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:   || 2 |

Повышение защитных свойств многопроводных электротяговых сетей переменного тока

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Устименко Игорь Владимирович

Повышение защитных свойств многопроводных электротяговых сетей переменного тока

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2007

Работа выполнена на кафедре «Теоретические основы электротехники» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бочев Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бадёр Михаил Петрович

кандидат технических наук,

профессор

Мочёнов Анатолий Дмитриевич

Ведущая организация: Омский государственный

университет путей сообщения

(ОмГУПС)

Защита состоится «15» февраля 2008 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 218.010.01 при Ростовском государственном универси-тете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения. 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета путей сообщения РГУПСа.

Автореферат разослан « 21 » декабря 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.01,

доктор технических наук, профессор В.А. Соломин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема повышения эффективности работы электрических железных дорог связана с обеспечением пропуска тяжеловесных поездов и сокращением потерь энергии в системе электрической тяги. В связи с этим, как известно, использование тяговых сетей переменного тока наиболее целесообразно. Наряду со многими положительными качествами система переменного однофазного тока обладает рядом существенных недостатков. В их число входит интенсивное электромагнитное влияние на смежные линии. Одним из возможных опасных последствий, вызванных превышением степени влияний допустимых уровней, являются ложные действия автоблокировки.

По мере возрастания грузопотоков и единичной массы поездов увеличиваются тяговые токи, и, как следствие, увеличивается и напряжённость влияющего электромагнитного поля. В связи с этим, повышение эффективности системы переменного тока и безопасности перевозок тесно связано с решением задачи снижения электромагнитных влияний на смежные коммуникации. К наиболее эффективным способам защиты подверженных электромагнитному воздействию смежных коммуникаций являются их относ и каблирование. Однако указанные способы являются дорогостоящими, а в некоторых случаях их осуществление невозможно или связано со значительными трудностями. В связи с этим, одним из перспективных направлений в отношении решения задачи снижения электромагнитных влияний является применение многопроводных систем питания с компенсацией внешнего электромагнитного поля тяговой сети (ТС). В основе таких систем лежит принцип снижения напряжённости электромагнитного поля ТС, за счёт электромагнитного поля тока, наведенного в дополнительном (экранирующем) проводе (ЭП). Использование для электрификации систем с ЭП и с экранирующим и усиливающим проводами (ЭУП), позволяет снизить степень влияния на смежные линии в 1.6 – 2 раза. Однако, как показывает опыт, в некоторых случаях этого недостаточно и требуется увеличение защитного действия со стороны ТС. В свою очередь, этого можно достичь увеличением защитного (компенсирующего) тока в ЭП. Как известно, доля тока в ЭП от тягового тока, доходит до 65% и, если какими либо мерами удастся увеличить эту долю, то тем самым удастся увеличить и компенсирующий эффект ЭП. Решить задачу увеличения тока в ЭП можно посредством оптимизации токораспределения в элементах ТС, на основе её анализа как системы.

Таким образом, возникает вопрос о целесообразности разработки способа и средств, основанных на системном анализе электромагнитных процессов происходящих в ТС, которые могли бы стать основой для её модернизации в отношении минимизации электромагнитного влияния на смежные линии, с целью снижения экономических и материальных затрат на их защиту.

Для решения поставленной задачи, в диссертационной работе, по видимому впервые, использован метод передаточных функций. Это позволило выполнить анализ стационарных электромагнитных процессов в многопроводных электротяговых сетях переменного тока и на его основе предложить меры для такой их модификации, при которой возможно увеличение значения компенсирующего тока в ЭП до величины, определяющей допустимые уровни наведенных помех.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка метода и средств, позволяющих обосновать и предложить такие изменения в тяговой сети, при которых обеспечивается снижение электромагнитных влияний в смежных коммуникациях. В основе разрабатываемого метода лежит оптимизация токораспределения в многопроводных электротяговых сетях переменного тока.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие взаимосвязанные задачи:

1) анализ многопроводных электротяговых сетей с ЭП и ЭУП по признаку наличия канала компенсирующего тока;

