Повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения постоянного тока
ВВЕДЕНИЕ
Основным документом, задающим направления дальнейшего развития энергетического комплекса на электрифицированных железных дорогах, является «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», которая ориентирована на решение последующих основных проблем:
гарантированного энергетического обеспечения текущих и перспек-тивных объемов перевозочного процесса по сети дорог ОАО «РЖД»;
сокращения и поддержания удельного электропотребления в подразделениях компании на технически обоснованном уровне;
сокращения финансовых затрат на приобретение электроэнергии за счет снижения потерь энергии;
увеличения эффективности работы компании на рынке электроэнергии и мощности.
В настоящее время на значительной полигоне электрифицированных железных дорог основные элементы системы тягового электроснабжения выработали свой ресурс или близки к этому показателю. Износ основных фондов со сроком службы 40 лет достиг 75-80%. Старение технических средств является серьезным фактором их повреждаемости, снижения надежности, а это приводит к более дорогому техническому обслуживанию и ремонту, ухудшению работы по обеспечению безопасности движения поездов. Затраты на энергоресурсы в эксплуатационных расходах ОАО «РЖД» являются второй по значимости составляющей после затрат на оплату труда. Поэтому решение вопросов, связанных с обновлением основных фондов и энергосбережением на электрифицированном железнодорожном транспорте, становится все более актуальным. А именно внедрение современных, малообслуживаемых и высоконадежных устройств и технологий тягового электроснабжения.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 6
ГЛАВА 1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 11
1.1 Ограничения системы централизованного электроснабжения и способы усиления тягового электроснабжения постоянного тока 11
1.2 Преимущества распределенной системы питания тяговой сети 14
ГЛАВА 2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НАПРЯЖЕНИЕМ В ТЯГОВОЙ СЕТИ 24 кВ 25
2.1Обзормногопульсовых преобразователей 25
2.2. Определение параметров преобразовательного трансформатора при различных схемах выпрямления. 36
2.3 Расчет количества вентилей выпрямительного агрегат 40
ГЛАВА 3 РАСЧЕТ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ХАРАКТЕРИСТИК 24-Х ПУЛЬСОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С НАПРЯЖЕНИЕМ НА СТОРОНЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 24 КВ 43
3.1 Характеристики двенадцатипульсовых и двадцатичетырехпульсовых выпрямителей с Udн=26,4 Кв 43
3.1.1 Внешняя характеристика 43
3.1.2 Зависимостьугла коммутации γот нагрузки преобразователя 45
3.1.3 Качество выпрямленного напряжения 46
3.1.4 Коэффициентмощности выпрямителя 47
3.1.5 Коэффициент полезного действия 49
ГЛАВА 4 АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ 24-ПУЛЬСОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ АГРЕГАТОВ. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. 57
4.1 Расчет токов короткого замыкания 57
ГЛАВА 5 АНАЛИЗ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ 24-ПУЛЬСОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ АГРЕГАТОВ. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ. 67
ГЛАВА 6 ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЕТЕВОГО ТОКА И ВЫПРЯМЛЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 24-ПУЛЬСОВЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ 69
6.1 Гармонический анализ выпрямленного напряжения 69
6.2Гармонический анализ первичного сетевого тока 81
ГЛАВА 9 ВЫБОР ЗАЩИТ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПИТАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОСИСТЕМОЙ, УСТРОЙСТВАМИ СВЯЗИ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………...…………………………………..…………...113
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бадер М.П. «Электромагнитная совместимость». Учебник для ВУЗов. М.: Транспорт, 2002 г. - 640с.
2. Бадер М.П. Разработка основных направлений технического развития системы тягового электроснабжения постоянного тока и адаптация её для высокоскоростного движения. [Текст] /М.П. Бадер//. Научно-технический журнал “Электротехника” 2019г., №9, с. 13-19.
3. Бадер М.П. Повышение эффективности системы тягового элек-троснабжения постоянного тока.[Текст] /М.П. Бадер, В.В. Лобынцев //. Научно-технический журнал “Электротехника” 2020г., № 9, с.14-19.
