автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения в условиях протекания уравнительных токов и применения рекуперативного торможения

На правах рукописи

ПРИВАЛОВ Станислав Янович

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПРОТЕКАНИЯ УРАВНИТЕЛЬНЫХ ТОКОВ И ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 в ИЮН 2011

ОМСК 2011

4850186

Работа выполнена в Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПСе).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ЧЕРЕМИСИН Василий Титович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ДЕМИН Юрий Васильевич;

кандидат технических наук, доцент ОЩЕГЖОВ Владимир Александрович.

Ведущая организация:

Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).

Защита диссертации состоится 1 июля 2011 г. в 09 часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при Омском государственном университете путей сообщения по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 30 мая 2011 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; e-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор

О. А. Сидоров.

Омский гос. университет путей сообщения, 2011

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт является энергоемким потребителем электроэнергии. В 2010 г. для нужд электрической тяги израсходовано 38,59 млрд кВт-ч электроэнергии, что составило 3,8 % от ее общей выработки в стране. В этот же период доля затрат на оплату электроэнергии в среднем по сети дорог России составила 7,5 % от общих эксплуатационных расходов, а на отдельных железных дорогах превышала 9 %.

В соответствии с распоряжением президента ОАО «Российские железные дороги» от 11 февраля 2008 г. утверждена Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года. Одним из главных целевых ориентиров стратегии является снижение энергоемкости перевозочного процесса.

Закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» направлен на организацию и проведение дополнительных экономических и организационных мероприятий по стимулированию энергосбережения и повышению энергетической эффективности. Для ОАО «РЖД» актуален вопрос повышения энергетической эффективности железнодорожного транспорта, в том числе на тягу поездов.

Одним из эффективных направлений в области снижения энергоемкости перевозочного процесса и повышения энергетической эффективности является снижение протекания реактивной мощности по сетям, уравнительных потоков мощности; стабилизация напряжения на шинах тяговых подстанций и улучшение показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения.

При наличии уравнительных токов и применении рекуперативного торможения на ряде тяговых подстанций переменного тока наблюдается возврат электрической энергии в систему внешнего электроснабжения. Однако некоторые энергосбытовые компании отказываются учитывать возвращаемую из тяговой сети электрическую энергию по причинам ее низкого качества, что снижает энергетическую эффективность системы тягового электроснабжения (СТЭ).

Цель диссертационной работы - повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения путем обеспечения условий внедрения сальдированного учета электрической энергии при протекании повышенных уравнительных токов и применении рекуперативного торможения за счет

выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации.

Дня достижения указанной цели были поставлены следующие задачи: провести экспериментальные исследования уравнительных токов в тяговой сети и показателей качества электрической энергии на шинах тяговых подстанций переменного тока, характеризующихся возвратом электрической энергии от уравнительных потоков мощности в системе тягового электроснабжения и рекуперативного торможения;

выполнить выбор параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации по существующему методу для действующего участка электрифицированной железной дороге со сложным профилем пути при наличии уравнительных токов и применении рекуперативного торможения;

усовершенствовать методику выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения;

провести натурные исследования показателей качества электрической энергии при выбранном варианте включения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов;

усовершенствовать метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, с целью определения вторичных потоков мощности от несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки и потерь в системе тягового электроснабжения в режимах нагрузки и рекуперативного торможения;

обосновать возможность применения сальдированного учета электрической энергии в условиях рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов при применении фильтрокомпенсирующих устройств.

Методы исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, а также имитационное моделирование системы тягового электроснабжения на ЭВМ в программных комплексах Кортэс, Рагопогс! «Расчеты режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения в фазных координатах» и ВопЫ «Итерационный метод расчета участка электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку». Использованы основные законы и методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей, положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с применением 18-канальных измерительно-

вычислительных комплексов (ИВК) «Омск-М» с последующим использованием пакета прикладных программ обработки экспериментальных данных.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: решен комплекс задач по повышению энергетической эффективности системы тягового электроснабжения в условиях протекания уравнительного тока и применения рекуперативного торможения.

К наиболее значимым необходимо отнести такие теоретические результаты: усовершенствована методика выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации, учитывающая показатели качества электрической энергии (ПКЭ) в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения;

предложены алгоритмы определения вторичных потоков мощности в системах тягового и внешнего электроснабжения, позволяющие оценить эффективность выбранных параметров установок продольной и поперечной емкостной компенсации в режимах тяги и рекуперации за счет снижения потерь электрической энергии от несимметрии и нелинейности электротяговой нагрузки.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных на действующих тяговых подстанциях Северной, Южно-Уральской, Западно-Сибирской, Красноярской, Забайкальской, Дальневосточной железных дорог.

Практическая ценность и реализация результатов работы: усовершенствованная методика выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации за счет использования имитационного моделирования в программном комплексе Рагопогс! в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения позволяет учитывать требования, предъявляемые к качеству электрической энергии;

усовершенствованный метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, позволяет определять вторичные потоки мощности от несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки и потери в СТЭ в режимах тяговой нагрузки и рекуперативного торможения;

разработаны и внедрены на сети железных дорог методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на пятой европейской научно-технической конференции «Транспорт как средство глобализации» (Чехия: Прага и Пардубице, 2007); на XIV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск, 2008); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008); на научно-техническом семинаре кафедры «Теоретическая электротехника» Омского государственного университета путей сообщения (Омск, 2010); на научно-техническом семинаре Омского государственного университета путей сообщения «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных статей (из них четыре - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературных источников из 127 наименований и пяти приложений и содержит 174 стр. основного текста, 108 рисунков и 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, указаны научная новизна :л практическая ценность работы.

В первом разделе проведен анализ состояния качества электрической энергии и уравнительных токов на тяговых подстанциях сети железных дорог переменного тока, на которых наблюдается возврат электрической энергии. Рассмотрено состояние технических средств по повышению качества электрической энергии и снижению уравнительных потоков мощности.

Показано, что одним из эффективных направлений в области снижения энергоемкости перевозочного процесса и повышения энергетической эффективности является улучшение показателей качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах, что также позволит обеспечить сальдированный учет электрической энергии при наличии уравнительных потоков мощности и применении рекуперативного торможения.

Вопросам улучшения качества электрической энергии, электромагнитной совместимости электрических сетей в системах тягового электроснабжения посвящены работы М. П. Бадёра, Б. М. Бородулина, А. С. Бочева, А. Т. Буркова, JI А. Германа, Б. Е. Дынысина, Д. В. Ермоленко, И. В. Жежеленко, Ю. С. Железко,

6

Предельно допустимое значение (4%) для К2ц

Предельно допустимое значение (3%) для К.и

В. П. Закарюкина, Р. й. Караева, А.Б.Косарева, Б.И.Косарева, Л. А. Кучумова, Р. Р. Мамошина, Н. И. Молина, А. И. Тамазова, М. Г. Шалимова и других ученых.

