Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы качества потребления электроэнергии на тягу поездов переменного тока 8
1.1. Специфика электротяговой нагрузки переменного тока 9
1.2. Специфика трехфазно-двухфазного преобразования на тяговых подстанциях 11
1.3. Показатели качества электрической энергии 17
1.4. Компенсация реактивной мощности 20
1.5. Задачи и методы исследования 21
2. Теоретический анализ схем преобразователей тяговых подстанций с симметрирующим эффектом 23
2.1. Выпрямительно-инверторные преобразователи 23
2.2. Трансформаторные преобразователи 27
2.3. Дополнительные симметрирующие устройства 32
2.3.1. Трансформаторные симметрирующие приставки 32
2.3.2. Емкостные устройства 34
2.3.3. Индуктивно-емкостные устройства 40
2.4. Выводы по второй главе 41
3. Теоретические основы симметрирования трехфазных токовых нагрузок на тяговых подстанциях 42
3.1. Компенсация реактивной составляющей токов прямой последовательности 43
3.2. Снижение токов обратной последовательности 48
3.3. Выводы по третьей главе 57
4. Моделирование работы тяговой подстанции с симметрирующими преобразователями и компенсирующими устройствами 58
4.1. Методы моделирования 58
4.2. Программные средства моделирования 59
4.3. Описание математической модели 60
4.3.1. Электротяговая нагрузка 61
4.3.2. Преобразователи тяговой подстанции 61
4.3.3. Компенсирующие устройства 63
4.3.4. Питающие линии электропередач 64
4.3.5. Трехфазный источник электроэнергии 65
4.4. Проверка адекватности модели 66
4.5. Анализ факторов, влияющих на несимметрию токов 70
4.5.1. Оценка результатов многофакторного эксперимента 72
4.5.2. Проверка значимости коэффициентов 73
4.6. Исследование симметричности загрузки фаз питающих линий 75
4.6.1. Несимметрия токов 75
4.6.2. Несимметрия напряжений 78
4.7. Исследование компенсации реактивной мощности 80
4.8. Исследование потерь мощности в питающих линиях электропередач 82
4.9. Технико-экономическая оценка целесообразности применения симметрирующих средств 83
4.9.1. Технические аспекты целесообразности 84
4.9.1.1. Особенности предлагаемого способа симметрирования 84
4.9.1.2. Влияние на работу системы внешнего электроснабжения 87
4.9.1.3. Влияние на работу системы тягового электроснабжения 88
4.9.2. Экономические аспекты целесообразности 90
4.10. Выводы по четвертой главе 91
Заключение 94
Библиографический список 96
Приложение 1 101
- Специфика трехфазно-двухфазного преобразования на тяговых подстанциях
- Трансформаторные симметрирующие приставки
- Компенсация реактивной составляющей токов прямой последовательности
- Анализ факторов, влияющих на несимметрию токов
Введение к работе
Одним из главных приоритетов «Энергетической стратегии железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года» является снижение удельных материальных затрат на электропотребление тягой поездов на 5 - 6% к 2010 году и на 10 - 12 % - к 2020 году [1].
Основными направлениями снижения затрат являются переход с энергорасточительного на энергосберегающий путь и повышение качества потребления электроэнергии. В период реформирования как железнодорожного транспорта, так и энергетики России, повышению качества потребляемой электроэнергии стало уделяться большое внимание, особенно в системах электрической тяги переменного тока.
Одной из важнейших проблем, возникающих при питании систем электрической тяги переменного тока, является несимметрия токов в трехфазной системе внешнего электроснабжения [2, 3]. Применение стандартных трансформаторных преобразователей со схемой соединения обмоток Y/A -11 на подстанциях для питания однофазных тяговых нагрузок вызывает появление значительных несимметричных токов в трехфазных сетях питающей энергосистемы. Протекание несимметричных токов в этих сетях приводит к возникновению несимметрии напряжений и является причиной нарушения одного из важнейших показателей качества электроэнергии - коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности [4]. Особо остро эта проблема затрагивает электроснабжение тяговых подстанций с резко неравномерной загрузкой плеч питания, что характерно для однопутных участков.
