Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 125

ПРИЛОЖЕНИЕ И 128

ПРИЛОЖЕНИЕ К 131

ПРИЛОЖЕНИЕ Л 133

ПРИЛОЖЕНИЕ М 135

ПРИЛОЖЕНИЕ Н 137

ВВЕДЕНИЕ

Одной из приоритетных задач «Энергетической стратегии холдинга «Российские Железные Дороги» на перспективу до 2030 года» [1] является полное и надежное энергетическое обеспечение перевозочного процесса, снижение рисков при кризисных ситуациях в энергообеспечении железнодорожного транспорта.

Вместе с тем, в связи с постоянным ростом массы грузовых поездов, а также увеличением полигонов скоростных и высокоскоростных пассажирских перевозок, насущным направлением обеспечения надежного электроснабжения является усиление инфраструктуры железных дорог под требуемые размеры движения. Особую актуальность имеет вопрос энергообеспечения перевозочного процесса, поскольку большинство участков железных дорог имеют систему тягового электроснабжения (далее - СТЭ), спроектированную ранее на существенно меньшие размеры движения поездов. Следствием этого является необходимость усиления элементов СТЭ путем реконструкции и применения различных вариантов повторного использования устройств контактной сети, что позволяет существенно снизить общие затраты на реконструкцию и в сложных экономических условиях добиться повышения эффективности перевозочного процесса.

В связи с этим необходимо проанализировать способы усиления системы тягового электроснабжения для пропуска поездов повышенной массы.

В рамках данной выпускной квалификационной работы (ВКР) будут исследованы существующие варианты усиления контактной подвески и влияние каждого варианта усиления с точки зрения электромагнитной совместимости. По результатам расчетов при действующей системе тягового электроснабжения будут предложены мероприятия по уменьшению электромагнитного влияния на смежные линии связи. Также определим величину наведенных потенциалов на выведенных в ремонт проводах. Для выполнения расчетов ЭМВ будет использована программа для инженерных вычислений PTC Mathcad 15.

Таким образом целью ВКР является сравнительная оценка и выбор вариантов усиления контактной сети для пропуска поездов повышенной массы. Для достижения поставленной цели в ВКР решаются следующие задачи: проводится анализ проблемы организации тяжеловесного движения по участкам электрической железной дороги, рассматриваются варианты повторного использования потерявшего свою механическую прочность или отожженного в результате коротких замыканий несущего троса. Проведенные исследования показали, что физико-механические и электрические свойства пригодны для повторного использования несущего троса в качестве усиливающего или экранирующего, поэтому одной из задач ВКР является сравнение различных вариантов повторного использования несущего троса с точки зрения электромагнитного влияния на смежные линии оценка степени опасности от наведенных электромагнитных напряжений с целью разработки мер по обеспечению электромагнитной совместимости и безопасности производства работ.

Также, ввиду обострившейся в последнее время на сети железных дорог РФ проблемы электротравматизма оперативного персонала, особую актуальность представляет задача обеспечения электромагнитной совместимости при различных вариантах усиления контактной сети. Для этого в ВКР проводится анализ статистики электротравм с целью выявления наиболее вероятных их причин, связанных с наведенными напряжениями. Далее проводится расчет и оценка электромагнитных влияний от контактной сети, усиленной для пропуска тяжеловесных поездов. При этом рассматривается несколько вариантов усиления контактной сети, включая варианты повторного использования несущего троса.

Необходимо отметить, что несмотря на указанные преимущества варианта усиления контактной сети путем повторного использования несущего троса, до настоящего момента в учебной и справочной литературе отсутствует информация о степени электромагнитного влияния такого решения на окружающую среду, смежные линии и человека. Поэтому вопрос оценки степени электромагнитного влияния и выявление потенциально опасных режимов работы контактной сети с точки зрения электромагнитной совместимости представляет научно-исследовательский интерес, а также имеет практическую значимость.

В результате в ВКР выполнено технико-экономическое обоснование, на основе которого предложен оптимальный вариант усиления контактной сети при пропуске тяжеловесных поездов.

В существующих сложных экономических условиях наилучшие перспективы использования варианта усиления контактной сети имеют варианты с минимальными затратами на реконструкцию объектов. Однако помимо нагрузочных и экономических характеристик необходимо учитывать и степень электромагнитного влияния тяговой сети на смежные линии и окружающую среду, а также на условия работы оперативного персонала.

