Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние системы электроснабжения стационарных потребителей железных дорог 15
1.1. Анализ расхода электрической энергии на эксплуатационные нужды по сети железных дорог и Западно-Сибирской железной дороге 15
1.2. Структура приема, распределения и потребления электрической энергии на железной дороге 23
1.3. Состояние системы учета приема и распределения электрической энергии на железной дороге 28
1.4. Структура потерь электрической энергии в распределительных сетях железнодорожных узлов 33
1.5. Выводы 37
2. Совершенствование способа расчета электроэнергетической системы, содержащей тяговую и нетяговую нагрузки, методом выделения 39
2.1. Метод расчета электрических величин в сетях районов электроснабжения с учетом влияния параметров и режимов работы систем внешнего и тягового электроснабжения 41
2.2. Определение параметров элементов электроэнергетической системы на основной частоте и высших гармониках 59
2.3. Метод расчета потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения с учетом несимметрии и несинусоидальности приложенного напряжения 65
2.4. Выводы 71
3. Исследование влияния режимов работы систем тягового и внешнего электроснабжения на условия работы районной нагрузки тяговых трансформаторов 72
3.1. Экспериментальные исследования несимметрии и несинусоидальности токов и напряжений 72
3.2. Определение параметров исследуемого участка 82
3.3. Исследование влияния тяговой нагрузки на величину несимметрии и несинусоидальности напряжения на шинах районной нагрузки тяговых подстанций 90
3.3.1. Влияние величины тяговой нагрузки на несимметрию и несинусоидальность напряжения в сетях районов электроснабжения 92
3.3.2. Влияние схем питания межподстанционных зон на условия работы сетей районов электроснабжения 97
3.3.3. Анализ работы сетей районов электроснабжения при движении одиночных поездов повышенной массы 107
3.4. Особенности работы сетей районов электроснабжения при изменении режимов работы системы внешнего электроснабжения и величины районной нагрузки 111
3.5. Оценка влияния несимметрии и несинусоидальности напряжения на величину потерь электрической энергии в распределительных сетях районов электроснабжения 118
3.6. Выводы 121
4. Система контроля достоверности учета и потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения 126
4.1. Система классификации и кодирования информации о приеме и распределении электрической энергии в сетях дистанции электроснабжения 128
4.2. Методика оценки достоверности учета электрической энергии 135
4.3. Система контроля достоверности учета электрической энергии в пунктах приема, контролируемых зонах и на трансформаторных подстанциях 142
4.4. Внедрение системы контроля достоверности учета и потерь электрической энергии в сетях дистанций электроснабжения 144
4.5. Выводы 153
5. Система проведения энергообследования электрохозяйства железной дороги 155
5.1. Комплексный подход к вопросам энергообследования в границах отделений железной дороги 155
5.2. Методика оценки уровня рациональности потребления электроэнергии отраслевыми предприятиями 159
5.2.1. Разработка структуры бальной оценки 161
5.2.2. Выбор показателей эффективности использования электрической энергии 162
5.2.3. Система анализа результатов оценки уровня рациональности использования электрической энергии 172
5.3. Методика оценки состояния системы учета электроэнергии 173
5.3.1. Схема расчета за потребляемую электрическую энергию 175
5.3.2. Организация системы технического учета электрической энергии 177
5.4. Результаты оценки уровня рациональности потребления электроэнергии на отраслевых предприятиях Западно-Сибирской железной дороги 178
5.5. Выводы 183
Заключение 185
Список использованных источников 188
Приложение
- Структура приема, распределения и потребления электрической энергии на железной дороге
- Определение параметров элементов электроэнергетической системы на основной частоте и высших гармониках
- Исследование влияния тяговой нагрузки на величину несимметрии и несинусоидальности напряжения на шинах районной нагрузки тяговых подстанций
- Система контроля достоверности учета электрической энергии в пунктах приема, контролируемых зонах и на трансформаторных подстанциях
Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительное увеличение доли затрат на электрическую энергию в общей стоимости выпускаемой продукции за последние десять лет заставило производителей пересмотреть свое отношение к вопросу рационального потребления электрической энергии. Этот вопрос является актуальным и для железнодорожного транспорта. Его доля в электропотреблении России в 2000 г. составила 5,3 % или 34 070,1 млн кВт-ч. Анализ структуры расхода электрической энергии на железнодорожном транспорте показывает, что на тягу поездов расходуется 81,2%, на эксплуатационные нужды 13,2% и на прочее потребление - 5,6 %, т.е. расход электроэнергии в железнодорожных узлах составляет четверть от расхода энергии на тягу поездов.
