Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем

Статья посвящена развитию методов расчета систем тягового электроснабжения с учетом питающих их энергосистем. Предложены алгоритмы формализации графов схем внешнего и тягового электроснабжения и методика выбора параметров и мест размещения установок продольной компенсации....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
1. Verfasser:	Доманский, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2015
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні станції, мережі і системи
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/149295
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем / И.В. Доманский // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 62–68. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-149295
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1492952019-02-21T01:23:55Z Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем Доманский, И.В. Електричні станції, мережі і системи Статья посвящена развитию методов расчета систем тягового электроснабжения с учетом питающих их энергосистем. Предложены алгоритмы формализации графов схем внешнего и тягового электроснабжения и методика выбора параметров и мест размещения установок продольной компенсации. Стаття присвячена розвитку методів розрахунку систем тягового електропостачання з урахуванням енергосистем, що їх живлять. Запропоновано алгоритми формалізації графів схем зовнішнього і тягового електропостачання та методика вибору параметрів і місць розміщення установок поздовжньої компенсації. Currently, the cause deterioration of quality rating of electricity on tire traction substations AC can be either how mode of operation of power systems, industrial loads so and the impact of electric traction. The experience of energy surveys show that the loss from flow potential equalization currents in each the third plot between traction substations AC is amount to not less than 250 thousand kW·h per year. To select the optimum power and places location of the device longitudinal capacitive of compensation and decision other tasks it is necessary methodology of systems of calculation that takes into account the complex nature of the mutual influence of the quality of the electricity coming from the energy system of and the transportation process. In the paper proposed three options for calculation algorithms modes work of existing and perspective systems, traction power supply AC jointly with power supply their by energy systems, including the algorithm for calculating networks of different nominal voltages using the transformations; decomposition and synthesis of networks with different voltage levels; the iterations and probabilistic assessment of the impact of power mains. Developed the schemes formalization of graphs and the matrices of portions of the outer and traction power supply and method of selecting parameters and places location of the devices longitudinal capacitive of compensation, which are based on direct methods solving systems of linear algebraic equations with a dense banded and profile-sparse the matrix. Are generalized ways of formation and transformation of graphs of schemes traction power supply and feeding them energy systems and proposed the method of calculation the complex the moment of schemes, which increases the accuracy of calculating of flows power on traction networks to 1-2 % and allows you to select the optimal parameters and places location of the devices longitudinal capacitive of compensation. Analysis of the results of modeling and real modes of traction network shows that the efficiency of use longitudinal capacitive compensation is high on traction substations for which the resistance external electric power supply system of the is greater than 0.5 ohms, and the degree of compensation is within the allowable K = 0.7. 2015 Article Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем / И.В. Доманский // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 62–68. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2015.4.12 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/149295 621.331:621.311.025 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні станції, мережі і системи Електричні станції, мережі і системи
spellingShingle	Електричні станції, мережі і системи Електричні станції, мережі і системи Доманский, И.В. Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем Електротехніка і електромеханіка
description	Статья посвящена развитию методов расчета систем тягового электроснабжения с учетом питающих их энергосистем. Предложены алгоритмы формализации графов схем внешнего и тягового электроснабжения и методика выбора параметров и мест размещения установок продольной компенсации.
format	Article
author	Доманский, И.В.
author_facet	Доманский, И.В.
