Содержание к диссертации
Введение
1. Характеристика условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения на границах балансовой принадлежности 11
1.1 Оценка показателей качества потребляемой электрической энергии натягу поездов 12
1.2 Задачи компенсации реактивной мощности потребляемой на тягу поездов 16
1.3 Систематизация вариантов неудовлетворительного согласования систем внешнего и тягового электроснабжения 19
1.4 Характеристика информативного параметра оценки условий сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения 26
1.5 Выводы 31
2. Разработка способов и средств измерения уравнительного тока 33
2.1. Характеристика известных способов измерения уравнительных токов 33
2.2 Статистические способы измерения транзитной составляющей уравнительного тока без ограничения движения поездов 43
2.2.1 Способ измерения транзитной составляющей уравнительного тока, основанный на контроле соотношения токов фидеров контактной сети 44
2.2.2 Способ измерения транзитной составляющей уравнительного тока, основанный на контроле гармонического состава тока плеча подстанции 46
2.2.3 Способ определения продольной и поперечной составляющих уравнительного тока 54
2.3 Методика измерения и вычисления транзитной составляющей уравнительного тока 57
2.3.1 Методика измерения и вычисления транзитной составляющей уравнительного тока по контролю соотношения токов фидеров контактной сети 57
2.3.2 Методика измерения и вычисления транзитной составляющей уравнительного тока по контролю гармонического состава тока фидеров контактной сети 60
2.4 Разработка микропроцессорного прибора для измерения уравнительных токов 61
2.5 Выводы 68
3. Выбор рациональных схем питания межподстанционных зон тяговой сети по минимуму потерь электрической энергии 70
3.1 Характеристика косвенных способов определения потерь электроэнергии в тяговой сети 70
3.2 Расчетно-экспериментальный метод выбора схем питания тяговой сети по минимуму потерь электрической энергии 72
3.3 Применение расчетно-экспериментального метода выбора схем питания тяговой сети по минимуму потерь электрической энергии для действующего участка 78
3.4 Выводы 86
4. Устройство раздела питания для управления схемами питания межподстанционных зон 87
4.1 Конструктивные особенности устройства раздела питания тяговой сети для поста секционирования 98
4.2 Управление устройством раздела питания тяговой сети 92
4.3 Функциональные схемы каналов управления устройством раздела питания 97
4,4. Эксплуатационные испытания режимного управления устройством раздела питания тяговой сети 101
4.5 Оценка экономической эффективности применения устройства раздела питания 104
4.6 Выводы 108
5. Разработка технологии повышения качества электрической энергии и компенсация реактивной мощности потребляемой тяговыми подстанциями 110
5.1 Технология разработки дорожной карты качества электрической энергии 110
5.1.1 Обоснование выбора точек контроля качества электроэнергии 110
5.1.2 Методика проведения измерений качества электрической энергии 112
5.1.3 Порядок подготовки дорожной карты качества электрической энергии 113
5.2 Разработка современного фильтрокомпенсирующего устройства 114
5.2.1 Схемные построения типовых компенсирующих устройств и устройства фильтрации и компенсации «НИИЭФА-ЭНЕРГО», применяемых на сети дорог 115
5.2.2 Схема двухрезонансного компенсирующего устройства с регулируемыми параметрами, предлагаемого для модернизации типовых компенсирующих устройств 119
5.2.3 Основные требования к параметрам и конструкции типовых компенсирующих устройств модернизируемых в двухрезонансное компенсирующее устройство 123
5.2.4 Расчет параметров двухрезонансного компенсирующего устройства с регулируемыми параметрами, для модернизации компенсирующих устройств 124
5.2.5 Автоматическое управление двухрезонансного компенсирующего устройства с регулируемыми параметрами 127
5.3 Выполнение пуско-наладочных работ и особенности эксплуатации ДКУ 130
5.4 Результаты эксплуатационных испытаний фильтрокомпенсирующего устройства на тяговой подстанции Световская 133
5.5 Оценка экономической эффективности применения двухрезонансного компенсирующего устройства с регулируемыми параметрами 137
5.6 Выводы 140
Заключение 142
Библиографический список 144
Приложение
- Задачи компенсации реактивной мощности потребляемой на тягу поездов
- Статистические способы измерения транзитной составляющей уравнительного тока без ограничения движения поездов
- Расчетно-экспериментальный метод выбора схем питания тяговой сети по минимуму потерь электрической энергии
- Эксплуатационные испытания режимного управления устройством раздела питания тяговой сети
Введение к работе
Железнодорожный транспорт является энергоемким потребителем электрической энергии. В 2005 году для нужд электрической тяги использовано 36,8 млрд. кВт-ч электроэнергии, что составило 5,2 % от общей выработки электрической энергии в стране [1].