В соответствии с «Программой энергосбережения на железнодорожном транспорте на 1998 - 2000 гг. и на перспективу до 2005 года» /1/ основной особенностью энергетической политики железнодорожного транспорта признано всемерное топливо-энергосбережение с одновременным повышением эффективности потребления этих ресурсов. Энергетическая политика отрасли ориентируется на внедрение комплекса энергосберегающих мероприятий, сдерживающих темп непроизводительных расходов за счет технических решений, непосредственно определяющих уровень удельных расходов, на активное экономическое стимулирование сбережения топливно-энергетических ресурсов.
В настоящее время сложилась такая ситуация, при которой колоссальные усилия направлены на снижение потерь и рациональное использование электрической энергии на тягу поездов. Накоплен значительный практический опыт и завершены исследования по целому ряду теоретических направлений, связанных со снижением удельного расхода. Среди них наиболее значимыми являются вопросы:
снижение технологических потерь электрической энергии в тяговой сети с доведением их до нормативного уровня путем модернизации устройств и агрегатов тяговых подстанций и контактной сети;
комплекс работ, связанных с рациональным использованием энергии рекуперации и организация учета ее возврата в систему внешнего электроснабжения;
выявление и ограничение уравнительных токов, выбор экономически целесообразных схем питания межподстанционной зоны;
комплекс мероприятий, связанный со снижением удельного расхода электрической энергии на тягу поездов путем оптимизации уровня напряжения в контактной сети, рационального увеличения веса поезда, организации движения поездов путем оптимизации межпакетных и ьнут-рипакетных интервалов, разработки режимных карт ведения поездов различной массы с учетом особенностей электроподвижного состава;
внедрение комплекса мероприятий в системе тягового электроснабжения для повышения показателей качества электрической энергии в точках сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения;
снижение уровня «условных» потерь и удельного расхода электрической энергии на тягу поездов за счет проведения организационных и технических мероприятий по совершенствованию учета электрической энергии как по счетчикам тяговых подстанций, так и по счетчикам электроподвижного состава;
К сожалению, работы по рациональному потреблению электрической энергии в железнодорожных узлах ведутся значительно слабее.
Копировать мероприятия по снижению расхода электрической энергии на тягу поездов, также как и мероприятия, направленные на по-вышение технико-экономических показателей, внедряемые в городских сетях нельзя, т.к. сети железнодорожных узлов имеют целый ряд специфических особенностей.
Значительное количество железнодорожных узлов получают питание от шин тяговых подстанций. Особенностью такого питания является пониженное качество напряжения за счет искажения нелинейной, а в общем случае, и несимметричной электротяговой нагрузкой. В целом ряде случаев возникает проблема с повышенным или пониженным напряжением на шинах районных потребителей. В настоящее время отсутствует методика, позволяющая исследовать влияние параметров и режимов работы систем внешнего и тягового электроснабжения на условия работы сетей районов электроснабжения, получающих питание от шин распределительных устройств тяговых подстанций.
Следует обратить внимание также на высокий уровень отчетных потерь в сетях железнодорожных узлов. Небаланс между электроэнергией, принятой в сети районов электроснабжения, и распределенной отраслевым предприятиям и посторонним железнодорожному транспорту потребителям, достигает 15-25 %.
Перечисленные причины свидетельствуют о необходимости разработки и внедрения системы анализа достоверности учета и потерь электрической энергии в распределительных сетях районов электроснабжения. Эта система должна базироваться на следующих предпосылках.
Основной целью учета является получение достоверной информации о количестве приема, распределения и потребления электрической энергии.
Достоверным называется такой учет электрической энергии, при котором величина электрической энергии, измеренная соответствующей измерительной системой учета с учетом потерь в распределительных линиях и понизительных трансформаторах, отличается от фактической не более чем на величину допустимой погрешности измерительной системы. Допустимая погрешность системы учета электрической энергии определяется параметрами измерительных комплексов, входящих в эту систему
учета, а также долей электрической энергии, учтенной каждым измерительным комплексом.