Для проведения анализа качества электрической энергии в СТЭ проведены экспериментальные исследования по измерению ГЖЭ на шинах 220, 110, 35, 27,5 и 10 кВ всех тяговых подстанций переменного тока по сети железных дорог, на которых наблюдается возврат электроэнергии, обусловленный либо наличием уравнительного тока (УТ), либо применением рекуперативного торможения. Для проведения анализа состояния качества электрической энергии построены зависимости коэффициента искажения синусоидальности кривой питающего напряжения и коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности по шинам 110 и 27,5 кВ от активной мощности для всех исследуемых тяговых подстанций.

Результаты экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии на шинах высшего напряжения тяговых подстанциях переменного тока приведены на рис 1.

Показатели качества электрической энергии, отпускаемой потребителям, получающим питание от шин тяговых подстанций, превышают нормально допустимые значения, установленные в ГОСТ 13109-97 и в основном превышают

предельно допустимые значения при пропуске тяжелых поездов и незначительной мощности системы внешнего электроснабжения.

Значительный вклад в изучение уравнительных токов внесли ученые и специалисты ВНИИЖТа, МИИТа, РГУПСа, ОмГУПСа и других организаций.

Вопросы определения и ограничения перетоков мощности по контактной сети представлены в работах Б. М. Бородулина, А. С. Бочева, А. И. Бунина, Л. А. Быка-дорова, Л. А. Германа, В. Т. Доманского, В. А. Кващука, Ю. В. Кондратьева,

■ - нормально допустимое значение

установившегося отклонения напряжения;

И - среднее значение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности (К2и).

(^3 - среднее значение установившегося отклонения напряжения на шинах высшего напряжения для исследуемых тяговых подстанций; □ - среднее значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (Ки);

Рис. 1. Результаты экспериментальных исследований ПКЭ на тяговых подстанциях переменного тока

120— А 100 90 80

70— 60— 50 40 30 20 10

I

48,5

g

H

И

Г.В.Кузнецова, Р.Р.Мамошина, Г. Г. Марквардга, В.Т.Черемисина, Ю.А.Чернова и других авторов. ' '

В результате проведенных экспериментальных исследований УТ на тяговых подстанциях переменного тока по сети яселезных дорог (рис. 2), на которых: наблюдается возврат электроэнергии, можно выделить следующее: режим протекания уравнительного тока являются длительным установившимся режимом, величина уравнительного тока колеблется от 30 до 120 А, а на отдельных межподстанпи-онных зонах может достигать 255 А. Протекание уравнительного тока вызывает значительные потери (например, для 'у Красноярской железной дороги годовые потери электроэнергии от протекания уравнительных токов составили 14,63 млн кВт-ч, - около 1,17 % от общего количества электрической энергии, отпущенной с шин 27,5 кВ). В среднем на каждой межподстаниионной зоне, где протекает уравнительный ток, в год теряется около 400 тыс. кВт-ч электроэнергии.

Второй раздел посвящен исследованию ГТКЭ и уравнительных потоков мощности на участке СТЭ с выбранными параметрами устройств компенсации реактивной мощности существующими и предлагаемым способами.

Существующая «Инструкция о порядке выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения переменного тока» (утверждена ЦЭ 20 октября 2010 г.) не соответствует требованиям Энергетической стратегии ОАО «РЖД» и постановлению правительства РФ №117 от 03.03,2010 «О порядке отбора субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, оказывающих услуги по обеспечению системной надежности», где сказано, что при заюаочении договора на электроснабжение следует выделять мероприятия по обеспечению удовлетворительных ПКЭ по объектам, указанным сетевой компанией.

Существующий метод выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации не учитывает величин}' ПКЭ на тя-

Л - среднее значение уравнительных токоа в исследуемых МПЗ железных дорог.

Рис. 2. Результаты проведенных экспериментальных исследований УТ на тяговых подстанциях переменного тока

говых подстанциях (ТП) исследуемого (расчетного) участка, значений уравнительных токов в контактной сети (КС), влияния рекуперативного торможения ЭПС, величины потерь мощности в СТЭ, возможности одновременной установки продольно-емкостной компенсации (УПК) на ТП и устройства поперечной компенсации (КУ) на посту секционирования (ПС).

Учет перечисленных особенностей возможен лишь путем совершенствования существующего метода применением одного из известных методов имитационного моделирования электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку. Анализ методов расчета системы тягового электроснабжения показал, что наиболее приемлемы для этого программные продукты ВНИИЖГа Кортэс (не учитывает УТ) и ИрГУПСа Рагопог«!.

Усовершенствована методика выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации с применением имитационного моделирования и проведены расчеты для реального участка электрифицированной железной дороги со сложным профилем пути (рис. 3). Участок характеризуется наличием возврата электроэнергии, обусловленного протеканием УТ и наличием рекуперативного торможения. Режим рекуперативного торможения оказывает дополнительное негативное влияние на ПКЭ исследуемого участка.

АСУ-400

АСО-4СЮ

АСО-400

110 кВ

Рис. 3. Схема внешнего электроснабжения участка Тб. - Тш. КярЖД

Последовательность Еыбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях применения рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов приведена на рис. 4. В результате имитационного моделирования получено, что при установке КУ на ПС с увеличением мощности устройства растут потери мощности в СТЭ, в то же время при установке КУ на тяговых подстанциях потери мощности в СТЭ изменяются незначительно.

УТ практически не зависит от мощности КУ при его расположении на ПС (рис. 5). При установке КУ на тяговых подстанциях с увеличением мощности КУ возрастает УТ в МПЗ.

По результатам имитационного моделирования для обеспечения минимально допустимого напряжения на токоприемнике ЭПС принято решение об установке УПК в фазах на ТП Б. и Ю. и КУ мощностью 3 Мвар на ПС.

Выполнено сравнение вариантов установки КУ и двухрезонансного фильтрокомпенсирущего устройства (ФКУ) по коэффициенту искажения синусоидальности питающего напряжения на фидерах контактной сети (ФКС) тяговых подстанций Ю. и Б. (рис. б). Как видно установка двухрезонансного ФКУ на ПС позволяет добиться меньших значений коэффициента искажения синусоидальности питающего напряжения на ФКС, а поэтому для обеспечения норм качества электроэнергии на стороне ] ™ высшего напряжения целесообраз- I 101 но устанавливать на ПС фильтро-компенсирующие устройства. 2-

Третий раздел посвящен экспериментальным исследованиям энергетических показателей на действующем участке электрифицир.^.

Рис. 4. Последовательность выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях применения рекуперативного торможения и протекания УТ в МПЗ ТП1 -ТП2

КУ на та Б. КУ наТГНО^"

—------ КУ на ПС

3000 О -

Рис. 5. Зависимость УТ от мощности КУ при наличии УПК в фазах на тяговых подстанциях Ю. и Б. и КУ на ТП Б., ТП Ю., ПС

ной железной дороге с рассчитанным!, тараметрами компенсирующих устройств при наличии рекуперативного торможени. -. ч протекании уравнительного тока.