Вопросы рационального использования топливно-энергетических ресурсов, внедрения энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий являются одними из наиболее актуальных как в целом в России, так и на железнодорожном транспорте в частности. Специфика экономического развития России и особенности формирования тарифов на рынке электрической энергии повлекли за собой рост ее стоимости. В 2005 г. доля затрат на оплату электроэнергии в среднем по сети дорог России составила 7,3 % от общих эксплуатационных расходов, а на отдельных дорогах достигла 9,1 %. В связи с этим, наряду с совершенствованием тарифной системы, работы по сокращению затрат на электроэнергию приобретают все большую востребованность.
В соответствии с Энергетической стратегией России на период до 2020 года, «Энергетической стратегией железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2020 года» на одно из первых мест выдвигаются вопросы внедрения энергосберегающих технологий.
В значительной мере, затраты на электроэнергию определяются технико-экономическими показателями системы тягового электроснабжения, которые, в свою очередь, зависят от объема перевозок. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях является важной составляющей общего комплекса энергосберегающих мероприятий.
В настоящее время после значительного сокращения объема перевозок в девяностые годы при последующем его росте в 2001 - 2005 гг. (что вызвало снижение коэффициента полезного действия систем тягового электроснабжения, и особенно, участков электрифицированных на переменном токе, доля которых составляет 56,34 % от общей протяженности электрифицированных линий России) остается значительное количество участков электрифицированных дорог с низкими размерами движения поездов.
На границе балансовой принадлежности условия согласования систем внешнего и тягового электроснабжения принято оценивать по соответствию
показателей качества потребляемой электрической энергии (ПКЭ) требованиям ГОСТ 13109-97 и по величине потребляемой реактивной мощности. Однако эти два параметра не в полной мере характеризуют условия согласования систем внешнего и тягового электроснабжения. Одним из информативных параметров наиболее полно характеризующим качество связи систем внешнего и тягового электроснабжения принято считать уравнительный ток, протекающий по тяговой сети межподстанционных зон.
Известно значительное количество факторов, влияющих на условия сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения. В целом ряде случаев наблюдаются недопустимо высокие значения уравнительных потоков мощности по тяговой сети, так как они становятся соизмеримыми с мощностью тяговой нагрузки. Это приводит к повышенным потерям электрической энергии в системе тягового электроснабжения, а также вызывает необходимость учета ее транзита по тяговой сети и возврата в питающую энергосистему. Кроме того, очень часто питающие энергосистемы отказываются принимать сальдированный учет электрической энергии, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.
Результаты многочисленных измерений в условиях эксплуатации и вычислительных экспериментов позволяют сделать вывод, что протекание уравнительного тока является нормальным нагрузочным режимом в тяговых сетях переменного тока. Его величина определяется параметрами и режимом работы систем внешнего и тягового электроснабжения. В тяговой сети этот ток вызывает дополнительные потери электрической энергии, снижает пропускную способность системы тягового электроснабжения и усложняет систему учета электрической энергии на тягу поездов.
При низких размерах движения и высокой стоимости электроэнергии на тягу поездов доля затрат на потери электроэнергии в тяговой сети, вызываемых несовершенством условий сопряжения систем тягового и внешнего электроснабжения, становится значительной составляющей в эксплуатационных расходах железных дорог. Поэтому более остро встала задача решения комплекса вопросов:
разработка способов и средств измерения уравнительных токов;
создание приемлемой для практического применения методики выбора наиболее экономичных схем питания тяговой сети с учетом величин уравнительных токов;
изготовление технических средств, обеспечивающих снижение потерь энергии в тяговой сети межподстанционных зон с повышенными уравнительными токами;
совершенствование схем фильтрокомпенсирующих устройств;
создание технологии перевода типовых компенсирующих устройств в современные фильтрокомпенсирующие.