2) разработка математической модели многопроводной тяговой сети, как совокупности звеньев, на которые наложены связи, отражающие протекающие в них электромагнитные процессы;

3) разработка математических моделей звеньев, входящих в исследуемые системы с ЭП и ЭУП и определение их амплитудно – частотных и фазово - частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ);

4) разработка математической модели базовой системы, являющейся составной частью любой системы компенсации электромагнитных помех с каналом компенсирующего воздействия;

5) синтез системы с ЭП и ЭУП максимальной эффективности по критерию максимального уровня компенсирующего тока;

6) разработка структурных схем автоматических систем компенсации электромагнитных влияний в смежных линиях связи, обеспечивающих снижение помехи до наперёд заданного уровня;

7) определение зависимости степени электромагнитного влияния много-проводной электротяговой сети переменного тока от способа заземления ЭП.

Методы исследований. При решении поставленных в диссертации задач использованы методы анализа и синтеза систем с использованием структурных схем и передаточных функций (методы ТАР), частотный и операторный методы, аналитический и численный способы при поддержке их математической средой Mathcad.

Научная новизна работы заключается в:

  • использовании, по видимому впервые, методов ТАР для анализа и синтеза систем компенсации электромагнитных влияний, построенных на базе многопроводных электротяговых сетей переменного тока;
  • разработке аналитических моделей для расчёта наивыгоднейшего токораспределения в многопроводных электротяговых сетях переменного тока методом передаточных функций;
  • разработке методики количественной оценки эффективности снижения уровня электромагнитных влияний многопроводных электротяговых сетей переменного тока;
  • разработке частотных математических моделей звеньев и систем многопроводных электротяговых сетей с ЭП и ЭУП;
  • модификации многопроводных электротяговых сетей и разработке способов компенсации по критерию наибольшего снижения уровня электромагнитных влияний.

Практическая полезность работы. Практическая полезность работы заключается в разработке метода проектирования многопроводных электротяговых сетей, позволяющего на основе анализа их АЧХ и ФЧХ синтезировать системы компенсации электромагнитных влияний по критерию их минимального воздействия на смежные коммуникации. Практическая полезность и новизна работы подтверждена одним авторским свидетельством и восемью патентами на изобретения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на четвёртом международном симпозиуме «Электрификация и организация скоростных и тяжеловесных коридоров на железнодорожном транспорте» (ЭЛТРАНС – 2007, Санкт-Петербург).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных работах, включающих 6 статей, монографию, 1 авторское свидетельство и 8 патентов на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, списка литературных источников и приложений, содержит 68 рисунков, 13 таблиц. Общий объём 264 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, изложена цель и дана общая характеристика работы. Исследованиям в области электромагнитной совместимости тяговой сети и смежных с ней коммуникаций связи, а также решению задачи создания электротяговых сетей переменного и постоянного тока, перспективных с точки зрения минимизации наведенной тяговой сетью (ТС) электромагнитной помехи в смежных коммуникациях связи, посвящены работы Бадёра М.П., Бородулина Б.М., Бочева А.С., Добровольскиса Т.П., Косарева Б.И., Косарева А.Б., Котельникова А.В., Марквардта К.Г., Минина Г.А., Павлова И.В., Просецкого А.П., Фигурнова Е.П., а также других учёных и специалистов. При выполнении диссертационной работы использованы также работы специалистов в области ТАР: Солодовникова В.В., Бесекерского В.А., Попова Е.П., Гудвина Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Е..

Первая глава посвящена обоснованию выбора метода исследования токораспределения в тяговой сети с ЭП. Для решения задачи увеличения компенсирующего тока в ЭП, необходим анализ и синтез электротяговой сети с большим числом взаимных индуктивных связей. Поскольку ток в тяговой сети несинусоидален, каждая гармоника в его составе вызывает свой эффект влияния. Таким образом, выбранный метод анализа и синтеза должен учитывать следующие факторы: гармонический состав тягового тока; степень влияния каждой гармоники на смежную линию связи; степень влияния каждого из элементов исследуемой тяговой сети на образование компенсирующего тока в ЭП, также несинусоидального. При такой постановке вопроса, добавление в систему новых элементов, при использовании классических методов расчёта оказывается весьма громоздким и трудоёмким. Для решения поставленных в диссертационной работе задач выбран метод передаточных функций, используемый ТАР. Применительно к электротяговым сетям использование этого метода осуществляется, по-видимому, впервые.

