая подстанция Типы преобразовательных трансформаторов Среднесуточная переработка электроэнергии, кВт-ч Режим работы

А Сокур ТРДП-12500/10ЖУ1 ТРДП-12500/10ЖУ1 155 625 Параллельно

Б Судженка ТДП-12500/10ЖУ1 ТДП-12500/10ЖУ1 105 706 Поочередно с АВОР

В Тайга ТРДП-12500/10ЖУ1 ТРДП-12500/10ЖУ1 102 649 Поочередно с АВОР

Г Талапкер ТДП-12500/10ЖУ1 ТДП-12500/10ЖУ1 101 327 Поочередно с АВОР

Д Тальменка ТРДП-12500/10ЖУ1 ТРДП-12500/10ЖУ1 97 731 Поочередно с АВОР

Для подстанций произведена оценка фактических среднесуточных потерь электроэнергии в ПА и понизительных трансформаторах с учетом реактивной мощности по результатам обработки графиков нагрузки в минутных интервалах за десять суток.

Потери электроэнергии в п ПА за время работы Т определяются по формуле:

жп = /0гд рпаг.

(3)

В случае подключения резервного ПА имеем (п + 1) работающих агрегатов, для которых расчет потерь электроэнергии осуществляется также по формуле (3).

Для полноты оценки получаемого эффекта рассмотрены режимы поочередной работы ПА, параллельной, а также с АВОР с различными вариантами уставок первой ступени на включение ПА и его отключение. Результаты расчета среднесуточных потерь электроэнергии и числа циклов включения-отключения (ВО) выключателей ПА сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Среднесуточные потери электроэнергии в ПА

Режим работы преобразовательных агрегатов

Тяговая подстанция

А

и и

г р

е н э

и ц

а р

е п о

и и

г р

е н э

и ц

а р

е п о

В

и и

г р

е н э

и ц

а р

е п о

Г

и и

г р

е н э

и ц

а р

е п о

Д

и и

г р

е н э

и ц

а р

е п о

Поочередная работа ПА АВОР

без выдержек времени АВОР: 4кл 1 = 2 мин, 4ткл = 6 мин АВОР: 4кл 1 = 2 мин,

¿ОТЮ1 = 10 МИН

АВОР: /вкл 1 = 5 мин, 4ткл = 6 мин АВОР: 4кл 1 = 5 мин, 4тал = 10 мин

Параллельная работа ПА

1163 1049 1094

1109 1101

1110 1145

56 17 10 11 8

785 765 791 805

786 793 1013

21 12 11

6 5

762 751 775 791

763 766 993

27 9 8 1 1

765 754

771 780 767

772 1004

15 8 7 4

3

816 779 822 844 813 825 1028

33 17 14 8 7

Б

По результатам анализа графиков нагрузки тяговых подстанций (за исключением подстанции А) получены следующие выводы.

1. В режиме работы АВОР ПА без выдержек времени - потери электроэнергии минимальны, однако число операций ВО значительно превышает допустимые значения - более восьми циклов в сутки.

2. Потери электроэнергии в режимах АВОР ПА с выдержками времени отличаются на единицы киловатт-часов как между собой, так и от режима, когда включен только один преобразователь. Со снижением временных уставок на включение и отключение резервного ПА растет число его коммутаций выключателями. С увеличением временной уставки на отключение наблюдается рост потерь электроэнергии. Незначительное снижение потерь энергии в отдельных случаях также сопровождается ростом числа коммутаций и в конечном итоге приводит к ущербу или, как минимум, к неэффективной работе АВОР.

3. Наибольшие потери электроэнергии наблюдаются при непрерывной параллельной работе ПА - более 200 кВт-ч в сутки относительно других режимов работы ПА.

Исключение составляет тяговая подстанция А, для которой в соответствии с требованиями технического условия [6] применяется режим параллельной работы ПА.

Для формирования общего подхода к выбору режимов работы ПА построены функции распределения тяговой нагрузки указанных подстанций (рисунок 4). По результатам анализа функций распределения определены диапазоны нахождения тяговой нагрузки с вероятностью 95 % (таблица 3).

На рисунке 4 точка L соответствует току равенства потерь мощности при работе одного или двух ПА тяговой подстанции А. Для этой подстанции в 36 % случаев будет выгоден режим параллельной работы.