При разработке и внедрении мероприятий по снижению расхода электрической энергии нельзя не учитывать специфики стационарных потребителей железнодорожного транспорта. Схема электроснабжения отраслевых предприятий железной дороги имеет значительные отличия от схем промышленных предприятий. Приемники электроэнергии одного предприятия дороги (точки присоединения предприятия к распределительным сетям) могут быть расположены на значительных расстояниях друг от друга в пределах одного железнодорожного узла или на разных железнодорожных узлах. В то же время, на одной территории, даже в одном здании могут размещаться приемники, принадлежащие различным отраслевым предприятиям и посторонним потребителям.
Отраслевые предприятия железнодорожного транспорта, получающие питание от сетей районов электроснабжения, не производят денежные расчеты с дистанциями электроснабжения за потребляемую электрическую энергию. Осуществляется только контроль выполнения установленных лимитов электропотребления. Поэтому все усилия по повышению достоверности учета электрической энергии на железных дорогах направлены на расчеты с энергоснабжающими организациями, а также с посторонними потребителями, получающими энергию от трансформаторных подстанций районов электроснабжения или низковольтных сетей отраслевых предприятий.
Уровень рациональности использования электрической энергии на отраслевых предприятиях оценивается по удельному расходу на единицу продукции, а в целом по дороге - по удельному расходу на измеритель перевозочной работы.
Для рационального использования электрической энергии на предприятии и оценки эффективности внедрения новых технологий и органи-
зационно-технических мероприятий необходимо контролировать выполнение удельных норм расхода электрической энергии на выпуск продукции по цехам, участкам и отделениям предприятия по счетчикам технического учета.
Однако большинство отраслевых предприятий не имеет нормально функционирующей системы технического учета электрической энергии. Следует отметить, что организация системы технического учета не влияет на технологический расход электрической энергии, однако это позволяет установить нормы расхода энергии по цехам и отделениям в зависимости от объема выполняемых работ, повышает ответственность персонала за нерациональное использование электрической энергии и приводит к снижению общего расхода по предприятию.
Внедрению комплекса мероприятий по снижению расхода электрической энергии на нужды отраслевых предприятий должно предшествовать проведение обследования электроэнергетического хозяйства, выполняемого в рамках программы проведения энергоаудита. Это позволяет выявить фактическое состояние системы электроснабжения предприятия, определить структуру приема и распределения электрической энергии, уровень технологических потерь, эффективность потребления и достоверность учета энергии на обследуемом предприятии.
Целью диссертационной работы является разработка системы, обеспечивающей анализ уровня потерь электроэнергии в сетях районов электроснабжения и рациональности потребления электроэнергии на предприятиях железнодорожного транспорта. Для достижения этой цели в диссертационной работе рассмотрены и решены следующие задачи: разработана структурная модель приема, распределения и потребления электрической энергии на железной дороге;
разработан метод расчета электрических величин в сетях районов электроснабжения, получающих питание от тяговых подстанций пере-
менного тока с учетом влияния параметров и режимов систем внешнего и тягового электроснабжения;
исследовано влияние параметров и режимов систем внешнего и тягового электроснабжения на качество электрической энергии на шинах потребителей в сетях районов электроснабжения;
исследованы составляющие потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения, вызываемые несимметрией и несинусои-дальностью тяговой нагрузки;
проведен анализ состояния системы учета электрической энергии в пунктах приема электрической энергии, распределительных сетях районов электроснабжения и на отраслевых предприятиях Западно-Сибирской железной дороги;
разработана система контроля достоверности учета и потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения;
разработана система проведения комплексного энергетического обследования структурных подразделений отделения железной дороги;
разработана методика организации контроля рационального потребления электрической энергии отраслевыми предприятиями железнодорожного транспорта.
Методы исследования. Основными методами исследования при решении поставленной в диссертационной работе цели являлись метод симметричных составляющих в сложных разветвленных трехфазных цепях с множеством мест поперечной и продольной несимметрии, метод гармонического анализа, методы контурных токов и узловых потенциалов в матрично-топологической форме, методы диакоптики сложных электрических цепей. Теоретические положения разработаны на основании результатов экспериментальных исследований в сетях районов электроснабжения и на предприятиях железнодорожного транспорта Западно-Сибирской железной дороги.