Представляемая работа непосредственно связана с проблемой экономии электроэнергии на электрифицированном железнодорожном транспорте, в частности, с решением вышеперечисленных вопросов и поэтому имеет большое практическое значение.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка способов повышения эффективности использования и снижения потерь электрической энергии в тяговой сети электрифицированных железных дорог на переменном токе путем совершенствования условий согласования систем внешнего и тягового электроснабжения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
произвести классификацию основных вариантов неудовлетворительного согласования систем внешнего и тягового электроснабжения;
разработать методику измерения среднеквадратического значения уравнительного тока с разложением его на составляющие вызванные расхождением питающих напряжений по модулю и по фазе;
изготовить средство измерения среднеквадратических значений уравнительных токов;
создать более совершенную конструкцию устройства раздела питания для постов секционирования тяговой сети межподстанционных зон и разработать алгоритмы выбора рациональных схем питания межподстанционных зон;
определить технологию составления дорожных карт качества электрической энергии;
разработать технологию перевода типовых компенсирующих устройств в современные фильтрокомпенсирующие.
Методика исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, а также имитационное моделирование системы тягового электроснабжения на ЭВМ. В работе использованы основ-
ные законы и методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей, положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с использованием многоканальных информационно-измерительных комплексов ИВК - «Омск-М» и микропроцессорных индикаторов уравнительных токов с последующим применением пакета прикладных программ обработки экспериментальных данных. Научная новизна работы заключается в следующем: комплексно решен ряд теоретических и практических задач, позволяющих повысить энергетические и технико-экономические показатели системы тягового электроснабжения переменного тока путем применения технической возможности оперативного и эффективного выбора рациональных схем питания тяговой сети с целью минимизации в ней потерь электроэнергии с учетом влияния на них уравнительных токов, перевод типовых компенсирующих устройств в фильтрокомпенсирующие.
К наиболее значимым следует отнести следующие теоретические и практические результаты:
Определены основные варианты неудовлетворительного согласования систем внешнего и тягового электроснабжения.
Предложена методика измерения среднеквадратического значения уравнительного тока и способ разложения его на продольную и поперечную составляющие.
Разработаны принципиально новые способы и технические решения режимного управления устройством раздела питания в зависимости от положения электроподвижного состава (ЭПС).
Создана технология перевода типовых компенсирующих устройств в современные фильтрокомпенсирующие.
Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных на действующих тяговых подстанциях и постах секционирования с устройствами раздела питания, опытом эксплуатации разработанных устройств на Западно-Сибирской, Красноярской, Дальневосточной железных дорогах.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и доведены до внедрения:
методика измерения среднеквадратического значения уравнительного тока и способ разложения его на продольную и поперечную составляющие;
устройства режимного управления схемами питания межподстанцион-ных зон на Западно-Сибирской, Красноярской, Дальневосточной железных дорогах;
двухрезонансное устройство с регулируемыми параметрами на тяговой подстанции Световская Западно-Сибирской железной дороги;
тенология перевода типовых компенсирующих устройств в двухрезо-нансные компенсирующие устройства с регулируемыми параметрами (ДКУ).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на сетевой научно практической конференции „Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД»" (Омск, 2004 г.), научно практической конференции „Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте" (Омск, 2005 г.), международном научно-техническом симпозиуме «Eltrans-2005» (Санкт-Петербург, 2005 г.); заседаниях научно-технического семинара кафедры «Теоретическая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2006); научно-техническом семинаре кафедр Ом-ГУПСа (Омск, 2006 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы приведено в 12 печатных работах, в том числе в 7 статьях материалов конференций, 4 тезисах докладов, патенте на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит 164 страницы печатного текста, 54 рисунка, 21 таблицу и состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка (100 наименований) и приложения на 11 страницах.