author_sort	Доманский, И.В.
title	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
title_short	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
title_full	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
title_fullStr	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
title_full_unstemmed	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
title_sort	развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2015
topic_facet	Електричні станції, мережі і системи
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/149295
citation_txt	Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем / И.В. Доманский // Електротехніка і електромеханіка. — 2015. — № 4. — С. 62–68. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT domanskijiv razvitiemetodovrasčetasistemtâgovogoélektrosnabženiâipitaûŝihihénergosistem
first_indexed	2025-07-12T21:46:01Z
last_indexed	2025-07-12T21:46:01Z
_version_	1837479248907993088
fulltext	Електричні станції, мережі і системи 62 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 © И.В. Доманский УДК 621.331:621.311.025 И.В. Доманский РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА СИСТЕМ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ПИТАЮЩИХ ИХ ЭНЕРГОСИСТЕМ Стаття присвячена розвитку методів розрахунку систем тягового електропостачання з урахуванням енергосистем, що їх живлять. Запропоновано алгоритми формалізації графів схем зовнішнього і тягового електропостачання та методика вибору параметрів і місць розміщення установок поздовжньої компенсації. Бібл. 20, рис. 4. Ключові слова: системи тягового електропостачання, енергосистеми, енергія, режими роботи тягової мережі, режими роботи електричних систем, системи зовнішнього електропостачання, установки поздовжньої компенсації. Статья посвящена развитию методов расчета систем тягового электроснабжения с учетом питающих их энерго- систем. Предложены алгоритмы формализации графов схем внешнего и тягового электроснабжения и методика выбора параметров и мест размещения установок продольной компенсации. Библ. 20, рис. 4. Ключевые слова: системы тягового электроснабжения, энергосистемы, энергия, режимы работы тяговой сети, режимы работы электрических систем, системы внешнего электроснабжения, установки продольной компенсации. Введение и постановка проблемы. Существую- щие сопряжения систем внешнего и тягового электро- снабжения обусловлены принципами, применявшимися при электрификации железных дорог, когда при строи- тельстве тяговых подстанций одновременно решалась проблема обеспечения электроэнергией промышленных предприятий, сельского хозяйства и населенных пунк- тов. В условиях рыночной экономики и работы желез- ных дорог как субъекта ОРЭ такие сопряжения приво- дят к увеличению технологических потерь электроэнер- гии и требуют дополнительных исследований их режи- мов работы. Так опыт энергетических обследований [1- 6] показывает, что примерно в каждой третьей межпод- станционной зоне полигона переменного тока потери от протекания уравнительных токов составляют не менее 250 тысяч кВт·ч в год, в отдельных случаях превышают 1 миллион кВт·ч в год. Причинами ухудшения показателей качества элек- троэнергии на шинах тяговых подстанций полигона пе- ременного тока могут быть как режим работы промыш- ленных нагрузок, так и влияние электрической тяги. Схемы с большими районными нагрузками тяговых подстанций приводят к повышенным перетокам мощно- сти, а низкое качество электроэнергии наносит ущерб за счет преждевременного выхода электрооборудования из строя, нарушений работы систем автоматики и связи и т.п. От состояния электрооборудования тяговых под- станций напрямую зависит безопасность движения по- ездов, пропускная способность участков железной доро- ги, обеспечение транзита электроэнергии питающих энергосистем, надежность электроснабжения железно- дорожных узлов и сторонних потребителей. Одной из важнейших задач при электрификации железнодорожного транспорта и эксплуатации сущест- вующих электрифицированных линий является реше- ние комплекса вопросов, связанных с минимизацией потерь и повышением качества электрической энергии в системах тягового электроснабжения (СТЭ) при не- симметричных и несинусоидальных их режимах рабо- ты. Качество электроэнергии в узле сети характеризу- ется совокупностью взаимосвязанных показателей [5], каждый из которых зависит от постоянных и перемен- ных параметров электрооборудования, питающих и распределительных сетей и их режимов работы. В настоящее время крайне необходимы инструк- тивные документы, действие которых направлено на повышение эффективности режимов работы электри- ческих сетей посредством компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энер- гии. Для выбора оптимальной мощности и мест раз- мещения установок продольно-емкостной компенса- ции и решения других задач необходима методика системного