ПОЛНАЯ ПЗ (Расчёт параметров системы тягового электроснабжения Владивостокской ЭЧ ДВЖД при применении рекуперативного торможения), страница 8

Рисунок 6.1 – Минимальные напряжения в тяговой сети

Рисунок 6.2 – Средние трёхминутные напряжения

в тяговой сети

Как видно из рисунков 6.1 и 6.2, принятые меры в 5-ом разделе по усилению СТЭ с целью повышения уровня напряжения, а также его поддержания в допустимых пределах, указанных в ПУСТЭ-97, способствуют пропуску тяжеловесных поездов разной массы от 6 до 8,5 тысяч тонн при заданном ГДП. Минимальное напряжение в тяговой сети при работе электровоза в режиме тяги после усиления СТЭ в среднем стало больше на 3,3 кВ, чем было до усиления, а при работе электровоза в режиме с использованием РТ после усиления СТЭ в среднем – больше на 4,1 кВ, чем было до усиления. Среднее трехминутные напряжение в тяговой сети при работе электровоза в режиме тяги после усиления СТЭ в среднем стало больше на 2,9 кВ, чем было до усиления, а при работе электровоза в режиме с использованием РТ после усиления СТЭ в среднем – больше на 3,9 кВ, чем было до усиления. Таким образом, усиление СТЭ стабилизировало уровень напряжения при пропуске поездов разной массы от 6 до 8,5 тысяч тонн при заданном ГДП.

Такие параметры, как коэффициенты перегрузки трансформатора ТП температура нагрева проводов и эффективные токи контактной подвески для двух режимов ведения поезда в зависимости от увеличения массы тяжелого поезда при проходе ЭПС по участку Анисимовка – Фридман соответственно представлены в таблицах Д.1 – Д.3 (приложение Д).

Исходя из представленных данных, приведенных в таблицах Д.1 – Д.3, видно, что параметры СТЭ, а именно коэффициенты перегрузки, трансформатора температура нагрева проводов и эффективные токи КП в двух режимах ведения поезда находиться в допустимых по ПУСТЭ-97 пределах. Помимо этого стоить отметить, что значения коэффициентов перегрузки трансформатора, температуры нагрева проводов и эффективных токов КП подверглись малосущественному изменению после усиления СТЭ.

На рисунке 6.3 представлен расход энергии на участке Анисимовка – Фридман для двух режимов ведения поезда в зависимости от увеличения массы тяжелого поезда.

Рисунок 6.3 – Расход энергии на участке в зависимости

от массы тяжелого поезда

Как видно из рисунка 6.3, после усиления СТЭ произошло незначительное увеличение расхода энергии, чем было до усиления. Это вызвано дополнительной установкой устройств продольной компенсации на фазу С. После усиления СТЭ расход энергии на участке в режиме ведения поезда с использованием РТ в среднем на 10,226 % больше, чем до усиления. Однако, расход энергии на участке в режиме ведения поезда с использованием РТ в среднем на 1,25 % меньше, чем у поезда, работающего в режиме тяги. Отсюда следует что экономия на расход энергии при ведении поезда с использованием РТ в отличие от работы электровоза в режиме тяги может составить в среднем 589557,6 кВт·ч в месяц.

На основе проанализированных результатов расчёта параметров СТЭ к данному разделу можно сделать вывод что:

1. Критической массой тяжелого поезда следующего в чётном направлении на участке Анисимовка – Фридман является масса 9000 тонн. Однако данное ограничение было вызвано не пропускной способностью участка, а возможностями электровоза 2ЭС5К “Ермак”;

2. При увеличение массы тяжелого поезда от 6 до 8,5 тысяч тонн при работе электровоза в режиме ведения поезда с применением РТ в отличие от работы электровоза в режиме тяги расход энергии в среднем меньше на 818,83 кВт·ч после усиления СТЭ, что может составить значительную экономию энергии на 589557,6 кВт·ч в месяц;

3. Применение следующей меры усиления СТЭ, которая заключается в одновременной работе установок продольной компенсации, включенных в фазу C, и установок поперечной компенсации на плечах ТП, не только обеспечивает выполнение требований ПУСТЭ-97, но и увеличение массы тяжелого поезда, пропуская его по МПЗ, с 6 до 8,5 тысяч тонн.