Задачи компенсации реактивной мощности потребляемой на тягу поездов
Устойчивая тенденция роста электропотребления на тягу поездов в настоящее время после его многолетнего спада заставила ученых и производственников отрасли вновь вернуться к проблеме регулирования потребления реактивной энергии. Экономические значения потребления реактивной энергии, включаемые в договор на пользование электроэнергией определяются, как правило, нормативным методом по уровню потребления активной энергии за предшествующий год. Таким образом, в периоды падения электропотребления экономические значения потребления реактивной энергии завышены по отношению к уровню реального, а в периоды роста - занижены, т.е. являются более жесткими.
В соответствии с положениями «Инструкции о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию» оплате подлежат как потребленная сверх экономических значений реактивная энергия в размере 8 % от основного тарифа, так и генерируемая в питающую сеть в размере 12 % от того же тарифа. Следовательно, применяемые на железнодорожном транспорте средства компенсации реактивной мощности вместе с функцией ограничения потребления реактивной энергии до экономических значений должны обеспечивать минимум ее генерации в питающую сеть.
После вступления в действие (с января 1994 г.) «Методических указаний по расчету и размещению установок поперечной емкостной компенсации, оплате реактивной мощности и энергии на электрифицированном участке железных дорог», в разработке которых активное участие принимали Ом-ГУПС и Западно-Сибирская железная дорога произошло значительное смягчение требований к железнодорожным потребителям с учетом специфики работы системы тягового электроснабжения.
Однако, уже после утверждения данных методических указаний в разработанных Главгосэнергонадзором России «Правил применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и генерацию реактивной энергии» были внесены дополнения и изменения по оплате за генерацию реактивной энергии в зависимости от технического предела фактического потребления реактивной энергии. Это привело к тому, что за счет уравнительных токов на ряде тяговых подстанций наблюдается излишняя генерация реактивной мощности или ее излишнее потребление, а ряд энергосистем предъявляет незаконные штрафные санкции. В этих условиях необходимо устанавливать регулируемые устройства компенсации реактивной мощности. Пример потребления реактивной энергии по группе тяговых подстанций переменного тока Западно-Сибирской ж. д. приведен в табл. 1.2.
Из табл. 1.2 видно, что потребление реактивной энергии по тяговым подстанциям не равномерное, а на тяговой подстанции Урываево наблюдается как потребление, так и генерация реактивной энергии. Кроме того, неравномерность потребления реактивной энергии тяговыми подстанциями свидетельствует о неудовлетворительном согласовании систем внешнего и тягового электроснабжения.
Современные средства компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии должны одновременно симметрировать тяговую нагрузку, ограничивать реактивную мощность прямой последовательности и поток высших гармонических составляющих тока тяговой нагрузки в зоне питающей сети. В соответствии с условиями поставленной задачи определение параметров компенсирующих устройств должно производиться с использованием анализа графиков нагрузки и уровней показателей качества электрической энергии и состоит из трех этапов.
На первом этапе определяется суммарная располагаемая мощность компенсирующего устройства. Величину ее выбирают из условия частичной компенсации реактивной мощности, т. к. реализация полной компенсации сопряжена с большими капитальными вложениями и экономически нецелесообразна. За основной критерий принимается ограничение потребления реактивной энергии до экономически обоснованных значений.
На втором этапе выбора параметров суммарная располагаемая мощность конденсаторной батареи распределяется между отстающей и опережающей фазами тяговой подстанции.
В качестве критерия принимается минимум тока обратной последовательности в нагрузке тяговой подстанции при включенном компенсирующем устройстве. Симметрирование токов тяговой нагрузки позволит снять или в значительной мере снизить надбавки за высокий уровень напряжения обратной последовательности.
Однако основным показателем, по которому следует ожидать надбавок к основному тарифу на электроэнергию, является коэффициент искажения формы кривой напряжения. Поэтому на третьем этапе расчета параметров определяется сопротивление контуров КУ (фильтров) на высших гармониках низкого порядка для каждой фазы в отдельности, т. е. их частотные характеристики.
Реальный критерий при определении сопротивлений фильтров на высших гармониках предполагает уменьшение искажений напряжений до допустимого уровня на границе балансовой принадлежности тяговой подстанции. После определения дополнительной загрузки конденсаторных батарей токами высших гармоник корректируется суммарная располагаемая мощность фильтров в каждой из фаз. В условиях резко переменных нагрузок контуры каждой из фаз переводятся в регулируемый режим.