Важно отметить, что рассматриваемые варианты усиления контактной сети за счет повторного использования несущего троса практически не распространены на электрических железных дорогах Российской Федерации. В связи с этим, при таком нетиповом варианте возрастает риск повышения электромагнитного влияния. Поэтому нужно провести оценочные расчеты наведенных токов и напряжений при различных режимах работы тяговой сети и смежных линий. Анализ параметров электромагнитного влияния в таком случае позволяет выявить потенциально опасные режимы работы и впоследствии создать электробезопасные с точки зрения электромагнитной совместимости условия работы оперативного персонала.

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОПУСКА ПОЕЗДОВ ПОВЫШЕННОЙ МАССЫ И ДЛИНЫ ПО ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫМ УЧАСТКАМ Ж/Д

1. Анализ проблем и способов усиления устройств тягового электроснабжения

Стратегическая задача ОАО «РЖД» по повышению объемов перевозок и эффективности работы в настоящем времени решается увеличением массы и длины грузовых поездов на основных направлениях сети железных дорог [1] В связи с этим возникает проблема усиления существующих технических средств инфраструктуры железных дорог, так как при росте массы поездов существенно возрастает токовая нагрузка, интенсивнее происходит нагрев оборудования, снижается уровень напряжения в контактной сети, увеличиваются потери электроэнергии и осложняются условия работы устройств защиты от токов короткого замыкания [2,3].

На рисунке 1.1 и на чертеже ДР 230505 021 001 представлена динамика пассажирооборота и грузооборота железнодорожного транспорта в России.

Рисунок 1.1 – Динамика пассажирооборота и грузооборота железнодорожного транспорта в России

Как следует из рисунка 1.1 с 1998 по 2014 год наблюдается устойчивый рост грузооборота, за исключением небольшого спада в 2009 году. Пассажирооборот в период 2008-2014 гг имеет тенденцию к уменьшению.

В соответствии с [2] провозная и пропускная способность участка по условиям работы системы тягового электроснабжения может быть ограничена одним из трех факторов:

– мощностью основного оборудования тяговых подстанций и автотрансформаторных пунктов питания;

– допустимым нагревом проводов контактной подвески;

– уровнем напряжения в тяговой сети.

В ВКР основное внимание уделено вопросам усиления элементов СТЭ при пропуске тяжеловесных поездов за счет усиления устройств КС, что позволяет улучшить два из указанных факторов – условия нагрева проводов контактной подвески и уровень напряжения в тяговой сети путем уменьшения сопротивления контактной подвески.

Анализ литературных источников [2,3], позволил выявить следующие способы уменьшения сопротивления тяговой сети:

– изменение схемы питания контактной сети участка с раздельной на узловую, а узловой на параллельную;

– подвешивание усиливающих и экранирующих проводов;

– замена контактного провода или несущего троса на провода с большим сечением;

– снижение сопротивления рельсовой цепи.

Когда существующая контактная подвеска не выдерживает проверку на нагревание по ПУСТЭ [4] необходимо её усиление. В таком случае для решения проблемы необходимо либо увеличивать сечение ее проводов, заменяя их проводами с большим сечением, либо устанавливать дополнительные усиливающие провода.

На основании анализа существующих способов усиления элементов СТЭ при пропуске тяжеловесных поездов [5], составлена систематизированная структурная схема способов и путей усиления, представленная на плакате ДР 230505 021 001.

Как следует из плаката ДР 230505 021 001 мероприятия по реконструкции системы тягового электроснабжения должны иметь технико-экономическое обоснование. Они могут проводиться сразу в нескольких направлениях: изменение системы электроснабжения; повышение существующей мощности СТЭ и снижение сопротивления тяговой сети.

Ввиду обострившейся в последнее время на сети железных дорог РФ проблемы электротравматизма оперативного персонала, особую актуальность представляет задача обеспечения электромагнитной совместимости при различных вариантах усиления контактной сети. Для этого в ВКР проводится анализ статистики электротравм с целью выявления наиболее вероятных их причин, связанных с наведенными напряжениями.

1.2 Вопросы обеспечения электромагнитной совместимости тяговых сетей переменного тока со смежными линиями при пропуске тяжеловесных поездов

Актуальность проблемы обеспечения электромагнитной совместимости при организации тяжеловесного движения на электрифицированных железных дорогах переменного тока связана с устойчивым ростом грузооборота по железным дорогам России.

Вместе с увеличением массы ЭПС увеличивается пропускная и провозная способность участка, однако, чем тяжелее поезд, тем большую мощность он потребляет, соответственно растет и потребляемый им ток, что ухудшает условия электромагнитной совместимости тяговой сети со смежными слаботочными линиями за счет роста магнитного влияния.