Во второй главе, в результате обобщённого анализа многопроводных электротяговых сетей переменного тока, определено, что общим значащим признаком, определяющим их отношение к объекту влияния – смежной коммуникации, является наличие ЭП. Тяговая сеть с ЭП рассматривается как идеальная система, в том смысле, что в ЭП присутствует только наведенная составляющая влияющего тока, а сам ЭП при этом по обоим концам заземлён на индивидуальные заземлители (ИЗ). Процесс образования электромагнитной помехи, характеризующийся эквивалентным влияющим током в смежной коммуникации, представлен взаимодействием влияющего тока (ВТ) контактной подвески (КП) и эквивалентного тока (ЭТ) компенсирующего воздействия . Последний, в свою очередь, является результатом взаимодействия ЭТ в ЭП и тока в эквивалентном рельсе (ЭР) (рис.1).

 Схема образования электромагнитной-5

Рис. 1. Схема образования электромагнитной помехи

На основании приведённых рассуждений построены структурная схема взаимодействия звеньев, составляющих идеальную систему «ТС с ЭП» (рис.2) и эквивалентная схема её замещения (рис.3).

На рисунках 1 и 2 приняты следующие обозначения: «КП - рельс» - звено КП – рельс; «ЭП - рельс» - звено ЭП – рельс; «рельс - ЭП» - звено ЭР – ЭП; «КП - ЭП» - звено КП – ЭП; - составляющая тока в ЭР, по условию определения ЭТ в ЭП; - составляющая тока в ЭР, по условию определения ЭТ в ЭП, наведенная ЭТ в ЭП; - ток в ЭР, по условию определения ЭТ в ЭП; - составляющая тока в ЭП, по условию определения ЭТ в ЭП, наведенная током ЭР; - составляющая тока в ЭП, по условию определения ЭТ в ЭП, наведенная ВТ; - составляющая тока в ЭР, по условию определения ЭТ в ЭР, наведенная током в ЭП; - составляющая тока в ЭР, по условию определения ЭТ в ЭР, наведенная ВТ;- составляющая тока в ЭП, по условию определения ЭТ в ЭР, наведенная ВТ;- составляющая тока в ЭП, по условию определения ЭТ в ЭР, наведенная ЭТ в ЭР; - ток в ЭП, по условию ЭТ в ЭР; 1 - подсистема «КП – ЭП» системы «ТС с ЭП», по условию определения ЭТ в ЭП; 2 - подсистема «КП – рельс» системы «ТС с ЭП» по условию определения ЭТ в ЭР.

Рис. 2. Структурная схема взаимодействия отдельных звеньев ТС с ЭП

С целью исследования влияния собственных характеристик элементов, составляющих ТС с ЭП, в том числе самого ЭП, система представлена совокупностью отдельных звеньев, каждое из которых моделируется воздушным трансформатором, включающим две обмотки, содержащих по одному витку, на которые наложены связи, отражающие электромагнитные взаимодействия между ними.

На основании полученных математических моделей звеньев, показано, что доли тягового тока в исследуемых звеньях, эквивалентны модулям их передаточных функций, а фазы между влияющим тяговым током и вихревыми токами, наведенными им в звеньях – пропорциональны аргументам их передаточных функций.

 Эквивалентная схема замещения-17

Рис. 3. Эквивалентная схема замещения системы ТС с ЭП

Таким образом, определено искомое токораспределение в контурах «ЭР – земля», «ЭП – земля», а также определены токи, являющиеся следствием взаимного влияния ЭР и ЭП. Модули и аргументы передаточных функций построенных звеньев, отражают их АЧХ и ФЧХ. Определены передаточные функции следующих звеньев, отражающие относительные изменения величин амплитуд i-х гармоник, составляющих спектры токов, протекающих в них, по отношению к соответствующим гармоникам в спектре ВТ:

  • - звена «КП – ЭР» для токов КП и рельса и ;
  • - звена «КП – ЭП», относительно токов КП и ЭП;
  • - звена «ЭР – ЭП», относительно токов ЭР и ЭП;
  • - звена «ЭП – ЭР», относительно токов ЭП и ЭР.