1,0 -

0,95 0,9 -

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,8 -

,. 0,7 -

0,64 0,6 -

0,5 -

F(Id)

0,4 0,3 -0,2 -0,1 -0,0 -

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 А 4000

Id -►

Рисунок 4 - Интегральные функции распределения тяговой нагрузки подстанций А, Б, В, Г, Д

Для остальных подстанций вероятность нахождения тяговой нагрузки выше тока равенства потерь мощности при работе одного или двух ПА приведена в таблице 3.

Анализ данных таблиц 1 - 3 показал, что среднесуточная переработка электроэнергии подстанцией не является единственным информативным параметром, определяющим выбор режимов работы ПА.

Таблица 3 - Анализ распределения тяговой нагрузки

Тяговая подстанция Диапазон нахождения тяговой нагрузки с вероятностью 95 %, А Ток равенства потерь мощности при работе одного или двух ПА, А Вероятность нахождения тяговой нагрузки выше тока равенства потерь мощности

А 0 - 3040 1927 0,36

Б 0 - 2310 2034 0,09

В 0 - 2160 2036 0,07

Г 0 - 2140 2007 0,07

Д 0 - 2400 1933 0,14

В первом приближении решение о применении режима параллельной работы ПА может быть принято по данным среднесуточной переработки электроэнергии подстанцией и вероятности нахождения тяговой нагрузки выше тока равенства потерь мощности при работе п или (п+1) ПА. Так, для подстанции А с переработкой более 155 тыс. кВт-ч и вероятностью нахождения тяговой нагрузки выше тока равенства потерь мощности 36 % наиболее прием-

№ 4(28)

лем режим параллельной работы ПА. Применение АВОР в этом случае нецелесообразно по причинам значительного числа операций ВО резервного ПА и близких значений потерь электроэнергии в режиме АВОР и параллельной работы ПА.

Для принятия решения о применении режима поочередной работы ПА или с АВОР требуется анализ графиков тяговой нагрузки подстанции с целью определения числа операций ВО и потерь электроэнергии.

В общем случае выбор режимов работы ПА должен основываться на совокупном анализе следующих данных:

1) среднесуточной переработки электроэнергии подстанцией;

2) интегральной функции распределения тяговой нагрузки подстанции;

3) числа и длительности интервалов времени непрерывного нахождения тяговой нагрузки с током выше тока равенства потерь мощности при работе n или (n+1) ПА;

4) потерь электроэнергии и числа операций ВО резервного ПА.

Решение о применении АВОР может быть положительным, если при этом оцененный эффект в виде сокращения потерь электроэнергии будет выше совокупного ущерба от коммутаций резервного ПА.

АВОР в большинстве случаев следует рассматривать не как средство получения экономического эффекта, а как средство повышения надежности работы полупроводниковых выпрямителей в пиковые моменты нагрузки, что в свою очередь влияет на надежность электроснабжения тяги поездов в целом. Применение положений действующих технических указаний о порядке применения и выбора уставок АВОР не позволяет получить ожидаемого снижения потерь энергии и сопряжено с отрицательным влиянием на ресурс преобразовательных трансформаторов, коммутационной аппаратуры и качество электроснабжения нетяговых потребителей.

Список литературы

1. Гриньков, Б. Н. Автоматическое переключение ртутновыпрямительных агрегатов тяговой подстанции в зависимости от нагрузки [Текст] / Б. Н. Гриньков // Труды ВНИИЖТа. -1963. - Вып. № 261. - С. 109 -117.

2. Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года / ОАО «РЖД» / М., 2004. - 14 с.

3. Бобров, Е. Г. Оптимизация нагрузочных режимов полупроводниковых выпрямителей тяговых подстанций [Текст] / Е. Г. Бобров, Ю. В. Соболев // Вестник ВНИИЖТа. - 1982. -№ 5. - С. 23 - 27.

4. Николаев, Г. А. Экономичные режимы работы ртутных выпрямителей [Текст] / Г. А. Николаев // Промышленная энергетика. - 1967. - № 11. - С. 23 - 26.

5. Методика выбора уставок режимной автоматики преобразовательных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока / ОАО «РЖД» / М., 2012. - 32 с.

6. Техническое указание ЦЭ №П-151-82 Главного управления электрификации и энергетического хозяйства МПС СССР «Об организации теплового контроля и режимов работы выпрямителей тяговых подстанций». - М., 1982. - 4 с.