Научная новизна, основные положения, выносимые на защиту. В
диссертационной работе решен комплекс задач, позволяющий повысить энергетические показатели работы системы электроснабжения железнодорожных узлов, отраслевых предприятий железнодорожного транспорта и снизить расход электрической энергии на эксплуатационные нужды дороги. При этом решены следующие задачи:
разработан метод расчета электрических величин в электроэнергетической системе, содержащей электротяговую нагрузку и нагрузку отраслевых предприятий железнодорожного транспорта, питающихся от шин районной обмотки тяговых трансформаторов подстанций переменного тока;
разработаны метод и программное обеспечение расчета технологических потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения с учетом несимметрии и несинусоидальности питающего напряжения;
разработана система выявления участков распределительных сетей районов электроснабжения с повышенными потерями электрической энергии;
разработаны принципы создания структуры технического учета электрической энергии, обеспечивающей контроль норм расхода электрической энергии по видам продукции;
разработана методика энергетического обследования предприятий железной дороги с учетом специфических особенностей систем электроснабжения тяги поездов и районов электроснабжения;
сформулирована концепция и основные положения системы контроля рационального потребления электрической энергии на предприятиях железнодорожного транспорта.
Достоверность научных положение и выводов подтверждены положительными результатами внедрения предложенного комплекса меро-
приятии по снижению расхода электрической энергии на эксплуатационные нужды Западно-Сибирской и Красноярской железных дорогах. Практическая ценность исследований состоит в том, что:
внедрена система контроля достоверности учета и потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог;
внедрена методика обследования электроэнергетического хозяйства предприятий железнодорожного транспорта на ряде предприятий Западно-Сибирской железной дороги (в локомотивных депо Московка, Омск, Барабинск, вагонных депо Омск-сортировочный, Московка, пассажирском вагонном депо Омск);
проведено опытное внедрение системы контроля рационального потребления электрической энергии на десяти отраслевых предприятиях Западно-Сибирской железной дороги.
Реализация результатов работы. Основные положения, выносимых на защиту, нашли практическое применение в дистанциях электроснабжения Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог, а также на отраслевых предприятиях Западно-Сибирской и Южно-Уральской железных дорог.
Материалы научных исследований были использованы при разработке инструктивно-методических указаний:
«Система контроля достоверности учета и потерь электрической энергии в сетях районов электроснабжения» (утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации 30 ноября 2000 г.);
«Методика проведения энергетических обследований и паспортизации предприятий железнодорожного транспорта» (утверждены Департаментом технической политики Министерства путей сообщения Российской Федерации 18 апреля 2001 г.);
«Организация контроля рационального потребления электрической энергии предприятиями железнодорожного транспорта» » (утверждена главным инженером Западно-Сибирской железной дороги 05 октября 2001 г.).
При непосредственном участии автора получены следующие практические результаты:
- разработана структура приема, распределения и потребления
электрической энергии на Западно-Сибирской и Красноярской железных
дорог;
определены участки районов электроснабжения с повышенными потерями электрической энергии на Западно-Сибирской и Красноярской железных дорогах;
- классифицированы случаи недостоверности системы учета элек
трической энергии в условиях эксплуатации в сетях районов электро
снабжения и на отраслевых предприятиях Западно-Сибирской железной
дороги;
на основе комплексных проверок работы измерительных систем учета в пунктах приема электрической энергии в сети районов электроснабжения Западно-Сибирской и Красноярской железных дорог обоснована экономическая целесообразность внедрения балансового контроля приема и потребления электрической энергии в контролируемых зонах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались:
на Региональной научно-практической конференции ТРАНС--СИБ-99 (Новосибирск, 1999 г.);
на втором Международном Симпозиуме «Энергосбережение, качество электроэнергии, электромагнитная совместимость на железнодорожном транспорте» (Москва, 2000 г.);
на Всероссийском Строительном Форуме «Города России: строительство и архитектура на рубеже веков» (Омск, 2000 г.);
на конференции «Экономия топливно-энергетических ресурсов на железных дорогах - текущие и перспективные задачи» (Москва, 2000 г.);
на четвертой научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Москва, 2001 г.);
на научно-технической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока» (Хабаровск, 2001 г.);
на научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе» (Новосибирск, 2001 г.);
на дорожной на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2001).
