Наукове обґрунтування та розробка засобів підвищення ефективності роботи системи електричної тяги постійного струму при аварійних режимах (дисертація)
Loading...
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Abstract
UKR: Дисертація присвячена підвищенню ефективності роботи системи електричної тяги постійного струму в аварійних режимах її роботи. Запропоновано ряд заходів, впровадження яких дозволить полегшити перебіг перехідних електромагнітних процесів. Останнє, в свою чергу, дозволить підвищити безперебійність руху поїздів, зменшити витрати на ремонт. Розроблено математичні моделі системи електротяги і на основі їх чисельних розрахунків досліджено вплив взаємного розташування електровозу та точки короткого замикання, схеми секціонування тягової мережі, схеми з’єднання тягових двигунів, степені послаблення збудження на основні перехідні електромагнітні величини і характер протікання генераторних струмів в режимах короткого замикання в тяговій мережі і на електровозі. Для підтвердження результатів теоретичних досліджень на діючих ділянках Придніпровської залізниці виконані різні експерименти короткого замикання. Математичні моделі дозволили оцінити вплив тривалості відриву, а також положення електровозу на фідерній зоні на величину кидків фідерних і електровозних струмів в режимі «відриву-торкання» струмоприймача. Результати моделювання дали можливість для кожного із цих аварійних режимів оцінити імовірність перепалу контактного проводу. Теоретичні дослідження підтверджені осцилограмами фідерних струмів і напруг.
RUS: Диссертация посвящена повышению эффективности работы системы электрической тяги постоянного тока в аварийных режимах ее работы. Предложен ряд мероприятий, внедрение которых позволяет облегчить ход переходных электромагнитных процессов, которые протекают в элементах системы электрической тяги. Последнее, в свою очередь, позволит повысить бесперебойность и безопасность движения поездов, безотказность работы элементов системы электротяги, уменьшить затраты на ремонт. По результатам экспериментальных исследований режима короткого замыкания в тяговых сетях электрифицированных железных дорог выполнена сравнительная характеристика подстанционных быстродействующих выключателей типов ВАБ-43, ВАБ-49, ВАБ-206 и UR-40-64S Seсheron и на ее результатах выданы рекомендации относительно эффективной их работы. Разработаны математические модели системы электротяги и на основе их численных расчетов подробно исследовано влияние взаимного расположения электроподвижного состава и точки короткого замыкания, схемы секционирования тяговой сети, схемы соединения тяговых двигателей, степени ослабления возбуждение, количества электровозов на основные переходные электромагнитные величины и характер протекания генераторных токов в аварийных режимах короткого замыкания в тяговой сети и на электроподвижном составе. Расчеты математических моделей позволили оценить влияние продолжительности отрыва, а также положение электровоза на фидерной зоне на величину бросков фидерных и электровозных токов в режиме «отрыва-касания» токоприемника. Результаты моделирования дали возможность для любого из этих аварийных режимов оценить вероятность пережога контактного провода. В работе экспериментально и теоретически установлено явление линейного уменьшения временной зависимости фидерного напряжения и на его основе обоснован и разработан вариант системы микропроцессорной фидерной защиты, которая владеет рядом преимуществ перед существующими системами. Предложен, экспериментально и теоретически обоснованно новый, так называемой метод «остаточного напряжения», селективного распознавания подсистемы с коротким замыканием, который заключается в определении уровня фидерного напряжения со стороны тяговой сети в конце переходного процесса аварийного режима. Новый метод позволяет определить место короткого замыкания, (в тяговой сети или на электроподвижном составе). На основе этого метода разработана новая информационная микропроцессорная система для ускорения и согласования взаимодействия енерго- и поездного диспетчеров при определении места короткого замыкания. Разработан и обоснован новый метод выбора уставки, существующей максимальной импульсной защиты фидеров +3,3 кВ по приращению тока на основе оптимальной защитной характеристики с учетом графику движения поездов, который позволяют использовать этот вид защиты в современных интеллектуальных микропроцессорных терминалах. Предложен и теоретически обоснован признак, который дает возможность распознавать причины отключения защитных аппаратов тяговых подстанций, короткое замыкание или токовая перегрузка. Метод основан на знании уровня максимального значения напряжения на быстродействующем выключателе непосредственно после его выключения и продолжительность этого отключения. По