Результаты поиска

В статье представлены результаты исследований эффективности работы системы накопления электроэнергии в тяговом электроснабжении на примере одного из участков ОАО «РЖД». Рассмотрены результаты измерений электрических величин электроподвижного состава при движении по исследуемому участку железной дороги. На основе имитационного моделирования получена оценка влияния систем накопления электроэнергии на пропускную способность участка железной дороги. Построены графики изменения минимального межпоездного интервала и минимального напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в зависимости от мощности системы накопления, энергоемкости и пороговых напряжений для режимов заряда и разряда. Разработан алгоритм работы системы накопления электроэнергии на тяговой подстанции или линейном устройстве. На основе результатов моделирования построен график степени заряженности и определена зарядная характеристика, позволяющая поддерживать глубину разряда на уровне не более заданной. По результатам расчетов определены мощность, энергоемкость и зарядная характеристика системы накопления, обеспечивающие требуемый уровень напряжения на токоприемнике электроподвижного состава в границах межподстанционных зон.

При моделировании систем тягового электроснабжения, отражающем электрические процессы взаимодействия системы тягового электроснабжения и подвижных электрических нагрузок (электровозов и электропоездов), одним из элементов которых является организация имитации передвижения поездов в пространстве. Эффект перемещения поездов в имитационном моделировании (ИМ) в среде MatLab по заданному графику движения на анализируемом участке приводит к необходимости последовательного переключения моделей электроподвижного состава (ЭПС) к тяговой сети таким образом, что реализуется эффект его перемещения по участку. Однако в этом случае возникают процессы, реально не имеющие места в действительности. Это связано с реализацией дискретного способа моделирования перемещения, характеризующегося тем, что ЭПС, находящийся на одной ячейке - модели тяговой сети
в один момент времени, в последующий скачком переходит на другую. При этом ЭПС предыдущей ячейки отключается, а на ячейку следующей включается. При этом возникают не существующие в действительности процессы коммутации, искажающие результаты исследований. Методу снижения отрицательных последствий от таких искажений и посвящена данная статья.

Увеличение скоростей движения электроподвижного состава оказывает влияние на энергетические показатели работы системы тягового электроснабжения. Одним из технических решений задачи по выравниванию графика тяговой нагрузки для снижения потерь напряжения в контактной сети является применение систем накопления электроэнергии. В статье приведены результаты имитационного моделирования, позволяющие оценить изменение энергетических показателей электропоезда при увеличении скоростей движения для условий одиночного следования электропоезда по участку. По результатам тяговых расчетов показано влияние уровня напряжения на токоприемнике электропоезда на техническую скорость, отклонение которой для граничных значений напряжения в скоростном движении составляет около 1 %. Для выбранного участка скоростного движения и технических скоростей обоснован уровень напряжения для проведения тяговых расчетов. Получены зависимости изменения средних значений нагрузки и технической скорости при увеличении максимальной скорости движения до 250 км/ч. Определены статистические оценки для напряжения на токоприемнике электропоезда Velaro RUS. Показано влияние энергоемкости бортовой системы накопления при соответствующей зарядной характеристике на снижение максимальных токов. Получены зависимости для падения напряжения на токоприемниках электропоезда при увеличении скоростей движения. Выполнена оценка максимальной энергоемкости устройств накопления для наиболее тяжелых условий эксплуатации при одиночном следовании электропоезда по участку. Приведенные результаты позволяют определить перспективы совершенствования способа расчета энергетических показателей и применения систем накопления на участках скоростного движения в качестве бортовых систем и сравнить их эффективность со стационарными системами на основе имитационного моделирования, в котором реализуются различные алгоритмы управления.

В статье рассмотрен вопрос повышения эффективности работы преобразовательных агрегатов тяговых подстанций постоянного тока. Приведен алгоритм расчета потерь электроэнергии в преобразовательных агрегатах по фиксируемым системой действующим значениям фазного напряжения первичной обмотки трансформатора и тока нагрузки каждого преобразовательного агрегата. На примере условной тяговой подстанции дана оценка влияния уставок срабатывания режимной автоматики преобразовательных агрегатов на потери электрической энергии.