Публикации. По результатам проведенных исследований выполнено тринадцать публикаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 133 страницах основного текста, содержит 30 таблиц, 66 рисунков, список из 149 литературных источников приведен на 20 страницах, приложения на 22 страницах. Всего 229 страниц.
Структура приема, распределения и потребления электрической энергии на железной дороге
Как известно, железнодорожный транспорт РФ является одним из крупнейших потребителей электрической энергии в стране. Основными поставщиками электрической энергии для железных дорог являются энергосистемы, входящие в АО «ЕЭС России». Поставки электрической энергии на железную дорогу осуществляются также от электростанций независимых производителей (ЭНГТ) энергии - крупных промышленных предприятий. Кроме того, некоторая часть электроэнергии на нужды железных дорог вырабатывается на собственных электростанциях, принадлежащих Министерству путей сообщения (СЭ МПС).
Питание железных дорог осуществляется в основном по линиям напряжением 6-35 кВ, 110 и 220 кВ от подстанций энергосистем или по фидерам распределительных подстанций (РП) промышленных предприятий. Структурная схема электроснабжения железной дороги приведена на рис. 1.6. На схеме сплошными линиями обозначены электроустановки и линии электропередачи, принадлежащие железной дороге, пунктирными линиями обозначены электроустановки и электрические сети, относящиеся к предприятиям-поставщикам электрической энергии на железную дорогу, штрих-пунктирными линиями обозначены посторонние железнодорожному транспорту потребители электрической энергии.
Анализ структурной схемы, приведенной нарис. 1.6, показывает, что система электроснабжения дороги имеет сложную разветвленную структуру и характеризуется рядом специфических особенностей. С одной стороны железная дорога является потребителем электрической энергии от АО «ЕЭС России», а с другой стороны она же является производителем электрической энергии на собственных электростанциях. Кроме того, железная дорога является поставщиком электрической энергии для посторонних железнодорожному транспорту промышленных, сельскохозяйственных потребителей и населения, которые получают питание на низком напряжении от ТП, находящихся на балансе дороги, а также для посторонних железнодорожному транспорту промышленных потребителей, питающихся непосредственно от пунктов приема железной дороги на высоком напряжении.
Поступление электрической энергии на железную дорогу осуществляется в пунктах приема электрической энергии (ПП). К пунктам приема на железной дороге относятся все электроустановки, находящиеся в ее ведомстве, которые получают питание от электростанций, распределительных, понизительных подстанций и электрических сетей производителей электрической энергии, а также их абонентов.
Пунктами приема электрической энергии на железной дороге являются тяговые подстанции (ПП ЭЧЭ), центральные понизительные подстанции (ПП ЦПП), центральные распределительные подстанции (ПП ЦРП), трансформаторные подстанции (ТП). Также электроэнергия может поступать отраслевым предприятиям железнодорожного транспорта на низком напряжении (ПП НН) от трансформаторных подстанций, принадлежащих энергосистемам или промышленным предприятиям или организациям, являющимися абонентами энергосистемы или независимым производителям электрической энергии.
В пунктах приема ЭЧЭ, ЦРП, ЦПП, ТП осуществляется распределение электрической энергии отраслевым предприятиям железнодорожного транспорта и посторонним железнодорожному транспорту потребителям.
Из приемников электрической энергии железнодорожного транспорта отдельно выделены электротяга и технологические нужды на тягу поездов, устройства СЦБ и связи, а также потребители, получающие питание от линий продольного электроснабжения (см. рис. 1.6). Это сделано из-за специфики распределения и потребления электрической энергии этими приемниками.
Анализ структурной схемы электроснабжения железной дороги позволяет выполнить классификацию приема электрической энергии на железную дорогу по источникам поступления и уровню питающего напряжения: выработано собственными электростанциями МПС; получено в пунктах приема ЭЧЭ, ЦРП, ЦПП, ТП на высоком напряжении от АО «ЕЭС России» и независимых производителей электрической энергии; получено электрической энергии в пунктах приема на низком напряжении.