расчета, которая учитывает сложный ха- рактер взаимного влияния качества электроэнергии и технологии перевозочного процесса Цель статьи – развитие методов расчета режи- мов тягового электроснабжения для повышения каче- ства выбора и мест размещения установок продоль- ной емкостной компенсации. Алгоритмы формализации графов схем уча- стков внешнего и тягового электроснабжения. Традиционные методы расчета режимов электриче- ских систем базируются на однолинейном представ- лении трехфазных цепей. Такой подход не всегда пригоден в случае сложной несимметрии, например, при расчетах режимов электрических систем, питаю- щих тяговые подстанции электрифицированных же- лезных дорог переменного тока. Для расчетов сложно несимметричных режимов трехфазных систем чаще всего применяют метод сим- метричных составляющих и различные его модифика- ции [7-9]. Этот метод требует особого подхода при решении каждой конкретной задачи, плохо поддается формализации для его применения в программных продуктах и эффективно работает только в случае про- стой несимметрии. Метод фазных координат [9-11] требует учета взаимоиндуктивных влияний разных фаз друг на друга в трансформаторах и линиях. Известный метод развязки магнитосвязанных цепей [12] при прак- тической реализации в программных средствах сталки- вается с рядом затруднений, ограничивающих его при- менение в алгоритмах расчета режимов. При необходимости совместного расчета одно- фазных и трехфазных электрических сетей использу- ются некоторые искусственные приемы. Так посту- пают, в частности, при расчетах режимов СТЭ желез- ных дорог переменного тока. Перспективны три ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 63 варианта расчета СТЭ переменного тока совместно с питающими их энергосистемами:  совместный расчет сетей с использованием трансформаций;  метод декомпозиции и синтеза при рассмотрении сетей с разными уровнями напряжений и родами тока;  метод итераций для схем замещения с одним ба- зисным напряжением и учетом влияния внешней сис- темы электроснабжения путем представления напря- жений холостого хода тяговых подстанций как неза- висимых случайных величин, распределенных по нормальному усеченному закону распределения. Фрагмент электрической сети, состоящей из ЛЭП 110 кВ внешней системы электроснабжения, которая питает тяговые и промышленные подстанции, показан на рис. 1. Межподстанционная зона представляет со- бой сложную схему питания однопутных, двухпутных, многопутных участков с постом секционирования и станционных путей. Граф Gs = (Vs, Ls) схемы, изобра- женной на рис. 1, включает линии ЛЭП энергосистем, питающие одну фидерную зону и станционные пути, причем ais, bisVs и ℓisLs. Множество Vs = {1, 2, . . . , К} содержит К = р + q + n + m узлов, которые прону- мерованы порядковыми числами, где р узлов имеет внешняя система электроснабжения, q – станционные тяговые сети, n – тяговая сеть двухпутных участков, m – тяговая сеть однопутных участков. Тяговая сеть мно- гопутных участков может быть представлена комбина- цией однопутных и двухпутных. В узлах внешней сис- темы электроснабжения и тяговой сети можно задавать нагрузку в соответствии с законом ее изменения во времени. Узлом тяговой сети являются не только со- единения ветвей схемы, но и точки движущихся нагру- зок ЭПС. С этой целью тяговая сеть разбивается на множество специальных узлов в соответствии со ско- ростью движения разнотипных поездов. Каждый тип поезда потребляет в момент времени t в своем узле ток, определяемый характеристикой локомотива, профилем пути, режимом движения и т. д. Нагрузки станционных путей, компенсирующих устройств за- даются зависимостями, приведенными в [13]. . J . J . J . J . J . J . J Рис. 1. Фрагмент энергосистемы и тяговой сети с распределенной продольной емкостной компенсацией 5 . J 12 . J 8 . J 3 . J 1a . U 1c . U 1в . U 1A . U 2A . U 2c . U 2в . U 2a . U Рис. 2. Ориентированный моментный граф питающей линии энергосистемы и тяговой сети с распределенной продольной емкостной компенсацией 64 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 Допустим, в момент времени t нагрузки сети имели место в узлах, показанных на рис. 1 задающи- ми токами. Преобразуем граф Gs = (Vs, Ls) в момент- ный граф Gst = (Vst, Lst) и определим его зависимости (рис. 2). Матрицы, которые относятся к дереву графа схемы, будем обозначать индексом α, а к хордам схе- мы – индексом β. Применительно к электротяговым сетям матрица Zв сильно разрежена. Имеет смысл создать ее с минималь- ным количеством нулевых элементов, заменив матрицей с n+1 столбцами, где n – максимальное число сочетаний взаимоиндуктивных влияний на многопутном участке. Элементы первого столбца указанной матрицы пред- ставляют собой собственные сопротивления ветвей, второго столбца – взаимные первого и второго пути и т.