автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка системы мониторинга показателей качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока

На правах рукописи

ии34Б0238

ЛАРИН Андрей Николаевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ УЧАСТКАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ? 2008

ОМСК 2008

003458238

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» (ГОУ ВПО «ОмГУПС (ОмИИТ)»).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор МАСЛОВ Геннадий Петрович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ДЕМИН Юрий Васильевич;

кандидат технических наук, доцент ОЩЕПКОВ Владимир Александрович.

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС, г. Иркутск).

3&

Защита диссертации состоитсяЮдекабря 2008 г. в// часов на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный университет путей сообщения» по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 219.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа.

Автореферат разосланг/^ноября 2008 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, 2008

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт является энергоемким потребителем электроэнергии. Например, в 2007 г. для нужд электрической тяги использовано 40,41 млрд кВт-ч, что составило 5,35 % от общей выработки электроэнергии 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 дорогах достигала более 9 %.

В соответствии с основными положениями «Энергетической стратегии России на период до 2020 г.», утвержденной Правительством Российской Федерации (постановление № 1234-р от 28.08.2003), прогнозируется дальнейший рост тарифов на энергоресурсы. Поэтому одной из первоочередных задач в условиях непрерывного увеличения электропотребления на тягу поездов и эксплуатационные нужды железнодорожного транспорта является снижение платы за использование топливно-энергетических ресурсов. В настоящее время разрабатывается новая шкала штрафных санкций за низкие показатели качества электрической энергии (ПКЭ) в сторону ужесточения требований к потребителям.

Совместным решением Государственного комитета по стандартизации и метрологии РФ, Министерства энергетики РФ (Минэнерго России) и РАО «ЕЭС» России - «О мерах по обеспечению проведения обязательной сертификации электрической энергии» - от 02.11.2001 Департаменту государственного энергетического надзора и энергосбережения Минэнерго России предписано проинформировать поднадзорные энергоснабжающие организации о необходимости разработки планов-графов подготовки к сертификации электрической энергии для составления прогноза показателей качества электрической энергии, что в полной мере относиться и к электроэнергетическим сетям железнодорожного транспорта.

Цель диссертационной работы - разработка системы анализа и прогноза показателей качества электрической энергии в электроэнергетической системе, содержащей электротяговую нагрузку переменного тока, путем составления сетевых карт качества электрической энергии, с учетом рационального использования существующих технических средств и схем питания тяговой сети.

Для достижения обозначенной цели поставлены и решены следующие задачи: разработать структуру системы мониторинга ПКЭ;

усовершенствовать методику измерения ПКЭ с учетом специфических особенностей системы электроснабжения железных дорог переменного тока;

предложить алгоритм оценки состояния показателей качества электрической энергии на участках железных дорог переменного тока, провести их исследования и систематизировать полученные результаты для анализа эффективности использования существующих средств системы тягового электроснабжения по улучшению ПКЭ;

разработать методику прогнозирования значений ПКЭ в зависимости от величины тяговой и нетяговой нагрузки;

создать методику составления сетевой карты для оценки состояния показателей качества электрической энергии с учетом имеющихся технических средств управления качеством и определением участков с показателями, превышающими нормально и предельно допустимые значения.

Методы исследования. При проведении исследований в работе были использованы графоаналитические методы расчета, имитационное моделирование на ЭВМ с применением итерационного метода расчета сложной электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, инструментальных средств МаЙаЬ 6,0, программного комплекса Кортес системы тягового электроснабжения с учетом основных положений математической статистики и теории вероятностей с последующим экспериментальным определением ПКЭ с учетом специфики электроснабжения действующих участков магистральных железных дорогах переменного тока. Экспериментальные исследования проведены с использованием многоканального измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М». Научная новизна работы заключается в следующем: усовершенствована методика измерения показателей качества электрической энергии на магистральных железных дорогах переменного тока, позволяющая оценить влияние схем питания межподстанционных зон и возврата электроэнергии от перетоков мощности и рекуперации подвижного состава на изменение показателей качества электрической энергии в точках присоединения тяговых подстанций к системе внешнего электроснабжения;

разработана методика прогнозирования значений показателей качества электрической энергии при изменении тяговой и нетяговой нагрузки в различных узлах электроэнергетической системы;

создана методика составления сетевой карты качества электрической энергии, отражающая характеристики исследуемого участка, состояние и результаты анализа рассматриваемых показателей с указанием их прогноза при применении предложенных в ней рекомендаций по улучшению ПКЭ.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных на Северной и Красноярской железных дорогах. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 10 %. Практическая ценность работы:

разработанная структура системы мониторинга показателей качества электрической энергии обеспечивает возможность учета специфических особенностей электрифицированных железных дорог, влияющих на изменение показателей качества электрической энергии, для выбора научно обоснованных технических решений по улучшению этих показателей;

усовершенствованная методика измерения показателей качества электрической энергии на магистральных электрифицированных железных дорогах переменного тока позволяет получить первичную информацию о большинстве факторов, влияющих на качество электрической энергии;

разработанная методика прогнозирования дает возможность определить изменения показателей качества электрической энергии при различных режимах работы систем тягового и нетягового электроснабжения;

созданная методика составления сетевой карты качества электрической энергии дает возможность оценить исследуемые показатели и провести их анализ в различных узлах электроэнергетической системы, содержащей тяговую и нетяговую нагрузки, наметить возможные пути снижения платы за электроэнергию на тягу поездов, а также отображает прогноз данных показателей при применении рекомендованных технических решений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (Омск, 2004); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005); шестой межвузовской конференции «Молодые ученые - транспорту» (Екатеринбург, 2005); научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005); научно-техническом семинаре ОмГУПСа и семинаре кафедры «Теоретическая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей (из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ).

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и пяти приложений. Работа изложена на 165 страницах основного текста, содержит 37 рисунков, 43 таблицы и библиографический список из 184 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе показаны специфические особенности системы тягового электроснабжения переменного тока, приведены результаты анализа факторов, влияющих на показатели качества электрической энергии на электрифицированных участках железных дорог переменного тока. Представлены характерные ПКЭ, на которые оказывает влияние электроподвижной состав: коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения, n-й гармонической составляющей напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности. Разработана структура системы мониторинга ПКЭ.

Вопросы повышения качества электрической энергии, компенсации реактивной мощности, влияния перетоков мощности по контактной сети рассмотрены в работах М.П. Бадера, В.Д. Бардушко, A.C. Бочева, Б.М. Бородулина, А.Т. Буркова, JI.A. Германа, Б.Е. Дынькина, Д.В. Ермоленко, Ю.И. Жаркова, И.В. Жежеленко, Ю.С. Железко, В.Н. Зажирко, Р.И. Караева, Б И. Косарева, A.B. Котельникова, P.P. Мамошина, К.Г. Марквардта, Г.Г. Марквардта, В.Е. Мар-ского, Г.П. Маслова, Н.И. Молина, А.И. Тамазова, В.Т. Черемисина, Ю.А. Чернова, В.П. Феоктистова, Е.П. Фигурнова, М.Г. Шалимова, зарубежных авторов Дж. Аррилага, Д. Бредли и др.