Выполнение расчетов показателей работы системы тягового электроснабжения в установившихся режимах ориентировано на решение широкого круга задач, связанных с выбором параметров силового оборудования тяговых подстанций, размещением линейного оборудования, сечения контактной подвески, сравнением вариантов по технико-экономическим показателям. В настоящее время появление различных регулируемых устройств в системе тягового электроснабжения обусловливает необходимость совершенствования методов и алгоритмов расчета, используемых в различных программных комплексах. В настоящей работе рассмотрены вопросы построения схем замещения при моделировании работы системы тягового электроснабжения в установившихся режимах с учетом устройств автоматического включения-отключения резервного преобразовательного агрегата тяговой подстанции и накопления электроэнергии. Представлены соответствующие схемы замещения и фрагменты алгоритмов расчета, учитывающие характеристики и режимы работы указанных устройств. Применение предложенных схем замещения позволяет учесть в расчетах различие внешних характеристик преобразовательных агрегатов, оценить соответствие уставок автоматики уровню электротяговой нагрузки и влияние работы устройства на уровень напряжения на шинах подстанции и в контактной сети, нагрузочную способность тяговых подстанций, а для устройства накопления с учетом зарядной и разрядной характеристик дополнительно оценить влияние на эффективность применения рекуперативного торможения. Предложенные алгоритмы работы устройств предназначены для совершенствования методов расчетов показателей системы тягового электроснабжения. В работе предложен усовершенствованный метод расчета показателей системы тягового электроснабжения, основанный на одновременном проведении тягового и электрического расчета, базирующийся на базе данных расчетов, выполненных для различных условий следования электроподвижного состава на участке железной дороги.

Одним из свойств надежности электроснабжения электроподвижного состава железных дорог является безотказная работа системы тягового электроснабжения в различных режимах ее работы. Для послеаварийных и вынужденных режимов работы системы тягового электроснабжения характерно снижение показателей нагрузочной способности. С целью обеспечения пропускной и провозной способности участка железной дороги по устройствам тягового электроснабжения предлагается рассмотреть применение устройств накопления электроэнергии на электроподвижном составе и в системе тягового электроснабжения. Исследования, проводимые отечественными и зарубежными учеными, позволяют оценить эффективность альтернативных решений по повышению надежности электроснабжения, к которым относятся различные варианты применения устройств накопления электроэнергии на электроподвижном составе и в системе тягового электроснабжения. В настоящей статье представлены результаты обзора указанных решений, предложена имитационная модель системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава с устройствами накопления электроэнергии на базе различных аккумуляторов и суперконденсаторов. Моделирование изменения режимов работы системы тягового электроснабжения выполнено с учетом управления состоянием коммутационных аппаратов. Результаты расчетов позволяют оценить падение напряжения на выходе накопителей электроэнергии, в том числе с учетом экспоненциальной зоны разрядной характеристики аккумуляторов, оценить изменение напряжения для заданной электротяговой нагрузки в зависимости от энергоемкости накопителя, выполненного на основе наиболее распространенных типов аккумуляторов и суперконденсатора.

