CC BY
92
Эл.почта: tokareva@ien.kolasc.net.ru УДК 621.311
О. В. Залесова, П. И. Прокопчук
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВЫХ ТОКОВ В КОНТАКТНОЙ СЕТИ ДВУХПУТНОГО УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Аннотация
Рассматривается распределение тяговых токов в контактной сети двухпутного участка с узловой схемой питания. Для расчёта наведённого напряжения на отключённой линии электропередачи, подверженной влиянию контактной сети железной дороги, предложен метод задания токов во влияющих контурах “контактная сеть - земля”.
Ключевые слова:
тяговый ток, электромагнитное влияние, электрифицированная железная дорога
O. V. Zalesova, P. I. Prokopchuk
TRACTION CURRENTS DISTRIBUTION IN OVERHEAD CONTACT SYSTEM OF RAILWAY DOUBLE-TRACK
Annotation
The paper considers distribution of the traction currents in overhead contact system of railway double-track with power supply circuit. The method of defining currents in circuit “overhead contact system - ground” to calculate the induced voltage on disconnect transmission line affected electromagnetic interference of the overhead contact system has been proposed.
Keywords:
тгвоИоп current, electromagnetic interference, electric railway.
По прогнозам специалистов, в ближайшие годы в Мурманской области намечается значительный рост объёмов перевозок. С целью усиления пропускной способности на Октябрьской железной дороге переменного тока планируется строительство вторых путей на участке Апатиты - Мурманск.
На протяжении данной дистанции железной дороги расположены линии электропередачи (ЛЭП) различных классов напряжения. В связи с этим актуальным является исследование электромагнитной совместимости между двухпутным участком железной дороги и смежными ЛЭП. Для расчётов наведённых напряжений на отключённой линии электропередачи необходимо знать распределение тока в контактной сети, рельсах и земле в зависимости от схемы питания и количества путей железнодорожного участка.
Токи в контактной сети непрерывно изменяются по длине межподстанционной зоны в зависимости от числа электроподвижных составов, их местоположения относительно тяговых подстанций и потребляемых ими токов. Поэтому расчёт электроснабжения железных дорог переменного и постоянного токов основывается на решении мгновенных схем, построенных для отдельных моментов времени.
Рассмотрим мгновенную схему контактной сети однопутного участка железной дороги с двусторонним питанием, по которой работают участки железной дороги, расположенные на дистанции Апатиты - Оленегорск (рис.1).
69
А . 7
-Б
111L Л 1J.1L Ь
А
о з
Рис.1. Мгновенная схема распределения нагрузки на однопутном участке железной дороги с двусторонним питанием
Будем считать, что поездной ток распределяется между тяговыми подстанциями обратно пропорционально расстояниям от подстанции до электровоза, при этом наличие уравнительного тока учитываться не будет, т.е. напряжения на подстанциях равны: иА=иБ.
Таким образом, ток в контактной сети складывается из двух
составляющих: тока 1Ы , поступающего к электровозу от тяговой подстанции А,
и тока 11Б - от тяговой подстанции Б:
I 1А = Л
[о___h т _ т h_
, , МБ _ М ' ■
[о [о
где I - полный ток, потребляемый электровозом.
На двухпутных участках железной дороги, электрифицированных на переменном токе, в нашей стране, как правило, используют узловую схему питания контактной сети, когда на межподстанционной зоне при параллельной работе тяговых подстанций выполняется одно поперечное соединение контактных подвесок путей.
Предположим, на двухпутном участке находятся четыре электроподвижных состава. Расчёт токораспределения в мгновенной схеме для этого случая (рис.2) можно выполнить по известному методу переноса токов [1,2]. Он выполняется в два этапа.
70
Рис.2. Мгновенная схема распределения нагрузок на двухпутном участке железной дороги с узловой схемой питания контактной сети Сначала разносятся нагрузки между двумя ближайшими узлами -шинами поста секционирования и соответствующими фидерами подстанций А и Б:
1 = I * 1с li
1\А1 11 ,
' п
т _ т }_с h
1 О А 1 О * "
12 А2 2 7
т _ т l3 l с
ЗБз з * ,
l0 lC
т _ т h 1 с
4Б4 14 * ,
l0 lC
1 = 1 * h
1\C 1\ 7
l n
i = i * l-L
12C 12 7 ,
lC
т _ т lo l3
13C 13 "
l0 lC
т _ / l0 l4
14C 14 '
l -1 ’
l0 lC
где , 1 2A , , 14£ - составляющие нагрузок 1X, 12, 13, 14
соответственно, приходящиеся на фидеры подстанций, а 11C , 12C, -^3C , 14C -
составляющие данных нагрузок на пост секционирования С.