4. Бурков А. Т. «Электроника и преобразовательная техника». Учебник для ВУЗов в 2-х томах. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015 г.
5. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Учебник для ВУЗов. «Тяговые подстанции» М.: транспорт 1986 г. – 319с.
6. Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций [Текст]/ Б.С. Барковский, Г.С. Магай, В.П. Маценко и др.; Под ред. М.Г. Шалимова. М., Транспорт, 1990, 127с.
7. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных ж.д.[Текст]/ Учебник для вузов ж.д. трансп. М., Транспорт, 1982, 528 с.
8. Третьяк Т.П. Расчет системы энергоснабжения постоянного тока по-вышенного напряжения [Текст]// Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института ж.д. транспорта, 1968, №8, с. 14-17.
9. Котельников А.В., Электрификация железных дорог. Мировые тенденции и перспективы [Текст].-М., Интекс, 2002, 104 с.
10. ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
11. Бадер М.П. Повышение технико-экономических показателей сгла-живающих фильтров на тяговых подстанциях.. [Текст] /М.П. Бадер//. Науч-но-технический журнал“ Вестник ВНИИЖТ”. Новое в электроснабжении. 2003 г. С.55-62.
12. Система повышенного напряжения 12 кВ: Отчет о НИР[Текст]/ ПГУПС; рук. темы д.т.н., проф. А.Т.Бурков. СПб., 1994, 100 с.
13. Марквардт, Г.Г. Применение теории вероятностей и вычисли-тельной техники в системе энергоснабж. М., Транспорт, 1972, 224с.
14. «Справочник по электроснабжению железных дорог. Том 1». Под редакцией Марквардта К. Г. М.: Транспорт 1980г. - 256с.
15. Котельников А.В. Основные требования к системам и устрой-ствам тягового электроснабжения скоростных и высокоскоростных маги-стралей. Вестник ВНИИЖТ. Новое в электроснабжении. 2003 г.с. 10–15.
15. «Правила защиты устройств проводной связи от влияния тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока». М.: Транспорт,.
16. «В предверии возрождения постоянного тока. Часть 2». Силовая электроника, № 4, 2013 г. – с. 76 – 83.
17. Аржанников Б. А., Галкин А. Г., Бурков А. Т., и др. «Перспектива разработки системы электрической тяги постоянного тока повышенного напряжения 12, 24 кВ для скоростной магистрали Москва – Екатеринбург». Материалы Седьмого Международного симпозиума «Элтранс - 2013» 8 – 11 октября 2013 г. – СПб.: ПГУПС, 2015 г. – с. 26 – 32.
18. Мирошниченко Р.И. Сравнительная оценка способов усиления си-стемы постоянного тока 3 кВ [Текст]// Вестник Всесоюзного научно-исследовательского института ж.д. транспорта, 1973, №1, с. 1-12.
19. Марикин А.Н. Повышение эффективности тягового электроснабже-ния при пропуске скоростных и тяжеловесных поездов [Текст]//Элтранс-2003. Электрификация и научно-технический прогресс на ж.д. транспорте: Сб. докл. второго международного симпозиума/ Под ред А.Т. Буркова, А.В. Плакса. СПб.,-ПГУПС, 2003, с.297-306.
20. «Справочник по электроснабжению железных дорог. Том 2». Под редакцией Марквардта К. Г. М.: Транспорт 1981г. - 392с.
Кривая выпрямленного напряжения многопульсовыхпреобразователей, особенно с учетом несимметричных режимов работы, содержит сложную форму и аналитически записывается совокупностью дифференциальных уравнений по отдельным интервалам периода кривой питающего напряжения. В общем виде формулы для определения высших гармоническихсоставляющих в кривой выпрямленного напряжения, записанные в виде коэффициентов Эйлера ряда Фурье, имеют достаточно громоздкий вид. С целью снижения кропотливости этих расчетов была разработанаупрощенная инженерная методика по вычислению высших гармонических выпрямленного напряже-ния многофазных преобразователей по значениям гармоник 6-пульсового преобразователя.