Рассмотрен вариант применения цепной контактной компенсированной подвески с рычагами и боковым токосъемом для трехфазной системы тягового электроснабжения (ТСТЭ). Две разнофазные контактные подвески располагаются с разных сторон от оси пути. Электроподвижной состав должен иметь два токоприемника, которые давят на контактный провод от оси пути в противоположные стороны. Произведено описание конструкции контактной подвески в целом и основных узлов, в частности крепление стержней, что позволяет обеспечить вертикальный зигзаг и ограничить поперечное перемещение контактного провода. В точках у опор рычаги соединены с консолями и имеют узел для создания угловой жесткости. Кроме этого поворот данных рычагов ограничен в сторону к оси пути и в противоположную сторону. Этим самым предотвращается возможность схлестывания разнофазных контактных проводов. В соответствии с указанной конструкцией была разработана математическая модель данной контактной подвески на основе метода конечных элементов, обеспечивающая расчет в статике и динамике с учетом токоприемника. Для описания токоприемника используется распространенная трехмассовая модель. На основе анализа результатов, полученных с помощью данной модели, определено влияние конструктивных параметров подвески, поперечного ветра и скорости движения токоприемника на качество токосъема, установлены границы применимости рассматриваемой подвески в зависимости от величины данных параметров. Определено, что в отличие от обычной контактной подвески с вертикальным токосъемом для подвесок с боковым токосъемом значительное влияние на качество токосъема оказывает боковой ветер. Именно скорость ветра является основным фактором, ограничивающим возможность применения подвески с боковым токосъемом.

В статье освещены темы энергоэффективности тяги поездов в ОАО «РЖД». Обоснована актуальность научных исследований в данном вопросе. Приведены требования к организационно-техническим мероприятиям, внедряемым с целью повышения энергоэффективности тяги поездов. Определены группы факторов, фактически влияющих на показатели энергоэффективности. Предложено создание интеллектуальной системы мониторинга и планирования энергоэффективности тяги поездов. Сформулированы цели и задачи создания такой системы. Описаны основные особенности и классы интеллектуальных систем в контексте их применения для решения обозначенных в статье задач. Приведены функциональная схема предлагаемой системы и ее описание.

В работе рассматривается система тягового электроснабжения напряжением 27,5 кВ переменного тока. В программной среде MATLAB-Simulink разработана расчетная модель, учитывающая параметры системы внешнего электроснабжения, график движения поездов и токопотребление электротяговой нагрузки на межподстанционной зоне. Показано, что при выборе мощности компенсирующего устройства по среднему значению реактивной мощности, потребляемой одним поездом, прохождение его по межподстанционной зоне с постоянным значением потребляемого тока вызывает в проводах контактной сети такие же средние потери мощности, что и при отсутствии компенсирующего устройства. Увеличение числа поездов, одновременно находящихся на межподстанционной зоне при прежней мощности компенсирующего устройства, влечет за собой снижение потерь мощности в проводах контактной сети относительно аналогичной ситуации без компенсирующего устройства, однако реактивная мощность при этом компенсируется лишь частично. В расчетах компенсирующих устройств предлагается учитывать реальный существующий график движения поездов, на основе вероятностной оценки которого определяется среднесуточная реактивная мощность, потребляемая электроподвижным составом. При этом необходимо учитывать потери мощности в контактной сети. Применение нерегулируемых компенсирующих устройств целесообразно на участках с постоянно присутствующей нагрузкой. При выборе ступенчатых устройств поперечной емкостной компенсации предложено рассчитывать их мощность на основании вероятностного анализа графика движения поездов и токопотребления на межподстанционной зоне. При вероятности появления определенного количества поездов, превышающей 50 %, наиболее эффективными оказываются компенсирующие устройства, мощность которых выбрана на основе среднестатистического потребления мощности всеми поездами без учета времени отсутствия нагрузки на межподстанционной зоне, а также двухступенчатые устройства, мощность первой ступени которых выбрана по токопотреблению двух наиболее вероятных случаев появления числа поездов.

