Повышение эффективности работы системы тягового электроснабжения переменного тока за счёт использования многофункционального вольтодобавочного трансформатора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Алексеенко, Максим Викторович

• Алексеенко, Максим Викторович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Алексеенко, Максим Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С МФ ВДТ

1.1. Традиционные способы усиления и повышения эффективности системы тягового электроснабжения переменного тока

1.2. Включение МФ ВДТ в систему тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ

1.2.1. Схемы подключения МФ ВДТ в системе тягового электроснабжения

1.2.2. Параметры МФ ВДТ

ГЛАВА 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С МФ ВДТ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ВОЛЬТОДОБАВОЧНОЙ ОБМОТКИ В КОНТАКТНУЮ СЕТЬ

2.1. Расчёт электромагнитных процессов в системе тягового электроснабжения с МФ ВДТ

2.2. Анализ результатов расчёта электромагнитных процессов в системе тягового электроснабжения с МФ ВДТ

2.3 Выбор параметров компенсирующей установки исходя из минимума обменной энергии

2.4 МФ ВДТ - средство борьбы с уравнительными токами в тяговой сети

2.5 Оценка эффективности внедрения МФ ВДТ для повышения напряжения в тяговой сети

ГЛАВА 3. СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ВОЛЬТОДОБАВОЧНОЙ ОБМОТКИ МФ ВДТ В

ОТСАСЫВАЮЩУЮ ЛИНИЮ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

3.1. Математическая модель системы тягового электроснабжения

3.1.1. Модель тягового трансформатора

3.1.2. Модель электровоза

3.1.3. Модель тяговой сети

3.2. Система тягового электроснабжения с МФ ВДТ при его включении

в отсасывающую линию

3.3. Наведённые напряжения от системы тягового электроснабжения с МФ ВДТ на смежные линии

3.4. Анализ электромагнитного влияния СТЭ с МФ ВДТ на отключённую линию продольного электроснабжения

ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТОВ УСИЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОМОЩЬЮ

МФВДТ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы системы тягового электроснабжения переменного тока за счёт использования многофункционального вольтодобавочного трансформатора»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема снижения потери электрической энергии в устройствах тягового электроснабжения, повышение эффективности отдельных узлов железных дорог, внедрение энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий является ключевыми задачами в развитии железнодорожного транспорта нашей страны в 21 веке.

Железные магистрали соединяют огромную страну единой транспортной системой и дают возможность перемещать по ней грузы и пассажиров с большой скоростью и эффективностью. Ни один из видов сухопутного транспорта не обладает столь рациональным расходом материальных, технических средств и человеческих ресурсов в отношении объёма перемещённого груза на заданное расстояние. Серьёзную конкуренцию в этом деле могут составлять трубопроводные системы, но главным их «минусом» является возможность перемещения только газообразных и текучих неупорядоченных сред.

Значительное влияние на экономичность перевозок оказывает наличие на участке железнодорожной магистрали электрифицированной линии. В свою очередь электрификация железных дорог осуществляется как постоянным, так и переменным током. Стоит отметить, что на грузонапряжённых участках система тягового электроснабжения (СТЭ) переменного тока имеет очевидные преимущества перед СТЭ постоянного тока. Не обходится и без неприятностей, которые несёт вслед за собой переменный ток. Так, однофазные выпрямительно-инверторные преобразователи (ВИП), установленные на электровозе, искажают формы кривых токов и напряжения в тяговой сети, что порождает высокочастотные импульсы, функционально влияющие на смежные линии связи.

Электрическая тяга это, прежде всего, двухфазная нагрузка для питающей её трёхфазной системы. Неравномерность загруженных плеч создаёт несимметрию токов и напряжений в первичной системе электроснабжения. Это вызывает дополнительные потери энергии и мощности, снижает коэффициент

полезного действия. В связи с этим улучшение качества электрической энергии можно считать одной из главных задач, решение которой необходимо искать.

Постоянный уровень и стабильность напряжения у потребителя является важнейшей характеристикой качества электрической энергии. Эта проблема особенно актуальна для районов с большими расстояниями между тяговыми подстанциями, для грузонапряжённых участков, где используются мощные современные электровозы 2ЭС5К «Ермак», ЭП1М и другие, кратная тяга, а также тяжеловесные составы, т. е. для участков с ограниченной пропускной способностью по уровню напряжения.

Для обеспечения в СТЭ железных дорог переменного тока более высокого уровня напряжения, которое колеблется с изменения нагрузки, применяются всевозможные технические решения и специальные устройства. К ним относятся в первую очередь регулирование напряжения тяговых трансформаторов трёхфазными устройствами под нагрузкой, устройствами продольной (УПРК) и поперечной (УППК) ёмкостной компенсации, мощность которых должна регулироваться в зависимости от текущего состояния нагрузки плеча тяговой подстанции [1].

Обширные исследования, проведённые с целью усиления участков переменного тока, привели к внедрению трёхпроводной системы 2x25 кВ, которая позволяет снизить потери напряжения и энергии, обеспечить существенное снижение влияния тягового тока на линии связи [2, 3, 4]. Дальнейшее развитие привело к созданию СТЭ, в которой контактная сеть питается от линий повышенного напряжения, проложенных вдоль электрифицированного участка, через преобразовательные устройства [5]. Так же в МГУПСе (МИИТе) разработана перспективная «Система электрификации с головными тяговыми подстанциями с симметрирующими трансформаторами, двухпроводными продольными линиями 66,5+27,5=94 кВ ДПЛ-94 и промежуточными ТП с однофазными трансформаторами».