Рассмотрены направления улучшения ПКЭ и повышения эффективности использования системы тягового электроснабжения, которые позволяют сформулировать конкретные практические рекомендации, связанные с экономией энергоресурсов.

Разработанная адаптированная структура системы мониторинга показателей качества электроэнергии предполагает три составляющих (рис. 1): состояние - сбор фактического материала по исследуемому участку, проведение натурных исследований ПКЭ с учетом специфических особенностей работы электрифицированных железных дорог переменного тока; анализ - оценка, определение научно обоснованных технических решений по приведению рассматриваемых ПКЭ к нормируемым значениям; прогнозирование - информация о перспективах развития объекта с учетом

воздействия на конкретный показатель качества электроэнергии различных процессов и факторов, а также принятых технических решений.

Система мониторинга предназначена для обеспечения периодического контроля показателей электрической энергии и принятия своевременных мер по их улучшению.

Во второй главе выполнен анализ существующих методов измерения и оценки состояния ПКЭ, даны рекомендации по их совершенствованию и проведена оценка качества электроэнергии на участках электрифицированных железных дорог переменного тока.

Усовершенствована методика выбора режимов проведения измерений ПКЭ с учетом специфических особенностей системы электроснабжения железных дорог переменного тока. Показано, что измерения ПКЭ необходимо проводить для пяти режимов работы системы тягового электроснабжения: три режима - без возврата электроэнергии из тяговой сети (схемы консольного, встречно-кольцевого и узлового питания), два режима - при возможном возврате электроэнергии из тяговой сети при двухстороннем питании (от протекания уравнительных токов без рекуперации и возврата электроэнергии при наличии рекуперации).

Предложен алгоритм оценки ПКЭ на участках железных дорог переменного тока, позволяющий проводить анализ ПКЭ с учетом режимов работы имеющихся в системе тягового электроснабжения технических средств по улучшению ПКЭ.

Основываясь на предложенных методиках, исследовано состояние качества электроэнергии на шинах высшего напряжения и районной нагрузки на электрифицированных участках Красноярской, Северной, Забайкальской, Южно-Уральской железных дорог переменного тока.

Установлено, что на рассмотренных участках показатели качества электрической энергии по коэффициенту искажения синусоидальности формы кривой напряжения на стороне высшего напряжения находятся в диапазоне от 0,64 до 7,37 %, на шинах районной обмотки тяговых подстанций - от 3,26 до 6,18 %

Рис.1. Структура системы мониторинга ПКЭ

для 10 кВ и от 2,5 до 13,02 % для 35 кВ, а по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности на шинах высшего напряжения - в диапазоне от 0,34 до 1,78 %, на шинах районной обмотки - от 1,44 до 5,94 %.

Исследования ГЖЭ на дорогах переменного тока на стороне высокого напряжения (110 — 220 кВ) показали, что диапазон изменения коэффициента отклонения напряжения варьировался в диапазоне от 2,0 до 11,81 %, а на 17 из 28 проверенных тяговых подстанций отклонение напряжения превышало нормативные параметры, установленные ГОСТ 13109-97, причем у 14 из них наблюдалось увеличение относительного времени превышения нормально допустимого значения этого показателя более чем на 50 % времени измерений, а в некоторых случаях оно составляло 100 %.

Приведены результаты исследований потерь электроэнергии в межпод-станционных зонах (МПЗ) на исследуемом участке. В зависимости от схем питания МПЗ и количества пар поездов в сутки потери электроэнергии находятся в диапазоне от 46,3 до 742,9 тыс. кВт-ч в год.

При анализе влияния схем питания МПЗ на качество электроэнергии в электроэнергетической системе исследуемого участка рассматривались следующие схемы: консольная, встречно-кольцевая и узлового питания. По результатам проведенного анализа (рис. 2) и с учетом уровня потерь электроэнергии в межпод-станционных зонах выбраны рациональные схемы питания участков.

Рассматривалось влияние на ПКЭ возврата электроэнергии в энергосистему. При на шинах ТП«М» максимальном возврате электроэнергии в энергосистему от перетоков без рекуперации на рассматриваемом участке коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения и несимметрии напряжения на шинах высшего напряжения тяговых подстанций улучшались в среднем на 40 % и, соответственно, на 26,11 % относительно этих же коэффициентов при максимальных размерах движения поездов.

Узловая Встречно-кольцевая Копстьная

1фкс= 169 А

Рис. 2. Влияние схем питания МПЗ на

Для улучшения показателей работы системы тягового электроснабжения участка Красноярской железной дороги на основании оценки расчетных и экспериментальных исследований (проведенных по предложенным методикам) рекомендовано: включить ФКУ - 2250 квар на посту секционирования рассматриваемой МПЗ; включить компенсирующие установки на двух тяговых подстанциях; для снижения потерь электрической энергии в тяговой сети на трех тяговых подстанциях повысить напряжение на шинах 27,5 кВ; на двух МПЗ перейти на встречно-кольцевую схему питания.

В третьей главе разработана методика прогнозирования значений показателей качества электрической энергии при изменении тяговой и нетяговой нагрузок в различных узлах электроэнергетической системы.

Выбран метод и разработан алгоритм прогнозирования ПКЭ с использованием имитационного моделирования электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, с возможностью учета стационарной нагрузки, питающейся как от тяговых подстанций переменного тока, так и от высоковольтных линий электроэнергетической системы, и корреляционно-регрессионного анализа. Метод позволяет определять токи и напряжения как в системах тягового, так и внешнего электроснабжения, производить прогнозирование степени влияния несимметрии и несинусоидальности нагрузки на ПКЭ в различных узлах энергосистемы и строить математические зависимости изменения рассматриваемых показателей от различных факторов.

Прогнозирование показателей ПКЭ при планировании и управлении является аналитической стадией, необходимой для научного обоснования перспективных планов по оптимизации потребления энергоресурсов. В основу прогнозирования положены принципы комплексности и системности, реализуемые представлением результатов прогнозов в виде определенной системы моделей, с подтверждением прогноза методами и критериями надежности. Надежность моделей устанавливается на основании статистических критериев проверки действенности выдвинутых гипотез - стандартизованной ошибки аппроксимации, дисперсионного Б-критерия Фишера, статистического ^критерия Стьюдента и др.