д. Для производства алгебраических операций над та- кой матрицей составляется матрица индексов IND. Эле- мент, соответствующий m-й строке n-го столбца матри- цы IND показывает номер столбца действительной матрицы сопротивлений, в которой находится элемент n-ой строки n-го столбца уплотненной матрицы Zв. К активным параметрам схемы, представленной в виде графа Gst = (Vst, Lst), относятся вектор задающих токов в узлах  m21 J,...,J,JJ   , где m – количество узлов и вектор э.д.с. ветвей трансформаций  nτ2τ1ττ E,...,E,EE   , где τ – количество ветвей с трансформациями, и прочих э.д.с.  n21 E,...,E,EE   , где n – количество ветвей схемы. Если тока в узле или э.д.с в ветви нет, то соответствующий элемент вектора τE ,J  или Ė равен нулю. Устройства поперечной ком- пенсации можно задавать емкостной нагрузкой в узле, а продольной компенсации емкостным сопротивлением ветви, нагрузки рекуперирующих электровозов учиты- ваются со знаком минус, а вольтодобавочные устройст- ва – э.д.с. соответствующей ветви. Пассивные и актив- ные исходные параметры для ориентированного графа схемы на рис. 2 показаны на рис. 3 и 4. а) 1 0 1 Z1 0 0 0 0 0 0 2 0 2 Z2 0 0 0 0 0 0 3 0 3 Z3 0 0 0 0 0 0 4 0 4 Z4 0 0 0 0 0 0 5 1 5 Z5 0 0 0 0 0 0 6 3 6 Z6 Z7,6 0 Z8,6 7 0 8 Lαξ 7 3 7 Zвαξ Z7 Z6,7 Z8,7 0 6 8 0 8 3 8 Z8 0 Z7,8 Z6,8 0 7 6 9 6 9 Z9 Z10,9 0 Z11,9 10 0 11 10 7 10 Z10 Z9,10 Z11,10 0 9 11 0 L = 11 8 11 Zв = Z11 0 Z10,11 Z9,11 IND = 0 10 9 12 4 12 Z12 Z13,12 0 0 13 0 0 13 4 13 Z13 Z12,13 0 0 12 0 0 14 0 14 Z14 0 0 0 0 0 0 15 0 15 Z15 0 0 0 0 0 0 16 14 3 Z16 0 0 0 0 0 0 17 15 4 Z17 0 0 0 0 0 0 18 2 5 Z18 0 0 0 0 0 0 19 9 12 Z19 Z22,19 0 0 22 0 0 Lβξ 20 9 10 Zвβξ Z20 0 0 0 0 0 0 21 10 11 Z21 0 0 0 0 0 0 22 13 11 Z22 Z19,22 0 0 19 0 0 Lατ Zвατ ZвβτLβτ б) 1 2 14 15 16 17 1 2 . . . 13 14 15 16 17 1 1 2 . . . . . . 7 14 15 Mαξ Mβτ . . . N = 18 . . . 22 Mατ M = 18 . . . 22 Nαξ Nατ Nβτ Nβξ Mβξ Рис. 3. Матрицы моментного графа Gst = (Vst, Lst): а – пассивных параметров; б – структура матриц M и N Искомыми величинами при расчете электротяго- вых сетей являются вектор токов в ветвях схемы  вnв2в1в I,...,I,II   , вектор падений напряжения в ветвях схемы  вnв2в1в U,...,U,UU   , вектор паде- ний напряжения в узлах схемы относительно базисно- го узла  m21 U,...,U,UU   , потери мощности S , потери энергии W . Формулы для их определе- ния приведены в работах [14, 15]. Удобно, рассматри- вая сети разных номинальных напряжений, состав- лять дерево графа таким образом, чтобы последние τ ветвей дерева оказались связанными с первыми τ хор- дами через трансформации. Это легко выполнить, дополняя граф Gst = (Vst, Lst), как показано на рис. 2 дугой с промежуточным узлом (14 или 15) т.е. за счет нумерации узлов. Следует отметить, что при расчетах электротяговых сетей переменного тока существен- ным является переход от симметричной внешней сис- темы электроснабжения к несимметричной тяговой. Такая проблема своеобразно решена в работах [16, 17]. Введение дополнительных дуг графа с последующим ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 65 формированием э.д.с. разных фаз вторичной обмотки в образовавшихся замкнутых контурах из трех ветвей (см. рис. 2) решает и эту проблему. Рис. 4. Матрицы моментного графа Gst = (Vst, Lst) активных параметров Cоставление матриц Мα, Мβ, Nα, Nβ, Мα 1 для сложных схем является очень громоздким, а для тяго- вых сетей имеет свою специфику и поэтому целесо- образно иметь программы формирования таких мат- риц для совокупности ветвей графа Gs = (Vs, Ls). Моделирование трехфазных сетей внешней сис- темы электроснабжения с однофазными тяговыми сетями требует использования баз данных принадле- жащих различным министерствам и ведомствам. В тоже время целый ряд задач, в том числе выбор пара- метров и мест расположения продольно-емкостной компенсации не требуют детального моделирования. Можно предложить и другой упрощенный под- ход, вполне приемлемый для решения целого класса задач тягового электроснабжения – статистическое моделирование напряжения холостого хода на шинах тяговых подстанций. Теоретические предпосылки возможности вероятностного моделирования напря- жения холостого хода на шинах тяговых подстанций приведены в [3, 13, 18]. Выше показано, что, исполь- зуя вектор э.д.с. ветвей Ė, можно рассчитывать мгно- венные схемы с учетом уравнительного тока, проте- кающего по тяговой сети за счет неравенства напря- жений на шинах смежных тяговых подстанций. Для этого необходимо на каждом шаге моделирования формировать вектор э.д.