Дня проведения анализа динамики ГПСЭ энергии на границе балансовой принадлежности и шинах сторонних потребителей при движении ЭПС в режимах тяги и рекуперации с учетом уравнительных токов был выполнен натурный эксперимент на действующей тяговой подстанции Б. и межподстанционных зонах Ю. - Б. и Б. - Ч. Красноярской железной дороги с рассчитанными во втором разделе параметрами КУ (установлены УПК в фазах на ТП Б. и ТО Ю. и КУ мощностью 3 Мвар на ПС). Для этого на тяговой подстанции были подключены два 18 канальных ин-формационно-вьиислительных комплекса ИВК «Омск-М» (на всех сторонах тягового трехобмоточного трансформатора и фидерах контактной сети).

Синхронные измерения коэффициентов искажения на высокой, средней и низкой сторонах тягового трансформатора показали, что коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности на тяговой и районной обмотках трансформатора практически совпадают как в режиме тяги, так и в режиме рекуперации (рис. 7).

квар 7000

Рис. 6. Зависимость коэффициента искажения синусоидальности питающего напряжения на ФКС от мощности КУ (при наличии УПК в фазах на ТП Ю. и Б. и ФКУ или КУ на ПС) при пропуске пакета поездов по участку Ю. - Б.

Тяга какб (10 кЗ) I Рекуперация ' Л

кив (10 кВ) 1 д/ 1 V ^ "Ш1РКВ) ■ ...кисгакВ) ^ / : \ „ , Л . /Л

/ V—Л ЧД/ ; V ^ ^Ч/ ки'в (220 кБ) )

6:25:4В 6:36:53 6:43:04 649:15

а 6

Рис. 7. Графики коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения (а) и коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности (б) на вводах (10; 27,5; 220 кВ) тягового трансформатора ТП Б. при движении по МПЗ Б. - Ю.

Экспериментальные исследования ПКЭ при двустороннем питании меж-подстанционных зон, при тяжелом профиле пути и интенсивном движении показали, что коэффициент искажения синусоидальности питающего напряжения на

вводах 10 и 220 кВ превышал нормально допустимые и предельно допустимые значения, установленные ГОСТ 13109-97 в течение длительного периода времени.

Для синхронного измерения ПКЭ на тяговой подстанции Б. и на ЭПС была собрана схема питания двух, консолей. Экспериментальный электровоз ВЛ-80тк был оборудован измерительным трансформатором напряжения ЭНОМ-35 и ИВК «Омск-М».

Коэффициент искажения синусоидальности питающего напряжения на вводах 10 и 220 кВ превышал нормально допустимые значения за весь период измерений и предельно допустимые значения, установленные ГОСТ 13109-97, в течение длительного периода времени.

Применение КУ на ПС приводит к некоторому улучшению качества электрической энергии, но на участках со сложным профилем пути качество электрической энергии остается неудовлетворительным, в связи с большой величиной 5-й и 7-й гармонических составляющих напряжения (рис. 8). Как показало моделирование, на таких участках необходимо рассматривать вопрос об установке на ПС ФКУ.

2,5 % от 2 амплитуды [ ^

1

гармоники

0,5

10 15 20 Номер гармоники -

I п П П ПЯ П П п;

амплитуды, 5 1-й

5 10 15 20 25 Номер гармоники -

РПйпПпп

а б

Рис. 8. Спектр гармоник напряжения на тяговой подстанции Б. (27,5 кВ) при максимальной тяге (а) и максимальной рекуперации (б)

Четвертый раздел посвящен анализу вторичных потоков мощности в СТЭ и системе внешнего электроснабжения (СВЭ) от несимметрии и нелинейности электротяговой нагрузки в условиях тяги поездов и применения рекуперативного торможения для оценки эффективности выбранных параметров установок продольной и поперечной емкостной компенсации.

Для моделирования вторичных потоков мощности от токов обратной последовательности и высших гармонических составляющих (ВГ) в системе тягового электроснабжения в условиях тяга поездов и применения рекуперативного торможения при различных схемах включения компенсирующих устройств был доработан программный комплекс ОмГУПСа ВопЫ, в котором на расчетном участке комплексное значение потока мощности от токов обратной последовательности, возвращаемого в СВЭ, определяется по формуле:

Р . (2) .(2)

ScB3=3E UIAjIlAj, О)

j=l

TOeUiAj- комплексное действующее значение напряжения обратной последовательности фазы «А» на высокой стороне тягового трансформатора (из расчета схе-

*(2)

мы замещения прямой последовательности), В; Ii Aj — сопряженный комплекс тока обратной последовательности фазы «А» на высокой стороне тягового трансформатора, А; р — количество тяговых подстанций на расчетном участке.

Потери электрической энергии в тяговой сети на v-й гармонике вычисляются по формуле:

STC=JjReürwIw, (2)

;=1 /=1

где£/ - комплексное действующее значение напряжения на г'-м элементе на v-й

*

гармонике в j-й фидерной зоне, В; I v/— сопряженный комплекс тока на г'-м элементе на v-й гармонике в j-й фидерной зоне, А; q - число элементов в у'-й фидерной зоне; к - число межподстанционных зон на расчетном участке. Общие потери в СВЭ определяются по выражению:

п т . (D.0) п т . (2) *(2)

Роы = X Z Re(u« ь/) +Х £ Ъ') ■

V = 1 /=1 V = 1 1 = 1

. (1) . (2)

где U vi ,U Vi - комплексное действующее значение напряжения соответственно пря-

.(1) *(2)

мой и обратной последовательности на г'-м элементе СВЭ на v-й гармонике, В; Ivi' ,Iv/ -сопряженный комплекс тока соответственно прямой и обратной последовательности на г'-м элементе СВЭ на v-й гармонике, А; т — число элементов в расчетной СВЭ; п - число расчетных гармоник.

Процент дополнительных потерь в СВЭ от потоков мощности обратной последовательности и ВГ рассчитывается по выражению:

п т п т . (2) ,(2)

J^Rect/v«)+SSRe(i/- )

р =V53J±!----100%. (4)

ООП tj v '

общ

Моделирование участка электроэнергетической системы, содержащего электротяговую нагрузку, осуществлялось в режимах тяги и рекуперации для четырех вариантов расположения КУ на участке: без компенсирующих устройств; с установкой УПК в фазу на ТТ11 и 2; с установкой КУ (на ТП 1, ТП 2, ПС); с установкой УПК в фазу на ТП 1 и 2 и установкой КУ (на ТП 1, ТП 2, ПС). Моделирование проходило при наличии в межподстанционной зоне двух поездов в режиме тяги по 300 А или рекуперации по 120 А.

1650

кВт

1450

1350 -

1250

1150

1050

■с

950 850 750 650 550

| ! УПКнаТП 1и2.КУнаПС /

УПК на ТП 1 л 2, 1 УПК на ТП 1 п 2, Г

КУиаТП 1 ■ КУ на ТП 2 /

3000

<3-

квар 7000

Рис. 9. Зависимость потерь в тяговой сети от мощности КУ при наличии УПК в фазах на ТП 1 и 2 и КУ (на ТП 1, ТП 2, ПС)

При моделировании установлено, что при отклонении мощности КУ от расчетных значений существенно возрастают потери в тяговой сети (рис. 9) и процент дополнительных потерь в СВЭ (рис. 10) как в режиме тяги, так и в режиме рекуперации. В то же время при установке КУ на тяговых подстанциях потери в тяговой сети и процент дополнительных

потерь в системе внешнего электроснабжения остаются постоянными.