Применяемое имитационное моделирование основано на методе симметричных составляющих и фазных координат с использованием методов выделения и итерационных процедур. Из сложной трехфазной системы выделяются несимметричные части (участки тяговой сети - межподстанционные зоны), которые

представляют собой однофазные системы. В результате этих преобразований получается симметричная трехфазная часть системы и ряд однофазных систем. Выделенные части, в зависимости от числа полученных полюсов, образуют двух- и четырехполюсники. Разделение электроэнергетической системы на трехфазный многополюсник, включающий в себя генераторы, тяговые и понижающие трансформаторы, автотрансформаторы, высоковольтные линии и неограниченное количество двух- и четырехполюсников (тяговая нагрузка в МПЗ с различными схемами питания), позволяет анализировать сложную систему по составным частям. В первом приближении, пренебрегая выделенными частями, элементы трехфазного многополюсника принимаются пофазно симметричными, поэтому расчет электрических величин этого многополюсника проводится на одну фазу методом узловых потенциалов в матрично-тополошческой форме.

Составляются диагональные матрицы сопротивлений прямой последовательности для каждой гармоники ], узловая матрица соединений [А] размером (pxq), матрицы источников тока размером (1хр) и матрицы источников ЭДС [ЁУ3 размером (1хр).

[^] = а1аЕ[гч,1,2У2,...,гур]. (1)

Далее методом узловых потенциалов в матрично-топологической форме определяются потенциалы V, полюсов многополюсника относительно нулевой

точки источника питания на основной частоте: [(З^^] ' ; [Х(] = [А] [в,] [А]Т;

Для расчета токов в четырехполюснике также используется метод узловых потенциалов. Можно рассчитать напряжения и1Ь и токи 11Ь ветвей, используя матрич-

но-топологические соотношения: [01Ь] =[А]Т[\^]; [\]=[в, ] ([и№]+[Ё,]) -[.1, ].

Расчет двух- и четырехполюсников выполняется при соответствующих значениях напряжения холостого хода на зажимах многополюсника. Полученные результаты используются во второй итерации системы внешнего электроснабжения и расчет продолжается до тех пор, пока приращение напряжения не будет меньше заданного значения.

Расчет токов и напряжений производится отдельно на каждой гармонике.

В общем случае значение тока в ]-м источнике тока к-й межподстанцион-ной зоны задается гармоническим рядом:

ifcj = EIvkj sin [v со t + (v <pJkj - avkj)], (2)

v = l

где v - номер гармоники; (»-угловая частота переменного тока, рад/с.

На высших гармониках так же, как и на основной частоте, аргументы источников тока первоначально неизвестны. Для их определения используется соотношение:

[arg jvk] = v([arg jlk] + [alk])-[avk], (3)

где allt - угол сдвига между током и его первой гармоникой в 1с -й фидерной зоне, j-м источнике тока; avkj- - то же между током и его v-й гармоникой.

При известных модулях и аргументах источников тока высших гармоник вычисляется распределение токов и напряжений в ветвях.

По предложенному методу в каждом узле рассматриваемого участка определяются действующие значения напряжений и токов прямой и обратной последовательностей в каждой ветви и, соответственно, для каждого потребителя, что позволяет исследовать влияние параметров и режимов работы систем внешнего и тягового электроснабжения на качество электрической энергии в различных точках систем электроснабжения.

В узлах электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, выделяются составляющие искажений ПКЭ, которые обусловлены суммой искажений ПКЭ со стороны всех тяговых подстанций и потребителей, присоединенных к системам тягового и внешнего электроснабжения, затем в этих узлах определяются численные значения рассматриваемого ПКЭ. Выявляется степень участия системы внешнего электроснабжения с учетом влияния соседних тяговых подстанций и потребителя в формировании общего искажения рассматриваемого показателя в конкретном узле.

Прогнозирование ПКЭ с помощью предложенного метода дает возможность оценить изменение ПКЭ на шинах тяговых подстанций и в различных узлах электроэнергетической системы от влияния различных факторов (тяговой и нетяговой нагрузки, перетоков мощности-по тяговой сети и линий электропередач внешнего электроснабжения и т. д.).

В четвертой главе выполнен прогноз показателей качества электрической энергии на действующем участке электрифицированной железной дороги переменного тока по предложенному методу.

Проведено имитационное моделирование участка Красноярской железной дороги и дана оценка изменения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности и искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах высшего напряжения и шинах районной нагрузки тяговых подстанций при различных значениях тягового тока ЭПС во всех межподстанционных зонах исследуемого участка при принятых в реальных условиях схемах питаниях, а также и при изменении этих коэффициентов у самих потребителей.

Выявлена динамика изменения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности к2и на шинах высшего напряжения и шинах районной нагрузки тяговых подстанций рассматриваемого участка при изменении токов фидеров тяговых подстанций в диапазоне от 50 до 300 А (рис. 3 и 4).

1ФКС

Рис. 3. Динамика изменения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности на шинах высшего напряжения тяговых подстанций

5 ■ %

1 '

^ги

1 о

50 100 150 200 А 300

1ФКС--*-

Рис. 4. Динамика изменения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности на шинах районной обмотки тяговых подстанций

Из приведенных данных (см. рис. 3 и 4) видно, что при равномерной загрузке межподстанционных зон коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности повышается с увеличением тока нагрузки.

Зависимость коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах высшего напряжения и районной нагрузки от изменения токов фидеров контактной сети тяговых подстанций изображена на рис. 5.

150 200

■фкс

'ФКС

Рис. 5. Динамика изменения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах ТП «М»: высшего напряжения (а) и районной обмотки (б) Для составления сетевой карты качества электрической энергии на основании полученных данных (см. рис. 3-5) определены математические модели прогнозирования (таблица), позволяющие выполнять расчет коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности и искажения синусоидальности кривой напряжения в диапазоне токов фидеров контактной сети тяговых подстанций от 50 до 300 А.

Математические модели прогнозирования ПКЭ на шинах ТП «М»

Точка определения ПКЭ Математическая модель Расчетное значение

ошибка аппроксимации коэффициент корреляции

1 2 3 4

ТП «М» шины ВЫ к2и = -М0"612фкс +0,0115 1ФКС - 0,3461 0,071 0,9978

ТП «М» шины районной обмотки к2и = -91 • 10"712Фкс +0,013 1ФКС - 0,145 0,069 0,9789

ТП «М» шины ВН киА = 2-1 0"512фкс +0,00148 1ФКс +0,21 0,084 0,9988

кив = 4-10"511фкс + 0,00551фКС - 0,191 0,041 0,9912

Окончание таблицы

1 2 3 4

ТП «М» шины ВН кис = 4-10"512Фкс + 0,00641Фкс + 0,113 0,042 0,9615

ТП «М» шины районной обмотки киА = Н0"512фкс +0,02891фкс + 0,2268 0,084 0,9987

кив = 3-10"512фкс + 0,01761фкс + 0,3906 0,089 0,9962

кис =4- 10"512фкс + 0,02231фкс - 0,2665 0,092 0,9885

Для остальных тяговых подстанций аналогично описанному методу определены математические модели, надежность и адекватность которых установлена на основании ранее приведенных статистических критериев проверки действенности выдвинутых гипотез.

С использованием полученных математических моделей определены токи фидеров контактной сети, при которых искомые коэффициенты на шинах тяговых подстанций достигают нормально и предельно допустимых значений, установленных стандартом, а также получены рассматриваемые коэффициенты для данных условий.