результатам экспериментальных и теоретических исследований для уменьшения влияния генераторных токов в режиме короткого замыкания, а также бросков токов в момент восстановления питания, предложена модернизация тяговых цепей электровозов, которая позволяет избежать повреждений контактной сети от действия сверхтоков и перенапряжений во время аварийных переходных процессов. В работе было установлено, что наибольшую опасность генераторные токи электровозов представляют при ослаблении возбуждения тяговых электродвигателей. Для уменьшения их влияния в работе предложен способ «запирающего диода» в шунтирующей ветви обмотки возбуждения электродвигателя электровозов постоянного тока. Для снижения бросков тока электровоза в период восстановления напряжения предложено использовать включение емкостного накопителя параллельно обмотке возбуждения тягового двигателя. Результаты диссертационной работы приняты к использованию в службах «Электроснабжения и электрификации» государственных предприятий Приднепровской и Донецкой железных дорог, а также при восстановлении и настройке работы токоприемников в условиях Днепропетровского моторвагонного депо.
ENG: The dissertation is dedicated to improve the efficiency of DC traction power supply system in the emergency modes. The many measures are offered to make easier the transient electromagnetic processes in the electric elements of DC traction power supply system. Abatement of the transient electromagnetic processes allow to improve the continuity and safety of the locomotives traffic, the operational safety of the electric elements of the traction power supply system, and minimization of the repairing losses. The mathematical models of the traction power supply system are designed. The relative location of the electric rolling stock and the short circuited point, the sections scheme of the traction power supply system, the scheme type of the traction drives connection, the field attenuation degree, and the numbers of the locomotives are analyzed using the data of the mathematical models calculation. Their influence on the basic transient electromagnetic coefficients, the character of the generator currents in the emergency modes of the power supply system and electric rolling stock are investigated in this dissertation too. The mathematical models allow to estimate the influence of the pantograph detachment duration, the position of the locomotive in the feeder area on the amplitude of the current pulse in the moments of the current collector “detachment-touchdown”. The simulation of the results allows to estimate the probability of the contact-wire line fusion in these emergency modes.
RUS: Диссертация посвящена повышению эффективности работы системы электрической тяги постоянного тока в аварийных режимах ее работы. Предложен ряд мероприятий, внедрение которых позволяет облегчить ход переходных электромагнитных процессов, которые протекают в элементах системы электрической тяги. Последнее, в свою очередь, позволит повысить бесперебойность и безопасность движения поездов, безотказность работы элементов системы электротяги, уменьшить затраты на ремонт. По результатам экспериментальных исследований режима короткого замыкания в тяговых сетях электрифицированных железных дорог выполнена сравнительная характеристика подстанционных быстродействующих выключателей типов ВАБ-43, ВАБ-49, ВАБ-206 и UR-40-64S Seсheron и на ее результатах выданы рекомендации относительно эффективной их работы. Разработаны математические модели системы электротяги и на основе их численных расчетов подробно исследовано влияние взаимного расположения электроподвижного состава и точки короткого замыкания, схемы секционирования тяговой сети, схемы соединения тяговых двигателей, степени ослабления возбуждение, количества электровозов на основные переходные электромагнитные величины и характер протекания генераторных токов в аварийных режимах короткого замыкания в тяговой сети и на электроподвижном составе. Расчеты математических моделей позволили оценить влияние продолжительности отрыва, а также положение электровоза на фидерной зоне на величину бросков фидерных и электровозных токов в режиме «отрыва-касания» токоприемника. Результаты моделирования дали возможность для любого из этих аварийных режимов оценить вероятность пережога контактного провода. В работе экспериментально и теоретически установлено явление линейного уменьшения временной зависимости фидерного напряжения и на его основе обоснован и разработан вариант системы микропроцессорной фидерной защиты, которая владеет рядом преимуществ перед существующими системами. Предложен, экспериментально и теоретически обоснованно новый, так называемой метод «остаточного напряжения», селективного распознавания подсистемы с коротким замыканием, который