Проанализированы недостатки используемых в тяговом электроснабжении ступенчатой системы автоматического регулирования напряжения под нагрузкой (АРПН) и системы бесконтактного автоматического регулирования напряжения (БАРН) с реакторным переключающим устройством преобразовательного трансформатора. Рассмотрена схема тиристорно-реакторного переключающего устройства (ТРПУ), подключенного к первичной обмотке трансформатора. Приведено краткое описание работы трансформатора с ТРПУ и порядок расчета симметричных и несимметричных внешних естественных характеристик преобразовательного агрегата с ТРПУ. На основании зависимости энергетических показателей преобразовательного агрегата от сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ предложена методика расчета рационального сопротивления неуправляемого реактора, где за критерий рациональности принят коэффициент мощности преобразовательного агрегата. Методика включает в себя два этапа: первый - расчет семейства значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата в зависимости от сопротивления неуправляемого реактора и тока нагрузки преобразовательного агрегата; второй - определение среднего по току нагрузки значения коэффициента мощности преобразовательного агрегата для каждого рассматриваемого значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ и определение рационального для рассматриваемых внешних естественных характеристик агрегата. В соответствии с представленной методикой произведен расчет минимального допустимого и рационального сопротивлений неуправляемого реактора ТРПУ в составе преобразовательного агрегата с преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10. С учетом выбранного рационального значения сопротивления неуправляемого реактора ТРПУ произведен расчет и представлены внешние естественные характеристики преобразовательного агрегата с ТРПУ и преобразовательным трансформатором ТРДП-16000/10. Проверка работоспособности представленной методики расчета для решения задачи выбора рационального сопротивления неуправляемого реактора была проведена на физической модели преобразовательного агрегата c ТРПУ, с 12-пульсовым выпрямительным блоком, с трансформатором мощностью 30 кВ∙А и линейным первичным напряжением 380 В. Сравнение экспериментальных и расчетных значений показало незначительное расхождение, не превышена допустимая погрешность. Определение величины сопротивления неуправляемого реактора на основании разработанной методики обеспечивает получение наибольших значений коэффициента мощности преобразовательного агрегата.

В статье рассматривается вопрос применения систем накопления электроэнергии на железнодорожном транспорте. Отмечено, что они применяются в возобновляемых источниках энергии и на гибридных маневровых тепловозах. Указана возможность применения систем накопления электроэнергии для повышения эффективности использования электроэнергии на тягу поездов. Внедрению систем накопления электроэнергии в системе тягового электроснабжения препятствуют высокие капитальные затраты и необходимость усиления сразу нескольких смежных межподстанционных зон. Предложено рассмотреть возможность создания мобильной системы накопления электроэнергии, все оборудование которой будет размещаться в контейнерах, установленных на грузовые платформы, что позволит оперативно перемещать такую систему. Целью внедрения мобильной системы накопления электроэнергии является временное усиление системы тягового электроснабжения во время проведения планового капитального или аварийно-восстановительного ремонта одного из путей на двухпутных участках железной дороги, когда возникает необходимость пакетного пропуска поездов поочередно в четном и нечетном направлениях по одному пути. Возможность применения мобильной системы накопления электроэнергии рассмотрена на примере реального участка железной дороги. Для заданного графика пропуска пакетов поездов определены зависимость отбираемой мощности накопителя от времени, максимальная мощность и номинальная эффективная энергоемкость системы накопления. Дана оценка стоимости системы накопления электроэнергии. Показано, что более 70 % от общей стоимости системы накопления электроэнергии приходится на импортную подсистему преобразования энергии. Сделан вывод о необходимости разработки отечественных преобразовательных подсистем.

Контактная сеть является одним из наиболее уязвимых элементов системы тягового электроснабжения. Превалирующее число событий в хозяйстве электроснабжения связано именно с контактной сетью. Статья посвящена методике бесконтактной диагностики контактной сети электрифицированных железных дорог. В работе предлагается использовать способ диагностики контактной сети на основе оптических элементов с последующей цифровой обработкой данных и расчетом геометрических параметров. Данный способ отличается невысокой стоимостью устройства в отличие от аналогов и высокой точностью расчета. Приводятся анализ и выбор оптимальных мест установки оптических устройств. Представлена методика бесконтактной диагностики проводов контактной сети электрифицированных железных дорог.