Переход на эти системы весьма дорог при нынешней распространённости СТЭ 25 кВ и экономически обусловлен лишь при необходимости существенно повысить пропускную и провозную способность участка. Гораздо чаще требуется умеренное повышение нагрузочной способности электрифицированной магистрали путём небольших затрат на модернизацию существующей системы. К тому же на многих участках переменного тока требуется комплексное повышение эффективности работы существующей СТЭ, улучшение её энергетических показателей.

Столь сложной и многогранной задачей занимались и занимаются научные сотрудники многих стран мира. В нашей стране стоит отметить труды таких учёных как Р. И. Караев, Б. М. Бородулина, А. С. Бочёв, Л. А. Герман, Б. И. Косарев, А. Б. Косарев, С. П. Власов, А. В. Котельникова, Р. Р. Мамошин, Г. Г. Марквардт, К. Г. Марквардт, Б. А. Метелкина, Р. И. Мирошниченко, В. Н. Пупынин, С. М. Сердинов, С. Д. Соколов, Н. Д. Сухопрудский, Е. П. Фигурнов и др.

Целью диссертационной работы является совершенствование СТЭ путём внедрения на магистральные железные дороги, электрифицированных по системе 25 кВ переменного тока многофункционального вольтодобавочного трансформатора (МФ ВДТ) с компенсационной обмоткой (КО), нагруженной на регулируемую компенсационную установку (КУ).

При работе над диссертацией:

- разработана математическая модель СТЭ переменного тока с МФ ВДТ, к КО которого подключена регулируемая КУ, учитывающая распределение по длине ёмкостно-индуктивные и взаимоиндуктивные связи, зависящие от спектрального состава тока электровоза;

- обоснована методика расчёта основных энергетических показателей СТЭ переменного тока при учёте спектрального состава тока электровоза;

- дана оценка эффективности внедрения МФ ВДТ для ограничения уравнительных токов, отличающейся от известных учётом нетяговой районной нагрузки, питающейся от районной обмотки тягового трансформатора;

- обоснована методика оценки эффективности использования МФ ВДТ для повышения напряжения на токоприёмнике электровоза при одновременном изменении потери электроэнергии в меди тяговых трансформаторов и системе внешнего электроснабжения (СВЭ);

- разработан алгоритм расчёта коэффициента несимметрии по напряжению (току) СТЭ переменного тока при включении вольтодобавочной обмотки (ВДО) МФ ВДТ в отсасывающую линию тяговой подстанции переменного тока.

В работе использован комплексный метод анализа энергетических соотношений в сложных и неоднородных СТЭ; включающий математические методы, теория линий с распределёнными параметрами, матричные методы расчёта и компьютерное моделирование электромагнитных процессов при представлении системы в виде каскадного соединения многополюсников, а также итерационные методы расчёта нелинейных систем, в том числе и при представлении электровоза в виде источника мощности.

ГЛАВА 1. СИСТЕМА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С МФ ВДТ

1.1. Традиционные способы усиления и повышения эффективности системы тягового электроснабжения переменного тока

Непрерывный рост грузоперевозок, увеличение доли тяжеловесных и соединенных поездов, внедрение в эксплуатацию мощных электровозов ВЛ85 на некоторых направлениях железных дорог требуют осуществления мероприятий по усилению и повышению эффективности СТЭ.

Усиление СТЭ должно производиться как с целыо обеспечения пропуска по всем элементам системы непрерывно возрастающих токов тяговой нагрузки -усиление по току, так и с целыо обеспечения необходимого для нормальной работы ЭПС уровня и напряжения в тяговой сети - усиление по напряжению. Необходимо также выполнение мероприятий по компенсации реактивной мощности в задаваемых питающей электрической системой размерах [6]. Важными задачами, которые должны быть решены, являются снижение до допустимых значений электромагнитного влияния тяговых сетей на линии связи и ограничение уравнительных токов в тяговой сети.

Наибольший эффект усиления может быть получен при переходе от системы 25 кВ к схеме питания тяговых нагрузок по системе 2x25 кВ с обратным питающим проводом и автотрансформаторами. Эта система находит все большее применение на электрифицированных железных дорогах переменного тока в России и за рубежом.

В России СТЭ 2x25 кВ применяется, как правило, лишь при электрификации новых участков железных дорог при больших грузопотоках, превышающих 60,0 млн. т. брутто в год на один путь.

К традиционным способам повышения нагрузочной способности тяговых сетей переменного тока относятся сооружение постов секционирования и пунктов параллельного соединения, подвеска усиливающих проводов (УП), усиление с помощью экранированного усиливающего провода (ЭУП), применение кабеля в качестве экранированного усиливающего провода.

Наиболее эффективным традиционным средством повышения нагрузочной способности тяговой сети по току является увеличение суммарного сечения проводов тяговой сети путем подвески УП.

Применение только одного УП типа А185 позволяет поднять нагрузочную способность тяговой сети до необходимого уровня. Применение второго УП может быть оправдано только снижением потери энергии в тяговой сети; это должно быть определено экономическим расчётом.

Влияние УП на снижение потерь напряжения в тяговой сети незначительно. Расчёты показывают, что подвеска 10 км УП на головном участке фидерной зоны при токах, близких к предельно допустимым, снижает потери напряжения не более чем на 160-200 В. Стоимость УП и его монтажа высоки. Таким образом, УП целесообразно использовать лишь для усиления тяговой сети по току, т. е. для повышения ее нагрузочной способности.

