Розвиток наукових основ підвищення електромагнітної сумісності підсистем електричної тяги постійного струму залізничного транспорту (дисертація)
Loading...
Date
2011
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UKR: Дисертаційну роботу присвячено вирішенню науково-технічної проблеми – підвищенню електромагнітної сумісності підсистем електричної тяги постійного струму в умовах впровадження швидкісного руху, що покращить техніко-економічні показники перевізного процесу, його енергоефективність та безпеку. В результаті еспериментальних досліджень розроблено математичні моделі завад, що дозволить точніше проектувати та моделювати пристрої енергетичних каналів тягового електропостачання постійного струму. Отримала подальший розвиток методологія активної фільтрації, що призводить до підвищення електромагнітної сумісності підсистем електричної тяги постійного струму як з суміжними пристроями залізничної інфраструктури, так і з лініями зовнішнього електропостачання при зменшенні габаритних розмірів та
встановленої потужності застосовуваного обладнання. Очікуваний економічний ефект від впровадження запропонованих рішень перевищує 4 млн. грн. Отримані наукові результати дозволяють надати рекомендації щодо проектування нових енергоефективних електромагнітносумісних перетворювачів комбінованої ідеології для модернізації тягових підстанцій та силових активних фільтрів на підстанціях з застарілим обладнанням.
RUS: Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно- технической проблемы - повышению электромагнитной совместимости подсистем электрической тяги постоянного тока в условиях внедрения скоростного движения, которое улучшит технико-экономические показатели перевозочного процесса, его энергоэффективность и безопасность. Рассматривая ЭМС, как один из показателей качества функционирования системы тягового электроснабжения, необходимо охватывать весь комплекс технических средств, которые задействованы в процессе передачи и потребления электроэнергии и учитывать, что система тягового электроснабжения представляет собой сложную электродинамическую распределенную систему, которая характеризуется стохастическим характером изменения параметров функционирования. Эти параметры изменяются в пространстве, плоскости и времени, изменяя электромагнитную обстановку в комплексе система тягового электроснабжения-смежные устройства (линии внешнего энергоснабжения, автоблокировки и продольного электроснабжения, линии связи, информационные каналы передачи данных, каналы телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи). Основой этого влияния является распространение кондуктивних помех через разнообразные гальванические связи. В результате экспериментальных исследований установлено, что питающие напряжения 110 кВ и 35 кВ превышают предельно допустимые значения. Уровень напряжения на шинах 10 кВ, от которых питаются тяговые трансформаторы, также превышает номинальное значение, но на уровне, в основном, нормально допустимого значения отклонения. Несимметрия напряжения, как на шинах 110 кВ, так и на шинах 35-10 кВ, находится в допустимых пределах. Качество электроэнергии за показателем искажения синусоидальности напряжения на шинах 10 кВ тяговых подстанций с 6-пульсовыми выпрямителями не отвечает требованиям стандарта. Коефициент несимметрии напряжения по обратной последовательности в линиях автоблокировки (АБ) значительно более высокий (более чем в 3 раза) в сравнении с линиями продольного электроснабжения (ПЭ), что побуждает ставить вопрос необходимости симетрирования напряжений в линиях АБ. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения в линии АБ на тяговой подстанции с 12-пульсовой схемой выпрямления значительно превышает предельно допустимое значение и почти вдвое выше за KU в линии ПЭ. При этом KU и на тяговой подстанции с 6-пульсовой схемой выпрямления выше по сравнению с линией ПЭ. То есть, существующая идеология питания линии АБ с применением двойной трансформации, выполняя задание ограничения токов короткого замыкания и гальванической развязки, в сущности резко ухудшает качество электрической энергии, которая формирует условия ухудшения электромагнитной совместимости. Исследованиями также установлено, что изменение нагрузки тяговой подстанции практически не осуществляет влияния на показатели качества электрической энергии системы внешнего электроснабжения. Режимы напряжения как в системе тягового электроснабжения, так и в системе внешнего электроснабжения определяются случайными факторами и имеют слабую статистическую связь между собой. Разработанные математические модели помех, позволят точнее проектировать и моделировать устройства энергетических каналов тягового электроснабжения постоянного тока. Отмечается, что энергетические каналы (ЭК) тягового электроснабжения должны обеспечивать надежность и бесперебойность питания, стойкость к непредсказуемым влияниям и высокую энергоэффективность. На современном этапе, кроме указанного, они должны быть