В пятом разделе выполнена разработка методики сальдированного учета электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока.

В результате проведения экспериментальных исследований ПКЭ (приведенных в 3

Рис. 10. Зависимость процента дополнительных главе и на 111 переменного тока Се- потерь в свэ от мощности КУ при наличии УПК

веро-Кавказской, Юго-Восточной, в фазах на ТП 1 и 2 и КУ (на ТП 1, ТП 2, ПС) Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах) и количества возвращаемой электрической энергии на ТТ1 получено, что в системе тягового электроснабжения целесообразно устанавливать ФКУ. Тем не менее, показатели качества электрической энергии в режиме рекуперации не хуже, чем в режиме тяги, поэтому при существующем состоянии это не может являться основанием для отказа в оплате

| ; ; ; ' УПК на ТП 1 и 2,КУнаПС / , УПК на ТП 1 н 2, | КУ на ТП 2

——-„_—

; УПК на ТП 1 и 2, КУ на ТП

3000

о -

квар 7000

электроэнергии при ее возврате в первичную сеть, а может только повлечь за собой дискуссию о необходимости корректировки тарифа на возвращаемую электрическую энергию.

Графиками функций распределения токов (рис. 11) подтверждено, что в условиях эксплуатации электрифицированных на переменном токе железных дорог токи возвращаемой электрической энергии соизмеримы с токами, потребляемыми электроподвижным составом от тяговых подстанций в режиме тяги. Следовательно, загрузка трансформаторов тока вводов 27,5 кВ, на которых установлены приборы учета, в режиме возврата электрической энергаи соизмерима с загрузкой в режиме тяги и выше минимально допустимой нагрузки трансформатора тока. Следовательно, ссылки энергоснабжаюших организаций на низкую загрузку трансформаторов тока вводов 27,5 кВ, на которых установлены приборы учета электроэнергии, при отказе от взаиморасчетов за электрическую энергию, возвращаемую в первичную сеть, не имеют должного обоснования.

0,05 -

а б

Рис. 11. Функция плотности распределения тока в режимах потребления (а) и возврата электроэнергии (б) по вводу 27,5 кВ ЭЧЭ Фридман (Т1)

С участием автора разработаны и утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» «Методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях».

" Ожидаемый экономический эффект (ЧДЦ) за расчетный период (Т = 10 лет) от внедрения разработанных рекомендаций на Северо-Кавказской, Юго-Восточной и Забайкальской железных дорогах составляет 79,89 млн р., индекс доходности -44,4. Годовой ожидаемый экономический эффект от внедрения за первый год использования результатов внедрения составит 12,1 млн р. Расчетный срок окупаемости не превышает одного года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате выполненного в диссертационной работе комплекса теоретических и экспериментальных исследований решена задача повышения энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения в условиях протекания уравнительного тока и применения рекуперативного торможения путем выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации для повышения показателей качества электрической энергии и снижения уравнительных токов для обеспечения условий внедрения сальдированного учета электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока.

Основные научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Проведенные экспериментальные исследования уравнительных токов и показателей качества электрической энергии на шинах тяговых подстанций сети железных дорог переменного тока, характеризующихся возвратом электрической энергии от уравнительных потоков мощности в системе тягового электроснабжения и рекуперацией электрической энергии, показали, что величина уравнительного тока колеблется от 30 до 120 А, а на отдельных межподстанционных зонах может достигать 255 А; показатели качества электрической энергии, отпускаемой потребителям, получающим питание от шин тяговых подстанций, превышают нормально допустимые значения, установленные в ГОСТ 13109-97, а также превышают предельно допустимые значения при пропуске тяжелых поездов и незначительной мощности системы внешнего электроснабжения.

2. Установлено, что параметры и места размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации, определенные существующим методом на основной частоте в условиях применения рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов, не позволяют обеспечить не только нормально допустимых, но и предельно допустимых значений коэффициентов искажения и требуется включение фильтрокомпенсирующих устройств.

3. Усовершенствован существующий метод выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации на базе имитационного моделирования в программном комплексе Fazonord в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения путем учета величины показателей качества электрической энергии на тяговых подстанциях исследуемого (расчетного) участка, значений уравнительных токов в контактной сети, влияния рекуперативного торможения ЭПС, величины потерь мощности в системе тягового электроснабжения.

4. Показано при натурных исследованиях показателей качества электрической энергии, что коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности на тяговой и районной обмотках трансформатора практически совпадают как в режиме тяги, так и в режиме рекуперации.

5. Предложены алгоритмы определения вторичных потоков мощности в системах тягового и внешнего электроснабжения, позволяющие оценить эффективность выбранных параметров установок продольной и поперечной емкостной компенсации в режимах тяга и рекуперации за счет снижения потерь электрической энергии от несилметрии и нелинейности электротяговой нагрузки.

6. Разработаны с участием автора на основании теоретических и экспериментальных исследований и утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» «Методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях». Апробация методических рекомендаций осуществлена на тяговых подстанциях Западно-Сибирской железной дороги, о чем имеется соответствующий акт внедрения.

7. Ожидаемый экономический эффект за расчетный период (Т = 10 лет) от внедрения рекомендаций по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях Северо-Кавказской, Юго-Восточной и Забайкальской железных дорогах составляет 79,89 млн р., индекс доходности - 44,4. Годовой ожидаемый экономический эффект от внедрения за первый год использования результатов внедрения составит 12,1 млн р. Расчетный срок окупаемости не превышает одного года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Privalov S. Analysis Of Current Power Quality Tester's Standards For Railway Transport In The World / S. Privalov, S. Gritsutenko // Transportation as a mean globalization: 5а Conférence of european students of traiSc and transportation sciences. / Czech republic: Prague and Pardubice, 2007.

2. Привалов С. Я. Экспериментальные исследования перетоков мощности на Орской дистанции электроснабжения Южно-Уральской железной дорога / С. Я. Привалов // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. аспирантов и студентов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. Вып. 8. С. 134-139.

3. Анализ возможности применения сальдированного учёта электроэнергии на тягу поездов / В. Т. Черемисин, С. Я. Привалов и др. // Известия Петербургского ун-

та путей сообщения. / СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008. - Вып. 1(14). С. 90-102.

4. Привалов С. Я. Требования к потребителям за ухудшение показателей качества электрической энергаи / С. Я. Привалов // XIV Междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии» / Сб. тр. в 3-х томах. / Томск: Томский политехи, ун-т, 2008. Т. 1. С. 88 - 90.

5. Кондратьев Ю. В. Качество электрической энергии на тягу поездов при наличии ее возврата в систему внешнего электроснабжения / Ю. В. Кондратьев, О. О. Комякова, С. Я. Привалов // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Матер, науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. С. 106 -113.