Рациональным является подвеска УП лишь на головных участках фидерной зоны с установкой в случае необходимости дополнительных пунктов параллельного соединения. В районах с частыми гололедами для обеспечения плавки льда электрическим током рекомендуется использовать специальные схемы подключения УП.

Коллективам сотрудников МГУПС (МИИТа), организации ОАО «РЖД» и университетов России, предложен ряд технических решений по многопроводной тяговой сети переменного тока с экранирующим и усиливающим проводами [7, 8]. СТЭ с ЭУП позволяет устранить некоторые недостатки, присущие обычной тяговой сети 25 кВ. Тяговая сеть с ЭУП содержит УП, подвешенный с полевой стороны на опорах контактной сети, и экранирующий провод, соединенный с

рельсами при помощи заземляющих спусков. СТЭ с ЭУП имеет меньший по сравнению с обычной системой 25 кВ реактанс тяговой сети, и, как следствие этого, обеспечивает уменьшение потерь напряжения в тяговой сети и снижение электромагнитного влияния на смежные линии связи.

СТЭ с ЭУП не имеет преимуществ по сравнению с системой с двумя УП по потерям напряжения, обладает меньшей нагрузочной способностью, характеризуется большими потерями энергии, меньшим коэффициентом использования материалов. Однако эта система позволяет примерно в 1,3-1,5 раза снизить электромагнитное влияние тяговой сети на линии связи. Таким образом, СТЭ с ЭУП может эффективно использоваться с целью уменьшения электромагнитного влияния на линии связи примерно в 1,35 раза.

Соответствие нагрузочной способности тяговой сети токовым нагрузкам участка не является достаточным условием нормальной работы СТЭ. Другим необходимым условием является величина напряжения на токоприемнике электровоза. Минимальное напряжение на токоприемнике электроподвижного состава (ЭПС) на любом блок-участке не должно быть менее 21 кВ; в вынужденных режимах эта величина должна быть не ниже 19 кВ.

Для обеспечения высокоскоростного пассажирского движения при скоростях 160-200 км/час минимальная величина напряжения, соответствующая средним значениям напряжения за время хода под током равном минимальному, равна 24,0 кВ.

На основе анализа режимов работы электровозов рекомендуются следующие величины допустимых напряжений на токоприёмниках электровозов (кВ):

номинальное (условное) 25,0;

максимальное 29,0;

минимальное 19,0;

длительное наибольшее 27,5;

длительное наименьшее 22,0;

- допустимое критическое 18,0.

УППК применяются как правило для повышения коэффициента мощности СТЭ до уровня, приемлемого для питающейся электрической системы.

Основное назначение установок поперечной ёмкостной компенсации -уменьшение потоков реактивной мощности в тяговой сети и в питающей электрической системе. Наибольшее влияние на режим работы СТЭ оказывают УППК, установленные в тяговой сети. Это объясняется тем, что разгружая в той или иной мере тяговую сеть от реактивной мощности электровозов, УППК способствует повышению напряжения на лимитирующих блок-участках, несколько увеличивают нагрузочную способность контактной сети и снижают потери мощности в тяговой сети. УППК, размещенные на тяговой подстанции, более эффективно воздействуют на режим работы тяговых трансформаторов и питающей энергосистемы [9, 10, 11, 12].

При расчёте необходимой мощности УППК кроме режима работы тяговой сети необходимо учитывать и требования, накладываемые энергоснабжающей организацией.

Следует, однако, отметить, что для получения желаемого эффекта УППК должны быть регулируемыми и иметь высокую надежность в работе; только при этих условиях можно будет рассчитывать на все положительные свойства установок поперечной ёмкостной компенсации при изменении тяговой нагрузки в широких пределах.

Наибольшая потребность в УППК приходится на участки с интенсивной рекуперацией, где коэффициент мощности подстанций понижается до 0,3-0,4 и ниже, и уровень напряжения в тяговой сети невысок. Здесь необходимо также улучшать форму кривой напряжения.

Эффективным по техническим показателям средством повышения напряжения в тяговой сети являются установки УПРК [1, 9, 10, 11]. Чаще УПРК устанавливают на тяговой подстанции и редко на фидерной зоне. На тяговой

подстанции УПРК обычно устанавливают либо в рабочих фазах, либо в цепи отсоса.

В тех случаях, когда необходимо поднять напряжение только на одной из рабочих фаз, обычно отстающей, то рекомендуется включать УПРК только в эту фазу. Если же необходимо обеспечить подъем напряжения на обоих рабочих фазах, то рекомендуется применять УПРК в цепи отсоса или в комбинации: и в цепи отсоса, и в рабочей фазе.

Большим достоинством УПРК является безинерционность их действия, естественный «автоматизм регулирования» величины напряжения, как бы добавляемого установкой компенсации в тяговую сеть, в зависимости от изменения тока тяговой нагрузки. Существенным же недостатком применения УПРК является увеличение уравнительного тока на фидерной зоне между двумя подстанциями, на одной из которых установлена УПРК, и существенное увеличение потерь электроэнергии в системе энергоснабжения, перераспределение мощности между соседними тяговыми подстанциями со всеми связанными с этим отрицательными последствиями. Следует также отметить большую повреждаемость конденсаторов УПРК; большую, чем конденсаторов УППК. Это объясняется тяжелыми условиями работы силовых конденсаторов этих установок, в том числе несинусоидальностыо тока тяговой нагрузки, резкими изменениями его величины, а также недостаточной надежностью самих конденсаторов.

Значительное улучшение энергетических характеристик СТЭ может быть получено за счёт внедрения высоковольтных питающих проводов [5, 13].