С целью подавления гармоник и снижения несинусоидальности напряжений на тяговых подстанциях в отстающую и опережающие фазы включают фильтры компенсирующих устройств (КУ), настроенные на частоты третьей и пятой гармоник - так называемые многофункциональные оптимизирующие устройства (МОУ). Однако, деление КУ на несколько контуров вызывает необходимость установки значительно большего количества реакторов, трансформаторов напряжения для защиты конденсаторов от пробоя, опорных изоляторов и другого оборудования. В настоящее время на ряд дорог поступили новые устройства фильтрации и компенсации реактивной мощности (УФК), разработанные МИИТом и изготовленные «НИИЭФА-ЭНЕРГО», но они обладают рядом существенных недостатков и эти вопросы более подробно рассмотрены в пятой главе. Следовательно, актуальной задачей на сегодняшний день является разработка более простых и современных схем компенсирующих устройств, свободных от выше перечисленных недостатков.
Статистические способы измерения транзитной составляющей уравнительного тока без ограничения движения поездов
Способ основан на контроле соотношения токов фидеров контактной сети первого и второго путей [49]. Способ может применяться на двухпутных участках при раздельном питании путей. При наличии на межподстанционной зоне постов секционирования или пунктов параллельного соединения, на период измерений, необходим переход от узловой или параллельной схем питания тяговой сети к схеме двухстороннего раздельного питания.
Рассмотрим более подробно суть предлагаемого способа [49]. На рис. 2.5 представлена схема электроснабжения межподстанционной зоны тяговой сети двухпутного участка, поясняющая способ определения уравнительного тока. Схема состоит из понизительных трансформаторов 1, 2 смежных тяговых подстанций, сборных шин 3, 4, фидеров контактной сети 5-8, контактной сети 9, 10 соответственно нечетного и четного путей, рельсовой цепи 11 и тяговой нагрузки 12. В этой схеме при отсутствии тяговой нагрузки токи нечетного її и четного 12 путей являются уравнительными и распределяются обратно пропорционально сопротивлениям участков тяговой сети этих путей заключенных между шинами смежных подстанций
При появлении на межподстанционной зоне тяговой нагрузки 12 соотношение (2.12) нарушается. Например, отношение токов нагрузки фидеров подстанции при расположении нагрузки у смежной подстанции принимает вид:
По мере движения нагрузки к подстанции, на которой фиксируют токи, это отношение будет отличаться от (2.12) еще более.
Теоретически возможно расположить несколько нагрузок на межпод-станционной зоне таким образом, чтобы отношение токов фидеров соответствовало условию (2.12). Однако на практике это случается крайне редко. В процессе измерений от этих режимов, как будет показано ниже, есть несколько вариантов отстройки.
Многочисленные практические результаты подтверждают справедливость способа определения отсутствия тяговой нагрузки по контролю соотношения (2.12). Подтверждение возможности контроля наличия нагрузки на межподстанционной зоне получено экспериментальными исследованиями при помощи измерительно-вычислительного комплекса ИВК-«Омск». На тяговой подстанции устанавливается измерительно-вычислительный комплекс качества электроэнергии, на вход которого через измерительные трансформаторы подаются токи фидеров тяговой сети и соответствующие напряжения плеч питания. Измерения производятся с дискретностью один раз в минуту, общей продолжительностью до нескольких суток. Суточные графики токов фидеров питания контактной сети, полученные в результате эксперимента на тяговой подстанции Урываево Западно-Сибирской ж. д. приведены на рис. 2.6. На них явно прослеживаются интервалы времени, для которых справедливо условие (2.12), т. е. отсутствует тяговая нагрузка, а токи фидеров примерно равны. С помощью программы статистической обработки данных "VIZART" МГУПС в общей системе координат строятся графики действующих значений измеренных ИВК-«Омск» токов фидеров контактной сети и их отношений. По соответствию отношений токов фидеров выражению (2.12) определяются интервалы времени отсутствия тяговой нагрузки, т. е. наличия в тяговой сети только уравнительного тока. Дальнейшая статистическая обработка результатов измерений ведется применительно к этим интервалам времени. Строится зависимость уравнительного тока от времени для периодов отсутствия тяговой нагрузки на межподстанционной зоне (рис. 2.7). Вычисляется