Определение параметров элементов электроэнергетической системы на основной частоте и высших гармониках
Для расчета электрических величин в электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку переменного тока и сети районов электроснабжения, необходимо определить параметры элементов этой системы, а именно: - входного сопротивления энергосистемы; - линий электропередач 110 - 220 кВ энергосистемы; - силовых трансформаторов тяговых подстанций; - тяговой сети переменного тока; - линий электропередач 6 - 35 кВ районов электроснабжения; - понижающих трансформаторов трансформаторных подстанций; - нагрузок потребителей, получающих электрическую энергию от сетей районов электроснабжения. Величина входного сопротивления энергосистемы прямой последомощности короткого замыкания на шинах тяговой подстанции, расположенной на шинах районной подстанции, питающей рассматриваемый участок электроэнергетической системы. В соответствии с /6/ входное сопротивление обратной последовательности энергосистемы может быть представлено Т-образной схемой Расчет потерь в линиях электропередач 110 - 220 кВ при несинусоидальном периодическом переменном токе возможен при применении достаточно строгой математической модели расчета сопротивлений провода в широком диапазоне частот. С достаточной степенью точности расчет сопротивлений стале-алюминевых проводов может быть выполнен по методике, приведенной в/122/. Воздушные и кабельные линии напряжением 6 -10 кВ представляется в расчетной схеме замещения комплексным сопротивлением для прямой последовательности т 0) v(0 где К, л и Х\л - активное и реактивное сопротивления линии прямой последовательности, определяемые конфигурацией и параметрами линий.
Активное сопротивление прямой и обратной последовательностей линий на v-й гармонике определяется по выражению Сопротивление обратной последовательности линий на v-й гармонике определяется по выражениям: - для воздушных линий напряжением 6 - 10 кВ где х0 - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км; і - длина линии, км; UH0M - номинальное напряжение линии, кВ; - для кабельных линий напряжением 6 - 10 кВ где UH0M - номинальное напряжение линии, кВ; В0І - емкостная проводимость і-й линии, См/км; і - длина і -й линии, км; п - количество кабельных линий, подключенных к рассматриваемой секции подстанции. Полное сопротивление воздушных и кабельных линий 6 - 10 кВ определяется по формуле: Нагрузка потребителей, получающих питание от сетей районов электроснабжения (нагрузка трансформаторных подстанций), представляется в расчетной схеме замещения комплексным сопротивлением для прямой последовательности, которое может быть определено по выражению аналогичному выражению (2.22) где R и Х\1 - эквивалентные сопротивления нагрузки потребителей, определяемые из показаний счетчиков активной и реактивной энергии за расчетный период времени. Сопротивление обратной последовательности районной нагрузки зависит от характера приемников электроэнергии и относительного долевого участия каждого из них в рассматриваемой нагрузке. В соответствии с /132/ комплексная нагрузка трансформаторных подстанций может быть классифицирована по режиму работы и характеру выполняемого процесса потребителей, с последующим определением характерного или «типового» состава нагрузки подстанции, по которому определяется эквивалентное сопротивление обратной последовательности нагрузки. Эквивалентная схема замещения нагрузки представляет собой параллельно соединенные активное и реактивное сопротивление Активное сопротивление нагрузки трансформаторных подстанций районов электроснабжения прямой и обратной последовательностей на v-й гармонике определяется по выражению (2.23) Значения реактивных сопротивлений обратной последовательности на основной частоте л , и высших гармониках определяются в соответствии с /6/ по следующим выражениям.
Для понизительных трансформаторов трансформаторных подстанций где ик- напряжение короткого замыкания, %; U6 - базисное напряжение, кВ; SH0M - номинальная мощность трансформатора, кВА; кх - коэффициент, учитывающий влияние вытеснения тока в проводниках на индуктивные сопротивления элементов (для диапазона час-тот 100-1050 Гц), где X" - сверхпереходное индуктивное сопротивление машины по продольной оси, отн. ед.; S„„, - номинальная мощность машины, кВ-А; НОМ 7 кх =0,71 - для явнополюсных машин, кх = 0,88 - для неявнополюс ных машин. Для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором где PII0M - номинальная мощность двигателя, кВт; cos фном - номинальный коэффициент мощности; кп - кратность пускового тока; фп - угол между током и напряжением в момент пуска; кх =0,78.
