авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Стабилизация напряжения на токоприемниках подвижного состава электрифицированных железных дорог постоянного тока

-- [ Страница 3 ] --
а) б)

Рис. 12. Чистый дисконтированный доход при внедрении: а) – пунктов повышения напряжения с продольной линией 6 кВ постоянного тока; б) – стабилизаторов напряжения на тяговых подстанциях

В пятой главе разработаны рекомендации по практической реализации, составу технических средств и результаты экспериментальных исследований.

Технические средства управляемого электроснабжения можно разделить на две группы: силовые цепи (управляемые преобразователи или вольтодобавочные устройства тяговых подстанций) и аппаратура канала обратной связи.

При строительстве новых скоростных линий перспективным решением является установка на тяговых подстанциях управляемых преобразовательных агрегатов.

Это позволит дополнительно реализовать функцию бесконтактного отключения рабочих и аварийных токов, обеспечит прием энергии рекуперации и существенно снизить капитальные и эксплуатационные расходы.

Наиболее простой, дешевой и надежной является мостовая двенадцатипульсовая схема c фазовым регулированием и напряжением холостого хода 4000 В, которая по топологии силовых цепей не отключается от диодного выпрямителя (рис.13).

Главными недостатками такой схемы являются: существенное искажение питающего напряжения, возрастание реактивной составляющей потребляемой мощности и повышенное содержание гармоник в тяговой сети при регулировании напряжения.

Эффективным способом защиты питающей сети является установка трехфазных дросселей на входе выпрямителя.

Расчеты показали, что для предельных нагрузок глубина регулирования напряжения не превышает 500….700 В от номинального напряжения 3,3кВ на шинах тяговых подстанций.

В таблице 1 показаны сравнительные характеристики вариантов схем, полученные на математической модели в среде МаthLab (Simulink) (рис.14).

Рис. 13. Схема управляемого выпрямителя со сглаживающими реакторами
в анодных цепях

Рис.14. Структурная схема математической модели
тиристорного выпрямительного агрегата

Сравнительные характеристики вариантов схем

Таблица 1

Параметр Вариант схемы Коэффициент гармоник, Кг, % Потребление реактивной мощности,Q,кВАр
Напряжение в первичной обмотке транс.,U1 Ток в первичной обмотке транс.,I1 Напряжение на выходе выпрямителя, Ud
Без реактора Id=3000A Ud=4000B 0,9 6,89 0,1 3043
Id=3000A Ud=3300B 2,13 11,9 0,38 7402
С реактором Lc=0,13мГн Id=3000A Ud=3300B 1,01 6,54 0,14 7536

Анализ данных таблицы и частотных спектров гармоник показывает, что при отсутствии дросселей в режиме предельных углов регулирования доля высших гармонических (THD) во входном токе возрастает с 6,89% до 11,9%, а в выходном напряжении с 0,1% до 0,38%, причем главным образом за счет гармоники 600 Гц.

Включение дросселей с индуктивностью Lс =0,13 мГн позволит снизить искажения входного тока и выпрямленного напряжения до 6,54% и 0,14% соответственно, т.е. практически получить содержание гармоник такое же, как при отсутствии регулирования, когда угол управления (а)=0.

Вместе с тем следует отметить, что на предельных углах управления существенно возрастает реактивная составляющая потребляемой мощности с 3043 кВАр при а=0 до 7536 кВАр при а=30 эл.град. При этом расчетное значение индуктивности входных дросселей оказывает несущественное влияние на реактивную составляющую. На рис.15-17 показана динамика потребления реактивной мощности и коэффициента гармоник входного тока.

Рис.15. Потребление реактивной мощности управляемым выпрямителем при токе нагрузки 3000 А

Рис.16. Зависимость коэффициента гармоник первичного напряжения от выпрямленного напряжения при при токе нагрузки 3000 А

Рис.17. Зависимость коэффициента гармоник первичного напряжения от тока нагрузки

Дополнительные потери, возникающие в реакторах не превышают
8-10 кВт на фазу. Например, для реактора РБ-6-2000-6 с индуктивностью L=0,33 мГн потери составляют 8 кВт на фазу, что приводит к снижению КПД преобразователя мощностью 16000 кВА менее чем на 0,1%. Кроме того, наличие реакторов в анодных цепях позволит ограничить токи в силовых цепях преобразователя в аварийных режимах.

Преодолеть недостатки, присущие выпрямителям с фазовым регулированием напряжения, можно применив импульсный преобразователь.