Аналогично можно получать математические модели прогнозируемых ПКЭ в различных точках электроэнергетической системы при известных параметрах этих коэффициентов у потребителей, подключенных как к системе внешнего электроснабжения, так и к шинам районной нагрузки.

В соответствии с анализом полученных прогнозных показателей определена степень влияния тяговой и нетяговой нагрузки на ухудшение коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения (от тяговой нагрузки - до 69,2 %, от районной - до 8,4 %, а от системы внешнего электроснабжения (с учетом влияния соседних тяговых подстанций) - до 39,3 %).

В пятой главе проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений ПКЭ и описана методика составления сетевой карты показателей качества электрической энергии. Приведена сетевая карта показателей качества исследуемого участка «М - Ч» Красноярской железной дороги с указанием прогноза ПКЭ.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных позволяет сделать вывод о достаточной достоверности предложенной методики расчета ПКЭ. Расхождение теоретических результатов и экспериментальных данных по исследуемым коэффициентам на шинах 110 кВ и на шинах районной обмотки не превышает 10 %.

Результаты исследования состояния, анализа и прогноза ПКЭ позволили разработать сетевую карту качества электрической энергии, которая включает в себя информационную карту участка и карту рекомендаций и прогноза ПКЭ (рис. 6). В карте рекомендаций и прогноза представлены возможные мероприятия по снижению затрат электроэнергии на тягу поездов и улучшению ПКЭ отдельно по каждой зоне и тяговой подстанции, а также прогнозные показатели качества при принятых технических и организационных решениях.

Рис. 6. Алгоритм формирования карт качества электрической энергии С учетом экспериментальных и теоретических исследований выполнено прогнозирование ПКЭ при внедрении предложенных технических решений (применение фильтрокомпенсирующих устройств, рациональных схем питания меж-подстанционных зон, ре1улировка напряжения на шинах 27,5 кВ). Сравнение экс-периментатьных данных с прогнозируемыми показало, что ПКЭ улучшаются до 25 %, а потери электрической энергии на исследуемом участке снижаются на 1214 тыс. кВт-ч в год.

Внедрение предложенной системы мониторинга ПКЭ на действующем участке электрифицированной железной дороги позволило получить экономический эффект в 0,9 млн р., в том числе снижение потерь электрической энергии — 692,4 тыс. р., включение ФКУ мощностью 2250 квар - 141,6 тыс. р. При этом чистый дисконтированный доход для расчетного периода (пять лет) составляет 3,1 млн р. и срок окупаемости - менее двух лет. Кроме того, в случае изменений

в действующем законодательстве и введения штрафных санкций за ухудшение ПКЭ на данном участке размер штрафных санкций может составить 13,5 млн р. в год, а реализация предложенных технических решений по улучшению ПКЭ предполагает их снижение на 4 млн р. в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана система мониторинга показателей качества электрической энергии, включающая в себя три структурных элемента: состояние - сбор фактического материала на участке электрифицированной железной дорога, проведение натурных исследований показателей качества электрической энергии; анализ - определение научно обоснованных технических решений по приведению ПКЭ к нормированным величинам; прогнозирование - информация о перспективах развития объекта с учетом воздействия на конкретный показатель качества электрической энергии различных процессов и факторов, а также принятых технических решений.

2. Усовершенствована методика измерения ПКЭ на магистральных электрифицированных железных дорогах переменного тока, позволяющая'более полно учесть первичную информацию о факторах, влияющих на качество электроэнергии, с учетом специфических особенностей электроснабжения железных дорог. Показано, что измерения ПКЭ необходимо проводить до пяти режимов работы системы тягового электроснабжения: три режима - без возврата электроэнергии из тяговой сети (схемы консольного, встречно-кольцевого и узлового питания), два режима - при возможном возврате электроэнергии из тяговой сети при двухстороннем питании (от протекания уравнительных токов без рекуперации и возврате электроэнергии при наличии рекуперации).

3. Предложен алгоритм оценки состояния ПКЭ, позволяющий более полно проводить анализ с учетом имеющихся технических средств системы тягового электроснабжения по улучшению ПКЭ и выявления виновников их ухудшения, определения путей решения приведения ПКЭ к нормам, установленным ГОСТ 13109-97.

4. Разработана методика прогнозирования ПКЭ, позволяющая определить значения исследуемых показателей при различных режимах работы систем тягового и нетягового электроснабжения, при которых коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения и несимметрии напряжения по обратной последовательности на шинах тяговых подстанций достигают нормально и предельно допустимых значений, установленных стандартом, а также степень влияния тяговой и нетяговой нагрузки на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.

16

5. Создана методика формирования сетевой (дорожной) карты качества электроэнергии электрифицированных железных дорог переменного тока, которая включает в себя характеристику исследуемого участка, состояние исследуемых показателей с учетом специфических особенностей электрифицированных дорог переменного тока, рекомендации по возможному снижению платы за электроэнергию на тягу поездов, а также прогнозные показатели качества при принятых технических и организационных решениях.

6. Внедрение предложенной системы мониторинга ПКЭ на действующем участке электрифицированной железной дороги позволило получить экономический эффект в 0,9 млн р., в том числе снижение потерь электрической энергии - 692,4 тыс. р., включение ФКУ мощностью 2250 квар - 141,6 тыс. р. При этом чистый дисконтированный доход для расчетного периода (пять лет) составляет 3,1 млн р. и срок окупаемости - менее двух лет. Кроме того, в случае изменений в действующем законодательстве и введения штрафных санкций за ухудшение ПКЭ на данном участке размер штрафных санкций может составить 13,5 млн р. в год, а реализация предложенных технических решений по улучшению ПКЭ предполагает их снижение на 4 млн р. в год.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. М а с л о в Г. П. Повышение качества электрической энергии за счет применения новых технических средств / Г. П. М а с л о в, А. Н. Л а р и н // Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных и других электромеханических преобразователей: Материалы науч.-практ. конф. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2003. С. 325 -331.

2. К а ш т а н о в А. Л. Экспериментальные исследования потребления активной и реактивной энергии по вводам 27,5 и 35 кВ тяговой подстанции Курагино Абаканской дистанции электроснабжения Красноярской железной дороги / А. Л. К а ш т а н о в, А. Н. Л а р и н // Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги: Материалы науч.-практ. конф./ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2005. С. 169-173.

3. Оценка размеров штрафных санкций за ухудшение качества электроэнергии в системе тягового электроснабжения переменного тока / А. Н. Л а рин,М.М.Никифоров и др. //Молодые ученые - транспорту: Труды VI межвуз. конф. / Уральский гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2005. С. 44-46.

4. Л а р и н А. Н. Методика составления сетевой карты качества электрической энергии / А. Н. JI а р и н // Материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием / Красноярск: Гротеск, 2005. Т. 1. С. 131-136.