Существенное повышение напряжения в тяговой сети может быть обеспечено с помощью устройства, реализующего принцип вольтодобавочного трансформатора (ВДТ). Это устройство представляет собой трёхфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в треугольник и подключены своими выводами к рельсу, к контактной подвеске и к дополнительному проводу. Одна фаза вторичной обмотки, являющейся ВДО,

включена параллельно специально сооружаемой нейтральной вставке. В качестве ВДО используется вторичная обмотка на том стержне магнитопровода, на котором размещена обмотка, включенная между контактной подвеской и рельсами. Напряжение ВДО суммируется с напряжением контактной сети; его уровень после нейтральной вставки повышается на величину напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Недостатками рассматриваемого устройства является низкое использование активных материалов применяемого трёхфазного трансформатора, необходимость сооружения нейтральной вставки в месте установки трансформатора и необходимость подвески дополнительного провода. Предложенное устройство размещается на перегоне, что затрудняет контроль за его работой и обслуживание.

На основании проведённого анализа по применению традиционных средств усиления СТЭ можно сделать следующие выводы:

- УП должны применяться для обеспечения термической устойчивости тяговой сети при возрастающих тяговых нагрузках; применение УП для целей снижения потерь напряжения в тяговой сети малоэффективно;

- систему с ЭУП целесообразно использовать в первую очередь для повышения термической устойчивости тяговой сети при одновременном снижении электромагнитного влияния тяговой сети на линии связи и другие металлические коммуникации;

- электрификация железных дорог по системе 2x25 кВ экономически целесообразна при больших грузопотоках, превышающих 60,0 млн. т. брутто в год на один путь;

- УППК целесообразно применять для повышения коэффициента мощности участков электрифицированных ж.д. в объёмах, рекомендуемых питающей электрической системой;

- применение УППК для целей повышения уровня напряжения в тяговой сети недостаточно эффективно, требует больших капитальных вложений;

- наиболее технически эффективным способом повышения уровня напряжения в тяговой сети является применение установок УПРК. Однако, надежность УПРК недостаточно велика, силовые конденсаторы являются высокодефицитным оборудованием.

1.2. Включение МФ ВДТ в систему тягового электроснабжения переменного

тока 25 кВ

Проведённый в п. 1.1 анализ возможностей традиционных средств повышения эффективности работы СТЭ, в том числе и увеличения напряжения в тяговой сети при повышенных тяговых нагрузках, показал, что имеется потребность в создании нового, дополнительного средства усиления СТЭ, которое обладало бы не меньшими возможностями по повышению напряжения в тяговой сети, чем установки ёмкостной компенсации, но имело бы существенно большую надежность и лучшие эксплуатационные качества.

Таким средством может быть МФ ВДТ [14, 15, 16, 17].

1.2.1. Схемы подключения МФ ВДТ в системе тягового электроснабжения

СТЭ переменного тока 25 кВ при питании тяговой сети от трёхфазных тяговых трансформаторов с соединением высоковольтной и тяговой обмоток по схеме «звезда - треугольник» при многих положительных качествах обладает и рядом специфических особенностей, которые могут быть причиной снижения технико-экономической эффективности этой системы;

К таким особенностям относится несимметричный режим работы трёхфазных тяговых трансформаторов при двухплечевой тяговой нагрузке, вследствие чего уровень напряжения на так называемой отстающей фазе

подстанции является более низким, чем на других фазах. При этом оказывается пониженным и общий уровень напряжения в тяговой сети, особенно на межподстанционных зонах, питаемых с двух сторон от отстающих фаз соседних подстанций.

СТЭ переменного тока 25 кВ предрасположена к протеканию уравнительного тока, обусловленного наличием как продольной, так и поперечной составляющих разности напряжений на шинах соседних тяговых подстанций. Протекание уравнительного тока вызывает дополнительные непроизводительные потери электроэнергии и может привести к другим нежелательным и даже вредным последствиям.

Проявление вышеуказанных специфических особенностей СТЭ 25 кВ может быть причиной ограничения пропускной и провозной способности ряда участков ж. д. и снижения технико-экономической эффективности СТЭ.

Для компенсации и нейтрализации вышеуказанных специфических отрицательных особенностей СТЭ переменного тока необходимо повышение напряжения на отстающей фазе тяговой подстанции, выравнивание его значения с напряжением на других фазах рассматриваемой подстанции, а также выравнивание как по значению, так и по фазе с напряжением на соответствующем плече соседней подстанции. В качестве технического средства для осуществления избирательного пофазного продольно-поперечного регулирования напряжения на тяговой подстанции предложено применять ВДТ [14]. Следует отметить, что идея применения ВДТ на электрифицированных железных дорогах, в частности, для ограничения уравнительных токов, предлагалась и другими исследователями.

До 1989 г. трансформаторы, подходящие по своим параметрам для использования в качестве ВДТ, электротехнической промышленностью не выпускались.

В результате исследований, выполненных в МГУПС (МИИТ) по заказу Красноярской ж. д., сформулированы требования к электрическим параметрам ВДТ [14].

В СЦКТБ СВПО «Трансформатор» по заказу МПС в 1988 г. спроектирован специальный трансформатор ОРМЖ-10000/27 для использования в установках регулируемой УППК в качестве ВДТ [14, 18].

Производство трансформаторов указанного типа налажено на заводе СВПО «Трансформатор» (г.Тольятти) в 1989г. [19, 20, 21]. Один из головных образцов трансформатора ОРМЖ-10000/27 был установлен на тяговой подстанции Тяжин Красноярской ж.д. по схеме ВДТ [19].