Исследование влияния тяговой нагрузки на величину несимметрии и несинусоидальности напряжения на шинах районной нагрузки тяговых подстанций
В соответствии с ГОСТ 13109-97 величину несимметрии напряжения характеризует коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности, определяемый по формуле где u2) - модуль действующего значения напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В, кВ; U]1-1 - модуль действующего значения напряжения прямой последовательности основной частоты, В, кВ. Для характеристики несинусоидальности напряжения используется коэффициент искажения синусоидальности кривой междуфазного (фазного) напряжения где Uv - модуль действующего значения напряжения v -гармоники, В, кВ; и - модуль действующего значения напряжения основной частоты, В, кВ. В условиях несимметричной нагрузки коэффициент синусоидальности кривой междуфазного (фазного) напряжения каждой фазе различен и может быть определен по следующим выражениям: UJд, U д - комплексные действующие значения напряжения основной частоты фазы А соответственно прямой и обратной последовательностей; В настоящем разделе проведено исследования влияния параметров и режимов работы системы тягового электроснабжения на значения коэффициентов k2U и ки на шинах районной нагрузки тяговых подстанций.
Оценим изменение коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности и искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах районной нагрузки тяговой подстанции ЭЧЭ-504 «Карасук-3» при различных значениях тягового тока электроподвижного состава, во всех межподстанционных зонах исследуемого участка при узловой схеме питания. Исследования выполним в соответствии с методом расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку и нагрузку районов электроснабжения, приведенным в разд. 2.1. Динамика коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности k2U на шинах районной нагрузки тяговых подстанций при изменении токов фидеров тяговых подстанций в диапазоне от 50 до 300 А приведена на рис. 3.11. Из анализа приведенных зависимостей можно сделать заключение о том, что при симметричной загрузке межподстанционных зон коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности возрастает с увеличением расстояния от источника питания до тяговой подстанции.
Вычислительные эксперименты показывают, что на исследуемом участке при токах в фидерах контактной сети менее 150 А коэффициент k2U ни на одной подстанции не превышает нормально допустимых значений, установленных ГОСТ 13109-97. Во всем диапазоне токов тяговой нагрузки k2U не достигает предельно допустимых значений. На основании полученных графических зависимостей рассчитаны полиномы второго порядка, позволяющие выполнять расчет коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности в диапазоне токов фидеров контактной сети тяговых подстанций от 50 до 300 А с точностью до 0,01 %. Расчетные выражения приведены в табл. 3.11. Влияние электротяговой нагрузки на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения ки на шинах районной нагрузки тяговых подстанций при одновременном изменении нагрузки во всех меж-подстанционных зонах в диапазоне от 50 до 300 А для каждой фазы приведено на рис, 3.12 - 3.14.
Наибольший коэффициент искажения синусоидальности напряжения на шинах районной нагрузки тяговой подстанции второго типа ЭЧЭ-505 наблюдается в фазе А, наименьший - в фазе С, а на шинах районной нагрузки тяговых подстанций первого типа ЭЧЭ-504 и ЭЧЭ-503 соответственно в фазах А и В. На основании полученных графических зависимостей рассчитаны полиномы второго порядка, позволяющие выполнять расчет коэффициента искажения синусоидальности напряжения в диапазоне тока электровоза от 50 до 300 А с точностью до 0,01 %. Расчетные выражения приведены в табл. 3.12. В соответствии с расчетными выражениями табл. 3.12 определены токи фидеров контактной сети, при которых коэффициент искажения синусоидальности напряжения фазы А на шинах районной нагрузки тяговых подстанций достигает нормально и предельно допустимых значений, установленных ГОСТ 13109-97. Результаты расчетов сведены в табл. 3.13.
Система контроля достоверности учета электрической энергии в пунктах приема, контролируемых зонах и на трансформаторных подстанциях
Система контроля достоверности учета приема электрической энергии первого уровня создается в пунктах приема электрической энергии. Для каждого пункта приема заполняется паспорт, в котором указываются все ввода и отходящие фидера пункта приема, марки, номера и коэффициенты трансформации установленных на вводах и отходящих фидерах измерительных комплексов на прием и возврат активной и реактивной энергии. Пример заполнения паспорта пункта приема для тяговой подстанции ЭЧЭ-125 «Омск» Омской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги представлен в табл. П. 1.1.
