книги из ГПНТБ / Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока

Р. Р. МАМОШИН

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ НА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЯХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Ш

М О С К В А « Т Р А Н С П О Р Т » 1 9 7 3

У Д К 621.331:621.311.4.025.001.5

Повышение качества энергии на тяго­ вых подстанциях дорог переменного тока.

М а м о ш и н Р . Р . Изд-во «Транс­ порт», 1973 г., 1—224.

В книге приведены результаты иссле­ дования процессов формирования и улуч­ шения показателей качества электроэнер­ гии в сложных несимметричных и неси­ нусоидальных тяговых сетях дорог пе­ ременного тока при установившихся ре­ жимах работы. Рассмотрены характери­ стики преобразовательного электровоза в естественных условиях, а также при наличии средств продольной и попереч­ ной (нерегулируемых и регулируемых) компенсаций.

Книга рассчитана на научных работ­ ников, аспирантов, студентов высших учебных заведений и на инженерно-тех­ нических работников, связанных с проб­ лемами качества энергии в тяговых сетях. Рис . 138, табл. 9, библ. 121.

(g) Издательство «Транспорт», 1973 г.

Данная работа посвящена исследованию показателей качества энергии в тяговой сети в естественных условиях и влиянию про­ дольной и поперечной (нерегулируемой и регулируемой) компенса­ ций на эти показатели, а также проблеме технико-экономического выбора компенсирующих устройств. Все исследования показате­ лей качества выполнены с учетом активных сопротивлений в цепи преобразовательного электровоза.

Активные сопротивления в отличие от предшествующих иссле­ дований учитывались непосредственно при описании работы цепи по периодам проводимости и коммутации. Возникающие при оцен­ ке показателей качества тяговой нагрузки математические затруд­ нения удалось разрешить при помощи ЭВМ. Введение активного сопротивления непосредственно в дифференциальные уравнения, описывающие состояние цепи, позволило глубже и точнее иссле­ довать работу преобразовательного электровоза в естественном ре­ жиме и при наличии средств повышения качества энергии и уста­ новить механизм формирования всех величин, влияющих на пока­ затели качества энергии. Такой подход к оценке показателей ка­ чества тяговой нагрузки в настоящее время стал возможным толь­ ко благодаря наличию мощной счетно-решающей техники. В работе широко использована ЭВМ БЭСМ-4.

Теоретические исследования подкреплены результатами об­ ширных экспериментов, выполненных кафедрой «Энергоснаб­ жение железных дорог» МИИТа на Восточно-Сибирской, Горьковской, Юго-Западной дорогах при участии автора и работников до­ рог и ЦНИИ МПС.

Ограниченный объем настоящей книги и широкий круг сложных вопросов, затронутых в ней, не позволил подробно осветить целый ряд важных проблем. При отборе материала автор исходил из необходимости освещения наиболее важных и сложных процессов

4

Г Л А В А I

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ТЯГОВОЙ НАГРУЗКИ

1. Качество энергии при естественном режиме работы преобразовательных электровозов

К настоящему времени на железных дорогах, в научно-исследо­ вательских и учебных центрах накоплен обширный эксперимен­ тальный и статистический материал о режимах работы устройств электроснабжения, позволяющий сделать серьезные научные обоб­ щения.

Одним из основных показателей качества энергии у любого по­ требителя в соответствии с ГОСТ 13109—67 является отклонение напряжения. Потери напряжения в питающей сети, которые оп­ ределяют эти отклонения, зависят от коэффициента мощности тя­ говой нагрузки, степени ее нелинейности и несимметрии по отно­ шению к питающей энергосистеме. Поэтому наибольший техникоэкономический интерес представляет экспериментальная оценка именно этих факторов.

МИИТом совместно с представителями Восточно-Сибирской, Горьковской, Юго-Западной дорог и ЦНИИ МПС в течение ряда последних лет проводились обширные экспериментальные исследо­ вания показателей качества энергии. Наибольший интерес пред­ ставляют результаты экспериментов на Восточно-Сибирской дороге. Цель — выявить основные показатели качества энергии в тяговой сети и режим работы системы электроснабжения автономного уча­ стка. В качестве объекта исследования был выделен двухпутный участок (рис. 1-1) главного хода дороги протяженностью 300 км, электрифицированный на переменном токе и состоящий из шести подстанций, собранных по схеме полного «винта». Система внеш­ него электроснабжения и тяговая сеть этого участка были отделены от соответствующих смежных элементов. Исследования велись на всех шести подстанциях участка1 .

Для обеспечения синхронности измерений на подстанциях были запараллелены оба диспетчерских круга, обслуживающих этот участок. Измерения выполнялись синхронно по команде из дис­ петчерской и заключались в синхронном фотографировании шкал приборов через одинаковые промежутки времени, равные 3 мин.

6

Параллельно велась запись показаний фотографировавшихся при­ боров на подстанциях в те же моменты времени.

Эксперименты проводились для двух режимов питания контакт­ ной сети: для параллельного питания — в течение двух суток, а для раздельного — в течение суток. Регуляторы напряжения (РПН) тяговых трансформаторов были зафиксированы на основных пози­ циях, а средства улучшения качества энергии — отключены. Раз­ меры движения на участке в соответствии с исполненными за эти сутки графиками движения были практически одинаковыми. Обеспе­ чение высокой синхронности исследования позволило получить результаты измерений на всех шести подстанциях, которые можно было сравнить между собой и, кроме того, использовать для анализа режима работы устройств внешнего электроснабжения.

Результаты обработки этих исследований удобно систематизи­ ровать следующим образом:

непосредственные показатели нагрузок плеч питания подстан­ ций; энергетические характеристики системы снабжения, вычис­ ленные на основании экспериментальных исследований с помощью

параллельной их работе1 . Гистограммы токов плеч питания под­ станций в случае раздельной работы имеют тот же характер и здесь не приведены. При равных размерах движения и практически оди­ наковой выполненной работе на большинстве плеч питания под­ станций средние значения токов плеч оказались больше при парал­ лельной, чем при раздельной работе. На некоторых подстанциях максимальные нагрузки при параллельной работе оказались боль­ ше. Все гистограммы одномодальны и резко несимметричны. Гисто­ граммы были аппроксимированы распределением S в Джонсона.

В табл. 1-1 приведены значения максимальных / т а х , эффектив­ ных / э и средних / с р нагрузок плеч питания подстанций при раз­ дельной и параллельной их работе. Данные табл. 1-1 показывают, что среднеквадрэтические уклонения Оі нагрузок плеч питания при параллельной работе подстанций практически везде оказались мень­ шими, чем при раздельной.

1 Гистограммы построены и аппроксимированы канд. техн. наук А. В. Е ф и м о в ы м .

Районная

подстанция

110 кб

Рис. 1-1

Т а б л и ц а 1-1

П р и м е ч а н и е . В числителе даны токи левого, а в знаменателе —• правого плеча подстанции.

На рис. 1-3 приведены гистограммы распределения напряжений плеч питания подстанции 2. Штриховыми линиями построены ги­ стограммы для параллельной, а сплошными линиями — для раз­ дельной работы. Как видно из рис. 1-3, математические ожи­ дания напряжения плеч питания подстанций при параллельной и раздельной работе мало отличаются друг от друга. Однако на дру­ гих подстанциях разница оказалась значительной и, за исключе­ нием подстанции 6, в пользу режима раздельной работы. Так же

60 120 180 ZW Z00 360 I„, iL

Рис. 1-2