Данное устройство представляет собой специальный однофазный двухобмоточный трансформатор. Обмотка высокого напряжения выполнена на номинальное напряжение 27,5 кВ, её номинальная мощность 10000 кВА. Обмотка низкого напряжения состоит из двух самостоятельных секций с номинальными напряжениями по 2,5 кВ. Одна из секций имеет дополнительное ответвление от середины секции. При работе трансформатора в качестве ВДТ возможны следующие соотношения напряжений и мощностей обмотки низкого напряжения: 1,25 кВ 2500 кВА,

2,5 кВ - 2,5 кВ 5000 кВА-5000 кВА, 3,75 кВ 7500 кВА,

5,0 кВ 10000 кВА.

Потери холостого хода трансформатора - 10,0 кВт, потери короткого замыкания - 50,0 кВт. Напряжение короткого замыкания - 5%, ток холостого хода - 0,6%. Поперечная изоляция всех обмоток и изоляция всех вводов трансформатора выполнена на номинальное напряжение 27,5 кВ.

Теоретически возможно большое количество вариантов подключения обмоток ВДТ к СТЭ. Возможны три способа подключения ВДО к тяговому трансформатору: она может быть включена в рассечку либо отстающего плеча питания, либо опережающего плеча питания, либо в рассечку цепи отсоса подстанции. В каждом из перечисленных способов включения ВДО возможны три способа подключения питающей обмотки (ПО) ВДТ к тяговому трансформатору: параллельно отстающей фазе, параллельно опережающей фазе,

параллельно свободной фазе. При этом магнитное включение ВДО и ПО может быть как согласным, так и встречным. Таким образом, возможны 3x3x2 - 18 способов подключения обмоток ВДТ к тяговому трансформатору. С учётом секционирования обмотки низкого напряжения на ВДО могут быть получены четыре уровня напряжения: 1,25; 2,5; 3,75 и 5,0 кВ.

Кроме того, возможен комбинированный режим работы секций обмотки низкого напряжения: одна из ее секций с напряжением 1,25 или 2,5 кВ работает в качестве ВДО, а другая секция с напряжением 2,5 кВ питает регулируемую КУ мощностью до 5,0 Мвар.

Таким образом, с помощью трансформатора ОРМЖ-10000/27 может быть реализовано избирательное пофазное продольно-поперечное ступенчатое регулирование напряжения на стороне 27,5 кВ тяговой подстанции. При этом одновременно может осуществляться и в основном режим параллельной ёмкостной компенсации реактивной мощности.

Необходимо также отметить, что одним из основных назначений трансформатора ОРМЖ-10000/27 является перевод УППК с напряжения 27,5 кВ на напряжение 2,5 кВ. В этом варианте на УППК могут работать обе секции обмотки низкого напряжения.

Кратко рассмотрим некоторые возможные схемы включения обмоток ВДТ в СТЭ. В этих схемах ВДО включена в рассечку отстающего плеча питания тяговой подстанции, а ПО ВДТ подключена либо к отстающей, либо к опережающей, либо к свободной фазе тягового трансформатора [14].

Приведённая на рисунке 1.1 схема «а» предназначена для повышения напряжения на отстающем плече питания тяговой подстанции без изменения фазы этого напряжения. Это бывает нужно для обеспечения необходимого уровня напряжения в тяговой сети, например, в зонах с тяжелым профилем пути, а также для ограничения уравнительного тока, обусловленного наличием продольной составляющей разности напряжений на шинах соседних тяговых подстанций.

Рисунок 1.1 - Некоторые схемы подключения обмоток ВДТ к тяговому трансформатору тяговой подстанции [14]

Представленные на рисунке 1.1 схемы подключения ВДТ, предложенные в [14], в дальнейшем использованы для усиления СТЭ с помощью МФ ВДТ, одна из

возможных схем подключения МФ ВДТ к тяговому трансформатору тяговой подстанции представлена на рисунке 1.2.

А* Вт Ст

Рисунок 1.2 — Схема подключения МФ ВДТ к тяговому трансформатору тяговой

подстанции переменного тока

Схема подключения МФ ВДТ (рисунок 1.2) в дальнейшем использована при оценке эффективности внедрения МФ ВДТ для ограничения уравнительных токов и повышения напряжения на токоприемнике ЭПС.

1.2.2. Параметры МФ ВДТ

Для выполнения электрических расчётов СТЭ, содержащей МФ ВДТ, необходимо создать соответствующую математическую модель, то есть составить эквивалентные расчётные схемы трансформатора, определить параметры этих схем и составить необходимые расчётные уравнения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алексеенко, Максим Викторович, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Герман, Л. А. Регулируемая установка поперечной ёмкостной компенсации в тяговой сети с биполярным тиристорным ключом [Текст] / Л. А. Герман, А. С. Серебряков, В. П. Гончаренко, А. В. Мизинцев, Д. В. Якунин // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 4. - С. 24-29.

2. Косарев, А. Б. Основы теории электромагнитной совместимости систем тягового электроснабжения переменного тока [Текст] / А. Б. Косарев -М.: ИНТЕКСТ, 2004. - 272 с.

3. Косарев, Б. И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока [Текст] / Б. И. Косарев - М.: Транспорт, 1989. - 227 с.

4. Марквардт, К. Г. Расчёт токораспределения при коротких замыканиях в тяговых сетях 2x25 кВ [Текст] / К. Г. Марквардт, Б. И. Косарев, Б. Н. Косолапов, Ю.А.Чернов // Электричество. - 1979. - №3. -С. 30-35.