Главное преимущество их перед известными регулируемыми тяговыми преобразователями заключаются в высокой энергетической эффективности: коэффициент мощности не ниже 0,98, отсутствие высших гармонических в питающей сети, минимальная пульсация выпрямленного напряжения, бесконтактное переключение из режима выпрямления в режим инвертирования, возможность регулирования напряжения. Недостатком является высокая стоимость, сложность системы управления, отсутствие серийных отечественных образцов.

Другим вариантом построения силовой схемы стабилизатора напряжения является установка на тяговых подстанциях вольтодобавочных устройств. Такое решение позволяет сохранить существующее оборудование при минимальных капитальных затратах. Поэтому применение вольтодобавочных устройств целесообразно при реконструкции под скоростное движение действующих участков.

Для такого регулятора целесообразно применить вольтодобавочный тиристорный агрегат, преобразующий трехфазное переменное напряжение 10кВ в постоянное напряжение с диапазоном регулирования от 0 до 500 вольт. Подобный агрегат разработан в НИИЭФА-ЭНЕРГО для усиления скоростной линии Санкт-Петербург-Москва.

При организации канала связи для варианта стабилизации напряжения на посту секционирования передача информации о значении напряжения может осуществляется с поста секционирования при помощи телемеханики АСТМУ-А.

Посты секционирования относятся к «малым» контролируемым пунктам (КП) и оснащены полукомплектом телемеханики КП-М, которая может выполнять функции телеизмерения (ТИ), телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС). Измерение напряжения осуществляется датчиком напряжения типа ДН-4С, которые соединяются с КПМ через микропроцессорные преобразователи ПТИ-И высокоскоростной последовательной линией связи.

Посты секционирования и тяговые подстанции соединены физической линией связи. Информация телеизмерения через аппаратуру канала связи поступает в КП-Б, где может быть использована для сравнения с заданным значением напряжения и формирования закона управления выпрямителем. Скорость передачи данных составляет 1200 бод.

Таким образом, для организации канала обратной связи с поста секционирования на управляемые выпрямители тяговых подстанций требуется только доработка программного обеспечения микропроцессора телемеханики тяговой подстанции с целью реализации необходимого закона управления выпрямительной установкой.

В качестве альтернативного канала связи на межподстанционной зоне может быть также применена аппаратура телемеханики сетевых районов (АТСР), разработка и производство которой принадлежат Московскому электромеханическому заводу (МЭЗ). Особенностью АТСР является передача данных по радиоканалу на частотах 152,3 МГц, 152,450МГц. Время опроса состояний не превышает 0,25с, дальность действий более 20 км. Для построения системы стабилизации непосредственно с токоприемника поезда в качестве канала связи может быть использован радиоканал системы РПДА.

Экспериментальные исследования системы стабилизации проведены в соответствии с распоряжением ОАО «РЖД» № 884р от 3.04.2008 г. «О проведении эксплуатационных испытаний управляемых выпрямителей тяговых подстанций с вольтодобавочными устройствами на межподстанционной зоне Клин – Подсолнечная Октябрьской железной дороги».

Целью проведения испытаний являлось определение эффективности применения тиристорных регуляторов напряжения для обеспечения пропуска скоростных поездов на “слабых” участках линии Санкт-Петербург – Москва.

Испытания проведены на межподстанционной зоне Клин – Подсолнечная Октябрьской железной дороги. На тяговых подстанциях Клин и Подсолнечная установлены тиристорные вольтодобавочные устройства, собранные по двенадцатипульсовой параллельной мостовой схеме с диапазонном регулирования от 0 до 500 В при номинальном токе 3000 А. Испытания проводили специалисты ВНИИЖТ, кафедры «Электроснабжение железных дорог» ПГУПС, НИИЭФА-Энерго, Октябрьской железной дороги. Схема измерений показана на рис.18.

На тяговой подстанции Подсолнечная в качестве датчика тока и датчика напряжения использовались электронные преобразователи напряжения LV 100-3000/SP12 и тока LT 2005-S/SP2 (изготовитель LEM S.A., Швейцария). В качестве регистрирующих приборов использовались цифровые регистраторы APPA-109-N с максимальным непрерывным измерением параметров 9000 с и интервалом регистрирования 0,5 с.