Проведен анализ влияния организации формирования соединенных грузовых поездов на пропускную способность участков железных дорог. Представлены результаты электрических расчетов системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ трех участков Свердловской и Южно-Уральской железных дорог при регулировании скорости движения поездов от 50 до 100 км/ч с различными локомотивами при пропуске двух одиночных и одного соединенного грузовых поездов с применением системы бесконтактного автоматического регулирования напряжения в контактной сети, позволяющих дать оценку пропускной способности трех участков. В ходе проведения расчетов применялась разработанная уточняющая методика с применением поправочных токовых коэффициентов KIхх и KIст. Доказана необходимость их применения в электрических расчетах.

В статье описаны общие принципы создания расчетной модели системы тягового электроснабжения железных дорог постоянного тока для оценки потенциала энергоэффективности рекуперативного торможения, а также способы апробации полученной модели с целью установления степени ее адекватности.

В статье рассмотрены различные подходы при оценке токовых уставок на включение и отключение второго преобразовательного агрегата при внедрении систем резервирования мощности тяговых подстанций постоянного тока. Рассмотрены преимущества и недостатки существующих методов. Предложен видоизмененный алгоритм расчета токовых уставок срабатывания режимной автоматики преобразовательных агрегатов. Сравнительный анализ токов срабатывания автоматики преобразовательного агрегата выполнен на примере тяговых подстанций действующего участка Западно-Сибирской железной дороги.

В статье рассмотрены основные виды повреждений изоляторов контактной сети, приведена статис-тика по их отказам. Выявленные недостатки в существующих методах диагностирования говорят об ак-туальности проблемы, особенно на участках железных дорог постоянного тока. Произведены экспериментальные исследования по измерению напряженности электростатического поля на гирляндах изоляторов. Анализ проведенных исследований показал, что наличие в гирлянде неисправных изоляторов приводит к увеличению напряженности электростатического поля вокруг них. Предложены техническое устройство бесконтактного измерения электростатического поля и методика определения неисправного изолятора в гирлянде.

Совершенствование методов электрических расчетов в общем случае направлено на повышение точности получаемых результатов. Одним из направлений совершенствования методов расчета является учет в расчетах различных факторов, оказывающих влияние на точность расчета параметров системы тягового электроснабжения. В настоящей статье рассмотрен подход, направленный на совершенствование метода электрического расчета в части повышения точности путем изменения алгоритма расчета и учета ряда дополнительных факторов.

Рассмотрены условия работы проводов контактной сети в части термомеханических нагрузок. Проанализированы результаты испытаний проводов контактной сети с целью определения относительной скорости удлинения провода. Представлены результаты испытаний контактных проводов и несущих тросов по определению разрывного усилия при различной температуре. Предложены допустимые зна-чения температуры нагрева для медных и бронзовых проводов в условиях эксплуатации и коэффициенты запаса прочности для них.

В статье рассматривается вопрос методологии остановки имитационного моделирования при использовании современных инструментальных средств, каковым является, например, среда MatLab. В частности, проанализированы факторы, определяющие длительность моделирования при заданном уровне точности искомых результатов.

В статье рассматривается подход к оценке влияния на расход электроэнергии на тягу поездов параметров графика движения в условиях применения рекуперативного торможения. Поиск варианта с минимальным потреблением энергии основан на моделировании графика движения при различных межпоездных интервалах в условиях организации пакетного обращения поездов на участке железной дороги. По результатам моделирования предлагается представить полученную зависимость изменения расхода электроэнергии от параметров графика движения поездов в виде аналитической функции нескольких переменных n-го порядка для последующего применения при построении нормативных графиков движения с целью сокращения расхода электроэнергии на тягу поездов.

В статье приведен анализ составляющих энергетической эффективности рекуперативного торможения и факторов, влияющих на эффективность применения рекуперативного торможения и использования энергии рекуперации. Описаны методы оценки энергетической эффективности рекуперации и результаты экспериментальных исследований эффективности рекуперации. Выполнено обоснование использования метода имитационного моделирования как способа оценки потенциала рекуперативного торможения. Представлена последовательность выполнения работ.