5. Асанов, Т. К. Система тягового электроснабжения участков переменного тока [Текст] / Т. К. Асанов, Б. И. Косарев, Р. И. Караев, С. Ю. Петухова // Авторское свидетельство Би №1689143.

6. Савоськин, А. Н. Применение управляемого компенсатора реактивной мощности для повышения напряжения в тяговой сети переменного тока [Текст] / А. Н. Савоськин, О. Е. Пудовиков, И. И. Гарбузов // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2014. - № 4. - С. 3035.

7. Фигурнов, Е. П. Энергосберегающая электротяговая сеть с ЭУП в современных условиях [Текст] / Е. П. Фигурнов, А. С. Бочев // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2003. -№ 1. - С. 46-47.

8. Конча, А. А. Система тягового электроснабжения с экранирующим проводом и отсоединенными от рельсов опорами контактной сети [Текст] / А. А. Конча, А. Б. Косарев // Электричество. - 1997. - № 2. -С. 19-25.

9. Мамошин, Р. Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока [Текст] / Р. Р. Мамошин - М.: Транспорт, 1973. -315с.

10. Герман, Л. А. Регулируемые установки ёмкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог [Текст] / Л. А. Герман, А. С. Серебряков - М.: РОАТ, 2012. - 211 с.

11. Марквардт, К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст] / К. Г. Марквардт - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.

12. Мамошин, Р. Р. Влияние поперечной ёмкостной компенсации на электромагнитные процессы в тяговой сети переменного тока [Текст] / Р. Р. Мамошин, А. П. Милютин, А. В. Фролов, А. И. Щуров // Электричество. - 1984. -№ 5. С. 9-12.

13. Василянский, А. М. Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ 50 Гц [Текст] / А. М. Василянский, Р. Р. Мамошин, Г. Б. Якимов // Железные дороги мира. - 2002. - № 8. - С. 4046.

14. Власов, С. П. Совершенствование системы тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ с помощью вольтодобавочных трансформаторов (теория, эксперимент, внедрение) [Текст]: дис. ... д-ра. тех. наук: 05.22.09, 05.26.01 / Власов Станислав Петрович. - М., 1991.-530 с.

15. Власов, С. П. Схема замещения тяговой подстанции переменного тока с ВДТ [Текст] / С. П. Власов // Транспорт: наука, техника, управление. -1994.-№ 5.-С. 28-30.

16. Власов, С. П. Ограничение уравнительных токов в тяговых сетях переменного тока 25 кВ с помощью ВДТ [Текст] / С. П. Власов, В. А. Мамсуров // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1998. - № 8. - С. 32-36.

17. Власов, С. П. Ограничение уравнительных токов и уменьшение потерь электроэнергии в тяговых сетях с помощью ВДТ [Текст] / С. П. Власов, Б. И. Косарев // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2003. - № 3. - С. 37-42.

18. Заволока, О.Г. Применение вольтодобавочных трансформаторов для усиления тяговых сетей переменного тока 25 кВ [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03 / Заволока Олег Геннадьевич. - М., 1987 - 180 с.

19. Власов, С. П. Эксплуатационные испытания ВДТ типа ОРМЖ-10000/27 [Текст] / С. П. Власов, А. В. Фролов, Т. К. Асанов // Транспорт: наука, техника, управление. - 1994. - № 5. - С. 25-27.

20. Власов, С. П. О возможности применения вольтодобавочных трансформаторов для ограничения уравнительных токов в электротяговых сетях магистральных железных дорог переменного тока [Текст] / С. П. Власов // Транспорт. - 2005. - № 11. - С. 9-16.

21. Караев, Р. И. Устройство для электроснабжения тяговых сетей переменного тока [Текст] / Р. И. Караев, С. П. Власов, О. Г. Заволока // A.c. № 1248859. СССР. МКИВ60 М3.02.0публ. 30.03.87. Бкол. №12;

22. Силкин, В. Н. Совершенствование систем тягового электроснабжения путём использования многоцелевых трансформаторов [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.09 / Силки Владимир Николаевич. - М., 1990. -227 с.

23. Анго, А. Математика для электро- и радиоинженеров [Текст] / А. Анго -М.: Иностранная литература, 1967. - 780 с.

24. Асанов, Т. К. Особенности моделирования работы электровоза ВЛ80Р при амплитудно-фазовом регулировании [Текст] / Т. К. Асанов, А. В. Фролов // Электричество. - 1984. - № 10. С. 25-27.

25. Савоськин, А. Н. Математическое моделирование электромагнитных процессов в динамической системе контактная сеть-электровоз [Текст] / А. Н. Савоськин, Ю. М. Кулинич, А. С. Алексеев // Электричество. -2001.-№ 10.-С. 15-17.

26. Кузнецов, Д. Г. Совершенствование защит от однофазных замыканий изолированных проводов воздушных линий напряжением выше 1 кВ при их расположении на опорах контактной сети переменного тока [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.09.03 / Кузнецов Дмитрий Германович. - М., 2011. - 172 с.

27. Мамошин, Р. Р. Влияние поперечной ёмкости компенсации на электромагнитные процессы в тяговой сети переменного тока [Текст] / Р. Р. Мамошин, А. П. Милютин, А. В. Фролов, А. И. Шуров // Электричество. - 1984. -№> 5. - С. 9-12.

28. Митропольский, А. К. Техника статистических испытаний [Текст] / А. К. Митропольский - М.: Наука, 1971. - 235 с.