В третьей главе тяговая сеть с ЭП рассматривается относительно воздействия составляющих её элементов на смежную линию (объект влияния (ОВ)). Из системы «ТС с ЭП» выделены две подсистемы: по условиям образования ЭТ в ЭП (рис.4) и ЭТ в ЭР (рис.5), содержащие звенья, сформированные по условиям взаимодействия элементов ТС и по условию их неизменности.

Сформированные таким образом подсистемы отражают явление экранирующего эффекта со стороны ЭП и ЭР.

 Подсистема «КП – ЭП»-24

Рис. 4. Подсистема «КП – ЭП» сформированная по условию

определения ЭТ в ЭП

Полученные значения токов в ЭП и ЭР, являются значениями модулей передаточных функций подсистем «КП – ЭП» (1) и «КП – ЭР» (2) соответственно, и определяют относительные изменения величин гармонических составляющих тягового тока в указанных подсистемах.

Введено понятие «эквивалентный ток компенсирующего воздействия» (ЭТКВ), отражающий степень электромагнитного взаимодействия «ТС с ЭП» с ОВ. Получена количественная оценка такого взаимодействия для идеальной «ТС с ЭП», при условии заземления ЭП на ИЗ и отсутствие гальванической связи между ЭП и ЭР.

 - Подсистема «КП – рельс» системы-25

Рис. 5.- Подсистема «КП – рельс» системы «ТС с ЭП»

. (1)

. (2)

Найдены значения величины и фазы ЭТКВ , определяемого как результат воздействия на ОВ токов в ЭП и ЭР, для случая, когда ЭП заземлён по обоим концам на ИЗ (3).

. (3)

В результате частотного анализа подсистем «КП – ЭП» и «КП – ЭР», определены условия уменьшения токов в ЭП и ЭР. Таковым является наличие электромагнитной связи между ЭП и ЭР, выражающейся в наличии в подсистемах дополнительных звеньев – «ЭП – ЭР» и «ЭР – ЭП» и приводящей к снижению эффекта компенсации электромагнитных помех в смежной коммуникации. Кроме этого, определены условия образования максимальных токов в ЭП и ЭР. Таковыми являются отсутствие в подсистемах звеньев – «ЭП – ЭР» и «ЭР – ЭП», что может являться следствием модификации указанных подсистем.

Четвёртая глава посвящена синтезу системы «ТС с ЭП» по условию максимума ЭТКВ. Задача синтеза эффективной системы компенсации электромагнитных влияний со стороны ТС, решается посредством изменений структуры системы компенсации, с целью изменения её свойств, таким образом, чтобы токи ЭП и ЭР, являющиеся токами компенсирующего воздействия (КВ) – имели бы максимальную величину. Это обеспечивается заменой индуктивной связи между контурами «ЭР - земля» и «ЭП - земля» на индуктивно-гальваническую. В связи с этим, звено, отражающее индуктивно – гальваническое взаимодействие контуров «ЭП – земля» и «ЭР - земля» – модифицируются относительно наложенных связей по условиям заданного качества (по условию максимальной величины ЭТ в ЭП и ЭР). Следовательно, вновь сформированные подсистемы «КП – ЭП» и «КП – рельс» системы «ТС с ЭП» включающие модифицированные звенья, обладают новым заданным качеством – максимальными для данной структуры ЭТ в ЭР и ЭП. Таким образом, в результате преобразования многопроводной системы с ЭП, по условию формирования максимальных ЭТ в ЭП и ЭР, получен эффект увеличения ЭТКВ упомянутой системы до максимально возможного, по условию неизменности её элементов (звеньев). При этом степень снижения индуктированной электромагнитной помехи для различных гармонических составляющих, составляющих спектр тягового тока и оказывающих наибольшее псофометрическое воздействие составляет - 1 – -2 дБ.



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.