6. Привалов С. Я. Анализ возможности применения сальдированного учёта электроэнергии на тяху поездов / О. О. Комякова, С. Я. Привалов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. / Новосибирск: Новосибирская гос. акад. водного транспорта, 2008, № 2. С. 253 - 255.

7. Кондратьев Ю. В. Результаты измерения показателей качества электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока / Ю. В. Кондратьев, С. Я. Привалов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. / Новосибирск: Новосибирская гос. акад. водного транспорта, 2008, № 2. С. 258 - 261.

8. Черемисин В. Т. Анализ состояния качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока / В. Т. Черемисин, С. Я. Привалов // Транспорт Урала. / Екатеринбург: Уральский гос. ун-т путей сообщения, 2008, №4(19). С. 81-84.

9. Черемисин В. Т. Качество рекуперируемой электрической энергии в тяговой сети в чрезвычайных ситуациях / В. Т. Черемисин, Ю. В. Кондратьев, С. Я. Привалов // Вестник академии военных наук. / М.: Академия военных наук, 2009, №3(28). С. 338-342.

10. Привалов С. Я. Анализ электрических величин на токоприемнике электровоза в режимах тяги и рекуперации / С. Я. Привалов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. / Новосибирск: Новосибирская гос. акад. водного транспорта, 2009, № 1. С. 308 -311.

11. Привалов С. Я. Анализ влияния тяговой нагрузки на показатели качества электрической энергии системы внешнего электроснабжения и районных потребителей / С. Я. Привалов // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. ст. молодых ученых и аспирантов университета. / Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения, 2009. Вып. 10, С. 29-33.

12. Синхронные измерения показателей качества электрической энергии на пантографе электровоза и фидере тяговой подстанции в условиях тяги поездов и рекуперативного торможения / В. Т. Черемисин, С. Я. Привалов и др. // Ин-

новации для транспорта: Сб. науч. ст. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. С. 123- 129.

13. Кондратьев Ю. В. Совершенствование метода расчета параметров и выбора мест установки устройств продольной и поперечной компенсации реактивной мощности в условиях применения рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов / Ю. В. Кондратьев, С. Я. Привалов // Известия Транссиба. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. № 4(4). С. 63 - 68.

Типография ОмГУПСа. 2011. Тираж 100 экз. Заказ 338. 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

ВВЕДЕНИЕ.

1 Оценка влияния рекуперативного торможения и уравнительных потоков мощности на основные показатели качества электрической энергии.

1.1 Анализ состояния качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока.

1.2 Экспериментальные исследования уравнительных токов на электрифицированных железных дорогах переменного тока.

1.3 Анализ технических средств по повышению качества электрической энергии и снижению уравнительно тока в системе тягового электроснабжения

Железнодорожный транспорт является энергоемким потребителем электроэнергии. Например, в 2010 г. для нужд электрической тяги использовано 38,59 млрд кВт-ч, что составило 3,8 % от общей выработки электроэнергии в стране [1]. В этот же период доля затрат на оплату электроэнергии в среднем по сети дорог России составила 7,5 % от общих эксплуатационных расходов, а на отдельных железных дорогах достигала более 9 %.

В соответствии с распоряжением президента ОАО «Российские железные дороги» от 11 февраля 2008 г. утверждена Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года [2]. Одним из главных целевых ориентиров стратегии является снижение энергоемкости перевозочного процесса.

Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» направлен на организацию дополнительных экономических и организационных мероприятий по повышению энергетической эффективности на железнодорожном транспорте, в том числе на тягу поездов.

Одним из эффективных направлений в области снижения энергоемкости перевозочного процесса и повышения энергетической эффективности является улучшение показателей качества электрической энергии и снижение уравнительных потоков мощности в системе тягового электроснабжения.

Значительный вклад в изучение вопросов качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения внесли ученые и специалисты ВНИИЖТа, ВНИИАСа, МГУПСа, ПГУПСа, РГУПСа, РГОТУПСа, Сам-ГАПСа, УрГУПСа, ОмГУПСа, ИрГУПСа, ДВГУПСа и других организаций.

Вопросам улучшения качества электрической энергии, электромагнитной совместимости электрических сетей в системах тягового электроснабжения посвящены работы М. П. Бадёра [3 - 5], Б. М. Бородулина [6 — 10], А. С. Бочева [11 - 14], А. Т. Буркова [15, 16], Л. А. Германа [17, 18], Б. Е. Дынькина [19], Д. В. Ермоленко [20, 21], И. В. Жежеленко [22 - 25], Ю. С. Железко [26 - 31], В. П. Закарюкина [32, 33], Р. И. Караева [34 - 36], А.Б.Косарева [37], Б. И. Косарева [38], Л. А. Кучумова [39], В. Н. Ли, Р. Р. Мамошина [40 - 44], Н. И. Молина [45], А. И. Тамазова [46], В. Т. Че-ремисина [8, 9, 50, 61 - 64], М. Г. Шалимова [47, 48]. Работы представленных авторов можно разделить по нескольким направлениям:

- оптимизация уровня напряжения в тяговой сети;

- повышение качества электрической энергии и снижение его влияния на показатели функционирования технических устройств; влияние электротяговой нагрузки на ПКЭ; потребление и генерация реактивной энергии и компенсация реактивной мощности в сложных электроэнергетических системах; снижение высших гармоник в системах электроснабжения; улучшение электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения переменного тока с линиями связи и устройствами железнодорожной автоматики; повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного и постоянного тока; применение технических средств в тяговом электроснабжении, направленных на энергосбережение и обеспечение электромагнитной совместимости.

В общем случае ухудшение показателей качества электрической энергии снижает энергетическую эффективность и технико-экономические показатели функционирования, как железных дорог, так и сторонних потребителей электроэнергии, получающих питание от тяговых подстанций. Это обуславливает необходимость продолжения теоретических и экспериментальных исследований по повышению качества электрической энергии и снижению потерь электрической энергии в сетях тягового электроснабжения.

Цель работы. Повышение энергетической эффективности системы тягового электроснабжения путем обеспечения условий внедрения сальдированного "учета электрической энергии при протекании повышенных уравнительных токов и применении рекуперативного торможения за счет выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1) провести экспериментальные исследования уравнительных токов в тяговой сети и показателей качества электрической энергии на шинах тяговых подстанций переменного тока, характеризующихся возвратом электрической энергии от уравнительных потоков мощности в системе тягового электроснабжения и рекуперативного торможения;

2) выполнить выбор параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации по существующему методу для действующего участка электрифицированной железной дороге со сложным профилем пути при наличии уравнительных токов и применении рекуперативного торможения;

3) усовершенствовать методику выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения;

4) провести натурные исследования показателей качества электрической энергии при выбранном варианте включения установок продольной и поперечной емкостной компенсации в условиях рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов;

5) усовершенствовать метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, с целью определения вторичных потоков мощности от несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки и потерь в системе тягового электроснабжения в режимах нагрузки и рекуперативного торможения;

6) обосновать возможность применения сальдированного учета электрической энергии в условиях рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов при применении фильтрокомпенсирующих устройств.