7. Чернорай, В. А. Оценка эффективности применения автоматического включения-отключения резервных преобразовательных агрегатов на основе анализа графиков нагрузки [Текст] / В. А. Чернорай // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2014. - С. 264 - 272.

References

1. Grin'kov B. N. Automatic switching rectifier units containing mercury traction substation depending on the load [Avtomaticheskoe perekliuchenie rtutnovypriamitel'nykh agregatov tiagovoi podstantsii v zavisimosti ot nagruzki]. Proceedings VNIIZhT, 1963, no. 261, pp. 109 -117.

Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации

2. Energeticheskaia strategiia zheleznodorozhnogo transporta na period do 2010 goda i na per-spektivu do 2020 goda (Energy Strategy of railway transport for the period until 2010 and until 2020), Moscow, 2004, 14 p.

3. Bobrov E. G. Optimizing the load mode semiconductor rectifier traction substations [Opti-mizatsiia nagruzochnykh rezhimov poluprovodnikovykh vypriamitelei tiagovykh podstantsii]. Bulletin VNIIZhT, 1982, no. 5, pp. 23 - 27.

4. Nikolaev G. A. Economical modes mercury rectifiers [Ekonomichnye rezhimy raboty rtut-nykh vypriamitelei]. Industrial power, 1967, no. 11, pp. 23 - 26.

5. Metodika vybora ustavok rezhimnoi avtomatiki preobrazovatel'nykh agregatov tiagovykh podstantsii postoiannogo toka (Methods of selecting the settings secure automation converting units of traction substations DC), Moscow, 2012, 32 p.

6. Tekhnicheskoe ukazanie TsE №P-151-82. Ob organizatsii teplovogo kontrolia i rezhimov raboty vypriamitelei tiagovykh podstantsii (On the organization of the thermal control and the mode rectifier traction substations), Moscow, Glavnoe upravlenie elektrifikatsii i energeticheskogo khoziaistva MPS SSSR, 1982.- 4 p.

7. Chernorai V. A. Evaluating the effectiveness of the automatic on-off reserve conversion units based on the analysis of load curves [Otsenka effektivnosti primeneniia avtomaticheskogo vkliucheniia-otkliucheniia rezervnykh preobrazovatel'nykh agregatov na osnove analiza grafikov nagruzki]. Materialy nauchno-prakticheskoi konferentsii, posviashchennoi Dniu rossiiskoi nauki «Innovatsionnye proekty i tekhnologii v obrazovanii, promyshlennosti i na transporte» (Materials of scientific-practical conference dedicated to the Day of Russian Science «Innovation projects and technologies in education, industry and transport»). - Omsk, 2014, pp. 264 - 272.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Чернорай Виталий Анатольевич

Западно-Сибирская дирекция по энергообеспечению (Зап.-Сиб. НТЭ).

Леконта ул., 20, г. Омск, 644121, Российская Федерация.

Ст. электромеханик ДЭЛ Зап.-Сиб. НТЭ. Тел.: +7 (3812) 44-27-61. E-mail: Chernorayva@mail.ru

INFORMATION ABOUT THE AUTHOR Chernorai Vitaly A.

West Siberian Directorate for energy supply (W-Sib NTE).

20, Lecomte st., Omsk, 644121, the Russian Federation.

Senior Electrician REL W-Sib NTE. Phone: +7 (3812) 44-27-61. E-mail: Chernorayva@mail.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Чернорай, В. А. Оценка эффективности применения режимной автоматики резервных преобразовательных агрегатов на основе анализа графиков нагрузки при существующих уставках [Текст] / В. А. Чернорай // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 4 (28). - С. 115 - 124.

Chernorai V. A. Evaluating the effectiveness of secure automation of backup conversion units based on the analysis of load curves with the existing setpoints. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 28, no. 4, pp. 115 -124. (In Russian).

УДК 621.317:004.7

А. А. Лаврухин, А. Г. Малютин, А. С. Окишев, А. Б. Кильдибеков

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация

АЛГОРИТМЫ И СТРУКТУРНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ФИДЕРАХ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Аннотация. Рассматривается концепция развития автоматизированной системы, предназначенной для мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети постоянного тока. Система основана на

124 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 4(28) 2016

—— faV 1 V

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.