После чего исходную схему можно заменить следующей мгновенной схемой (рис.З).
Рис.3. Условная мгновенная схема распределения нагрузок на двухпутном участке железной дороги после первого переноса токов
Для схемы, представленной на рисунке 3, суммарный ток в узле С определяется по формуле:
1 C = 1 1C + 1 2C +1 3C + 1 4C ■
Далее осуществляем второй перенос токов в узле С между фидерами подстанций А и Б:
т — т — т lo lC
1CA1 1cA2 1c ' 21
iсБ3 iсБ4 1 C ' 21
71
После второго переноса токов мгновенная схема примет окончательный вид (рис.4).
Рис.4. Условная мгновенная схема распределения нагрузок на двухпутном участке железной дороги после второго переноса токов
Нагрузка фидеров подстанций А и Б в итоге определяется как сумма всех токовых составляющих, приходящихся на определённый фидер:
1А +1сл ’
I Бз = 1ЭБг + 1 Сб3 ,
I Аг 12 Я2 + I СЛг
= I4 б4 + 1CEi ■
Полные токи подстанций определяются как сумма исходящих нагрузок с двух фидеров одной подстанции.
Рассмотрим мгновенную схему распределения тока в контактной сети, когда на двухпутном участке в зоне AjC находится один электровоз. Разобьём данный участок железной дороги на несколько отрезков в соответствии с изменением направления тока в контактной сети (рис.5). Направление тока слева направо будем считать положительным.
Для расчёта наведённого напряжения на проводах отключённой линии электропередачи, когда на двухпутном участке находится один электровоз, достаточно использовать метод суперпозиции, чтобы определить токи, протекающие в контурах “контактная сеть - земля”. В данном случае ток в контактной сети будет задаваться в соответствии с рис.5.
Рис.5. Мгновенная схема распределения тока в контактной сети при наличии одной нагрузки на межподстанционной зоне
Если на участке находятся несколько электровозов, выполняется расчёт мгновенной схемы распределения токов в контактной сети отдельно для каждой нагрузки, находящейся в фиксированный момент времени на рассматриваемом
72
двухпутном участке, и далее с помощью метода суперпозиции определяется ток на каждом отрезке участка железной дороги.
Тяговый ток возвращается на подстанции по рельсам и через землю. Известно, что если линия контактной сети переменного тока проходит по кривой, то обратный ток в земле следует по той же кривой, а не идет по наиболее короткому пути [3]. Ток в земле вследствие магнитного взаимодействия подтягивается к проводу и держится вблизи него на расстояниях, в зависимости от частоты тока. Поэтому схему распределения токов в земле можно считать аналогичной схеме соединения проводов контактной сети.
Таким образом, ток во втором влияющем контуре “рельсы - земля” задаётся в соответствии с отрезками, на которые условно поделен участок железной дороги, с учётом коэффициента защитного действия рельсов для двухпутных участков [4, 5].
Выводы
Сложность расчёта наведённого напряжения на отключённых линиях электропередачи, вызванных работой контактной сети железной дороги переменного тока, заключается в непрерывном изменении числа, величины и местоположении тяговых нагрузок на межподстанционной зоне, особенно, если участок двухпутный с двусторонним питанием. Поэтому удобно рассматривать процесс влияния в отдельные моменты времени с фиксированными нагрузками определённой величины и с помощью метода переноса токов определять распределения тока в контактной сети двухпутного участка железной дороги при параллельной работе тяговых подстанций.
Литература
1. Тер-Оганов Э. В., Пышкин А. А. Электроснабжение железных дорог: учеб. для студентов университета (УрГУПС) / Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2014. 432 с.
2. Игнатенко И. В. Электроснабжение железных дорог: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1 / Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2013. 113 с.
3. Бадер М. П. Электромагнитная совместимость: Учебник для вузов
железнодорожного транспорта. М.: УМК МПС, 2002. 638 с.
4. Залесова О. В., Якубович М. В. Определение коэффициента защитного действия рельсов на однопутном участке железной дороги // Сборник докладов Национального конгресса по энергетике, 8-12 сентября 2014 г.: в 5 т. Т. 4. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. С.239-244.
5. 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 авторах
Залесова Ольга Валерьевна,
младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: Drozdova_nord@mail.ru
Прокопчук Павел Иванович,
и.о. научного сотрудника лаборатории электроэнергетики и технологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН
73