Согласно ФЗ «О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств» [6] электромагнитная совместимость технических средств – способность технических средств функционировать с заданным качеством в определенной электромагнитной обстановке, не создавая при этом недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам и недопустимых электромагнитных воздействий на биологические объекты. В соответствии с этим ФЗ, электромагнитная совместимость должна быть обеспечена в целях исключения или ограничения электромагнитных помех, создаваемых техническими средствами; исключения неблагоприятных электромагнитных воздействий на биологические объекты или ограничения уровня таких воздействий; предотвращения нарушений функционирования технических средств при воздействии на них электромагнитных помех; обеспечения регламентированного стандартами качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения.

Электрифицированные железные дороги оказывают электромагнитное влияние, которому подвержены практически любые электрические линии (как воздушные, так и кабельные) с меньшим уровнем передачи энергии, проложенные вблизи от электрической железной дороги. Это линии связи, радиовещания, телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи автоблокировки, силовые и осветительные электрические сети, низковольтные линии электропередачи, отключенная контактная сеть соседних путей. Под влиянием также оказываются неэлектрические проводящие металлические сооружения, находящиеся в зоне влияния устройств тягового электроснабжения [7].

На плакате ДР 230505 021 002 приведены основные виды электромагнитных влияний, оказываемые устройствами электроснабжения электрифицированных железных дорог, систематизированные путем анализа литературных и нормативно-правовых источников в области электромагнитной совместимости [7,8,9].

Как следует из плаката ДР 230505 021 002, электромагнитные влияния по степени воздействия принято подразделять на опасные и мешающие. Опасные влияния могут вызвать в смежных линиях напряжения и токи, угрожающие жизни обслуживающего персонала, абонентов, а также создающие опасность для изоляции цепей и аппаратуры.

Мешающие влияния вызывают токи и напряжения, нарушающие нормальную работу смежной аппаратуры. Опасные влияния могут вызвать в смежных линиях напряжения и токи, угрожающие жизни обслуживающего персонала, абонентов, а также создающие опасность для изоляции цепей и аппаратуры. Мешающие влияния вызывают токи и напряжения, нарушающие нормальную работу смежной аппаратуры.

Мешающие и опасные влияния по характеру возникновения подразделяются на электрическое, магнитное и гальваническое. Электрическое поле создается напряжением влияющей линии, под его воздействием в смежной линии наводятся существенные напряжения, но оно сильно зависит от ширины сближения и при ширине сближения больше 150 м электрическим влиянием принято пренебрегать [7]. На провода, лежащие на земле и в земле, электрическое влияние не действует (силовые линии электрического поля от провода заканчиваются на поверхности земли) [8].

Гальваническое влияние обусловлено протеканием тягового тока по рельсам, который вызывает в них падение напряжения и возникновение потенциала относительно земли. Следовательно, все металлические сооружения, электрически соединенные с рельсами, получают тот же потенциал. Гальваническое влияние является опасным как для электрооборудования, так и для человека, так как потенциалы металлических сооружений относительно земли достигают довольно высоких значений, выходящих иногда за пределы 100 В [9].

Магнитное влияние возникает при протекании переменного тока (или высших гармонических составляющих выпрямленного тока) по контактной сети, который индуцирует наведенную ЭДС в смежных линиях. Магнитное влияние является самым сильным, т.к. воздействует не только на воздушные линии, но и на подземные кабельные линии, а также обладает незначительной степенью убывания напряженности в зависимости от удаления и проявляет себя при ширине сближения более 1000 метров [9].

Электрифицированные железные дороги являются мощным источником наведенного напряжения и поэтому необходимо уделять большое внимание безопасности при работе оперативного персонала на линиях вблизи железных дорог.

Анализ статистических данных, полученных в дистанции электроснабжения, свидетельствует о том, что в 2015 году наметилась тенденция к снижению количества несчастных случаев со смертельным исходом. Статистика приведена на рисунке 1.3 и на плакате ДР 230505 021 002.

Рисунок 1.3 – Статистика травматизма от наведенного напряжения за период 2010-2015 гг в ОАО «РЖД».

Одной из причин не позволяющих исключить несчастные случаи при эксплуатации энергоустановок является недостаточная эффективность контрольно-профилактической работы по предупреждению предпосылок к аварийности и производственному травматизму.

Анализ травматизма на электрических железных дорогах показывает, что за 5 лет от наведенного напряжения пострадало 10 человек. Количество несчастных случаев со смертельным исходом составило - 7 (70 % от общего числа случаев). Несчастные случаи связанные с прикосновением к элементам, находящихся под наведенным напряжением представлены в приложении А.

Все случаи травматизма от наведенного напряжения произошли в ходе выполнения работ по ремонту контактной сети, ВЛ ДПР и ВЛ 0,4 кВ.

Характеристики

Список файлов ВКР