5.Каштанов А. Л. Экспериментальные исследования перетоков мощности на участке Таксимо - Окусикан Восточно-Сибирской железной дороги / A. J1. К а ш т а н о в, А. Н. Л а р и н // Межвуз. сб. трудов молодых ученых, аспирантов и студентов / Сибирский автодорожный ин-т. Омск, 2006. Вып. 3. Ч. 1.С. 199-203.

6. Ларин А. Н. Показатели качества электроэнергии на электрифицированных железных дорогах / А. Н. Л а р и н // Сб. науч. ст. аспирантов и студентов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006. С. 46 — 50.

7. Л а р и н А. Н. Сетевая карта качества электрической энергии / А. Н. Л а-р и н // Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги: Материалы науч.-практ. конф./ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2006, С. 180-183.

8. Л а р и н А. Н. Контроль показателей качества электроэнергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока / А. Н. Л а р и н //Омский научный вестник /Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2006. № 6 (41), С. 92 - 95.

9. Л а р и н А. Н. Контроль и прогнозирование показателей качества электрической энергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока / А. Н. Л а р и н // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Самара, 2007. С. 111 - 115.

Ю.Ларин А. Н. Методика прогнозирования влияния несимметричной нагрузки на искажения ПКЭ на магистральном участке электрифицированной железной дороги / А. Н. Л а р и н //Транспорт Урала. Екатеринбург. 2007. № 4.

С. 90-94.

Типография ОмГУПСа. 2008. Тираж 100 экз. Заказ 843 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35

Введение.

1 Особенности электрической тяги переменного тока и ее влияние на показатели качества электрической энергии.

1.1 Специфические особенности электрической тяги переменного тока.

1.2 Качество электрической энергии и предъявляемые к ней требования в сетях электроснабжения.

1.3 Состояние исследований в области повышения качества электрической энергии.

1.4 Направления по улучшения показателей качества электрической энергии.

1.5 Структура системы мониторинга показателей качества электрической энергии.

Выводы.

2 Состояние и анализ качества электрической энергии на участках •электрифицированных железных дорог переменного тока.

2.1 Методика измерения качества электрической энергии на участке электрифицированной железной дороги переменного тока.

2.1.1 Существующие способы измерения и оценки качества электрической энергии.

2.1.2 Усовершенствованная методика измерения показателей качества электрической энергии.

2.1.3 Алгоритм оценки состояния показателей качества электрической энергии на участках железных дорог переменного тока.

2.2 Экспериментальные исследования показателей качества потребляемой электрической энергии на шинах высшего напряжения и районной обмотки тяговых подстанций по сети дорог.

2.3 Экспериментальные исследования показателей качества электрической энергии на электрифицированном участке железной дороги переменного тока

2.3.1 Характеристика участка и схем питания тяговой сети.

2.3.2 Состояние показателей качества электрической энергии на экспериментальном участке.

2.3.3 Влияние возврата электрической энергии в сети внешнего электроснабжения на показатели качества электрической энергии.

2.4 Предлагаемые технические решения по улучшению показателей работы системы тягового электроснабжения.

Выводы.

3 Методика прогнозирования значений показателей качества электрической энергии.

3.1 Выбор метода прогнозирования показателей качества электрической энергии.

3.2 Предлагаемый метод прогнозирование показателей качества электрической энергии в различных точках энергосистем.

3.3 Прогнозирование влияния потребителя и энергосистемы на значение показателей качества электрической энергии.

3.3.1 Прогнозирование влияния тяговой и нетяговой нагрузки на изменение коэффициентов показателей качества электрической энергии в точках присоединения тяговых подстанций к электрической системе.

3.3.2 Влияние электроэнергетической системы и потребителя на изменение показателей качества электрической энергии в узлах энергосистемы.

Выводы.

4 Прогноз показателей качества электрической энергии на действующем участке электрической железной дороги переменного тока.

4.1 Модель действующего участка электроэнергетической системы содержащей тяговую и нетяговую нагрузки.

4.2 Прогноз влияния тяговой нагрузки на величину коэффициентов несимметрии несинусоидальности напряжения на шинах тяговых подстанций.

4.2.1 Влияние тяговой нагрузки на коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах высшего напряжения тяговых подстанций.

4.2.2 Влияние тяговой нагрузки на коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения на шинах районной нагрузки тяговых подстанций.

4.3 Определение влияния энергосистемы и потребителя на изменение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках присоединения тяговых подстанций к системе внешнего электроснабжения.

Выводы.

5 Повышение технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения участка электрифицированной железной дороги переменного тока.

5.1 Сравнение расчетных и экспериментальных значений показателей.

5.2 Методика составления сетевой (дорожной) карты качества электрической энергии железной дороги участка переменного тока.

5.3 Оценка экономической эффективности внедрения сетевой карты качества электрической энергии.

5.3.1 Показатели экономической эффективности.

5.3.2 Расчет капитальных вложений и эксплуатационных расходов.

5.3.3 Оценка экономического эффекта.

Выводы.

Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт является энергоемким потребителем электроэнергии. Например, в 2007 г. для нужд электрической тяги использовано 40,41 млрд кВт-ч, что составило 5,35 % от общей выработки электроэнергии 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 дорогах достигала более 9 %.

В соответствии с основными положениями «Энергетической стратегии России на период до 2020 г.», утвержденной Правительством Российской Федерации (постановление № 1234-р от 28.08.2003), прогнозируется дальнейший рост тарифов на энергоресурсы. Поэтому одной из первоочередных задач в условиях непрерывного увеличения электропотребления на тягу поездов и эксплуатационные нужды железнодорожного транспорта является снижение платы за использование топливно-энергетических ресурсов.

Железная дорога один из крупнейших потребителей электроэнергии, качество которой напрямую влияет на эксплуатацию основных средств: сокращение срока службы изоляции электрических машин и аппаратов; ухудшение работы батарей конденсаторов в компенсирующих устройствах; сбои работы систем управления, релейной защиты автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники.

В свою очередь, обеспечивая высокие тягово-энергетические характеристики, эксплуатируемый на сети железных дорог переменного тока, электроподвижной состав оказывает влияние на качество электроэнергии в питающих сетях. В то же время способность электрооборудования ЭПС выполнять свои функции зависит от качества электроэнергии питающей системы.

Совместным решением Государственного комитета по стандартизации и метрологии РФ, Министерства энергетики РФ (Минэнерго России) и РАО «ЕЭС» России - «О мерах по обеспечению проведения обязательной сертификации электрической энергии» - от 02.11.2001 Департаменту государственного энергетического надзора и энергосбережения Минэнерго России предписано проинформировать поднадзорные энергоснабжающие организации о необходимости разработки планов-графов подготовки к сертификации электрической энергии для составления прогноза показателей качества электрической энергии, что в полной мере относиться и к электрическим сетям железнодорожного транспорта.

Повышение качества электрической энергии и улучшение условий электромагнитной совместимости являются первоочередными задачами всей отрасли и отдельных железных дорог.

