Кількісна оцінка стійкості системи тягового електропостачання постійного струму за напругою

Abstract

Розвиток і впровадження швидкісного руху вимагає зміни підходів до модернізації системи тягового електропостачання, оскільки застосовувана система тягового електропостачання постійного струму не завжди може забезпечити передачу електроенергії необхідної потужності і якості. До обмежень, що виникають, відносяться зниження напруги на струмоприймачах електровоза нижче допустимого для нормальної експлуатації значення і нагрів проводів контактної мережі, що зумовлює втрату їх механічної міцності. Процес електроспоживання в тяговій мережі відбувається під впливом різнорідних збурень: зміни режимів роботи електрорухомого складу в залежності від особливостей графіка руху поїздів, профілю колії і наявних обмежень, короткочасних відривів струмоприймачів і різного роду перехідних процесів, тому режим напруги в тяговій мережі під впливом цих збурень має нестаціонарний коливальний характер з різкими змінами напруги, які можуть призвести до зниження стійкості взаємодії системи тягового електропостачання та електрорухомого складу. За наявності таких важкоконтрольованих факторів система може виходити на межу стійкості з різними значеннями параметрів, що впливають. Для оцінки запасу стійкості в вузлах навантаження енергосистем використовуються коефіцієнти запасу за напругою, так як напруга на шинах є основним контрольованим параметром для живлячих розподільних підстанцій. Саме такий підхід, із застосуванням практичних критеріїв стійкості за напругою, і був застосований в цій роботі. Результати розрахунків критеріїв стійкості за напругою при функціонуванні системи тягового електропостачання на реальній ділянці електрифікованої залізниці дозволили встановити статичну нестійкість за напругою в окремих перетинах тягової мережі. Звідси випливає, що існуючі схеми живлення не дозволяють витримувати необхідний режим напруги в тяговій мережі і забезпечувати необхідну стійкість за напругою при швидкісному русі, що зумовлює необхідність переходу до нових схемним рішень систем тягового електропостачання.

The development and implementation of high-speed traffic requires a change in approaches to the modernization of the traction power supply system since the applied DC traction system cannot always provide electricity with required power and quality. The resulting limitations include reducing the voltage on the pantograph of an electric locomotive below the permissible value for normal operation and heating the wires of the contact line, which contributes to the loss of their mechanical strength. The process of power consumption in the traction line occurs under the influence of different disturbances: changes in the operating modes of the electric rolling stock depending on the features of the train schedule, the track profile and available limitations, short-time detachment of pantograph and various transient processes; therefore, mode of voltage under the influence of these disturbances has a non-stationary oscillatory character with sudden changes in voltage that lead to a decrease in the stability of the interacting systems - power supply and electric rolling stock. In the presence of such hard-to-control factors, the stability limit may occur at different values of the influencing parameters. To estimate the stability margin in load nodes of power systems, reserve voltage factors are used, since the voltage on the bus bars is the main monitored parameter for power distribution substations. This approach on the basis of practical stress stability criteria has been applied in this work. The results of the calculation of the stress stability criteria for the functioning of the traction power supply system on the real section of the electrified railway allowed establishing static voltage instability in the individual sections of the traction line. It allowed making a conclusion that the existing power schemes do not allow to maintain the necessary voltage mode in the traction line and provide the necessary voltage stability for high-speed traffic that leads to the transition to new circuit solutions for traction power supply systems.

Развитие и внедрение скоростного движения требует изменения подходов к модернизации системы тягового электроснабжения, поскольку применяемая система тягового электроснабжения постоянного тока не всегда может обеспечить передачу электроэнергии необходимой мощности и качества. К возникающим ограничениям относятся снижение напряжения на токоприемниках электровоза ниже допустимого для нормальной эксплуатации значения и нагрев проводов контактной сети, что способствует потере их механической прочности. Процесс электропотребления в тяговой сети происходит под влиянием разнородных возмущений: изменения режимов работы электроподвижного состава в зависимости от особенностей графика движения поездов, профиля пути и имеющихся ограничений, кратковременных отрывов токоприемников и различного рода переходных процессов, поэтому режим напряжения в тяговой сети под влиянием этих возмущений имеет нестационарный колебательный характер с резкими изменениями напряжения, что может приводить к снижению устойчивости взаимодействующей системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава. При наличии таких трудно контролируемых факторов, предел устойчивости может наступать при различных значениях влияющих параметров. Для оценки запаса устойчивости в узлах нагрузки энергосистем используются коэффициенты запаса по напряжению, так как напряжение на шинах является основным контролируемым параметром для питающих распределительных подстанций. Именно такой подход, с применением практических критериев устойчивости по напряжению, и был применен в данной работе. Результаты расчетов критериев устойчивости по напряжению при функционировании системы тягового электроснабжения на реальном участке электрифицированной железной дороги позволили установить статическую неустойчивость по напряжению в отдельных сечениях тяговой сети. Отсюда следует, что существующие схемы питания не позволяют выдерживать необходимый режим напряжения в тяговой сети и обеспечивать необходимую устойчивость по напряжению при скоростном движении, что обуславливает необходимость перехода к новым схемным решениям систем тягового электроснабжения.