29. Тихменев, Б. Н. Подвижной состав электрифицированных железных дорог [Текст] / Б. Н. Тихменев, Л. М. Трахман - М.: Транспорт, 1980. -471 с.

30. Косарев, А. Б. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнодорожного транспорта [Текст] / А. Б. Косарев, Б. И. Косарев - М.: ИНТЕКСТ, 2008. - 480 с.

31. Хьюз, В. Нелинейные электрические цепи [Текст] / В. Хьюз - М.: Энергия, 1967. - 336 с.

32. Тихменев, Б. Н. Электровозы переменного тока с тиристорными преобразователями [Текст] / Б. Н. Тихменев, В. А. Кучумов - М.: Транспорт, 1988.-311 с.

33. Ермоленко, Д. В. Улучшение электромагнитного взаимодействия тиристорного электроподвижного состава и системы тягового электроснабжения [Текст] / Д. В. Ермоленко, И. В. Павлов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. -1989.-№8. С. 25-30.

34. Асанов, Т. К. Элементы математической модели электровоза с тиристорным преобразователем [Текст] / Т. К. Асанов, А. В. Фролов, А. И. Щуров // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1981. -№ 3. С. 34-38.

35. Петров, Г. Н. Электрические машины [Текст] / Г. Н. Петров - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 224 с.

36. Караев, Р. И. Электрические сети и системы [Текст] / Р. И. Караев, С. Д. Волобринский, И. Н. Ковалёв - М.: Транспорт, 1988. - 326 с.

37. Шимони, К. Теоретические основы электротехники [Текст] / К. Шимони - М.: Мир, 1964.-775 с.

38. Круг, К. А. Основы электротехники [Текст] / К. А. Круг - М.: ОНТИ НКТП, 1936.-887 с.

39. Косарев, Б. И. Заземление электроустановок транспортных тоннелей [Текст] / Б. И. Косарев - М.: МГУПС (МИИТ), 2004. - 262 с.

40. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей [Текст] / Е. С. Вентцель - М.: Высшая школа, 2003. - 576 с.

41. Косарев, А. Б. Построение аппроксимирующих моделей для анализа коммутационных перенапряжений в тяговых сетях магистральных железных дорог [Текст] / А. Б. Косарев, В. В. Хананов, И. В. Брянцева // Транспорт: наука, техника, управление. - 2005. - № 7. - С. 9-15.

42. Маркова, Е. В., Лисенков А.Н. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей [Текст] / Е. В. Маркова, А. Н. Лисенков - М.: Наука, 1973.-220 с.

43. Косарев, Б. И. Энергетические соотношения в тяговых сетях переменного тока в многофункциональным трансформатором при учёте несинусоидального характера токов электровозов [Текст] / Б. И. Косарев, Д. В. Сербиненко // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2012. - № 5. С. 8-12.

44. Nedelky, V. N. Puterea Aparenta Complexa Instance a sistemelor sinusoidale [Txt] / V. N. Nedelky // Elektrotehnica. - 1963. - № 4. - P. 11-17.

45. Uiovici, A. Les coordonnées symétriques en electrotechnique [Txt] / A. Uiovici. - Paris: I. B. Bailliere. - 1934. - 8 Fils. - P. 11-13.

46. Демирчан, К. С. Реактивная или обменная мощность [Текст] / К. С. Демирчан // Энергетика и транспорт. - 1984. - № 2. - С. 66-72.

47. Жарков, Ф. П. Об одном способе определения реактивной мощности [Текст] / Жарков Ф. П. // Энергетика и транспорт. - 1984. - № 2. -С. 73-81.

48. Шваб, А. Электромагнитная совместимость [Текст] / А. Шваб - М.: Энергоатомиздат, 1995.-480 с.

49. Косарев, Б. И. Критерии регулирования компенсирующих установок в тяговых сетях переменного тока [Текст] / Б. И. Косарев, А. В. Фролов, А. И. Шуров, В. Н. Силкин // Электричество. - 1990. - № 5. - С. 17-19.

50. Косарев, Б. И. Определение величины ёмкости компенсирующей установки из условия минимума потерь энергии при несинусоидальных токах и напряжениях [Текст] / Б. И. Косарев, В. Н. Силкин, А. В. Фролов // М.: МЭИ. Тезисы докладов 2 всесоюзной конференции, 1987. - С. 136138.

51. Караев, Р. И. Электрические сети и энергосистемы [Текст] / Р. И. Караев, С. Д. Волобринский - М.: Транспорт, 1969. - 327 с.

52. Косарев, Б. И. Электромагнитная совместимость в сетях электроснабжения [Текст] / Б. И. Косарев, Д. В. Сербиненко // Мир транспорта. - 2012. - № 4. - С. 44-49.

53. Караев, Р. И. Влияние транзита мощности по линии передачи на работу тяговых сетей переменного тока [Текст] / Р. И. Луговой // Электричество. - 1986. - № 2. - С. 62-65.

54. Косарев, А. Б. Эффективность внедрения многофункционального вольтодобавочного трансформатора для ограничения уравнительных токов [Текст] / А. Б. Косарев, Д. В. Сербиненко, М. В. Алексеенко // Транспорт: наука, техника, управление. - 2013. - № 5. - С. 21-25.

55. Косарев, Б. И. Система тягового электроснабжения переменного тока с многофункциональными вольтодобавочными трансформаторами [Текст] / Б. И. Косарев, Д. В. Сербиненко, М. В. Алексеенко // Транспорт: наука, техника, управление. -2013. -№ 1. - С. 13-18.