Существующий способ выравнивания загрузки фаз трехфазной сети осуществляется за счет подключения тяговых подстанций к питающей линии электропередачи по схеме с чередованием фаз (схема «винта»). Такой вариант симметрирования токов и напряжений является идеализированным и позволяет выравнивать загрузку фаз только у опорных тяговых подстанций [5]. В реальных условиях достичь полной симметрии нагрузок в питающей линии
при использовании схемы «винта» практически невозможно, так как нагрузки плеч питания тяговых трансформаторов непрерывно изменяются в широких диапазонах, а количество подстанций не всегда кратно трем. Однако присоединение подстанций по схеме «винта» широко применяется в практике эксплуатации электрифицированных линий переменного тока [6, 7, 8].
Использование на тяговых подстанциях трансформаторов, обладающих симметрирующим эффектом, определено как одно из приоритетных направлений при решении проблемы симметрирования трехфазных токов. Однако на однопутных электрифицированных участках эффект от применения симметрирующих трансформаторов реализуется недостаточно полно [9].
Одним из возможных способов улучшения использования симметрирующих свойств таких трансформаторов является согласованное применение устройств поперечной емкостной компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки (КУ), устанавливаемых на тяговых подстанциях.
Вопросы обеспечения совместной работы симметрирующих тяговых трансформаторов и КУ исследованы недостаточно. Поиск возможностей повышения равномерности загрузки по фазам трехфазной системы за счет согласования работы симметрирующих тяговых трансформаторов и КУ является актуальной задачей.
В диссертационной работе исследуется эффективность симметрирования трехфазных нагрузок и снижения материальных затрат на приобретение электроэнергии для тяги поездов переменного тока при функциональном объединении симметрирующих трансформаторных преобразователей подстанций и устройств поперечной компенсации реактивной мощности в единый агрегат.
Цель работы заключается в совершенствовании системы тягового электроснабжения переменного тока, обеспечивающем симметрирование нагрузки в трехфазной питающей сети и снижение потребления реактивной мощности за счет согласованного объединения нетрадиционных трехфазно-двухфазных трансформаторных преобразователей и конденсаторных компенсирующих устройств тяговых подстанций.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений.
В первой главе диссертационной работы рассмотрено современное состояние проблемы качества потребления электроэнергии на тягу поездов переменного тока, сформулированы задачи и методы исследований.
Вторая глава посвящена теоретическому анализу схем преобразователей тяговых подстанций, обладающих эффектом симметрирования трехфазных токов, потребляемых из системы внешнего электроснабжения.
В третьей главе рассмотрены теоретические основы формирования трехфазных токовых нагрузок при совместной работе компенсирующих устройств с симметрирующими преобразователями тяговых подстанций.
Четвертая глава посвящена исследованиям на математической модели показателей симметричности загрузки фаз трехфазных питающих линий и энергетических показателей электропотребления при симметрирующей агрегации компенсирующих устройств и трансформаторных преобразователей тяговых подстанций переменного тока.
Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:
способ согласования работы трансформаторных преобразователей подстанций и однофазных плавнорегулируемых компенсирующих устройств на основе функционального объединения в симметрирующий агрегат;
математическая модель, адекватно отображающая процессы симметрирования нагрузок в трехфазной питающей сети при функциональном объединении регулируемых компенсирующих устройств и трансформаторных преобразователей тяговых подстанций;
алгоритмы регулирования однофазных КУ в схемах с симметрирующими трансформаторными преобразователями по критерию максимального снижения токов обратной последовательности в трехфазных линиях электропередачи.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. найдены закономерности снижения токов обратной последовательности в трехфазной системе при согласованной работе симметрирующих трансфор-
маторных преобразователей и устройств поперечной компенсации реактивной мощности в зависимости от соотношения однофазных токовых нагрузок по плечам тяговых подстанций;
разработана адекватная математическая модель тяговой подстанции с симметрирующими преобразователями и регулируемыми КУ, позволяющая производить оценку показателей симметричности и энергетических показателей электропотребления при различных режимах нагрузок по плечам питания;
сформулированы условия использования на тяговых подстанциях переменного тока однофазных плавнорегулируемых КУ совместно с нетрадиционными трансформаторными преобразователями на основе принципа функционального объединения в симметрирующий агрегат.
