Диплом Лупенко А.И. (1208315), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Проблема пропуска поездов в межподстационной зоне связанно с их скоростью и количеством на перегоне. Скорость поездов первоначально зависит от профиля пути и кривых, имеющихся на участке, а так же от состояния пути и контактной подвески. Поэтому на перегонах с тяжелым профилем пути увеличение скорости за счет усиления тяговой сети практически невозможно. На межподстанционной зоне с уменьшением интервала между поездами происходят значительное снижение напряжения на токоприемнике локомотива. Это объясняется увеличением суммарного потребляемого тока, следовательно и большим падением напряжения в тяговой сети. Установки поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения включаются в тяговой сети у постов секционирования. Их задача – повышение уровня напряжения, напряжения на тяговых подстанциях, что благоприятно сказывается на режиме работы электроподвижного состава (ЭПС) и тяговых подстанций. Повышение напряжения в контактной сети приводит к повышению пропускной способности участков железной дороги при всём при этом эти установки должны быть экономически выгодны и надежны
С целью решения задачи по повышению минимального напряжения на токоприемнике электрического подвижного состава выбор мощности устройства поперечной компенсации в первую очередь осуществляют для поста секционирования. Расчетную мощность устройства поперечной компенсации на посту секционирования для расчетного участка определяют из условия необходимости обеспечения минимального напряжения на токоприемнике электрического подвижного состава на уровне не ниже минимального нормируемого напряжения.
1 АНАЛИЗ СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1 Проблемы уровня напряжения в системах тягового электроснабжения Владивостокской дистанции электроснабжения
Рассматриваемый участок системы тягового электроснабжения ЭЧ-4 Смоляниново-Партизанск имеет протяженность 84,2 км и 4 тяговых подстанции.
Расстояние между центрами питания достаточно велико, все подстанции присоединены к ЛЭП класса напряжения 110 кВ.
В большинстве случаев тяговые подстанции имеют всего два источника питания, иногда находящихся на значительном удалении друг от друга.
По результатам измерений, для большинства постов секционирования отклонение напряжения превышает допустимые значения (минимальные и максимальные).
Наиболее плохое положение по минимальному напряжению на токоприёмнике локомотивов происходит на участке Анисимовка–Фридман рисунок А.1 (см. приложение А). Причина – сложный профиль пути, значительная удаленность от источников питания, возникновение в связи с этим резонансных условий, отключение компенсирующих устройств на отдельных подстанциях, или неверный выбор резонансной частоты компенсирующих устройств. В последнее время повышение минимального напряжения обусловлено движением тяжеловесных поездов.
Проблема качества электроэнергии осложняется тем, что энергоснабжающие организации диктуют дорогам свои условия по вопросам качества электроэнергии при заключении договоров электроснабжения, а также при контроле качества электроэнергии результаты измерений трактуют лишь в свою сторону.
1.2 Оценка области применения устройств компенсации
По результатам измерений, произведённых Испытательной лабораторией по качеству электроэнергии ДВГУПС по подстанциям ДВЖД, в частности ЭЧ-4, выявлено превышение допустимых значений отклонения напряжения на шинах постов секционирования.
Применяемое в настоящее время типовое устройство поперечной компенсации, в соответствии с рисунком 1.1, настраивается с помощью батареи конденсаторов и реактора в резонанс напряжений на частоту 135 – 142 Гц. Оно включается в плечо отстающей фазы и выступает в роли компенсатора реактивной мощности прямой последовательности и симметрирующего устройства по токам обратной последовательности. Это устройство эффективно отфильтровывает гармоники тяговых токов. Обеспечивая компенсацию реактивной мощности и частично симметрирование, КУ не является фильтром для высших гармоник тока, влияющих на коэффициенты искажения формы кривых напряжения и n-й гармоники напряжения.
Рисунок 1.1 – Типовая установка поперечной компенсации
2 ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЯЕМОЙ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА
Для разработки программного комплекса был использован стандартный программный пакет математического обеспечения для инженерных и научно-технических расчетов MathCAD 14.