В настоящее время применение надбавок к оплате за качество электрической энергии (КЭ) [142] сдерживается по ряду причин, но разрабатывается новая шкала штрафных санкций за низкие показатели качества электрической энергии (ПКЭ) (в сторону ужесточения требований к потребителям). Предварительная оценка показателей качества электрической энергии представляет определенный интерес, так как позволяет определить размеры предполагаемых надбавок к тарифам на электроэнергию и правильно выбрать мероприятия и средства повышения ее качества.

Железнодорожный транспорт, являясь крупным потребителем электроэнергии, заинтересован в правильном техническом и экономическом обосновании распределения ответственности в заключаемых договорах за нарушение показателей качества электроэнергии с учетом технологических возможностей потребителей и поставщиков электроэнергии по коррекции показателей качества электрической энергии.

Представляемая работа непосредственно связана с проблемой мониторинга, повышения качества и экономии электроэнергии на электрифицированном железнодорожном транспорте.

Цель работы - разработка системы анализа и прогноза показателей качества электрической энергии в электроэнергетической системе, содержащей электротяговую нагрузку переменного тока, путем составления сетевых карт качества электрической энергии, с учетом рационального использования существующих технических средств и схем питания тяговой сети.

Для достижения обозначенной цели поставлены и решены следующие задачи: разработать структуру системы мониторинга показателей качества электрической энергии; усовершенствовать методику измерения показателей качества электрической энергии с учетом специфических особенностей системы электроснабжения железных дорог переменного тока; предложить алгоритм оценки состояния показателей качества электрической энергии на участках железных дорог переменного тока, провести их исследования и систематизировать полученные результаты для анализа эффективности использования существующих средств системы тягового электроснабжения по улучшению показателей качества электрической энергии; разработать методику прогнозирования значений ПКЭ в зависимости от величины тяговой и нетяговой нагрузки; создать методику составления сетевой карты для оценки состояния показателей качества электрической энергии с учетом имеющихся технических средств управления качеством и определением участков с показателями, превышающими нормально и предельно допустимые значения.

Методы исследования. При проведении исследований в работе были использованы графоаналитические методы расчета, имитационное моделирование на ЭВМ с применением итерационного метода расчета сложной электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, инструментальных средств Matlab 6,0, программного комплекса Кортес системы тягового электроснабжения с учетом основных положений математической статистики и теории вероятностей с последующим экспериментальным определением показателей качества электрической энергии с учетом специфики электроснабжения действующих участков магистральных железных дорогах переменного тока. Экспериментальные исследования проведены с использованием многоканального измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М».

Научная новизна, основные положения, выносимые на защиту. В диссертационной работе решен комплекс задач, позволяющих при использовании соответствующих методик принимать научно-обоснованные решения по улучшению показателей качества электроэнергии и снижению затрат на электроэнергию.

К наиболее значимым следует отнести следующие теоретические и практические результаты: усовершенствована методика измерения показателей качества электрической энергии на магистральных железных дорогах переменного тока, позволяющая оценить влияние схем питания межподстанционных зон и возврата электроэнергии от перетоков мощности и рекуперации подвижного состава на изменение показателей качества электрической энергии в точках присоединения тяговых подстанций к системе внешнего электроснабжения; разработана методика прогнозирования значений показателей качества электрической энергии при изменении тяговой и нетяговой нагрузки в различных узлах электроэнергетической системы; создана методика составления сетевой карты качества электрической энергии, отражающая характеристики исследуемого участка, состояние и результаты анализа рассматриваемых показателей с указанием их прогноза при применении предложенных в ней рекомендаций по улучшению показателей качества электрической энергии.

Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена результатами экспериментальных исследований, выполненных на Северной и Красноярской железных дорогах. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 10 %.

Практическая ценность работы:

1. Разработанная структура системы мониторинга показателей качества электрической энергии обеспечивает возможность учета специфической особенности электрифицированных железных дорог, влияющих на изменение показателей качества электрической энергии, для выбора научно обоснованных технических решений по улучшению этих показателей.

2. Усовершенствованная методика измерения показателей качества электрической энергии на магистральных электрифицированных железных дорогах переменного тока позволяет получить первичную информацию о большинстве факторов, влияющих на качество электрической энергии.

3. Разработанная методика прогнозирования дает возможность определить изменения показателей качества электрической энергии при различных режимах работы систем тягового и нетягового электроснабжения.

4. Созданная методика составления сетевой карты качества электрической энергии дает возможность оценить исследуемые показатели и провести их анализ в различных узлах электроэнергетической системы, содержащей электротяговую и нетяговую нагрузки, наметить возможные пути снижения платы за электроэнергию на тягу поездов, а также отображает прогноз данных показателей при применении рекомендованных технических решений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на сетевой научно-практической конференции «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (Омск, 2004); всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005); шестой межвузовской конференции «Молодые ученые — транспорту» (Екатеринбург, 2005); научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2005); научно-техническом семинаре ОмГУПСа и семинаре кафедры «Теоретическая электротехника» ОмГУПСа (Омск, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей (из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и пяти приложений. Работа изложена на 165 страницах основного текста, содержит 37 рисунков, 43 таблицы и библиографический список из 184 наименований.

1. Расхождение расчетных и экспериментальных показателей качества электрической энергии на шинах ПО кВ тяговых трансформаторов по коэф фициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности к2и варьируется от — 8,4 % до 4,5 %, а расхождение значений по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения ки - от -9,7 % до 9,9%, на шинах районной обмотки по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения варьируются от 3,1 % до 4,6 %, а расхождение по коэф фициенту искажения синусоидальности кривой напряжения к

- от 3,4 % до

2. На основании предложенных методик оценки и прогнозирования ка чества электрической энергии разработана методика и составлена сетевая кар ты качества магистрального участка переменного тока Красноярской желез ной дороги, в которой собрана первичная информация по состоянию качества электрической энергии, предложенные технические решения по улучшению показателей и прогнозные ПКЭ с учетом предложенных рекомендаций.3. Внедрение предложенной системы мониторинга ПКЭ на действую щем участке электрифицированной железной дороги позволило получить экономический эффект в 0,9 млн р., в том числе снижение потерь электриче ской энергии — 692,4 тыс. р., включение ФКУ мощностью 2250 квар — 141,6 тыс. р. При этом чистый дисконтированный доход для расчетного пе риода (пять лет) составляет 3,1 млн р. и срок окупаемости— менее двух лет.Кроме того, в случае изменений в действующем законодательстве и введении штрафных санкций за ухудшение ПКЭ на данном участке размер штрафных санкций составит около 13,5 млн р. в год, а реализация технических решений по улучшению ПКЭ обеспечивает снижение таковых на 4 млн р. в год.ЗАКЛЮЧЕНИЕ В результате выполненного в диссертационной работе комплекса тео ретических и экспериментальных исследований решена задача разработки научно-обоснованной методологии прогнозирования показателей качества электрической энергии на железных дорогах переменного тока. Изложенное в настоящей работе позволяет сделать следующие выводы:

1. Разработана система мониторинга показателей качества электриче ской энергии, включающая в себя три структурных элемента: состояние -

сбор фактического материала на участке электрифицированной железной до роги, проведение натурных исследований показателей качества электриче ской энергии; анализ - определение научно обоснованных технических ре шений по приведению ПКЭ к нормированным величинам; прогнозирование -

информация о перспективах развития объекта с учетом воздействия на кон кретный показатель качества электрической энергии различных процессов и факторов, а также принятых технических решений.2. Усовершенствована методика измерения ПКЭ на магистральных электрифицированных железных дорогах переменного тока, позволяющая более полно учесть первичную информацию о факторах, влияющих на каче ство электроэнергии, с учетом специфических особенностей электроснабже ния железных дорог; показано, что измерения ПКЭ необходимо проводить до пяти режимов работы системы тягового электроснабжения: три режима — без возврата электроэнергии из тяговой сети (схемы консольного, встречно кольцевого и узлового питания), два режима - при возможном возврате элек троэнергии из тяговой сети при двухстороннем питании (от протекания уравнительных токов без рекуперации и возврате электроэнергии при нали чии рекуперации); по данной методике проведены исследования качества электрической энергии на участке электрифицированной железной дороги переменного тока и на основании полученных результатов установлено, что искажения по коэффициенту синусоидальности кривой напряжения на шинах высшего напряжения не превышают 3,07 %, на шинах районной нагрузки

5,68 % (35, 10 кВ), по коэффициенту несимметрии напряжения по обратной последовательности на шинах высшего напряжения — 1,58 %, на шинах рай 140 онной обмотки — 2,12 %, а потери электрической энергии в МПЗ находятся в диапазоне от 46,3 до 742,9 тыс. кВт-ч в год.3. Предложен алгоритм оценки состояния ПКЭ, позволяющий более полно проводить анализ с учетом имеющихся технических средств системы тягового электроснабжения по улучшению ПКЭ и выявления виновников их ухудшения, определения путей решения приведения ПКЭ к нормам, установ ленным ГОСТ 13109-97. и проведены измерения показателей качества элек трической энергии на участках железных дорог переменного тока, на основа нии которых установлено, что при использовании узловой схемы питания межподстанционной зоны коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения имеет наименьшую величину, в то время как для других схем, по отношению к узловой схеме, увеличивается в среднем: при встречно кольцевой на шинах высшего напряжения 2,9 %, а на шинах районной об мотки 4,7 %; при консольной схеме 11,9 % и 12,9 % соответственно, а также предложены рекомендации для повышения показателей качества и сокраще ния потерь электрической энергии на рассматриваемом участке Краснояр ской железной дороги переменного тока.4. Разработана методика прогнозирования ПКЭ, позволяющая опреде лить значения исследуемых показателей при различных режимах работы сис тем тягового и нетягового электроснабжения, при которых коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения и несимметрии напряже ния по обратной последовательности на шинах тяговых подстанций дости гают нормально и предельно допустимых значений, установленных стандар том, а также степень влияния тяговой и нетяговой нагрузки на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.5. Создана методика формирования сетевой (дорожной) карты качества электроэнергии электрифицированных железных дорог переменного тока, которая включает в себя характеристику исследуемого участка, состояние исследуемых показателей с учетом специфических особенностей электрифи цированных дорог переменного тока, рекомендации по возможному сниже нию платы за электроэнергию на тягу поездов, а также прогнозные показате ли качества при принятых технических и организационных решениях.6. Внедрение предложенной системы мониторинга ПКЭ на действую щем участке электрифицированной железной дороги позволило получить экономический эффект в 0,9 млн р., в том числе снижение потерь электриче ской энергии - 692,4 тыс. р., включение ФКУ мощностью 2250 квар - 141,6 тыс. р. При этом чистый дисконтированный доход для расчетного периода (пять лет) составляет 3,1 млн р. и срок окупаемости— менее двух лет. Кроме того, в случае изменений в действующем законодательстве и введения штрафных санкций за ухудшение ПКЭ на данном участке размер штрафных санкций составит около 13,5 млн р. в год, а реализация технических решений по улучшению ПКЭ обеспечивает снижение таковых на 4 млн р. в год .

1. Аввакумов В. Г., Незевак В. Л. Научно-организационные принципы энергосбережения//Железнодорожный транспорт. 2000. № 10. 50

2. Авилов В. Д. Энергетическое обследование в стационарной энергетике // Экономия топливно-энергетических ресурсов на железных дорогах - текущие и перспективные задачи: Доклады и тезисы, представленные на конференцию / ВНИИЖТ. М., 2000. 49 - 52.

3. Авилов В. Д. Энергетическое обследование и паспортизация предприятий // Железнодорожный транспорт. 2000. № 10. 51 — 52.

4. Аррилага Дж., Бредли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах/Москва, 1990.: Энергоатомиздат.

5. Бадёр М. П. Совершенствование электрической тяги и системы тягового электроснабжения постоянного тока // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Труды конференции / М., 2000. VTII-3 - VIII-4.

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

7. Бардушко В. Д. Пути совершенствования имитационного моделирования систем электрической тяги // Информационные технологии контроля и управления транспортными системами: Сб. науч. тр. - ИрИИТ. — Иркутск, 2000. -№6.С. 13-19.

8. Бардушко В. Д. Определение мест включения ППС по условию увеличения пропускной способности контактной сети // Сб. науч. тр. / Хабаровский ин-т инж. ж.-д. трансп. Хабаровск, 1989. 41 - 43.

9. Бардушко В. Д. Алгоритм расчета потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения // Автоматизированные системы контроля и управления на транспорте: Сб. науч. тр. ИрИИТ, 1999. Вып. 5. 87 - 95.

10. Бей Ю. М., Мамошин Р. Р., Пупынин В. Н., Шалимов М. Г. Тяговые подстанции. М.: Транспорт, 1986. 319 с.

11. Беляков А. А., Федотов Уравнительные токи устранены. // Локомотив. 1999. № 7 42-43.

12. Бесков Б. А. и др. Проектирование систем энергоснабжения электрических железных дорог. - М . : Трансжелдориздат, 1963. 471 с.

13. 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. 60-63.

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

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

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

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

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

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

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

21. 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. 34-42.

22. Быкадоров А. Л., Доманский В. Т. Сравнительная оценка косвенных способов измерения потерь энергии в контактной сети переменного тока // Труды РИИЖТа; Вып. 153. Ростов на Дону, 1979. 20 - 27.

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

24. Герман Л. А. Схема замещения электрифицированного участка железной дороги переменного тока // Электричество. 1988. № 3. 71 - 75.

25. Герман Л. А. Оптимизация режима работы системы тягового электроснабжения переменного тока // Проблемы совершенствования системы тягового электроснабжения подвижного состава железных дорог: Межвуз. сб. науч. тр./ ВЗИИТ. М., 1989. С 26 - 29.