Методы исследования. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования, а также имитационное моделирование системы тягового электроснабжения на ЭВМ в программных комплексах Кортэс, ¥2&.о-погс! «Расчеты режимов и нагрузочной способности систем тягового электроснабжения в фазных координатах» и ВопЫ «Итерационного метода расчета участка электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку». Использованы основные законы и методы расчета линейных и нелинейных электрических цепей, положения математической статистики и теории вероятностей. Экспериментальные исследования проведены с применением 18-тиканальных измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) — «Омск-М» с последующим использованием пакета прикладных программ обработки экспериментальных данных.

Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс задач по повышению энергетической эффективности системы тягового электроснабжения в условиях протекания уравнительного тока и применения рекуперативного торможения.

К наиболее значимым можно отнести следующие теоретические и практические результаты: усовершенствована методика выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации, учитывающая ПКЭ в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения; предложены алгоритмы определения вторичных потоков мощности в системах тягового и внешнего электроснабжения, позволяющие оценить эффективность выбранных параметров установок продольной и поперечной емкостной компенсации в режимах тяги и рекуперации за счет снижения потерь электрической энергии от несимметрии и нелинейности электротяговой нагрузки.

Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных на действующих тяговых подстанциях Северной, Южно-Уральской, Западно-Сибирской, Красноярской, Забайкальской, Дальневосточной железных дорог. Практическая ценность и реализации результатов работы: усовершенствованная методика выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации за счет использования имитационного моделирования в программном комплексе Рагопогс! в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения позволяет учитывать требования, предъявляемые к качеству элекгрической энергии; усовершенствованный метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, позволяет определять вторичные потоки мощности от несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки и потери в СТЭ в режимах тяговой нагрузки и рекуперативного торможения; разработаны и внедрены на сети железных дорог методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на 5-ой европейской научно-технической конференции «Транспорт как средство глобализации» (Чехия: Прага и Пардубице, 2007); на XIV международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск, 2008); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте» (Омск, 2008); на научно-техническом семинаре кафедры «Теоретическая электротехника» Омского государственного университета путей сообщения (Омск, 2010); на научно-техническом семинаре Омского государственного университета путей сообщения «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ (из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, библиографического списка и 5 приложений. Работа изложена на 174 страницах основного текста, содержит 108 рисунков, 22 таблицы и библиографический список из 127 наименований.

5.4 Основные результаты и краткие выводы

5.1) Выполнен анализ данных об объемах потребленной и возвращенной в первичную сеть электроэнергии по счетчикам тяговых подстанций переменного тока и анализ причин, по которым в настоящее время отсутствует возможность внедрения сальдированного учета электроэнергии;

5.2) Выполнен анализ результатов экспериментальных исследований показателей качества электрической энергии на тяговых подстанциях СевероКавказской, Юго-Восточной, Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах;

5.3) Разработаны с участием автора и утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» «Методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях» и получен акт внедрения на Западно-Сибирской железной дороге;

5.4) Ожидаемый экономический эффект (ЧДД) за расчетный период (Т = 10 лет) от внедрения «Методических рекомендаций по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях» на СевероКавказской, Юго-Восточной и Забайкальской железных дорогах составляет 79,89 млн р. в ценах 2009 г., индекс доходности - 44,4. Годовой ожидаемый экономический эффект от внедрения за первый год использования результатов внедрения составит 12,087 млн р. Расчетный срок окупаемости не превышает одного года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного в диссертационной работе комплекса теоретических и экспериментальных исследований решена задача повышения энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения в условиях протекания уравнительного тока и применения рекуперативного торможения путем выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации для повышения показателей качества электрической энергии и снижения уравнительных токов для обеспечения условий внедрения сальдированного учета электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока.

Основные научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Проведенные экспериментальные исследования уравнительных токов и показателей качества электрической энергии на шинах тяговых подстанций сети железных дорог переменного тока, характеризующихся возвратом электрической энергии от уравнительных потоков мощности в системе тягового электроснабжения и рекуперацией электрической энергии, показали, что величина уравнительного тока колеблется от 30 до 120 А, а на отдельных межподстанционных зонах может достигать 255 А; среднее значение потерь электроэнергии от протекания уравнительных токов по каждой межподстанционной зоне составляет в год около 400 тыс. кВт-ч; показатели качества электрической энергии, отпускаемой потребителям, получающим питание от шин тяговых подстанций, превышают нормально допустимые значения, установленные в ГОСТ 13109-97, а также превышают предельно допустимые значения при пропуске тяжелых поездов и незначительной мощности системы внешнего электроснабжения (мощность короткого замыкания на шинах высшего напряжения тяговой подстанции не более 700 МВ А).

2. Установлено, что параметры и места размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации, определенные существующим методом на основной частоте в условиях применения рекуперативного торможения и протекания уравнительных токов, не позволяют обеспечить не только нормально допустимых, но и предельно допустимых значений коэффициентов искажения и требуется включение фильтрокомпенсирующих устройств.

3. Усовершенствован существующий метод выбора параметров и мест размещения установок продольной и поперечной емкостной компенсации на базе имитационного моделирования в программном комплексе Багопогс! в условиях протекания повышенных уравнительных токов и применения рекуперативного торможения путем учета величины показателей качества электрической энергии на тяговых подстанциях исследуемого (расчетного) участка, значений уравнительных токов в контактной сети, влияния рекуперативного торможения ЭПС, величины потерь мощности в системе тягового электроснабжения.

4. Показано при натурных исследованиях показателей качества электрической энергии, что коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности на тяговой и "районной обмотках трансформатора практически совпадают как в режиме тяги, так и в режиме рекуперации.

5. Предложены алгоритмы определения вторичных потоков мощности в системах тягового и внешнего электроснабжения, позволяющие оценить эффективность выбранных параметров установок продольной и поперечной емкостной компенсации в режимах тяги и рекуперации за счет снижения потерь электрической энергии от несимметрии и нелинейности электротяговой нагрузки.

6. Разработаны с участием автора на основании теоретических и экспериментальных исследований и утверждены Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» «Методические рекомендации по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях». Апробация методических рекомендаций осуществлена на тяговых подстанциях Западно-Сибирской железной дороги, о чем имеется соответствующий акт внедрения.

7. Ожидаемый экономический эффект (ЧДД) за расчетный период (Т = 10 лет) от внедрения рекомендаций по обоснованию внедрения сальдированного учета электроэнергии на тяговых подстанциях Северо-Кавказской, Юго-Восточной и Забайкальской железных дорогах составляет 79,89 млн р., индекс доходности — 44,4. Годовой ожидаемый экономический эффект от внедрения за первый год использования результатов внедрения составит 12,1 млн р. Расчетный срок окупаемости не превышает одного года.

1. Воробьев В. Б. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2009 году. ОАО «РЖД». Департамент электрификации и электроснабжения, № ИСХ-3952 от 10.03.2010. 137 с.

2. Энергетическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года. Распоряжение ОАО «РЖД» № 269р от 11.02.2008 г.

3. Бадер М. П. Ресурсо-и энергосберегающие технологии в системе тягового электроснабжения // Новое в хозяйстве электроснабжения: под ред. А. Б. Косарева /Интекст. М., 2003. - С. 43 - 55.

4. Бородулин Б. М., Герман Л. А., Николаев Г. А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. -М.: Транспорт, 1983. 183 с.

5. Бородулин Б. М. Эффективность перевода участка с постоянного тока на переменный // Энергосбережение, качество электроэнергии, электромагнитная совместимость на железнодорожном транспорте: Сб. трудов / МИИТ. М., 1997. С. 41 -43.

6. Бородулин Б. М., Черемисин В. Т., Кващук В. А. Определение величины уравнительного тока в тяговой сети по счетчикам подстанций. Вестник ВНИИЖТа. 2000. №1. С. 15 18.

7. Бородулин Б. М. Уравнительный ток в тяговой сети с установками продольной емкостной компенсации // Вестник ВНИИЖТа. 1972. №8. С. 5-8.

8. Бочев А. С. Расчет электротяговых сетей методом наложения: Учебное пособие. Ростов на Дону, 1973. 60 с.

9. Герман Л. А., Чернов Ю. А., Шелом И. А. Некоторые результаты экспериментального исследования перетока мощности по тяговой сети // Сб. науч. тр./МИИТ. 1965.-Вып. 213. С. 50-60.

10. Герман С. А., Басов В. А. Структура потерь в системе электроснабжения железных дорог // Изв. вузов "Энергетика". -1984. № 7. С. 43-46.

11. Ермоленко Д. В. Анализ потерь электроэнергии от высших гармоник в системе тягового электроснабжения // Вестник ВНИИЖТа. 1990. № 6. С. 15 — 18.

12. Ермоленко А. В., Ермоленко Д. В., Павлов И. В. и др. Утилизация энергии высших гармоник в системе тягового электроснабжения// Вестник ВНИИЖТа. 1993. № 8. С. 41 45.

13. Жежеленко И. В., Кашина Т. М., Харламова В. В. Частотные характеристики входных сопротивлений сетей энергосистем со стороны узлов // Изв. вузов «Энергетика». 1979. № 12. С. 74 77.

14. Жежеленко И. В. Основные аспекты проблемы повышения качества электроэнергии в питающих и распределительных сетях // Изв. вузов «Энергетика». 1983. №5. С. 11-15.

15. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 1984. 160 с.

16. Жежеленко И. В. Методы вероятностного моделирования в расчетах характеристик электрических нагрузок. М., 1990. 220 с.

17. Железко 10. С., Мамошин Р. Р., Никифорова В. Н. О совершенствовании нормирования качества электроэнергии// Электричество. 1987. № 1. С. 15-27.

18. Железко Ю. С., Кордюков Е. И. Высшие гармоники и напряжение обратной последовательности в энергосистемах Сибири и Урала // Электричество. 1989.-№7. С. 62-65.

19. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности в сложных электроэнергетических системах. М.: Энергоиздат, 1982. - 200 с.

20. Железко Ю. С., Файницкий В. В. Определение затрат на потери электроэнергии при выборе мероприятий по их снижению // Изв. вузов. Энергетика, 1984.-№3. С. 21-26.

21. Железко Ю. С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов.М.,1989. 176с.

22. Железко 10. С., Белоусов В. Н. Отражение в договорах на электроснабжение вопросов качества электроэнергии и условий потребления и генерации реактивной энергии//Электрические станции. 1999. № 1.

23. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005. 273 с.

24. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Расчеты режимов электрических систем при сложных видах несимметрии. / Иркутский государственный университет путей сообщения. Иркутск, 2004. 197 с. Деп. ВИНИТИ 30.09.2004, № 1546-В2004.

25. Караев Р. И., Власов С. П., Фролов А. В. Расчетные схемы тяговых сетей переменного тока 25 кВ // Электричество. 1985. № 9. С. 60 62.

26. Караев Р. И., Волобринский С. Д., Ковалев И. Н. Электрические сети и энергосистемы. М.: Транспорт, 1988. 326 с.

27. Караев Р. И. Власов С. П. и др. Улучшение режима напряжения в тяговой сети 25 кВ // Электрическая и тепловозная тяга. 1988. №4 С. 44-45.

28. Косарев А. Б. Электромагнитные связи элементов систем тягового электроснабжения // Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5. С. 38-41.

29. Марквардт К. Г., Косарев Б. И., Косолапов Г. Н., Чернов Ю. А. Расчет токораспределения при коротких замыканиях в тяговых сетях 2x25 кВ // Электричество. 1979. № 3. С. 30-34. ,

30. Кучумов В. А., Ермоленко Д. В. и др. Показатели качества электроэнергии на токоприемнике и взаимодействие ЭПС с системой тягового электроснабжения переменного тока // Вестник ВНИИЖТа. 1997. № 2. С. 11-16.

31. Мамошин Р. Р., Зимакова А. Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник. М.: Транспорт, 1980. 276 с.

32. Мамошин Р. Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока. М.: Транспорт, 1973. 224 с.

33. Тамазов А. И. Несимметрия токов и напряжений вызываемая однофазными тяговыми нагрузками. М., 1965. 235 с.

34. Шалимов М. Г. Сопротивление проводов, линий электропередачи и контактной сети в спектре повышенных частот (теория и расчет): Дис. доктора техн. наук. Омск, 1970. 411 с.

35. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в сетях электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1998. 30 с.

36. ГОСТ Р 51317.4.30 — 2008 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерения показателей качества электрической энергии. — М.: Стандартинформ, 2009. 31 с.

37. Бочев Л. С., Кручинин В. П., Кузнецов Г. В. Уравнительный ток можно снизить // Электрическая и тепловозная тяга. 1990. — № 9. — С. 34-35.

38. Бунин А. И. Снижение потерь электроэнергии, вызываемых уравнительным током в тяговой сети: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М., 1987. -24 с.

39. Быкадоров A. JL, Доманский В. Т. Сравнительная оценка косвенных способов измерения потерь энергии в контактной сети переменного тока // Труды РИИЖТа; Вып. 153. Ростов на Дону, 1979. С. 20 27.

40. Быкадоров А. Д., Доманский В. Т. Влияние уравнительных токов на измерение потерь энергии в тяговой сети // Труды РИИЖТа; Вып. 153. Ростов на Дону, 1979. С. 27 30.

41. Герман JI. А. Теория и практика совершенствования режима системы тягового электроснабжения переменного тока с установками емкостной компенсации: Автореф. дис. докт. техн. наук. М. 1991. - 49 с.

42. Пат. 2128120 Способ определения уравнительного тока на двухпутном участке тяговой сети переменного тока / В.А. Кващук, А.В. Кузнецов, Н.М. Лапенко, В.Т. Черемисин.

43. Пат. 2116206 Способ определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока при двухстороннем питании / В. Т. Черемисин, В.А. Кващук, A.M. Бенис, Н.М. Лапенко.