Специфика трехфазно-двухфазного преобразования на тяговых подстанциях
Проблема качества электроэнергии является составной частью более широкой проблемы электромагнитной совместимости. В электроэнергетике под электромагнитной совместимостью понимают способность электротехнического оборудования работать удовлетворительно в электромагнитной среде, не создавая недопустимого влияния на окружающую среду, а также на другое техническое оборудование [10].
Применение в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока трансформаторных преобразователей с несимметричным отбором мощности по фазам, выпрямительно-инверторной техники со значительной долей потребления реактивной мощности на основной частоте приводит не только к дополнительным потерям электроэнергии и снижению ее качества, но и к нарушению электромагнитной совместимости систем тягового и внешнего электроснабжения.
Полностью исключить электромагнитное влияние одного электротехнического оборудования на другое практически невозможно, поэтому обычно стремятся снизить его до такой степени, при которой не нарушалась бы нормальная работа подверженных влиянию электрических цепей и выполнялись требования ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [11].
Значительный вклад в решение проблем улучшения электромагнитной совместимости систем внешнего (СВЭ) и тягового (СТЭ) электроснабжения принадлежит целому ряду отечественных ученых в лице Г. Г. Марквардта, К. Г. Марквардта, А. И. Тамазова, Б. М. Бородулина, Л. А. Германа, А. Т. Буркова, Р. Р. Мамошина, М. П. Бадера, Г. Н. Варфоломеева и многих других. Однако, в настоящее время некоторые проблемы обеспечения электромагнитной совместимости, возникающие при потреблении электроэнергии на тягу поездов переменного тока, все еще являются нерешенными. К числу наиболее важных проблем относится несимметричное потребление электроэнергии из трехфазной системы внешнего электроснабжения при питании однофазных тяговых нагрузок. Возникновение несимметрии нагрузок в трехфазной системе вызвано спецификой работы электротяговых сетей переменного тока. Далее рассмотрено более подробно современное состояние проблемы несимметричного потребления электроэнергии на тягу поездов переменного тока.
Спецификой электротяговой нагрузки является одновременное изменение ее местоположения и потребляемого тока. Потребление электроэнергии на тягу поездов носит резкопеременный характер. На величину тока, потребляемого электровозом, влияет большое количество факторов, таких как масса состава, профиль пути, режим ведения поезда и т.д. Токи электровозов переменного тока могут изменяться за короткие временные интервалы в пределах от 0 до 300 А и более.
Электроподвижной состав переменного тока оснащен статическими полупроводниковыми преобразовательными агрегатами для питания тяговых двигателей. В настоящее время на железных дорогах России, электрифицированных на переменном токе, эксплуатируемые электровозы, в основном, оборудованы однофазными полупроводниковыми выпрямителями. Около 15 % электровозов оснащены выпрямительно-инверторными преобразователями с зонно-фазовым регулированием [12].