среднеквадратичное значение уравнительного тока, которое и используется в качестве исходного при расчете потерь электроэнергии в тяговой сети. Способ измерения транзитной составляющей уравнительного тока, основанный на контроле гармонического состава тока плеча подстанции Способ основан на определении отсутствия нагрузки в тяговой сети по относительному содержанию третьей гармоники в токе фидера 27.5 кВ подстанции [50]. Так как уравнительные токи при отсутствии тяговой нагрузки на меж-подстанционной зоне возникают в результате неравенства напряжений на шинах смежных тяговых подстанций, а для высших гармоник напряжения индуктивное сопротивление тяговой сети пропорционально порядку гармоники, то в первом приближении уравнительный ток можно считать синусоидальным [51]. По результатам, полученным другими авторами, коэффициент третьей гармоники уравнительного тока при отсутствии тяговой нагрузки на межподстанционной зоне не превышает 3,8 %, а для обычных условий наиболее характерными являются осциллограммы тока, коэффициент искажения, для которых близок к единице (vi 0,997) [5]. Осциллограмма и спектрограмма уравнительного тока приведены на рис. 2.8. Осциллограмма и спектрограмма тока плеча подстанции, состоящего из тока тяговой нагрузки и уравнительного тока приведены на рис 2.9. В тяговом токе содержание высших гармоник относительно велико, а доминирующей является третья гармоника. В приведенном примере в уравнительном токе содержание третьей гармоники в токе 2,9 %, а при наличии нагрузки - 19,3 %. Этот отличительный признак и используется при обработке результатов измерений. По содержанию гармоник в токе определяются интервалы времени отсутствия тяговой нагрузки, т. е. наличия в тяговой сети только уравнительного тока и последующая статистическая обработка результатов измерений ведется применительно к этим интервалам времени.
Способ может применяться: на однопутных участках; на участках с нестандартными схемами питания тяговой сети; на двухпутных участках при затруднениях в переходе от схем параллельного и узлового питания тяговой сети к схеме раздельного питания.
Расчетно-экспериментальный метод выбора схем питания тяговой сети по минимуму потерь электрической энергии
В ОмГУПС и ДЭЛ Западно-Сибирской ж. д. разработан расчетно-экспериментальный метод, лишенный вышеперечисленных недостатков. Метод основан на измерении уравнительного тока в тяговой сети межподстанцион-ных зон и последующем определении потерь энергии в тяговой сети при различных схемах ее питания посредством имитационного моделирования на ЭВМ.
При решении задачи повышения эффективности программного комплекса расчета системы тягового электроснабжения возникают два противоположных процесса. С одной стороны, расширение функциональных возможностей программного комплекса ведет к увеличению времени счета и объема вводимой информации; с другой - изменение в соответствии с этим структуры программного комплекса, а также упрощение в ряде случаев математических описаний улучшают показатели эффективности. Поэтому при разработке имитационной модели системы тягового электроснабжения стремятся прийти к оптимальному соотношению между многофункциональностью программного комплекса и простотой, удобством и надежностью его эксплуатации.
Наиболее оптимальное соотношение между указанными показателями достигнуто в программном комплексе КОРТЭС, разработанном во ВНИИЖТе и предназначенном для выполнения расчетов рабочих и аварийных режимов электрифицированных на постоянном и переменном токе участков железной дороги и их нагрузочной способности при различных схемах питания контактной сети.
При выполнении электрических расчетов в качестве исходных данных используются результаты тяговых расчетов для выбранного участка или результаты опытных поездок тягово-энергетической лаборатории в составе грузового поезда.
С помощью пакета программ КОРТЭС ВНИИЖТа на участке определяются потери электрической энергии при двустороннем питании межпод-станционной зоны (МПЗ) и отсутствии транзитной составляющей уравнительного тока в тяговой сети для конкретных размеров движения поездов. По результатам вычислительных экспериментов в общей системе координат строятся зависимости потерь электрической энергии в тяговой сети от размеров движения поездов, для различных схем питания МПЗ (двусторонней, консольной, встречно-консольной и встречно - кольцевой), пример построения зависимостей приведен нарис. 3.1.