с. ветвей Ė, записывая в ве- точках плеч питания напряжения соответствующих тяговых подстанций с учетом режимов работы пи- тающих энергосистем. Уместно отметить, что уравнительный ток может протекать по тяговой сети и за счет различных накло- нов внешних характеристик тяговых подстанций, раз- личной районной нагрузки, а также при различных тяговых нагрузках смежных с расчетной фидерных зон. С учетом сказанного, напряжение на шинах тя- говой подстанции xU (рис. 1), необходимое для рас- чета уравнительного тока, следует определять по формуле cxxx UUU   , (1) где xxU – напряжение холостого хода; cU – паде- ние напряжения в системе внешнего электроснабже- ния и на тяговом трансформаторе от нагрузок смеж- ных фидерных зон. Напряжение xU моделируется на каждой под- станции для двух фаз. При определении падения на- пряжения cU токи смежных фидерных зон предва- рительно рассчитываются в предположении равенства напряжения на шинах смежных тяговых подстанций. На концевых граничных участках токи плеч питания смежных зон разыгрываются в соответствии с задан- ным законом их распределения. Процесс моделирования векторов xU на шинах тяговых подстанций происходит в несколько этапов. Первоначально определяется модуль напряжения хо- лостого хода по формуле xxxxx ΔUUU  , (2) где ΔUx – случайная величина, которая разыгрывают- ся в соответствии с нормальным усеченным законом. Напряжение холостого хода xxU на одной из подстанций ориентируется в соответствии с фазой, питающей моделируемую зону. Затем моделируется угол δ и напряжение холостого хода смежной тяговой подстанции определяется на комплексной плоскости. После того как напряжения холостого хода xxU будут смоделированы для всех подстанций, опреде- ляются падения напряжения в системе внешнего энергоснабжения и на тяговом трансформаторе от нагрузок смежных фидерных зон cU и по формуле (1) рассчитываются напряжения xU , которые и под- ставляются в вектор э.д.с. ветвей Ė. Затем, используя формулы [14, 15], находят токораспределение, паде- ния напряжения в узлах схемы и потери мощности. Знак минус в векторе İв указывает на правильность выбранного направления тока в ветви графа. Таким образом, расчет токораспределения в электротяговых сетях можно вести с упрощенным учетом внешней системы электроснабжения. Методика выбора параметров и мест разме- щения установок продольной емкостной компен- сации в СТЭ. Для повышения напряжения на токо- приемниках ЭПС наиболее эффективно включать ус- тановки продольной компенсации (УПК) в разрыв отсасывающей линии тяговой подстанции (рис. 1). УПК должна быть, как правило, переключаемой с двумя ступенями [19]. Первая ступень УПК работает, когда в работе находится один трансформатор с кратностью пере- 66 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 грузки менее 1,5. Вторая ступень подключается, если в работе находится два трансформатора (независимо от кратности перегрузки) или один трансформатор с кратностью перегрузки 1,5 и выше. На первом этапе определяется расчётное значе- ние номинального тока и номинального сопротивле- ния УПК для каждой подстанции рассматриваемого участка. Для этого необходимо определить число сту- пеней УПК и выбрать номинальные сопротивление и ток каждой ступени УПК. На втором этапе расчета следует определить ми- нимальное число УПК на рассматриваемом участке, обеспечивающих нормированное наименьшее напря- жение на токоприемниках всех ЭПС. Для определения числа ступеней УПК необхо- димо найти 10-минутный максимальный ток на- грузки (Iмакс) в отсасывающей линии с УПК (см. рис. 1) при заданном размере движения в нормаль- ном режиме работы СТЭ [20]. На участках, нахо- дящихся в эксплуатации, Iмакс уточняется путём из- мерений. Для расчета Iмакс следует использовать следующую формулу:             T t jII 1 вt макс max  , (3) где вtI – вектор токов ветвей графа схемы, j – номер ветви отсасывающей линии в векторе вtI . Если полученное значение 10-минутного макси- мального тока нагрузки Iмакс оказывается меньше до- пустимого тока для одного трансформатора Iдоп(1) или равно ему, то предусматривают УПК, состоящую из одной ступени. Если полученное значение 10-минутного макси- мального тока нагрузки Iмакс оказывается больше до- пустимого тока для одного трансформатора Iдоп(1), то при максимальных нагрузках следует включать вто- рой трансформатор, и тогда принимают УПК, со- стоящую из двух ступеней. Допустимый ток Iдоп(1) для одного трансформатора мощностью Sтр (МВ·А) опре- деляется по формуле, А: Iдоп(1) = 0,57·103·(1,5Sтр – 0,7Sр) / Uном, (4) где Sр – мощность нагрузки третьей обмотки транс- форматора (напряжением 6, 10 или 35 кВ) (МВ·А); Uном = 27,5 кВ. Расчетное сопротивление первой ступени УПК определяется по формуле, Ом: ХУПК = Хс + Хтр, (5) где кз 2 номc SUХ  – сопротивление системы внеш- него электроснабжения для рассматриваемой под- станции, Ом; тр 2 номкзтр 100 SnUUХ  – сопротив- ление трансформатора, Ом; – звездочка указывает на расчетное значение определяемой величины. Здесь Sкз – мощность трехфазного короткого замыкания на шинах 110 (220) кВ тяговой подстанции, МВ·А, Uкз – напряжение короткого замыкания трансформатора, %; Uном – номинальное напряжение трансформатора (Uном = 27,5 кВ); Sтр – номинальная мощность транс- форматора, МВ·А, n – количество включённых в ра- боту трансформаторов. Расчетный ток первой ступени УПК определяет- ся по формуле, А IУПК1 = Кз Iдоп(1) / Кпер, (6) где Кз – коэффициент запаса (принимается 1,3); Кпер – коэффициент перегрузки конденсаторов за 10 мин. По расчетным данным формул (4) и (5) выбира- ют номинальное сопротивление XУПК1 и номинальный ток IУПК1 первой ступени УПК. После этого в соответствии с данными выпус- каемых в настоящее время УПК выбирается соответ- ствующая УПК, параметры которой удовлетворяют следующим неравенствам: 0,7 ≤ ( ХУПК1 /ХУПК1) ≤ 1,3, (7) IУПК1 ≥ IУПК1. (8) Для выбора номинальных сопротивления и тока второй ступени УПК используется суммарный рас- четный ток первой и второй ступеней УПК, который определяется по максимальному току нагрузки Iмакс по формуле, А: IУПК(1+2) = Кз Iмакс / Кпер. (9) Отсюда расчетный ток второй ступени, А, опре- деляется по формуле: IУПК2 = IУПК(1+2) – IУПК1. (10) Расчетное сопротивление двух ступеней УПК, Ом, при двух включенных трансформаторах неодина- ковой мощности, сопротивления которых Хтр1 и Хтр2, определяется по формуле: ХУПК(1+2) = Хс + Хтр1·Хтр2/(Хтр1 + Хтр2). (11) В этом случае первая ступень УПК рассчитыва- ется для трансформатора большей мощности. Для трансформаторов одинаковой мощности: ХУПК(1+2) = Хс + 0,5Хтр. (12) Расчетное сопротивление второй ступени УПК определяется по формуле, Ом: ХУПК2 = ХУПК1 ХУПК(1+2) /(ХУПК1 – ХУПК(1+2)). (13) Для выбора УПК по номинальным значениям тока и сопротивления необходимо по расчетным данным IУПК2 и XУПК2, полученным по формулам (10) и (13), в соответствии с данными выпускаемых в настоящее время УПК выбирают соответствующую УПК с номи- нальными параметрами IУПК2 и XУПК2. Тогда для УПК с двумя включенными ступенями номинальные сопро- тивление и ток определяются по формулам: ХУПК(1+2) = ХУПК1 ХУПК2 /(ХУПК1 + ХУПК), (14) IУПК(1+2) = IУПК1 + IУПК2. (15) При выборе УПК следует соблюдать следующие соотношения при работе двух ступеней УПК: 0,7 ≤ ( ХУПК(1+2) /ХУПК(1+2)) ≤ 1,3, (16) IУПК(1+2) ≥ I*УПК(1+2). (17) На втором этапе расчёта минимального числа УПК на подстанциях следует проверить наименьшие напряжения на токоприемниках ЭПС на каждой из межподстанционных зон последовательным расчётом включения на тяговых подстанциях УПК с парамет- рами, рассчитанными по формулам (14) и (15). Про- цедура начинается с подстанции, имеющей наиболь- шее входное сопротивление. Затем число подстанций увеличивается по одной. Если при расчёте включения УПК на очередной тяговой подстанции соблюдается допустимое наи- меньшее напряжение на токоприемниках рассматри- ваемой межподстанционной зоны, то следующая УПК включается на тяговой подстанции через одну. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 67 При включении УПК на действующей тяговой подстанции следует откорректировать режим работы тяговой сети для уменьшения уравнительного тока путем изменения положения переключателя РПН трансформаторов смежных тяговых подстанций. Выводы. 1. Обобщены способы формирования и преобразо- вания графов схем тягового электроснабжения и пи- тающих их энергосистем и предложен метод расчета сложных моментных схем, что повышает точность расчета перетоков мощности по тяговым сетям до 1 – 2 % и позволяет выбрать оптимальные параметры и места размещения установок продольной емкостной компенсации. 2. Анализ результатов моделирования и реальных режимов тяговой сети переменного тока 27,5 кВ пока- зывает, что максимальные десятиминутные токи на- грузки в тяговой сети лежат в пределах 1800 – 2200 А, а эффективность использования УПК высока на тяговых подстанциях, где сопротивление системы внешнего электроснабжения превышает 0,5 Ом, а степень ком- пенсации находится в пределах допустимого К = 0,7. 3. Совместное использование УПК в отсасываю- щей линии и устройства автоматического регулиро- вания напряжения трансформатора под нагрузкой позволяет реализовать новый подход к регулирова- нию напряжения на тяговой подстанции с несиммет- ричной нагрузкой. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Енергетична стратегія Укрзалізниці на період до 2015 р. і на перспективу до 2020 р. Затв. державною адміністрацією залізничного транспорту України 26.11.2013 р. – К., 2013. – 104 с. 2. Корниенко В.В., Котельников А.В., Доманский В.Т. Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы (Аналитический обзор). – К.: Транспорт Ук- раины, 2004. – 196 с. 3. Марквард К.Г. Электроснабжение электрифицирован- ных железных дорог. – М.: Транспорт, 1982. – 528 с. 4. Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока. – М.: Транспорт, 1973. – 224 с. 5. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощ- ность. Качество электроэнергии. – М.: ЭНАС, 2009. – 456 с. 6. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденса- торные установки электрифицированных железных дорог. – М.: Транспорт, 1983. – 183 с. 7. Мельников Н.