56. Сербиненко, Д. В. Повышение эффективности работы системы тягового электроснабжения путём использования многофункционального вольтодобавочного трансформатора [Текст] / Д. В. Сербиненко, М. В. Алексеенко // Труды XIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2012. - С. XIV-183-XIV-184.

57. Косарев, А. Б. Устройство для определения уравнительного тока в тяговых сетях переменного тока с многофункциональным вольтодобавочным трансформатором [Текст] / А. Б. Косарев, Д. В. Сербиненко, М. В. Алексеенко // Патент на полезную модель № 136992.

58. Зелях, Э. В. Основы общей теории линейных электрических схем [Текст] / Э. В. Зелях - М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1951. - 336 с.

59. Карякин, Р. Н. Тяговые сети переменного тока [Текст] / Р. Н. Карякин -М.: Транспорт, 1988.-223 с.

60. Савоськин, А. Н. Разработка комплекса по исследованию электромагнитных процессов [Текст] / А. Н. Савоськин, О. Е. Пудовиков, А. А. Чучин. - М.: МГУПС (МИИТ), 2007. - 98 с.

61. Косарев, А. Б. Оценка эффективности внедрения многофункционального вольтодобавочного трансформатора для повышения напряжения в тяговой сети [Текст] /А. Б. Косарев, Д. В. Сербиненко, М. В. Алексеенко // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2013. № 4. - С. 2-6.

62. Косарев, А. Б. Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в системах тягового и нетягового электроснабжения переменного тока [Текст] / А. Б. Косарев, Д. Г. Кузнецов // Труды юбилейной десятой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2009. - С. У1-19-У1-22.

63. Болотовский, Ю. И. Некоторые аспекты моделирования систем силовой электроники [Текст] / Ю. И. Болотовский, Г. И. Таназлы // Силовая Электроника. - 2006. - № 4. - С. 78-83.

64. Тушканов, Б. А. Электровоз ВЛ85: Руководство по эксплуатации / Э45 [Текст] / Б. А. Тушканов, Н. Г. Пушкарёв, Л. А. Позднякова и др. - М.: Транспорт, 1992. - 480 с.

65. Асанов, Т. К. Схема замещения тяговой сети переменного тока в переходном режиме [Текст] / Т. К. Асанов, Р. И. Караев // Электричество. - 1977. № 3. С. 36-39.

66. Косарев, Б. И. Статистическое моделирование переходного сопротивления рельсы-земля на электрифицированных участках с деревянными шпалами [Текст] / Б. И. Косарев // Электричество. - 1977. — № 9. - С. 58-62.

67. Журавлев, А. Н. Система электроснабжения нетяговых потребителей на электрифицированных железных дорогах переменного тока [Текст]: дис. ... канд. тех. наук: 05.22.07 / Журавлёв Александр Николаевич. - М., 2005.- 172 с.

68. Михайлов, М. И. Электромагнитные влияния на сооружения связи [Текст] / М. И. Михайлов, Л. Д. Разумов, С. А. Соколов. - М.: Связь, 1979.-264 с.

69. Атабеков, Г. И. Теоретические основы электротехники [Текст] / Г. И. Атабеков. М.: Энергия, 1978. - 424 с.

70. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации [Текст] - М.: Транспорт, 1999. - 77 с.

71. Косарев, Б. И. Электрический расчёт многопроводных тяговых сетей переменного тока [Текст] / Б. И. Косарев, Е. И. Коннова, С. Д. Соколов // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 1982. - № 8. - С. 32-37.

72. Косарев, А. Б. Электрическое влияния тяговых сетей переменного тока системы электроснабжения 2x25 кВ на воздушные провода высоковольтных линий [Текст] / А. Б. Косарев, А. В. Симаков, А. Е. Вржесинский // Транспорт: наука, техника, управление. - 2009. -№3.-С. 20-26.

73. Косарев, А. Б. Электромагнитное влияние системы 2x25 кВ на транспонированные воздушные линии напряжением свыше 1000 В при их расположении на опорах контактной сети [Текст] / А. Б. Косарев, А. В. Симаков, Д. Г. Кузнецов, С. В. Логинов // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2009. - № 1. - С. 5-10.

74. Бадёр, М. П. Электромагнитная совместимость [Текст] / М. П. Бадёр. -М.: УМК МПС РФ, 2002. - 638 с.

75. Михайлов, М. И. Влияние внешних электромагнитных полей на цепи проводной связи и защитные мероприятия [Текст] / М. И. Михайлов -М.: Связьиздат, 1959. - 583 с.

76. Косарев, А. Б. Расчёт напряжённости электрического поля проводов тяговой сети на участках со сложной конфигурацией земляного полотна [Текст] / А. Б. Косарев // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2001. - № 2. - С. 22-24.

77. Разевиг, В. Д. Система схемотехнического моделирования М1С1ЮСАР V [Текст] / В. Д. Разевиг - М.: Солон, 1997. - 280 с.

78. Амелина, М. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap. Версии 9, 10 [Текст] /М. А. Амелина, С. А. Амелин - Смоленск: 2013.-618 с.

79. Руководящие указания по защите от перенапряжений устройств СЦБ [Текст] - М.: Транспорт, 1990. - 64 с.

80. Луговой, П. А. Основы технико-экономических расчётов на железнодорожном транспорте [Текст] / П. А. Луговой, Л. Г. Цыбин, Р. А. Аукуционек - М.: Транспорт, 1973. - 232 с.

81. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.