44. Пат. 88318 Информационная система для определения уравнительного тока на участке тяговой сети переменного тока // Черемисин В. Т., Чиж-ма С. Н., Кващук В. А., Кондратьев Ю. В., Онуфриев А. С.

45. Кузнецов Г. В. Мероприятия и технические средства снижения уравнительных токов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1991.-20 с.

46. Марквардт Г. Г., Григорьев Н. П., Демин М. Г. Расчет уравнительных токов в тяговой сети переменного тока // Электричество. 1984. - №7. — С. 50-52.

47. Чернов Ю. А. Уравнительные токи в контактной сети при параллельной работе тяговых подстанций переменного тока // Сб. науч. тр. / МИИТ.- 1965.-Вып. 199.-С. 35-51.

48. Чернов Ю. А. Влияние неравенства коэффициентов трансформации подстанций на величину уравнительных токов в контактной сети переменного тока // Сб. науч. тр. / МИИТ. 1965. - Вып. 199. - С. 226 - 232.

49. Исследование перетока мощности по тяговой сети на действующем участке / Чернов Ю. А., Герман Л. А., Кравцов В. И., Шелом И. А. // Сб. науч. тр. /УрЭМИИТ. 1967. - Вып. 19. - Ч. 1. - С. 108 - 109.

50. Чернов Ю. А. К вопросу резервирования мощности тяговых подстанций переменного тока // Тез. докл. XI науч.-техн. конф. УрЭМИИТа и НТО Свердловской ж. д. Свердловск, 1967. - С. 40 - 41.

51. Чернов 10. А. Уровень и несимметрия напряжений при параллельной работе тяговых подстанций переменного тока // Сб. науч. тр. / МИИТ. -1969.-Вып. 302.-С. 83 -89.

52. Чернов Ю. А. Исследование эффективности параллельной работы тяговых подстанций на линиях переменного тока: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1966.-20 с.

53. Чернов Ю. А. Система тягового электроснабжения переменного тока, адаптируемая к изменению грузопотока: Дис. докт. техн. наук. М., 1992.-495 с.

54. Марквард К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1982. - 578 с.

55. Блинников Ю. В., Кузнецов В. В., Кузнецов Г. В. Коммутатор фазы для устройства снижения уравнительного тока // Автоматизированные системы электроснабжения железных дорог. Межвуз. сб. науч. тр. / РИИЖТ. Ростов-на-Дону, 1990. С. 60-63.

56. Мунькин В. В., Бочев А. С., Блинников Ю. В. Снижение уравнительных токов на участках 27,5 кВ // Ж. д. транспорт. Сер. Электроснабжение железных дорог; Вып. 2 Экспресс-информация / ЦНИИТЭИ МПС. М., 1996. С. 1-10.

57. Заволока О. Г. Автотрансформатор на отстающей фазе тяговой подстанции // Всстник ВНИИЖТа. 1986. №2 С. 18 20.

58. Пат. 2248282 Система для управления устройством раздела питания тяговой сети переменного тока электрических железных дорог // Ква-щук В. А., Кондратьев Ю. В., Черемисин В. Т.

59. Мамошин Р. Р. Модернизация электроснабжения межподстанционной зоны Шалакуша Плесецкая Северной ж. д. на базе трансформаторных приставок// Отчет о научно-исследовательской работе / МИИТ. М., 2006. С. 123.

60. Бунин А. И., Диаконенко А. И. Условия перехода на петлевое питание для снижения потерь от уравнительных токов // Вестник ВНИИЖТа. 1986. №5 С. 24-26.

61. Бунин А. И. Оптимизационная задача для выбора схемы питания фидерной зоны // Улучшение надежности устройств электроснабжения: Межвуз. сб. науч. тр. / Московский ин-т инж. ж.-д. трансп. М., 1986. С. 34-42.

62. Комлык В. И. Раздел питания поможет экономить электроэнергию // Электрическая и тепловозная тяга. 1984. №9 С. 42-43.

63. Чернов Ю. А. Влияние емкостной компенсации на величину уравнительного тока в контактной сети переменного тока // Труды МИИТа; Вып. 238. М., 1967. С.

64. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской федерации. ЦЭ-462. М: МПС. 1997. С. 78.

65. Марквардт Г. Г., Чернов Ю. А. Расчет токораспределения в автотрансформаторной системе питания электрифицированных железных дорог // Электричество. 1981. № 7. С. 73-75.

66. Тимофеев Д. В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. М.: Энергия, 1972. 295 с.

67. Асанов Т. К. Об усилении системы тягового электроснабжения переменного тока // Развитие систем тягового электроснабжения. М.: МИИТ, 1991. С. 112-115.

68. Герман Л. А. Схема замещения электрифицированного участка железной дороги переменного тока // Электричество. 1988. № 3. С. 34 35.

69. Герман Л. А. Системный расчет компенсации реактивной мощности с учетом несимметричной тяговой нагрузки // Промышленная энергетика. 1991. №9. С. 38 -40.

70. Карякин Р. Н. Тяговые сети переменного тока. М.: Транспорт, 1987.279 с.

71. Макаров 10. В., Михель С. Э. Использование треугольного разложения матриц для решения систем линейных уравнений при расчете режимов сложных электроэнергетических систем // Тр. ЛИИ, № 399. 1984. С. 1016.

72. Мак-Кракен Д. Д., Дорн У. С. Численные методы и программирование на Фортране. М.: Мир, 1977.

73. Лосев С. Б., Чернин А. Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983.

74. Чернин А. Б., Лосев С. Б. Основы вычисления электрических величин для релейной защиты при сложных повреждениях в электрических системах. М.: Энергия, 1971.

75. Быкадоров А. Л., Доманский В. Т. Методика и алгоритмы расчета сложных схем тягового электроснабжения. ТЭЛП: Инструктивно-методические указания, 1981. № 3. С. 53-72.

76. Дынькин Б.Е. Защита контактной сети переменного тока при раз-землении опор. Хабаровск: ДВГУПС, 2002. 164 с.

77. Черемисин В. Т. Метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку // Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1992. 19 с. Деп. ЦДИИТЭИМПС 17.01.93, № 5789.

78. Вайнштейн JI. М., Мельников Н. А. О возможности замены схем со взаимной индукцией эквивалентными без взаимной индукции // Электричество. 1965. №5. С. 16-18.

79. Закарюкин В. П., Крюков А. В. Моделирование систем тягового электроснабжения: учебное пособие. — Иркутск: ИрГУПС, 2007. — 124 с.

80. Черемисин В. Т. Метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку / Ом. ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1992. - 19 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 17.01.93, № 5789.

81. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов на железнодорожном транспорте. М.: 1998. 125 с.

82. Журавель А. И. Экономическая эффективность инвестиций / А. И. Журавель// Железнодорожный транспорт. 1995. № 11. С. 57 61.

83. Расчет показателей по оценке эффективности инвестиционного проекта // Экономика строительства. 1995. № 12. С. 7 — 12.

84. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. М.: Экономика, 2000. 421 с.