А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330 – 500 кВ / Под общ. ред. С.С. Рокотяна. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974. – 472 с. 8. Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. – М.: Энергия, 1972. – 296 с. 9. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г., Николаенко В.Г. Оп- тимизация несимметричных режимов систем электроснаб- жения. – К.: Наукова думка, 1987. – 174 с. 10. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. – Иркутск: Изд-во Иркут- ского ун-та, 2005. – 273 с. 11. Бардушко В.Д. Алгоритмы контроля и оптимизации параметров системы тягового электроснабжения. – Иркутск: ИрИИТ, 2000. – 108 с. 12. Вайнштейн Л.М., Мельников Н.А. О возможности заме- ны схем со взаимной индукцией эквивалентными без вза- имной индукции // Электричество. – 1965. – №5. – С. 16-18. 13. Быкадоров А.Л., Доманский В.Т. Расчет системы элек- троснабжения многопутных участков // Вестник ВНИИЖТ. 1981. – №5. – С. 17-22. 14. Доманський І.В. Перспективи розвитку схемо-технічних рішень зовнішнього електропостачання тягових підстанцій залізниць // Вісник НТУ «ХПІ». – 2013. – №5(979). – С. 54-65. 15. Доманський И.В. Режимы работы системы тягового электроснабжения переменного тока с устройствами ком- пенсации реактивной мощности // Електротехніка і елект- ромеханіка. – 2015. – №3. – С. 59-66. 16. Мамошин Р.Р., Зельвянский А.Я. Расчет системы тяго- вого электроснабжения в фазной системе координат // Вест- ник ВНИИЖТ. – 1986. – №2. – С. 16-18. 17. Герман Л.А. Тензорный метод расчета системы электро- снабжения железных дорог // Вестник ВНИИЖТ. – 1988. – №2. – С. 23-26. 18. Мирошниченко Р.И. Режимы работы электрифициро- ванных участков. – М.: Транспорт, 1982. – 207 с. 19. Герман Л.А., Гончаренко В.П. Современная схема про- дольной емкостной компенсации в системе тягового элек- троснабжения // Вестник РГУПС. – 2013. – №2. – С. 12-17. 20. Правила улаштування системи тягового електропоста- чання залізниць України. № ЦЕ-0009: Затв. Наказ Укрзаліз- ниці 24.12.2004 р., № 1010-ЦЗ. / Мін-во трансп. та зв’язку України. – К., 2005. – 80 с. REFERENCES 1. Energetichna strategіja Ukrzalіznicі na perіod do 2015 r. і na perspektivu do 2020 r. Zatv. derzhavnoju admіnіstracіeju zalіznichnogo transportu Ukrainu 26.11.2013 r. [Energy Strat- egy Railways for the period up to 2015 and for the future by 2020. Approved by State Administration of Railway Transport of Ukraine 11.26.2013]. Kyiv, 2013. 104 p. (Ukr). 2. Kornienko V.V., Kotel'nikov A.V., Domanskyi V.T. Elektri- fikacija zheleznyh dorog. Mirovye tendencii i perspektivy (Analiticheskij obzor) [Electrification of railways. Global trends and perspectives (Analytical review)]. Kyiv, Transport of Ukraine Publ., 2004. 196 p. (Rus). 3. Markvard K.G. Elektrosnabzhenie elektrificirovannyh zheleznyh dorog [Power supply of electrified railways]. Mos- cow, Transport Publ., 1982. 528 p. (Rus). 4. Mamoshin R.R. Povyshenie kachestva energii na tjagovyh podstancijah dorog peremennogo toka [Improving the quality of energy for traction substations AC roads]. Moscow, Transport Publ., 1973. 224 p. (Rus). 5. Zhelezko Yu.S. Poteri elektrojenergii. Reaktivnaja moshhnost'. Kachestvo elektrojenergii [Loss of electricity. Reac- tive power. Power quality]. Moscow, ENAS Publ., 2009. 456 p. (Rus). 6. Borodulin B.M., German L.A., Nikolaev G.A. Kondensa- tornye ustanovki elektrificirovannyh zheleznyh dorog [Con- denser units for electrified railways]. Moscow, Transport Publ., 1983. 183 p. (Rus). 7. Melnikov N.A. Proektirovanie elektricheskoj chasti voz- dushnyh linij elektroperedachi 330 – 500 kV / Pod obshh. red. S.S. Rokotjana. Izd. 2-e, pererab. i dop. [Design of the electrical part of overhead power lines 330-500 kV]. Moscow, Energy Publ., 1974. 472 p. (Rus). 8. Timofeev D.V. Rezhimy v elektricheskih sistemah s tjagovymi nagruzkami [Modes in electrical systems with traction load]. Moscow, Energy Publ., 1972. 296 p. (Rus). 9. Shidlovskij A.K., Kuznetsov V.G., Nikolaenko V.G. Opti- mizacija nesimmetrichnyh rezhimov sistem elektrosnabzhenija [Optimization of asymmetrical modes of power supply systems]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1987. 174 p. (Rus). 10. Zakarjukin V.P., Krjukov A.V. Slozhnonesimmetrichnye rezhimy elektricheskih sistem [Complex nonsymmetrical modes of electrical systems]. Irkutsk, Irkutsk University Publ., 2005. 273 p. (Rus). 68 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2015. №4 11. Bardushko V.D. Algoritmy kontrolja i optimizacii paramet- rov sistemy tjagovogo elektrosnabzhenija [Algorithms for con- trol and optimization of parameters of traction power supply system]. Irkutsk, IrIIT Publ., 2000. 108 p. (Rus). 12. Vajnshtejn L.M., Melnikov N.A. On the possibility of re- placement schemes with mutual induction equivalent without mutual induction. Elektrichestvo – Electricity, 1965, no.5. pp. 16-18. (Rus). 