В настоящее время нечеткие нейронные сети нашли широкое применение при моделировании сложных производственных процессов. В статье рассмотрено применение нечеткой логики для формирования математической модели электропотребления на железнодорожном транспорте на примере тяговой подстанции Дорогино. Представлен алгоритм выбора структуры нечеткой нейронной сети, в том числе вида и коли-чества функций принадлежности на входе и количества циклов обучения. Выполнен сравнительный анализ полученных структур путем оценки средней квадратической ошибки.

В статье рассматриваются вопросы, связанные с теоретическими и экспериментальными исследованиями режимов работы системы тягового электроснабжения. Выполнен сравнительный анализ напряжений на шинах тяговых подстанций с неуправляемыми выпрямителями и шинах тяговых подстанций с преобразовательными агрегатами, оборудованными системой бесконтактного автоматического регулирования напряжения, показаны различия между ними. Детально исследованы режимы работы активного поста секционирования с пунктом повышения напряжения. В результате исследований выявлено, что продолжительность наблюдения максимальных значений напряжения на шинах подстанции выше среднего уровня напряжения холостого хода составляет около 5 - 10 % от времени суток, на активных постах - около 7 - 8 %, на пассивных - 10 - 13 %. Максимальная мощность в активном режиме работы поста секционирования с пунктом повышения напряжения при понижении напряжения в контактной сети составляет 2,9 МВт. Средний объем электроэнергии, возвращаемый в контактную сеть пунктом повышения напряжения, за один эпизод составляет 170 кВт·ч. Средняя продолжительность работы в активном режиме для одного случая

Рассмотрены вопросы применения технологий интеллектуальных сетей (smart grid) для управления ка-чеством электроэнергии в системах электроснабжения железных дорог переменного тока. Описана структура интеллектуальной системы тягового электроснабжения. Дана классификация технических средств управления режимами системы тягового электроснабжения и качеством электроэнергии. Предложен алгоритм моделирования режимов интеллектуальных электроэнергетических систем, питающих электротяговые нагрузки, отличающийся тем, что в его основу положено совместное использование имитационных и динамических моделей активных элементов smart grid. Результаты моделирования подтверждают применимость разработанных методов для решения задач управления качеством электроэнергии.

В статье приведены основные результаты проведения экспериментальных исследований в границах межподстанционных зон Фадино - Новоселецк, Новоселецк - Стрела участка Входная - Иртышское. В результате проведения исследований выявлены проблемы, которые в настоящее время препятствуют организации онлайн-мониторинга эксплуатационных показателей электроподвижного состава (ЭПС) и устройств электроснабжения: недостаточность данных о работе тяговых подстанций, наличие ЭПС без систем регистрации параметров движения (РПД), отсутствие процесса по сбору данных с РПД, отсутствие единого источника и процесса по получению данных, недостаточный объем памяти запоминающего устройства картриджа, отсутствие фиксации данных о работе локомотива в целом, недостаточный набор фиксируемых параметров, непостоянная дискретизация фиксации параметров, недостаточно детальная итоговая документация, несовершенство программного обеспечения для экспорта данных с картриджей и отсутствие привязки к глобальному времени. Показана возможность организации стыковки данных с различных автоматизированных систем ОАО «РЖД» и измерительных систем ОмГУПСа, которая позволит оценивать потери в тяговой сети, расход на собственные нужды электроподвижного состава, расход электроэнергии на тягу и возврат электроэнергии в контактную сеть, а также перейти к реализации предикативного управления режимами работы электроподвижного состава и энергетической инфраструктуры железных дорог в изменяющихся условиях перевозочного процесса, что позволит обеспечить наилучшие условия для реализации силы тяги, рекуперативного торможения, заданных графиков движения поездов, в том числе при критических ограничениях со стороны системы электроснабжения, не допуская остановку движения поездов.