Таким образом, в качестве усиления СТЭ окончательно принимаем 5-ый вариант усиления, а именно одновременную работу установок продольной компенсации, включенных в фазу C, и установок поперечной компенсации на плечах обеих ТП Анисимовка и Фридман.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ НА КАЧЕСТВО ТОКА

7. 1. Анализ существующих нормативных документов по качеству электроэнергии для железнодорожного транспорта

Одним из приоритетных направлений ОАО “РЖД” является повышение энергетической эффективности электрической тяги за счёт возврата энергии рекуперации в тяговую сеть и, как следствие, поддержание КЭ на высоком уровне [21].

На железных дорогах, электрифицированных на переменном токе, особую часть нелинейных элементов составляют полупроводниковые приборы: диоды и тиристоры. Эти элементы активно применяются в ВИП электровозов, в которых происходит преобразование в режиме тяги переменного тока контактной сети в выпрямленный ток для питания тяговых двигателей, а также обратное преобразование в режиме рекуперации ЭЭ тяговых двигателей, работающих в этом случае в режиме генератора [21, 22, 23].

Однако, как известно из [23], применение управляемых полупроводниковых приборов в ВИП у ЭПС переменного тока, что обеспечивает высокие тягово-энергетические характеристики за счёт плавного регулирования напряжения на тяговых двигателях, оказывает сильное негативное влияние на КЭ питающих сетей, так как нелинейность вольтамперной характеристики полупроводниковых элементов приводит к искажению формы кривой тока и напряжения и отклонению их от синусоиды. Искажение синусоидальной формы переменного напряжения является одним из основных параметров, характеризующих КЭ согласно ГОСТ 32144-2013. Важность этого параметра определяется тем, что искажения напряжения в контактной сети оказывают влияние как на эксплуатационные характеристики электровозов, так и на саму СТЭ. Искажение формы кривых тока и напряжения принято характеризовать спектрами высших гармонических составляющих тока и напряжения [23].

Высшие гармоники тока и напряжения оказывают существенное мешающее влияние на проводные и кабельные линии связи, расположенные вдоль железнодорожной магистрали. Они снижают эксплуатационную надежность работы аппаратуры автоматического регулирования на ЭПС, так как высшие гармоники приводят к появлению добавочных потерь в обмотках вспомогательных машин электровоза [9, 23]. Также они нарушают работу устройств телемеханики, СЦБ и релейной защиты СТЭ или ухудшают их характеристики [9, 23]. В силовом трансформаторе гармоники вызывают увеличение потерь в стали, связанные с гистерезисом, а также увеличение потерь в меди обмоток, сокращает срок службы изоляции [9, 23].

В настоящее время на территории Российской Федерации применяется межгосударственный стандарт ГОСТ 32144-2013, который с 1 июля 2014 года Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 июля 2013 г. №400-ст введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации.

С вступлением Рос­сии во Всемирную торговую организацию все требования ГОСТ 32144-2013 должны были со­ответствовать требованиям международных стан­дартов.

Однако уже в предисловии к ГОСТ 32144-2013 указано, что в нем лишь учтены основные норма­тивные положения европейского стандарта EN 50160:2010 и, несмотря на то, что эти два стандарта схожи, нормы по отдельным показа­телям качества электроэнергии значительно отли­чаются. Это вызвано тем, что в ГОСТ 32144-2013 остав­лена часть прежних показателей из ГОСТ 13109-97.

Степень отклонения от синусоиды формы напряжения тяговой сети согласно [24] определяется двумя основными показателями КЭ:

• коэффициент n-ной гармонической составляющей напряжения, К_U(n);

• суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения, К_U.

В ГОСТе 32144-2013 для указанных выше показателей КЭ установлены нормы, которые представлены в таблицах Е.1 – Е.3 (приложение Е).