На следующем этапе строится зависимость потерь электрической энергии в тяговой сети от различных величин уравнительного тока при двухстороннем питании межподстанционной зоны (рис. 3.2). Далее проводится натурный эксперимент по определению величины уравнительного тока с использованием способов и приборов, приведенных во второй главе. Потери электрической энергии в тяговой сети при двустороннем питании складываются из потерь энергии от протекания тягового тока и потерь энергии от протекания уравнительного тока, а при схемах одностороннего питания только от протекания тягового тока. Результаты расчетов, оформленные в подобном виде, позволяют, зная размеры движения поездов и величину уравнительного тока, оперативно определить по построенным зависимостям технологические потери в тяговой сети. Для выбора схемы питания МПЗ по минимуму потерь энергии, достаточно среди полученных графиков потерь электрической энергии в тяговой сети по известным размерам движения поездов и величине уравнительного тока определить, для каких схем питания МПЗ потери выше, а для каких -ниже. Чем ниже потери энергии, тем выгоднее использовать данную схему питания межподстанционной зоны. Результаты представляемые в подобном виде позволяют оперативно провести анализ потерь электрической энергии при заданных размерах движения и экспериментально установленном значении уравнительного тока и выбрать схему питания тяговой сети по минимуму потерь энергии, а так же определить технологические потери. Этот метод успешно опробован на Западно-Сибирской и Красноярской железной дорогах.
В качестве примера выбора экономически целесообразных схем питания рассмотрим МПЗ Сузун - Ларичиха Каменской дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги. Для МПЗ Сузун - Ларичиха характерным является наличие одного из основных вариантов неудовлетворительного согласования систем внешнего и тягового электроснабжения, на тяговой подстанции Сузун установлен тяговый автотрансформатор с без регулирования на стороне 27,5 кВ. Схема внешнего электроснабжения расчетного участка приведена на рисунке 2.2, параметры тяговых трансформаторов, установленных на подстанциях, - в табл. 3.1. Питающие и отсасывающие фидеры подстанций выполнены проводом 2А-185. Их длины приведены в табл. 3.2. Мощность коротких замыканий на шинах 220 кВ тяговых подстанций приведена в табл. 3.3. Профиль пути расчетного участка и ограничения скорости движения поездов на расчетном участке из за большого объема информации не приведены. Фазы напряжений фидеров тяговых подстанций, питающих МПЗ, приведены в табл. 3.4. Процентные соотношения пассажирских и грузовых поездов разной массы и интервалы движения поездов, для которых производим расчеты, - в табл. 3.5.
Эксплуатационные испытания режимного управления устройством раздела питания тяговой сети
При проведении эксплуатационных испытаний режимного управления устройством раздела питания на посту секционирования Рямы межподстанционной зоны Сузун - Ларичиха, определялись расходы электрической энергии по вводам 27,5 кВ и фидерам контактной сети тяговых подстанций питающих данную межподстанционную зону. Для этого на фидерах контактной сети были установлены двунаправленные микропроцессорные счетчики типа «АЛЬФА». Испытания проводились в течение месяца для узловой схемы питания тяговой сети, встречно-кольцевой схемы при управлении по первому и второму каналу. Результаты расхода электрической энергии при различных схемах питания и каналах управления приведены в табл. 4.1. При проведении испытаний размер движения по межподстанционной зоне составлял около 40 пар поездов в сутки. Количество циклов «В-О» вакуумного выключателя устройства режимного управления за исследуемый период при управлении по первому каналу составило 2280, а при управлении по второму каналу 216. Время нахождения в отключенном положении вакуумного выключателя устройства режимного управления в течение месяца при управлении по первому каналу составило 701 час, а при управлении по второму каналу составило 98,4 часа. Анализируя данные приведенные в табл. 3.2 и выше изложенное можно сделать следующие выводы: 1) при режимном управлении схемой питания тяговой сети межподстанционной зоны произошло перераспределение расхода электрической энергии как по вводам 27,5 кВ, так и по фидерам контактной сети между тяговыми подстанциями Сузун и Ларичиха; 2) увеличилась тяговая нагрузка подстанции
Сузун; 3) на 30 тыс. кВт-ч в месяц уменьшился расход электрической энергии в межподстанционной зоне по счетчикам, установленным на фидерах контактной сети при управлении схемой питания по первому каналу; 4) на 12 тыс. кВт-ч в месяц уменьшился расход электрической энергии в межподстанционной зоне по счетчикам, установленным на фидерах контактной сети при управлении схемой питания по второму каналу; 5) уменьшился расход реактивной энергии на вводах и фидерах тяговых подстанций при управлении семой питания тяговой сети при управлении, как по первому, так и по второму каналу; 6) на данной межподстанционной зоне предпочтительнее управление по первому каналу, что приводит к наиболее значительному снижению потерь электрической энергии в тяговой сети; 7) при управлении по первому каналу не стало возврата активной электрической энергии по фидерам контактной сети тяговой подстанции Сузун, а при управлении по второму каналу его величина значительно снизилась. 8) при управлении по второму каналу количество циклов «В-О» вакуумного выключателя устройства режимного управления по сравнению с управлением по первому каналу уменьшилось в 10 раз.