заключается в определении уровня фидерного напряжения со стороны тяговой сети в конце переходного процесса аварийного режима. Новый метод позволяет определить место короткого замыкания, (в тяговой сети или на электроподвижном составе). На основе этого метода разработана новая информационная микропроцессорная система для ускорения и согласования взаимодействия енерго- и поездного диспетчеров при определении места короткого замыкания. Разработан и обоснован новый метод выбора уставки, существующей максимальной импульсной защиты фидеров +3,3 кВ по приращению тока на основе оптимальной защитной характеристики с учетом графику движения поездов, который позволяют использовать этот вид защиты в современных интеллектуальных микропроцессорных терминалах. Предложен и теоретически обоснован признак, который дает возможность распознавать причины отключения защитных аппаратов тяговых подстанций, короткое замыкание или токовая перегрузка. Метод основан на знании уровня максимального значения напряжения на быстродействующем выключателе непосредственно после его выключения и продолжительность этого отключения. По результатам экспериментальных и теоретических исследований для уменьшения влияния генераторных токов в режиме короткого замыкания, а также бросков токов в момент восстановления питания, предложена модернизация тяговых цепей электровозов, которая позволяет избежать повреждений контактной сети от действия сверхтоков и перенапряжений во время аварийных переходных процессов. В работе было установлено, что наибольшую опасность генераторные токи электровозов представляют при ослаблении возбуждения тяговых электродвигателей. Для уменьшения их влияния в работе предложен способ «запирающего диода» в шунтирующей ветви обмотки возбуждения электродвигателя электровозов постоянного тока. Для снижения бросков тока электровоза в период восстановления напряжения предложено использовать включение емкостного накопителя параллельно обмотке возбуждения тягового двигателя. Результаты диссертационной работы приняты к использованию в службах «Электроснабжения и электрификации» государственных предприятий Приднепровской и Донецкой железных дорог, а также при восстановлении и настройке работы токоприемников в условиях Днепропетровского моторвагонного депо.
ENG: The dissertation is dedicated to improve the efficiency of DC traction power supply system in the emergency modes. The many measures are offered to make easier the transient electromagnetic processes in the electric elements of DC traction power supply system. Abatement of the transient electromagnetic processes allow to improve the continuity and safety of the locomotives traffic, the operational safety of the electric elements of the traction power supply system, and minimization of the repairing losses. The mathematical models of the traction power supply system are designed. The relative location of the electric rolling stock and the short circuited point, the sections scheme of the traction power supply system, the scheme type of the traction drives connection, the field attenuation degree, and the numbers of the locomotives are analyzed using the data of the mathematical models calculation. Their influence on the basic transient electromagnetic coefficients, the character of the generator currents in the emergency modes of the power supply system and electric rolling stock are investigated in this dissertation too. The mathematical models allow to estimate the influence of the pantograph detachment duration, the position of the locomotive in the feeder area on the amplitude of the current pulse in the moments of the current collector “detachment-touchdown”. The simulation of the results allows to estimate the probability of the contact-wire line fusion in these emergency modes.
Description
Захист - 20 червня 2013 р., Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
перехідний процес, електровоз, система електричної тяги, тягова підстанція, швидкодіючий вимикач, тягова мережа, контактний провід, тяговий електричний двигун, генераторні струми, коротке замикання, переходный процесс, электроподвижной состав, система электрической тяги, тяговая подстанция, быстродействующий выключатель, тяговая сеть, контактный провод, тяговый электрический двигатель, генераторные тока, короткое замыкание, transient process, electric rolling stock, haulage system, traction substation, high-speed breaker, traction power supply system, contact-wire line, traction electric drive, currents of the generator mode, short circuit, КЕЕ
Citation
Михаліченко, П. Є. Наукове обгрунтування та розробка засобів підвищення ефективності роботи системи електричної тяги постійного струму при аварійних режимах : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.09. Дніпропетровськ, 2013. 422 с.