В последний день каждого месяца производится сбор данных о показаниях счетчиков и рассчитывается количество принятой по вводам и распределенной по фидерам электрической энергии. Определяется имевший место в этом месяце абсолютный и относительный небаланс принятой и распределенной электрической энергии. Результаты расчета фактического небаланса приема и распределения по тяговой подстанции «Омск» приведены в табл. П. 1.2.
Контроль достоверности учета осуществляется путем ежемесячного сравнения фактического небаланса принятой и распределенной электрической энергии с допустимым значением. Если по итогам месяца небаланс электрической энергии по какому-нибудь пункту приема превышает допустимую величину, то необходимо проведение ревизии системы учета этого пункта приема в условиях эксплуатации.
Второй уровень системы балансового контроля организуется на уровне контролируемых зон. Информацию о контролируемой зоне можно разделить на постоянную и переменную. К постоянной информации относятся схема контролируемой зоны, на которой указывается источник питания контролируемой зоны, марки и длины питающих проводов и кабелей, а также места установки приборов учета электрической энергии.
На основании данных о пункте приема электрической энергии, питающем рассматриваемую контролируемую зону, и входящих в нее ТП заполняется паспорт контролируемой зоны. Заполнение паспорта контролируемой зоны на примере участка распределительных сетей Омского железнодорожного узла приведено в табл. П. 1.3. В паспорте указывается наименование источника, от которого получает питание контролируемая зона, наименования всех ТП, входящих в зону, приводится характеристика трансформаторного оборудования ТП для расчета технологических потерь электрической энергии и информация об измери-. тельных комплексах электроэнергии для расчета допустимого значения небаланса приема и распределения энергии в контролируемой зоне.
Переменная информация включает в себя показания счетчиков, потери электрической энергии в линиях электропередач, а также потери в понизительных трансформаторах тех подстанций, на которых приборы учета установлены на низкой стороне (ТП 2, 3. 6 в паспорте контролируемой зоны на рис. 4.1). Выполняется расчет технологических потерь в линиях электропередач и понизительных трансформаторах.
По завершении расчета технологических потерь в распределительных линиях и понизительных трансформаторах в соответствии с (4.5) выполняется расчет небаланса приема и распределения электрической энергии в контролируемой зоне. Пример расчета приведен в табл. П. 1.4.
Контроль достоверности учета осуществляется путем сравнения фактического небаланса принятой и распределенной электрической энергии за некоторый контрольный период (10 - 15 дней) с допустимым значением. Если по итогам контрольного периода фактический небаланс приема и распределения электрической энергии по контролируемой зоне превышает допустимую величину, то необходимо проведение ревизии системы учета этой контролируемой зоне в условиях эксплуатации.
На третьем уровне контроля достоверности учета определяется небаланс между электрической энергией, принятой по вводам и распределенной по фидерам трансформаторной подстанции. Ввиду отсутствия учета на фидерах 0,4 кВ большинства трансформаторных подстанций баланс принятой и распределенной электрической энергии составляется по вводам ТП и счетчикам потребителей. Потери в понизительных трансформаторах учитываются при составлении баланса в случае, когда счетчики электрической энергии на вводах ТП установлены на стороне высокого напряжения.
Отработка элементов системы контроля достоверности учета электроэнергии проводилась на базе распределительных сетей Омского железнодорожного узла, обслуживаемого районами электроснабжения ЭЧС «Омск» и «Московка» Омской дистанции электроснабжения, включая станции Омск, Омск-Северный парк «А», «Б», ст. Комбинатская, ст. Универсальная, ст. Левобережье, ст. Газовая, парк РМЗ, Московка, Омск-Восточный, 30 железнодорожных предприятий, 73 посторонних потребителя и жилой сектор на ст. Омск, Комбинатская, Омск-Северный, Московка.
Электрическая энергия поступает в сети Омского железнодорожного узла в пяти пунктах приема. Результаты расчета небаланса приема и распределения электрической энергии в пунктах приема сведены в табл. 4.8.
Анализ результатов эксперимента показывает, что в четырех из пяти пунктов приема электрической энергии фактический небаланс приема и распределения энергии превышает расчетное допустимое значение. Это объясняется тем фактом, что во время проведения эксперимента на вводах тяговых подстанций были установлены электронные счетчики класса точности 0,2, что значительно снижает величину допустимого небаланса, в то время как расход электрической энергии на собственные нужды тяговых подстанций учитывался индукционными счетчиками класса точности 2,0.