Данный программный пакет обеспечивает широкие возможности для проведения сложных математических расчетов с применением теории вероятности, матричных вычислении, численных методов математики (численное интегрирование, дифференцирование), расчеты с комплексными числами. Кроме этого, данный программный комплекс обладает достаточной простотой и наглядностью математических вычислений, т.е. математические выражения отображаются также как и в действительности без использования сложных алгоритмических построений и преобразований.
Ввести в среде Mathcad переменную можно двумя различными способами: отдачей команды Matrices из меню Math, либо нажатием на панели математических инструментов кнопки с изображением матрицы (щелкнув по ней курсором мыши).
Данные, которые являются результатами расчетов одного блока и исходными данными для других блоков, не обязательно вводить в Mathcad – документ вручную с клавиатуры. Для этой цели в Mathcad используется специальный оператор. Чтобы ввести переменную, используемую в дальнейших блоках достаточно в Mathcad набрать выражение А:= READPRN (имя файла.prn). Для прочтения в другом блоке – оператор WRITEPRN, то есть происходит обмен файлами, которые заносятся на жесткий диск. В Mathcad используется семь видов графиков, используемых для визуального отображения различных зависимостей. Типов графиков в Mathcad, конечно намного больше, но на панели инструментов имеется ровно семь кнопок для создания семи графиков. В дипломном проекте используется только два вида.
Программный комплекс состоит из блоков, которые объединены в 3 блок‑схемы.
1-я Блок-схема алгоритма выбора мощности компенсирующих устройств в системе тягового электроснабжения предоставлена на рисунке Б.1 (см. приложение Б). Схема состоит из 4 блоков.
В Блоке № 1 проводится анализ потребления активной и реактивной энергии в системе тягового электроснабжения. Рассчитывается нормативное экономическое значение коэффициента реактивной мощности, определяется технический предел потребления реактивной мощности и суммарная мощность компенсирующих установок.
В Блоке № 2, в создаваемую базу данных вводится удельные параметры ЛЭП системы внешнего электроснабжения Владивостокской дистанции электроснабжения. Рассчитывается входное сопротивление до шин 27,5 кВ (с использованием матрицы соединений в узлах). Определяется мощность КУ на шинах 27,5 кВ для каждого поста секционирования, место их установки.
В Блоке № 3 выбираются параметры установок поперечной емкостной компенсации: количество параллельно и последовательно соединенных конденсаторов, индуктивность и частота настройки реактора. Полезная мощность КУ. Находится полное сопротивление КУ для основной гармоники.
2-я Блок-схема алгоритма расчета 
на шинах постов секционирования (для режимов без компенсирующих устройств, с применением КУ) изображена на рисунке Б.2.
В Блоке № 4 используя созданную базу данных, рассчитываются параметры, необходимые для анализа компенсации реактивной мощности и качества электроэнергии. Определяем средние значения, эффективные значения токов плеч питания, углы сдвига фазы между током и напряжением.
Блок № 4.1 считается для случая, с применением компенсирующих установок.
В Блоке № 5 рассчитываются входные сопротивления для гармоник (используя данные ЛЭП внешнего электроснабжения).
В Блоке № 5.1 рассчитываются входные сопротивления для гармоник с учетом коэффициента поверхностного эффекта (используя данные ЛЭП внешнего электроснабжения).
В Блоке № 6 определяется 
на шинах постов секционирования. Находим матрицу фазных напряжений, находим 
и 
, на основании проделанных расчетов определяем надбавку за коэффициент несинусоидальности.
Блок № 6.1 – с применением КУ.
В Блоке № 7, используя графический пакет MathCaD строятся графические зависимости (
) для 2-х режимов( 1- режим – без использования каких- либо компенсирующих устройств, 2 режим – с использованием установки поперечно емкостной компенсации), в одних координатных осях.
3-я Блок-схема алгоритма расчета 
на шинах постов секционирования и расчет потерь в системе тягового электроснабжения приведена на рисунке Б.3.