Преобразование на подвижном составе электрической энергии переменного тока в энергию выпрямленного тока и обратно с помощью полупроводниковых преобразователей связано со значительным потреблением реактивной энергии. Кроме того, полупроводниковые преобразователи относятся к классу нагрузок, имеющих нелинейные вольт-амперные характеристики, и потребляют из сети несинусоидальный ток. Потребление реактивной мощности, достигающее 80 % и более от активной мощности, и искажение формы тока в контактной сети обусловливают низкие значения коэффициента мощ ности, не превышающие в эксплуатации 0,8. Следствием повышенного потребления реактивной мощности является дополнительная нагрузка тяговой и питающей трехфазной сетей реактивными токами и рост технологических потерь электроэнергии. Кроме того, повышение токовой нагрузки за счет реактивной составляющей сопровождается увеличением темпа падения напряжения в питающей и тяговой сетях с соответствующим снижением напряжения на токоприемнике электровоза и дальнейшим ростом тока для реализации требуемой тяговой мощности.
Генерируемые электровозами переменного тока высшие гармонические составляющие тока распространяются по системам тягового и внешнего электроснабжения, вызывая искажение синусоидальности форм кривых напряжений и увеличивая гармонические составляющие напряжения, что ухудшает показатели качества электроэнергии в точках общего присоединения потребителей.
На современном этапе в политике ОАО «РЖД» наметилась тенденция разработки и применения электроподвижного состава нового поколения с че-тырехквадрантными преобразователями (4-qs), позволяющими максимально приблизить форму кривой потребляемого тока к синусоидальной, а также существенно повысить коэффициент мощности. Электроподвижной состав, оборудованный 4-qs преобразователями, достаточно широко используется на зарубежных железнодорожных линиях переменного тока. В мировой практике создания преобразовательной техники для электровозов переменного тока утвердилась схема, приведенная на рис. 1.1 [13].
В 1999 году на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ были проведены тягово-энергетические испытания отечественного локомотива нового поколения ЭП-10, созданного в сотрудничестве с компанией Bombardier Transportation [14]. Данный локомотив является двухсистемным, что позволяет эксплуатировать его как на дорогах переменного, так и постоянного тока. Значение коэффициента мощности на переменном токе электровоза ЭП-10, указанное в технических данных, равно 0,98.
Трансформаторные симметрирующие приставки
При резкопеременном характере изменения мощности нагрузки возникают колебания напряжения. Этому явлению соответствуют два ПКЭ: размах изменения напряжения (SUt) и доза фликера (Р,).
При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети присутствует несимметрия трехфазной системы напряжений. Этому явлению также соответствуют два ПКЭ: коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (К2ц) и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (Кои) При нелинейной нагрузке искажается синусоидальность формы кривой напряжения. ПКЭ, соответствующие этому явлению: коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (Ки) и коэффициент «-ой гармонической составляющей напряжения {Кщп)).
В отношении вышеперечисленных явлений потребители электроэнергии имеют возможность тем или иным образом влиять на ее качество. Согласно [24] электрифицированные железные дороги оказывают влияние на следующие показатели качества: - коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (К2и); - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (Ки)\ - коэффициент и-ой гармонической составляющей напряжения {Кщп)). Значения перечисленных ПКЭ определяют в точках общего присоединения потребителей (ТОПП). Для электрифицированных железных дорог такими точками являются шины распределительных (районных) подстанций, к которым подключены ЛЭП, питающие тяговые подстанции. В ГОСТ 13109-97 для ПКЭ определены нормально и предельно допустимые значения. Если в течение 95 % времени суток, за которые осуществляется контроль качества электроэнергии, значение ПКЭ не превышает нормального, а в остальные 5 % времени - не превышает предельно допустимого, то качество электроэнергии считают удовлетворительным.
Условия присоединения потребителей к сети общего назначения в части его влияния на КЭ выражают в виде допустимого расчетного вклада (ДРВ) потребителя в значение ПКЭ в ТОПП. То есть нормально и предельно допустимые значения ПКЭ даны применительно к точке общего присоединения потребителей, и эти нормы в виде долевых вкладов распределяются между всеми потребителями, подключенными к этой точке (в пропорции отношения заявленной мощности потребителя к проходной мощности в ТОПП). Методика определения ДРВ в ПКЭ приведена в [25].