 хема измерений на участке Клин --50 Рис. 18 Схема измерений на участке Клин - Подсолнечная

В соответствии с программой испытаний выполнены следующие измерения:

  1. Определены внешние характеристики тягового агрегата Uтп=f(Iтп) без стабилизации напряжения при движении скоростного поезда ЭР–200 на межподстанционной зоне Клин – Подсолнечная в нечетном направлении, а также изменения напряжения Uтп=f(t)и тока Iтп=f(t) на шинах тяговой подстанции Подсолнечная. Кроме того, осуществлена регистрация тока Iп=f(t), напряжения на токоприемнике Uп=f(t), скорости V(t) и координат электропоезда x(t) прибором РПДА, установленном на подвижном составе.
  2. Определены внешние характеристики тягового агрегата Uтп=f(Iтп) со стабилизацией напряжения при движении скоростного поезда ЭР–200 на межподстанционной зоне Клин – Подсолнечная в нечетном направлении, а также изменения напряжения Uтп=f(t)и тока Iтп=f(t) на шинах тяговой подстанции Подсолнечная. Кроме того, осуществлена регистрация тока Iп=f(t), напряжения на токоприемнике Uп=f(t), скорости V(t) и координат электропоезда x(t) прибором РПДА, установленном на подвижном составе.

Результаты измерений на тяговой подстанции Подсолнечная. Осциллограммы токов и напряжений показаны на рис. 19–22.

Рис.19.Напряжение и ток тяговой подстанции Подсолнечная при движении электропоезда ЭР-200 без стабилизации напряжения

Рис. 20. Напряжение и ток тяговой подстанции Подсолнечная при движении электропоезда ЭР-200 при стабилизации напряжения

Рис. 21. Напряжение на токоприемнике, ток и скорость электропоезда

ЭР- 200 при движении по межподстанционной зоне Клин – Подсолнечная без стабилизации напряжения

 Подсолнечная Клин Скорость,-54

Подсолнечная Клин

Рис. 22. Скорость, напряжение на токоприемнике и ток электропоезда

ЭР- 200 Подсолнечная – Клин при стабилизации напряжения

Анализ осциллограмм показывает:

  1. При отсутствии стабилизатора уровень напряжения на шинах тяговой подстанции колеблется в пределах от 3300 В до 3600 В (рис. 19).
  2. Включение стабилизатора позволяет поднять напряжение на шинах тяговой подстанции. Причем минимальное значение напряжения 3400 В, максимальное 3700 В (рис. 20).
  3. Напряжение на токоприемнике электропоезда ЭР-200 при стабилизации напряжения обеспечивается на требуемом уровне (не менее 2900 В) (рис. 21). При отключенной системе стабилизации напряжение снижается до 2500 В (рис. 22).

Основные результаты работы

Научные результаты, полученные лично соискателем.

Разработаны теоретические положения алгоритмы расчета и технические решения, направленные на создание системы питания тяги поездов постоянного тока, обеспечивающие стабилизацию напряжения на токоприемниках подвижного состава, совокупность которых обусловит решение крупной научно-технической проблемы усиления участков постоянного тока при организации скоростного и тяжеловесного движения поездов, а том числе:

1. Предложено анализ электрических процессов в тяговом электроснабжении со стабилизацией напряжения в контактной сети осуществлять методом синтетических схем, который обеспечит постоянство структуры матрицы параметров и, тем самым, максимальную скорость расчета.

2. Разработаны принципы построения, структура и алгоритм математической модели автоматического стабилизатора напряжения на токоприемниках подвижного состава. Система управления, стабилизирующая напряжение непосредственно на токоприемнике поезда обеспечивает значение коэффициента вариации напряжения не более 0,025.

3. Оператор управления напряжением тяговых подстанций, обеспечивающий заданный уровень напряжения на токоприемниках поездов определен методом регрессионного анализа напряжений рассчитанных для случайного распределения токов при различном расположении поездов на межподстанционной зоне. Коэффициент корреляции линейной регрессии напряжения на шинах тяговых подстанций не менее 0,7.

4. Предложена структурная схема управления напряжением в тяговой сети на основе цифровой модели, с определением координат поездов по измеряемым токам и напряжениям.

5. Исследования на математической модели показали, что стабилизация напряжения на посту секционирования обеспечивает значение коэффициента вариации напряжения на токоприемнике поезда не более 0,06. Учитывая сложность технической реализации системы стабилизации на токоприемнике, рекомендовано на первоочередных участках, требующих усиления (например, Санкт-Петербург – Москва), применить вариант стабилизации на посту секционирования. В этом случае напряжение у токоприемника поезда будет изменяться в пределах 2900…3400 В.

6. Для снижения уровня гармоник выпрямителя с фазовым регулированием напряжения предложено установить трехфазные реакторы на входе выпрямителя. Расчеты показали, что при индуктивности реактора 0,13 мГн содержание высших гармонических во входном токе и выпрямленном напряжении на максимальных углах управления 30 эл.град. и токах нагрузки 3000 А не превышает 6,5% и 0,14% соответственно.

