Studying of the Power Modes in the Traction Line for Ensuring the High-Speed Traffic
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
SPC PC «Technology Center», Kharkiv
Abstract
EN: The object of research is the power regimes in traction power systems for both centralized and distributed power when introducing high-speed traffic. The introduction of high-speed traffic on electrified railways of Ukraine has begun a number of restrictions in the applied system of traction power supply of centralized power supply. These include not only the impossibility of providing the necessary voltage level of 2.9 kV, but also the low efficiency of the aggregate power of traction substations. In this case, the applied traction power system does not allow to provide the necessary level of specific power in the traction network. Applicable technical means and measures to strengthen the traction network do not allow, in most cases, to provide regulatory requirements for the organization of highspeed traffic. An analysis of modern research shows that overcoming these disadvantages is possible due to the application of a distributed power supply system to the traction network. To date, sufficient options have been developed for constructing such systems, but in this paper, as an alternative, a system was considered with the distribution of the aggregate power available in the system of centralized power in the inter-substation zone. At the same time it was reasonable to reduce the power of the traction substation to the level of 10 MW. During the study of power regimes in comparable traction power systems, the results of experimental studies and simulation modeling of the operating modes of the comparable systems were used. Calculations were taken into account not only the specifics of the traction load, but also its impact on the load capacity of the contact suspension. As a result of this approach, it has been shown that the distributed traction power system allows to fulfill the regulatory requirements for providing high-speed traffic. With its application, the consumption of electric energy for traction of trains is reduced by 40 %, the specific power of traction network increases by 90 %, and the load factor of traction substations – by 60 %. The proposed innovative approach to providing the necessary power mode in the traction line for the organization of high-speed traffic allows to preserve the existing infrastructure on existing electrified section of direct current. This approach allows the application of various types of electric rolling stock and provides the required capacity of the railways.
UK: Об’єктом дослідження є режими потужності у системах тягового електропостачання як централізованого, так і розподіленого живлення при запровадженні швидкісного руху. Розпочате впровадження швидкісного руху на електрифікованих залізницях України має низку обмежень у застосовуваній системі тягового електропостачання централізованого живлення. До них можна віднести не тільки неможливість забезпечення необхідного рівня напруги 2,9 кВ, а й низьку ефективність використання агрегатної потужності тягових підстанцій. При цьому застосовувана система тягового електропостачання не дозволяє забезпечити необхідний рівень питомої потужності в тяговій мережі. Застосовувані технічні засоби та заходи для підсилення тягової мережі не дозволяють, в більшості випадків, забезпечити нормативні вимоги до організації швидкісного руху. Аналіз сучасних досліджень показує, що подолання вказаних недоліків можливе за рахунок застосування системи розподіленого живлення тягової мережі. На сьогоднішній день розроблено достатньо варіантів побудови таких систем, але в даній роботі, в якості альтернативного варіанту, розглядалась система з розподілом наявної в системі централізованого живлення агрегатної потужності по міжпідстанційній зоні. При цьому була обґрунтована доцільність зменшення потужності тягової підстанції до рівня 10 МВт. В ході дослідження режимів потужності в порівнюваних системах тягового електропостачання використовувалися результати експериментальних досліджень та імітаційне моделювання режимів роботи порівнюваних систем. При розрахунках враховувались не тільки специфіка тягового навантаження, а й його вплив на навантажувальну здатність контактної підвіски. В результаті такого підходу було показано, що розподілена система тягового електропостачання дозволяє виконати нормативні вимоги щодо забезпечення швидкісного руху. При її застосуванні зменшується витрата електричної енергії на тягу поїздів на 40 %, питома потужність тягової мережі збільшується на 90 %, а коефіцієнт завантаження тягових підстанцій – на 60 %. Запропонований інноваційний підхід до забезпечення необхідного режиму потужності в тяговій мережі дозволяє зберегти існуючу інфраструктуру при організації швидкісного руху на існуючих електрифікованих ділянках постійного струму. Такий підхід враховує різні типи електрорухомого складу, а також дозволяє забезпечити необхідну пропускну здатність залізниць.