В Блоке № 8 введя исходные данные (из базы данных), определяем напряжение обратной последовательности, для каждого поста секционирования.
В Блоке № 9 рассчитываются потери электроэнергии в трансформаторах за год для 2-х режимов и потери в КУ.
В Блоке №10, используя матрицу соединений в узлах и матрицу соединений в контурах, определяем зарядные токи контуров, а затем и зарядные токи линий. Введя данные о фазных токах ВН трансформаторов, находим токи в линиях. С их помощью определяются потери электроэнергии в ЛЭП за год (определяется для 2-х режимов).
В Блоке № 11, используя матрицу соединений в узлах, определяем математическое ожидание падения напряжения, а затем и математическое ожидание установившегося отклонения напряжения на шинах ВН тяговых подстанций. Введя данные о среднеквадратических отклонениях токов, находим среднеквадратическое отклонение напряжения на шинах ВН. (все определяется для 2-х режимов).
Конечный результат расчетов каждого блока записывается в создаваемую базу данных, с помощью которой производятся последующие расчеты. Блоки программного комплекса логически связаны между собой с помощью файлов данных, но они могут применяться (с небольшими изменениями) как отдельные программы.
Конструкция данного комплекса позволяет в дальнейшем легко преобразовывать комплекс для конкретных примеров, а также добавить новые блоки по расчету иных показателей. На основе программы выполнен анализ компенсации реактивной мощности и уменьшения отклонения напряжения в системе тягового электроснабжения Владивостокской дистанции электроснабжения Дальневосточной железной дороги.
3 ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ УСТАНОВОК ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ
В качестве исходных данных, необходимых для расчета, использована схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций (ТП), которые входят в Владивостокскую дистанцию электроснабжения. Они представляют собой цельную систему источников питания, соединенных между собой высоковольтными линиями электропередач. Схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций Владивостокской дистанций электроснабжения изображена на чертеже Д. 230505. 021. Э3-1.
Исходными данными являются также и схема фазировки тяговых подстанций Владивостокской дистанций электроснабжения, которая изображена на чертеже Д. 230505. 021. Э5-2. Она представляет собой схему соединения обмоток трансформаторов на тяговых подстанциях к определенным фазам электросети.. Кроме этого в качестве исходных данных, необходимых для расчета экономических и технических значений реактивной мощности и энергии были использованы данные расхода активной (т.кВТч) и реактивной (т.кВАРч) электроэнергии тяговыми подстанциями Владивостокской дистанций электроснабжения за каждый месяц 2016 года, размещенные в таблицах B.1 и B.2 приложения B.
3.1 Расчет экономических и технических значений реактивной энергии для тяговых подстанций Владивостокской дистанций электроснабжения
Для системы тягового электроснабжения переменного тока электроснабжающая организация задает следующие значения, оговариваемые в договоре на пользование электроэнергией:
В Договоре электроснабжения для каждого потребителя, на которого распространяется оплата за услуги по поддержанию экономичных режимов потребления реактивной энергии, указывают:
а) экономические значения реактивной энергии 
, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети за каждый месяц года (12 помесячных значений);
б) технический предел потребления реактивной мощности в часы больших суточных нагрузок электрической сети 
и (или) реактивной энергии за месяц 
(одно значение, распространяющееся на каждый месяц года);
в) технические пределы генерации реактивной мощности в сеть энергоснабжающей организации, в часы малых суточных нагрузок электрической сети и (или) реактивной энергии за месяц одно значение, распространяющееся на каждый месяц года);
Согласно Методическим указаниям по расчету и размещению установок поперечной емкостной компенсации, оплате реактивной мощности и энергии на электрифицированном участке железной дороги № ЦЭТ-27 от 22.02.94, экономическое значение и технический предел потребления реактивной мощности и энергии тяговыми подстанциями указывают суммарно для группы тяговых подстанций, соединенных между собой тяговой сетью с одной энергоснабжающей организацией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