Для эксплуатационных испытаний совместной работы второго и третьего канала, третий канал был настроен на включение только при наличии тяговой нагрузки на блок-участках, на которых находится пост секционирования и смежных с ними блок-участках. При проведении эксплуатационных испытаний определялось время нахождения устройства раздела питания тяговой сети во включенном и отключенном положении, общее количество циклов «В-О» вакуумного выключателя и количество циклов «В-О» в сутки. Результаты эксплуатационных испытаний совместной работы второго и третьего канала приведены в табл. 4.2. Анализируя данные, приведенные в табл. 4.2 можно сделать следующие выводы, что использование алгоритмов работы первого и второго канала по логической схеме «И» позволило: 1) отстроиться от работы устройства раздела питания при прохождении межподстанционной зоны не электрическим подвижным составом; 2) выбирать необходимые блок-участки межподстанционной зоны для работы устройства раздела питания раздельно для четного и нечетного путей; 3) снизить количество циклов «В-О» выключателя устройства раздела питания тяговой сети по сравнению с алгоритмом управления по первому каналу; 4) обеспечить возможность эффективной работы устройства раздела питания при размерах движения поездов более 40 пар в сутки. В соответствии с [95 - 100] к основным показателям оценки эффективности мероприятий научно-технического прогресса одним из показателей экономической эффективности относятся: - чистый дисконтированный доход (ЧДД); - индекс доходности (ИД); - срок окупаемости (Т0). Величина ЧДД при постоянной норме дисконта определяется по выражению: Проект считается эффективным, если ЧДД положителен. В качестве начального года расчетного периода для определения экономического эффекта принимаем 2006 г. Срок службы вакуумного выключателя составляет 6 лет, ОПН - 20 лет, трансформатора напряжения - 25 лет. В УРП установлено 2 вакуумных выключателя и за счет резервирования срок их службы установлен 12 лет. С учетом размеров движения за расчетный период принимаем 10 лет. Экономическая эффективность применения устройства раздела питания заключается в снижении потерь электроэнергии от протекания уравнительных токов по межподстанционнои зоне, на начальном шаге определяемая по выражению: где С - тариф на электроэнергию, р.; AWn - снижении потерь электроэнергии от протекания уравнительных токов по межподстанционнои зоне: где Wp -потери электроэнергии в тяговой сети при узловой схеме питания, кВт WIypT - потери электроэнергии в тяговой сети от протекания уравнительного тока при узловой схеме питания, кВт-ч; Wn"K - потери электроэнергии в тяговой сети при встречно-кольцевой схеме питания, кВт-ч. Произведем расчет экономической эффективности установки устройства раздела питания на перегоне Сузун - Ларичиха. Суточные потери электроэнергии в тяговой сети межподстанционнои зоны при размерах движения 40 пар/сутки и узловой схеме питания тяговой сети составляют W - 1450 кВт-ч/сутки, а при встречно-кольцевой схеме питания W K - 1850 кВт-ч/сутки (рис. 3.3). Эффективное значение уравнительного тока на данном