RU: Объектом исследования являются режимы мощности в системах тягового электроснабжения как централизованного, так и распределенного питания при внедрении скоростного движения. Начатое внедрение скоростного движения на электрифицированных железных дорогах Украины имеет ряд ограничений в применяемой системе тягового электроснабжения централизованного питания. К ним можно отнести не только невозможность обеспечения необходимого уровня напряжения 2,9 кВ, но и низкую эффективность использования агрегатной мощности тяговых подстанций. При этом применяемая система тягового электроснабжения не позволяет обеспечить необходимый уровень удельной мощности в тяговой сети. Применяемые технические средства и меры для усиления тяговой сети не позволяют, в большинстве случаев, обеспечить нормативные требования к организации скоростного движения. Анализ современных исследований показывает, что преодоление указанных недостатков возможно за счет применения системы распределенного питания тяговой сети. На сегодняшний день разработано достаточно вариантов построения таких систем, но в данной работе, в качестве альтернативного варианта, рассматривалась система с распределением имеющейся в системе централизованного питания агрегатной мощности по межподстанционной зоне. При этом была обоснована целесообразность уменьшения мощности тяговой подстанции до уровня 10 МВт. В ходе исследования режимов мощности в сравниваемых системах тягового электроснабжения использовались результаты экспериментальных исследований и имитационное моделирование режимов работы сравниваемых систем. При расчетах учитывались не только специфика тяговой нагрузки, но и его влияние на нагрузочную способность контактной подвески. В результате такого подхода было показано, что распределенная система тягового электроснабжения позволяет выполнить нормативные требования по обеспечению скоростного движения. При ее применении уменьшается расход электроэнергии на тягу поездов на 40 %, удельная мощность тяговой сети увеличивается на 90 %, а коэффициент загрузки тяговых подстанций – на 60 %. Предложенный инновационный подход к обеспечению необходимого режима мощности в тяговой сети позволяет сохранить существующую инфраструктур при организации скоростного движения на существующих электрифицированных участках постоянного тока. Такой подход учитывает различные типы электроподвижного состава, а также позволяет обеспечить необходимую пропускную способность железных дорог.
UK: Об’єктом дослідження є режими потужності у системах тягового електропостачання як централізованого, так і розподіленого живлення при запровадженні швидкісного руху. Розпочате впровадження швидкісного руху на електрифікованих залізницях України має низку обмежень у застосовуваній системі тягового електропостачання централізованого живлення. До них можна віднести не тільки неможливість забезпечення необхідного рівня напруги 2,9 кВ, а й низьку ефективність використання агрегатної потужності тягових підстанцій. При цьому застосовувана система тягового електропостачання не дозволяє забезпечити необхідний рівень питомої потужності в тяговій мережі. Застосовувані технічні засоби та заходи для підсилення тягової мережі не дозволяють, в більшості випадків, забезпечити нормативні вимоги до організації швидкісного руху. Аналіз сучасних досліджень показує, що подолання вказаних недоліків можливе за рахунок застосування системи розподіленого живлення тягової мережі. На сьогоднішній день розроблено достатньо варіантів побудови таких систем, але в даній роботі, в якості альтернативного варіанту, розглядалась система з розподілом наявної в системі централізованого живлення агрегатної потужності по міжпідстанційній зоні. При цьому була обґрунтована доцільність зменшення потужності тягової підстанції до рівня 10 МВт. В ході дослідження режимів потужності в порівнюваних системах тягового електропостачання використовувалися результати експериментальних досліджень та імітаційне моделювання режимів роботи порівнюваних систем. При розрахунках враховувались не тільки специфіка тягового навантаження, а й його вплив на навантажувальну здатність контактної підвіски. В результаті такого підходу було показано, що розподілена система тягового електропостачання дозволяє виконати нормативні вимоги щодо забезпечення швидкісного руху. При її застосуванні зменшується витрата електричної енергії на тягу поїздів на 40 %, питома потужність тягової мережі збільшується на 90 %, а коефіцієнт завантаження тягових підстанцій – на 60 %. Запропонований інноваційний підхід до забезпечення необхідного режиму потужності в тяговій мережі дозволяє зберегти існуючу інфраструктуру при організації швидкісного руху на існуючих електрифікованих ділянках постійного струму. Такий підхід враховує різні типи електрорухомого складу, а також дозволяє забезпечити необхідну пропускну здатність залізниць.