электромагнитносовместимыми с окружающей средой на всех уровнях передачи, превращения и потребления электрической энергии. Указанные процессы обеспечиваются рядом разнообразных устройств, образовывающих, собственно, ЭК: линии электропередачи, трансформаторы, преобразователи, инфраструктура тяговой сети и потребители электрической энергии. Рассматриваются направления совершенствования ЭК и возможные варианты их схемной реализации. Перспективными являются структуры децентрализованого питания и разработка систем питания с промежуточным звеном повышенной частоты. Основными устройствами энергетических каналов системы тягового электроснабжения являются тяговые преобразователи. Современный выпрямитель является сложным, многофункциональным устройством и выполняется на принципах комбинированной идеологии с расширенными функциями, в том числе осуществление функции активной фильтрации. В работе получила дальнейшее развитие методология активной фильтрации, которая приводит к повышению электромагнитной совместимости подсистем электрической тяги постоянного тока как со смежными устройствами железнодорожной инфраструктуры, так и с линиями внешнего электроснабжения при уменьшении габаритных размеров и установленной мощности применяемого оборудования. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных решений превышает 4 млн. грн. Полученные научные результаты позволяют предоставить рекомендации для проектирования новых энергоэффективных электромобильных преобразователей комбинированной идеологии для модернизации тяговых подстанций и силовых активных фильтров на подстанциях с устаревшим оборудованием.
ENG: Thesis is dedicated to solve scientific and technical problems - improve electromagnetic compatibility of alternative current electric traction subsystems in a highspeed lines that will make possible to improve technical and economic characteristics of transportation process, its efficiency and security. On the basis of experimental studies the author developed mathematical models of disturbances, that will make possible to design and simulate devices of power traction DC supply systems in a more accurate way. The author developed the methodology of active filter, that leads to improve the electromagnetic compatibility of electric DC traction subsystems with adjoining devices of railway infrastructure and with external power supply systems reducing the overall dimensions and installed capacity of the applicable equipment. Expected economic effect of proposed approach exceeded 4 million grn. Proposed results can provide propositions about designing of new energy converters on the basis of combined ideology for modernization of traction substations and power active filters of substations with aging equipment.
RUS: Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно- технической проблемы - повышению электромагнитной совместимости подсистем электрической тяги постоянного тока в условиях внедрения скоростного движения, которое улучшит технико-экономические показатели перевозочного процесса, его энергоэффективность и безопасность. Рассматривая ЭМС, как один из показателей качества функционирования системы тягового электроснабжения, необходимо охватывать весь комплекс технических средств, которые задействованы в процессе передачи и потребления электроэнергии и учитывать, что система тягового электроснабжения представляет собой сложную электродинамическую распределенную систему, которая характеризуется стохастическим характером изменения параметров функционирования. Эти параметры изменяются в пространстве, плоскости и времени, изменяя электромагнитную обстановку в комплексе система тягового электроснабжения-смежные устройства (линии внешнего энергоснабжения, автоблокировки и продольного электроснабжения, линии связи, информационные каналы передачи данных, каналы телеуправления и телесигнализации, рельсовые цепи). Основой этого влияния является распространение кондуктивних помех через разнообразные гальванические связи. В результате экспериментальных исследований установлено, что питающие напряжения 110 кВ и 35 кВ превышают предельно допустимые значения. Уровень напряжения на шинах 10 кВ, от которых питаются тяговые трансформаторы, также превышает номинальное значение, но на уровне, в основном, нормально допустимого значения отклонения. Несимметрия напряжения, как на шинах 110 кВ, так и на шинах 35-10 кВ, находится в допустимых пределах. Качество электроэнергии за показателем искажения синусоидальности напряжения на шинах 10 кВ тяговых подстанций с 6-пульсовыми выпрямителями не отвечает требованиям стандарта. Коефициент несимметрии напряжения по обратной последовательности в линиях автоблокировки (АБ) значительно более высокий (более чем в 3 раза) в сравнении с линиями продольного электроснабжения (ПЭ), что побуждает ставить вопрос необходимости симетрирования напряжений в линиях АБ. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения в линии АБ на тяговой подстанции с 12-пульсовой схемой выпрямления значительно превышает предельно допустимое значение и почти вдвое выше за KU в линии ПЭ. При этом KU и на тяговой подстанции с 6-пульсовой схемой выпрямления выше по сравнению с линией ПЭ. То есть, существующая идеология питания линии АБ с применением двойной трансформации, выполняя задание ограничения токов короткого замыкания и гальванической развязки, в сущности резко ухудшает качество электрической энергии, которая формирует условия ухудшения электромагнитной совместимости. Исследованиями также установлено, что изменение нагрузки тяговой подстанции практически не осуществляет влияния на показатели качества электрической энергии системы внешнего электроснабжения. Режимы напряжения как в системе тягового электроснабжения, так и в системе внешнего электроснабжения определяются случайными факторами и имеют слабую статистическую связь между собой. Разработанные математические модели помех, позволят точнее проектировать и моделировать устройства энергетических каналов тягового электроснабжения постоянного тока. Отмечается, что энергетические каналы (ЭК) тягового электроснабжения должны обеспечивать надежность и бесперебойность питания, стойкость к непредсказуемым влияниям и высокую энергоэффективность. На современном этапе, кроме указанного, они должны быть электромагнитносовместимыми с окружающей средой на всех уровнях передачи, превращения и потребления электрической энергии. Указанные процессы обеспечиваются рядом разнообразных устройств, образовывающих, собственно, ЭК: линии электропередачи, трансформаторы, преобразователи, инфраструктура тяговой сети и потребители электрической энергии. Рассматриваются направления совершенствования ЭК и возможные варианты их схемной реализации. Перспективными являются структуры децентрализованого питания и разработка систем питания с промежуточным звеном повышенной частоты. Основными устройствами энергетических каналов системы тягового электроснабжения являются тяговые преобразователи. Современный выпрямитель является сложным, многофункциональным устройством и выполняется на принципах комбинированной идеологии с расширенными функциями, в том числе осуществление функции активной фильтрации. В работе получила дальнейшее развитие методология активной фильтрации, которая приводит к повышению электромагнитной совместимости подсистем электрической тяги постоянного тока как со смежными устройствами железнодорожной инфраструктуры, так и с линиями внешнего электроснабжения при уменьшении габаритных размеров и установленной мощности применяемого оборудования. Ожидаемый экономический эффект от внедрения предложенных решений превышает 4 млн. грн. Полученные научные результаты позволяют предоставить рекомендации для проектирования новых энергоэффективных электромобильных преобразователей комбинированной идеологии для модернизации тяговых подстанций и силовых активных фильтров на подстанциях с устаревшим оборудованием.
ENG: Thesis is dedicated to solve scientific and technical problems - improve electromagnetic compatibility of alternative current electric traction subsystems in a highspeed lines that will make possible to improve technical and economic characteristics of transportation process, its efficiency and security. On the basis of experimental studies the author developed mathematical models of disturbances, that will make possible to design and simulate devices of power traction DC supply systems in a more accurate way. The author developed the methodology of active filter, that leads to improve the electromagnetic compatibility of electric DC traction subsystems with adjoining devices of railway infrastructure and with external power supply systems reducing the overall dimensions and installed capacity of the applicable equipment. Expected economic effect of proposed approach exceeded 4 million grn. Proposed results can provide propositions about designing of new energy converters on the basis of combined ideology for modernization of traction substations and power active filters of substations with aging equipment.
Description
В. Сиченко: ORCID 0000-0002-9533-2897
Захист 10 листопаду 2011 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Захист 10 листопаду 2011 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
електромагнітна сумісність, тягове електростачання, випрямляч, активна фільтрація, показники якості електроживлення, моделі електромагнітних завад, электромагнитная совместимость, тяговое электроснабжение, выпрямитель, активная фильтрация, показатели качества электропитания, модели электромагнитных помех, electromagnetic compatibility, traction power supply, rectifier, active filter, power quality indexes, models of electromagnetic disturbances, КІСЕ
Citation
Сиченко В. Г. Розвиток наукових основ підвищення електромагнітної сумісності підсистем електричної тяги постійного струму залізничного транспорту : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.09. Дніпропетровськ, 2011. 347 с.