Взаимоотношения потребителей с энергоснабжающими организациями осуществляются на основе договоров на пользование электроэнергией (ДПЭ), в которых указываются нормы КЭ в ТОПП, а также ответственность сторон при нарушении этих норм [26].
Электрифицированные железные дороги однофазного переменного тока могут нарушать отведенные им ДРВ сразу по нескольким ПКЭ, что влечет за собой существенные штрафные санкции в виде надбавок к тарифу за электроэнергию. Максимальный размер штрафных санкций при нарушении норм по одному ПКЭ составляет 10 % от тарифа. В случае нарушения норм КЭ сразу по нескольким показателям штрафные санкции по ним суммируются. Указанные санкции могут приводить к существенному возрастанию затрат на приобретение электроэнергии для систем электрической тяги. Исключение штрафных санкций за нарушение ПКЭ является одной из составляющих снижения удельных материальных затрат на электропотребление тягой поездов. 1.4. Компенсация реактивной мощности
Проблема качества потребления электроэнергии в системе электрической тяги переменного тока глубоко взаимосвязана с вопросами компенсации реактивной мощности [27]. Реактивная мощность, загружая трансформаторы и ЛЭП, уменьшает возможность передачи активной мощности, увеличивает потери активной и реактивной мощности и увеличивает падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Этим объясняется технико-экономическая необходимость применения устройств компенсации реактивной мощности вблизи потребителя.
Для компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки в системе тягового электроснабжения переменного тока применяют конденсаторные установки поперечной емкостной компенсации (КУ), устанавливаемые на подстанциях и в тяговой сети. На железных дорогах России наибольшее распространение получили однофазные нерегулируемые КУ сравнительно небольшой мощности (до 5 - 10 Мвар), которые подключают к шинам 27,5 кВ тяговых подстанций. Используемые КУ обычно выполняют функции компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки, фильтрации высших гармонических составляющих и симметрирования трехфазных токов в питающих линиях электропередачи. Для фильтрации высших гармонических составляющих тока тяговой нагрузки КУ выполняют в виде резонансного контура, состоящего из последовательно соединенных батареи конденсаторов и реактора. Такие установки называют фильтрокомпенсирующими (ФКУ). Резонансный контур КУ, как правило, настраивают на частоту третьей гармонической составляющей. В настоящее время на ООО «НИИЭФА-Энерго» для тяговых подстанций переменного тока освоен выпуск ФКУ, обеспечивающих фильтрацию третьей и пятой гармонических составляющих тягового тока. Для симметрирования трехфазных токов в питающих ЛЭП применяют компенсирующие устройства однофазного исполнения с подключением в плечо питания тяговой нагрузки с отстающей фазой.
Вследствие того, что характер изменения электротяговой нагрузки является резкопеременным, эффективность компенсации реактивной мощности тяговой нагрузки нерегулируемыми компенсирующими устройствами недостаточно высока. Перспективным является использование КУ с плавным регулированием мощности.
Стимулирование увеличения мощности компенсирующих устройств в сетях потребителей до экономически обоснованных значений осуществляется за счет применения системы скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и компенсацию реактивной мощности. Указанные экономически обоснованные значения мощности КУ задаются энергосистемой и зачастую не отвечают экономическим интересам потребителей. В условиях рыночных отношений обоснование мощностей компенсирующих устройств и стимулирование их применения должно осуществляться с учетом эффективности электрического хозяйства каждого отдельного потребителя [28].
Компенсация реактивной составляющей токов прямой последовательности
Моделирование устройств электрической тяги поездов значительно упрощает процесс исследований и позволяет не только проводить проверку аналитических расчетов или получить качественные результаты, но и применять его как один из методов научного исследования. Применение метода физического моделирования связано со значительными материальными затратами на изготовление макетов и их трудоемкое исследование. Часто физическое моделирование осуществить просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройств. В этом случае применяют математическое моделирование с использованием методов и средств вычислительной техники.