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы [24]:

• значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения К_U(n), не должны превышать значений, установленных в таблице Е.1;

• значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения К_U, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблицах Е.2 и Е.3, соответственно в течение 95 % и 100 % времени интервала в одну неделю.

Стоит отметить, что согласно ГОСТу 32144-2013 качество тока никак не нормируется, поэтому, в отечественной технической литературе под качеством электроэнергии в большинстве случаев подразумевают качество напряжения [25]. Именно по этой причине все стандарты РФ по КЭ устанавливают показатели и нормы КЭ, касающиеся только напряжения, а не тока [25].

Однако, имеющийся ряд европейских стандартов, в которых рассматриваются не только нормирование гармонических составляющих напряжения и коэффициент искажения синусоидальности кривой междуфазного (фазного) напряжения, но и предельный уровень гармонических составляющих тока нагрузки. Примером является стандарт IEEE 519 – 1992, предложенный Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), основанный в США, а также стандарты IEC 61000 – 3 – 2:2009 и IEC 61000 – 3 – 12:2011 для устройств, подключаемых к сетям низкого напряжения (до 1 кВ), принятые Международной электротехнической комиссией (IEC). Для устройств, подключаемых к электрическим сетям среднего (1 – 35 кВ) и высокого (35 – 230 кВ) напряжения существует стандарт IEC 61000 – 3 – 6:2008, который не содержит непосредственно числовых значений для гармонических составляющих тока, но предъявляет требования к ограничению гармонических составляющих тока нагрузки.

В существующем российском ГОСТе 32144-2013 не содержится каких-либо требований к гармоническим составляющим тока нагрузки, т.е. гармонические составляющие тока не нормируются.

Из всех нормативных документов, действующих на территории РФ, нормативные значения высших гармонических составляющие тока приведены только в Правилах [26] 1987 года. В данных правилах представлено процентное содержание гармонических составляющих тока на токоприемнике электровоза в режиме рекуперации для однопутного и двухпутного участка. Однако в приведенных правилах не чего не говорится о факторах, влияющих на степень искажения кривых тока, основными из которых являются:

• тип ВИП на ЭПС;

• мощность ЭПС;

• режим работы электровоза (тяга, рекуперация, выбег);

• наличие компенсирующих устройств на ЭПС;

• параметры схемы расположения ЭПС в СТЭ.

Вследствие особенностей работы тиристорных выпрямителей на ЭПС на токоприемнике электровоза суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения может достигать значений 5–15 % в зависимости от загруженности фидерной зоны электроснабжения и расположения электровозов относительно ТП [9, 23]. В тяговой сети, это, как правило, нахождение электровоза в середине МПЗ при двустороннем питании или в конце консоли при одностороннем питании зон КС. Помимо этого также стоит отметить, что электровозы магистральных железных дорог развивают значительную мощность (6-12 МВт), что способствует увеличению суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения, за счёт значительных значений высших гармоник в кривых тока и напряжения [9].

Гармонический спектр тока действующей тяговой сети непрерывно изменяется, что объясняется непостоянством нагрузки на нее. Как известно из [9, 23], работа электровоза в режиме с применением РТ связана с определенными сложностями, отличными от обычного режима ведения поезда в режиме тяги, существенно влияющими на гармонические спектры тока и напряжения.

В связи с этим требуется провести анализ результатов экспериментальных поездок ЭПС в режиме рекуперации на участке Анисимовка – Фридман с целью исследования качества тока

1. Анализ результатов экспериментальных поездок ЭПС в режиме рекуперации на участке Анисимовка – Фридман

В 2000 году сотрудниками ДВЖД и преподавательским составом кафедры “Электроснабжение транспорта” проводились экспериментальные поездки ЭПС на участке Анисимовка – Фридман при работе электровоза с использованием РТ [6].

Схема проведения эксперимента на рассматриваемом участке представлена на рисунке 7.1.

СВЭ – система внешнего электроснабжения;

Р-Н – районная нагрузка; ТД – тяговые двигатели;