13. Bykadorov A.L., Domanskij V.T. Calculation of the power supply system multiple-track plot. Vestnik VNIIZhT – Vestnik of Railway Research Institute, 1981, no.5. pp. 17-22. (Rus). 14. Domanskyi І.V. Prospects of development schemes and technical solutions to external power railway traction substa- tions. Visnyk NTU «KhPІ» – Bulletin of NTU «KhPІ», 2013, no.5(979), pp. 54-65. (Ukr). 15. Domanskyi І.V. Modes of operation of the system of traction power AC using reactive power compensation devices. Elektrotekhnіka і elektromekhanіka – Electrical engineering & electromechanics, 2015, no.3, pp. 59-66. (Rus). 16. Mamoshin R.R., Zelvyansky A.Ya. Calculation of traction power supply system in the phase coordinate system. Vestnik VNIIZhT – Vestnik of Railway Research Institute, 1986, no.2. pp. 16-18. (Rus). 17. German L.A. Tensor method for calculating the power sup- ply system of railways. Vestnik VNIIZhT – Vestnik of Railway Research Institute, 1988. no.2. pp. 23-26. (Rus). 18. Miroshnichenko R.I. Rezhimy raboty elektrificirovannyh uchastkov [Operating modes of electrified sections]. Moscow, Transport Publ., 1982. 207 p. 19. German L.A., Goncharenko V.P. Modern longitudinal ca- pacitive compensation scheme in the traction power supply. Vestnik RGUPS – Bulletin of Rostov State Transport University, 2013. no.2. pp. 12-17. (Rus). 20. Pravyla ulashtuvannia systemy tiahovoho elektropostachannia zaliznyts Ukrainy. № TsE-0009: Zatv. Nakaz Ukrzaliznytsi 24.12.2004 r., № 1010-TsZ. / Min-vo transp. ta zviazku Ukrainy [Terms ordering system Traction Power railways of Ukraine. Number IS-0009: approved. Order Railways year 24.12.2004., № 1010-CH. Ministry of Transport and Communications of Ukraine]. Kyiv, 2005. 80 p. (Ukr). Поступила (received) 26.03.2015 Доманский Илья Валерьевич, к.т.н., доц., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, тел/phone +38 067 9621995, e-mail: dvt_nord@mail.ru I.V. Domanskyi National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine. Development of methods of calculation of traction power supply systems and energy systems feeding them. Currently, the cause deterioration of quality rating of electricity on tire traction substations AC can be either how mode of op- eration of power systems, industrial loads so and the impact of electric traction. The experience of energy surveys show that the loss from flow potential equalization currents in each the third plot between traction substations AC is amount to not less than 250 thousand kW·h per year. To select the optimum power and places location of the device longitudinal capacitive of compen- sation and decision other tasks it is necessary methodology of systems of calculation that takes into account the complex na- ture of the mutual influence of the quality of the electricity com- ing from the energy system of and the transportation process. In the paper proposed three options for calculation algorithms modes work of existing and perspective systems, traction power supply AC jointly with power supply their by energy systems, including the algorithm for calculating networks of different nominal voltages using the transformations; decomposition and synthesis of networks with different voltage levels; the iterations and probabilistic assessment of the impact of power mains. De- veloped the schemes formalization of graphs and the matrices of portions of the outer and traction power supply and method of selecting parameters and places location of the devices longitu- dinal capacitive of compensation, which are based on direct methods solving systems of linear algebraic equations with a dense banded and profile-sparse the matrix. Are generalized ways of formation and transformation of graphs of schemes traction power supply and feeding them energy systems and proposed the method of calculation the complex the moment of schemes, which increases the accuracy of calculating of flows power on traction networks to 1-2 % and allows you to select the optimal parameters and places location of the devices longi- tudinal capacitive of compensation. Analysis of the results of modeling and real modes of traction network shows that the efficiency of use longitudinal capacitive compensation is high on traction substations for which the resistance external electric power supply system of the is greater than 0.5 ohms, and the degree of compensation is within the allowable K = 0.7. References 20, figures 4. Key words: traction power supply systems, energy systems, power, modes of traction, operation of power systems, external electric power supply system, longitudinal capacitive of compensation.

Развитие методов расчета систем тягового электроснабжения и питающих их энергосистем

Institution

Ähnliche Einträge