При математическом моделировании вместо реальных объектов используют их математические модели, т.е. количественные описания объектов. Математические модели должны отвечать следующим требованиям: 1. адекватности исходному объекту; 2. универсальности, т.е. способности отображать различные виды электротехнических устройств с различными параметрами при различной степени их идеализации; 3. возможности применения различных методов анализа. Особую роль при математическом моделировании играет ЭВМ, являющаяся инструментом моделирования. При расчетах электромагнитных процессов в устройствах электрифицированных железных дорог наиболее часто используют аналитические, численные и численно-аналитические методы. Преимуществом аналитических методов является возможность получения результата без расчета предшествующего переходного процесса. Аналитические методы расчета сопряжены с выполнением трудоемких матричных преобразований, большим объемом вычислений при нахождении характеристических полиномов. Достоинством численных методов является простота исследования схем высокого порядка. Поэтому при использовании ЭВМ чаще используют численные методы. Для решения дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в системе электрической тяги, применяют численные методы интегрирования дифференциальных уравнений (чаще всего метод Рунге-Кутта) и методы решения систем алгебраических уравнений. В настоящее время при моделировании электрических систем и устройств наиболее широко используют следующие программы: Electronics Workbench, Oread, DesignLab, CircuitMaker, MATLAB, Flow3 [42, 43, 44, 45]. Для моделирования устройств электрифицированных железных дорог существуют также специализированные программы: NORD3, NORDA, КОРТЭС. Наиболее мощной и универсальной программой является MATLAB с пакетом расширения Simulink (далее Simulink). Преимущества пакета Simulink заключаются в следующем [46]: 1. возможность моделирования как установившихся, так и переходных процессов; 2. наличие обширной библиотеки блочных компонентов и редактора блок-схем; 3. удобный графический интерфейс, возможность визуального слежения за поведением модели и наглядное представление результатов моделирования; 4. различные варианты моделирования: во временной области, в частотной области, с событийным управлением, на основе спектральных преобразований Фурье, с использованием метода Монте-Карло и т.д.; 5. высокая степень достоверности результатов моделирования. В связи с этим, для моделирования электромагнитных процессов в устройствах электрических железных дорог автором выбран пакет программ Simulink (версия 6.0).
Модель разработана применительно к участку, электрифицированному по системе переменного однофазного тока с напряжением 25 кВ. Моделируемая схема участка с электротяговой нагрузкой, тяговой подстанцией с симметрирующими преобразователями и компенсирующими устройствами, питающей линией электропередачи и трехфазным источником электроэнергии приведена на рис. 4.1.
Анализ факторов, влияющих на несимметрию токов
Основной целью применения симметрирующих устройств на тяговых подстанциях переменного тока является улучшение качества потребления электроэнергии из сетей системы внешнего электроснабжения.
Предложенные варианты агрегации симметрирующих трансформаторов и однофазных плавнорегулируемых КУ позволяют снизить несимметрию токов по обратной последовательности в трехфазных линиях при неравномерной загрузке плеч тяговой подстанции в среднем на 50 %. Такое снижение несимметрии приводит к улучшению показателей работы генераторов электростанций, уменьшает потери электроэнергии в них. Также снижаются потери мощности в линиях электропередач. В результате исследования на математической модели получено снижение потерь мощности в ЛЭП на 25 %.
Симметрирование трехфазной токовой нагрузки на тяговой подстанции приводит к симметрированию напряжений в сетях системы внешнего электроснабжения. Существенное влияние на несимметрию напряжений в определенной точке сети оказывают не только несимметрия токов в питающих линиях, но и импеданс энергосистемы по отношению к этой точке. По данным Северной ж.д. величины импеданса в точках общего присоединения потребителей, к которым подключены тяговые подстанции переменного тока, находятся в диапазоне zK3 = 5...75 Ом. Результаты исследований на математической модели показали, что совместная работа симметрирующих трансформаторных преобразователей тяговых подстанций и однофазных плавнорегулируемых КУ позволяет снизить коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности до норм, регламентированных стандартом, практически во всем диапазоне изменения импеданса.