RU: Объектом исследования являются режимы мощности в системах тягового электроснабжения как централизованного, так и распределенного питания при внедрении скоростного движения. Начатое внедрение скоростного движения на электрифицированных железных дорогах Украины имеет ряд ограничений в применяемой системе тягового электроснабжения централизованного питания. К ним можно отнести не только невозможность обеспечения необходимого уровня напряжения 2,9 кВ, но и низкую эффективность использования агрегатной мощности тяговых подстанций. При этом применяемая система тягового электроснабжения не позволяет обеспечить необходимый уровень удельной мощности в тяговой сети. Применяемые технические средства и меры для усиления тяговой сети не позволяют, в большинстве случаев, обеспечить нормативные требования к организации скоростного движения. Анализ современных исследований показывает, что преодоление указанных недостатков возможно за счет применения системы распределенного питания тяговой сети. На сегодняшний день разработано достаточно вариантов построения таких систем, но в данной работе, в качестве альтернативного варианта, рассматривалась система с распределением имеющейся в системе централизованного питания агрегатной мощности по межподстанционной зоне. При этом была обоснована целесообразность уменьшения мощности тяговой подстанции до уровня 10 МВт. В ходе исследования режимов мощности в сравниваемых системах тягового электроснабжения использовались результаты экспериментальных исследований и имитационное моделирование режимов работы сравниваемых систем. При расчетах учитывались не только специфика тяговой нагрузки, но и его влияние на нагрузочную способность контактной подвески. В результате такого подхода было показано, что распределенная система тягового электроснабжения позволяет выполнить нормативные требования по обеспечению скоростного движения. При ее применении уменьшается расход электроэнергии на тягу поездов на 40 %, удельная мощность тяговой сети увеличивается на 90 %, а коэффициент загрузки тяговых подстанций – на 60 %. Предложенный инновационный подход к обеспечению необходимого режима мощности в тяговой сети позволяет сохранить существующую инфраструктур при организации скоростного движения на существующих электрифицированных участках постоянного тока. Такой подход учитывает различные типы электроподвижного состава, а также позволяет обеспечить необходимую пропускную способность железных дорог.
Description
P. Hubskyi: ORCID 0000-0002-0216-7256; V. Kuznetsov: ORCID 0000-0003-4165-1056; A. Drubetskyi: ORCID 0000-0001-5691-0925; A. Afanasov: ORCID 0000-0003-4609-2361; M. Pulin: ORCID 0000-0003-0929-671X
Keywords
traction power system, centralized power supply, distributed power, specific power, voltage level, high-speed motion, система тягового електропостачання, централізоване живлення, розподілене живлення, питома потужність, рівень напруги, швидкісний рух, система тягового электроснабжения, централизованное питание, распределенное питание, удельная мощность, уровень напряжения, скоростное движение, КІСЕ, КЕРС
Citation
Studying of the Power Modes in the Traction Line for Ensuring the High-Speed Traffic / P. Hubskyi, V. Kuznetsov, A. Drubetskyi, A. Afanasov, M. Pulin // Technology Audit and Production Reserves. – 2018. – № 5/1 (43). – P. 42–51. – doi: 10.15587/2312-8372.2018.146665.