7. Рекомендовано управление напряжением в контактной сети выделить как приоритетный способ усиления тягового электроснабжения, предваряющий сооружение дополнительных тяговых подстанций и распределенных систем питания.

Публикации по теме диссертации.

Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

    1. Марикин, А.Н. Синтез регулятора на основе обучающейся модели [Текст]/ А.Н. Марикин //Мир транспорта.- 2006.- №2.- c.100-106.
    2. Марикин, А.Н. Управление напряжением тяговой сети постоянного тока как способ усиления линий скоростного движения [Текст]/ А.Н. Марикин, А.Т.Бурков//Железнодорожный транспорт.- 2006.-№ 10.-c.55-58.
    3. Марикин, А.Н. Стабилизация напряжения на скоростных участках. [Текст]/ А.Н. Марикин //Мир транспорта.- 2008.- №2.- c.50-55.
    4. Марикин, А.Н. Управляемые системы тягового электроснабжения постоянного тока для скоростных участков [Текст]/А.Н. Марикин, В.В. Волчанинов // Обозрение прикладной и промышленной математики.-2005.- Том 12, Вып 2.- c.434-435.
    5. Марикин, А.Н. Управляемые выпрямители в системе электроснабжения тяги поездов постоянного тока [Текст]/А.Н. Марикин, В.В. Волчанинов // Обозрение прикладной и промышленной математики.- 2005.-Том 12, Вып 4.- C.1035.
    6. Марикин, А.Н. Математическое моделирование аварийных режимов в тяговом преобразователе с управляемым выпрямителем [Текст]/А.Н. Марикин, В.В. Волчанинов // Обозрение прикладной и промышленной математики.- 2005.- Том 12, Вып 4.- c.1034.
    7. Марикин, А.Н. Управляемые тяговые сети постоянного тока, обеспечивающие движение поездов с заданной мощностью [Текст]/ А.Н. Марикин, В.В. Волчанинов //Обозрение прикладной и промышленной математики.- 2006.- Том 13, Вып 2.- c.337-338.

Монографии

    1. Марикин, А.Н. Новые технологии в сооружении и реконструкции тяговых подстанций[Текст]/А.Н. Марикин, А.В. Мизинцев.- Москва.: Маршрут, 2008.- 220с.

Патенты

    1. Пат.30472.Российская Федерация, МПК7 H 02J 1/00 В 60 М 3/00. Тяговая подстанция постоянного тока [Текст]/ Марикин А.Н., Степанская О.А., Мизинцев А.В.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- №2003100363; заявл.08.01.2003;опубл.27.06.2003,Бюл.№18.
    2. Пат.30473.Российская Федерация, МПК7 H 02J 1/00 В 60 М 3/00. Тяговая подстанция постоянного тока [Текст]/ Марикин А.Н., Степанская О.А., Мизинцев А.В.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- №2003100364; заявл.08.01.2003;опубл.27.06.2003,Бюл.№18.
    3. Пат.34905.Российская Федерация, МПК7 В 60 М 3/00. Система электроснабжения железных дорог постоянного тока [Текст]/ Марикин А.Н., Бурков А.Т.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- №2003127290; заявл. 09.09.2003; опубл.20.12.2003, Бюл.№35.
    4. Пат.34906.Российская Федерация, МПК7 В 60 М 3/00. Система электроснабжения железных дорог постоянного тока [Текст]/ Марикин А.Н., Бурков А.Т.,Жемчугов В.Г.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- №2003127291; заявл.09.09.2003;опубл.20.12.2003,Бюл.№35.
    5. Пат.38692.Российская Федерация, МПК7 В 60 М 3/00. Система электроснабжения железных дорог постоянного тока [Текст] / Марикин А.Н., Бурков А.Т.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- № 2004108406; заявл. 22.03.2004; опубл.10.07.2004, Бюл.№19.
    6. Пат.42983.Российская Федерация, МПК7 В 60 М 3/02. Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети [Текст]/ Марикин А.Н., Бурков А.Т., Васильев Ю.П.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.- №2004126553; заявл.06.09.2004;опубл.27.12.2004,Бюл.№36.
    7. Пат.45343.Российская Федерация, МПК7 В 60 М 3/02. Устройство для автоматического регулирования тягового электроснабжения [Текст] / Марикин А.Н., Бурков А.Т., Смирнов А.В.; заявитель и патентообладатель Петербургский государственный университет путей сообщения.-№2005100935/22; заявл.17.01.2005;опубл.10.05.2005,Бюл.№13.

Свидетельства об официальной регистрации программ.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.