Симметрирование трехфазных токовых нагрузок в питающих тяговые подстанции линиях электропередачи положительно сказывается на работе элементов самой системы тягового электроснабжения переменного тока.
Одним из наиболее важных достижений симметрирования является стабилизация уровня напряжения плеч питания тяговой нагрузки. На основе данных математического моделирования построены зависимости уровней напряжения от соотношения нагрузок по плечам питания. Зависимости приведены на рис. 4.15. Анализ графиков показал, что рациональное использование симметрирующих свойств однофазных плавнорегулируемых компенсирующих устройств приводит к сужению диапазона колебания напряжений плеч питания на всем диапазоне изменения соотношений п. Размах колебаний напряжения плеча снижается в среднем на 30 - 40 %. От тяговых подстанций получают питание не только электротяговые нагрузки, но и трехфазные нетяговые потребители, в том числе потребители, непосредственно связанные с обеспечением безопасности движения поездов. Результаты экспериментальных исследований на тяговой подстанции ЭЧЭ-85 «Нюхча» однопутного участка Окт. ж.д. показали, что качество напряжения на шинах 10 кВ, питающих устройства автоблокировки (АБ), по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности не удовлетворяет требованиям ГОСТ 13109-97. В часы максимума тяговой нагрузки значение Кщ на шинах 10 кВ АБ достигает 11 %, а уровень напряжения одной из фаз опускается ниже минимально допустимого значения, что может приводить к ложному срабатыванию устройств СЦБ. 8 70%) и обеспечить требуемый уровень напряжения на шинах 10 кВ АБ на всем диапазоне изменения нагрузок по плечам питания тяговой подстанции. В современных условиях рыночной экономики основным и определяющим показателем эффективного использования энергоресурсов является стоимость энергоносителя на входе потребителя (тариф на энергоноситель) [50]: п п-го этапа транспортировки и переработки энергоносителя. Затраты на транспортировку и переработку энергоносителя для электрифицированных железных дорог включают в себя затраты на доставку «сырого» энергопродукта, его обогащение и переработку, доставку переработанного продукта, переработку первичного энергоносителя в электроэнергию, доставку ее после переработки к потребителю - тяговой подстанции, доставку к локомотиву, переработку электроэнергии в механическую энергию движения поезда. Негативные явления, связанные с несимметричным потреблением электроэнергии из трехфазных сетей, ведут к увеличению затрат на доставку энергоносителя к потребителю АС„ , и, в конечном счете, повышают Сэ-Энергосистема возмещает эти затраты путем применения штрафных санкций к потребителям в виде надбавок к тарифу на электроэнергию. Конкретное значение надбавки в зависимости от степени нарушения может составлять от 0,2 до 10 % тарифа на электроэнергию. Применительно к тяговой подстанции со средней переработкой электроэнергии до 30 млн. кВт-ч в год надбавка за нарушение норм качества электроэнергии по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности может составлять в ценах 1-го квартала 2006 года для АО «Карелэнерго» в диапазоне от 0,57 до 2,85 млн. руб.
Известно, что обеспечение норм на коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности зависит от конкретных условий присоединения каждой из тяговых подстанций к точке общего присоединения. Окончательное решение о достаточности мероприятий по симметрированию трехфазных токовых нагрузок должно определяться по условию обеспечения требуемых норм ГОСТ 13109-97 в ТОПП для каждого конкретного случая присоединения тяговой подстанции к сети питающей энергосистемы. Кроме того, представляется рациональным осуществлять постоянный контроль коэффициента несимметрии токов по обратной последовательности на вводе каждой из тяговых подстанций для возможности оценки достаточности симметрирования в условиях изменяющихся размеров и графиков движения поездов.