26. Вентцель Е. Теория вероятностей/ Наука М., 1969. С 569.

27. 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. 50-60.

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

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

30. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / Высшая школа М., 1998. 480

31. 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.

32. Глухивский Л.И. Расчет периодических процессов электротехнических устройств (дифференциальный гармонический метод) / Львов: Вище. шк. - Изд-во при Львов, университете, 1984. - 164с.

33. Дынькин Б. Е. Особенности защиты тяговой сети при нетиповых условиях электроснабжения // Вестник ВНИИЖТ. 2001. № 1. 26 - 22.

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

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

36. Ефимов А. В. Методология анализа эффективности функционирования технических систем // Повышение надежности работы устройств электроснабжения железных дорог: Сб. науч. тр. / Уральская гос. акад. путей сообщения. Екатеринбург, 2000. 3 - 8.

37. Ефимов А. В., Галкин А. Г. Надежность и диагностика систем электроснабжения железных дорог. - М.: УМК МПС России, 2000. 512 с.

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

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

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

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

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

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

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

46. Железко Ю. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов.М.,1989.176с.

47. Железко Ю. С, Белоусов В. Н. Отражение в договорах на электроснабжение вопросов качества электроэнергии и условий потребления и генерации реактивной энергаи/УЭлектрические станции. 1999. № 1.

48. Жуков В. В., Неклепаев Б. Н. Эквивалентное сопротивление обратной последовательности узлов комплексной нагрузки // Электричество. - 1975. - №

49. Журавель А. И. Экономическая эффективность инвестиций // Железнодорожный транспорт. 1995. № 11. 57-61.

50. Зажирко В. Н., Черемисин В. В. Модель тяговой сети для исследования волновых процессов // Материалы межвуз. науч. техн. конф. «Железнодорожный транспорт Сибири: проблемы и перспективы» / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 1998. 98, 99.

51. Зажирко В. Н., Черемисин В. В. Оценка влияния волновых гармоник на потери электрической энергии в тяговой сети// Материалы региональной науч.-практ. конф./ Сибирский гос. ун-т путей сообщения. Новосибирск, 1999. 113-116.

52. Закарюкин, В.П. Сложнонесимметричные режимы электрических систем Текст. /В.П. Закарюкин, Крюков А.В. - Иркутск: Иркут. ун-т. - 2005. - 273 с.

53. Инструкция по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и объединений. М.: СПО «Союзтехэнерго». 1987. 42 с.

54. Инструкции по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог» (ЦЭ-936, 2003 г.).

55. Инструкция по расчету и анализу технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. Министерство энергетики и электрификации СССР, 1987. 35 с.

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

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

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

59. Караев Р.И. Влияние транзита мощности по линии передачи на работу тяговых сетей переменного тока // Электричество. 1986. №2 62-65.

60. Карташев И. И., Пономаренко И. С, Ярославский В. Н. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии//Электричество. 2000. № 4.

61. Косарев А. Б. Электромагнитные связи элементов систем тягового электроснабжения // Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5. 3 8 - 4 1 .

62. Косарев Б. И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока. М.: Транспорт, 1989. 219 с.

63. Котельников А. В., Батраков А. Распределение потенциалов и напряженности магнитного поля // Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 4. 24 - 26.

64. Котельников А. В., Нестрахов А. Железнодорожный транспорт России в 2000 ... 2030 гг. // Вестник ВНИИЖТ. 2000. № 5. 3 - 15.

65. Котельников А. В. Экономическая эффективность видов тяги // Материалы международного симпозиума Элтранс 2003. - ПГУПС. - СПб. - 2003. 14-15.

66. Котельников А. В., Наумов А. В., Наумов А. А. Выбор мест подключения междупутных перемычек в тяговых рельсовых сетях электрифицированных железных дорог // Вестник ВНИИЖТ. 2001. № 1. 17 - 21.

67. Ларин А. Н. Методика прогнозирования влияния несимметричной нагрузки на искажения ПКЭ на магистральном участке электрифицированной железной дороги //Транспорт Урала/ Екатеринбург, Изд-во «Лазурь» 2007. 90-94.

68. Ларин А. Н. Контроль показателей качества электроэнергии на электрифицированных железных дорогах переменного тока //Омский научный вестник. /Омский гос. тех. ун-т. Омск, № 6 (41), 2006 г., сентябрь, 92 - 95.

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

70. Марквардт Г. Г. Применение теории вероятностей и вычислительной техники в системе электроснабжения. М.: Транспорт, 1972. 224 с.

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

72. Марквардт К. Г., Быкадоров А. Л. Матричный метод расчета тяговых сетей // Электроснабжение и автоматизация электрических железных дорог: Сб. науч. тр. /Ростовский ин-т инж. ж.-д. трансп. Ростов-на-Дону, 1976. 36 - 4 5 .

73. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог: Учебник М.: Транспорт, 1982. 578 с.

74. Марквардт К. Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982. 528 с.

75. Марский В. Е. Методика и программа расчета параметров многопроводных сетей переменного тока на ЭВМ серии ЕС// Инструктивно-методические указания: Вып. 2-85 ИМУ ТЭЛП / Трансэлектропроект. Москва, 1987. 4 - 4 2 .

76. Меерович Э. А., Горушин В. И., Голембо 3. Б. Расчет токов и напряжений в электроэнергетической системе, питающей несимметричные нагрузки // Электричество. 1955. № 9. 32 - 39.

77. Метод расчета волновых процессов в тяговых сетях переменного тока/ Зажирко В. Н., Черемисин В. В.; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 1998. 54 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 15.09.98, № 6184-ж.д. 98.

78. Методические рекомендации по определению экономической эффективности мероприятий научно-технического прогресса на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт. 1991. 239 с.

79. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте. М. Транспорт, 1997. 52 с.

80. Мешающие влияния электрифицированных железных дорог на смежные устройства: Учебное пособие / М. Г. Шалимов. — Омская гос.акад. путей сообщения. Омск, 1996. 107 с.

81. Мозгалев В. С, Богданов В. А., Карташев И. И. и др. Оценка эффективности контроля качества электроэнергии в ЭЭС//Электрические станции. 1999. № 1 .

82. 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/ЦНИИТЭИМПС. М., 1996.. 1 - 10.

83. Павлов И. В. Зависимость волновых процессов в тяговой сети от параметров питающих линий электропередач // Электричество. 1971. № 6. 75 - 77.

84. Павлов И. В., Евминов Л. И. Об определении степени усиления высших гармоник тока в тяговых сетях// Электричество. 1972. №9. 92-93.

85. 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.

86. 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.

87. Поплавский А. Н. Электроэнергетика предприятий железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1981. 264 с.

88. Поплавский А. Н., Краснов Б. Д., Недачин В. В. Стационарная электроэнергетика железнодорожного узла. - М.: Транспорт, 1986. 279 с.

89. Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и генерацию реактивной энергии // Промышленная энергетика. 1998. № 10. 43-52.

90. Программа энергосбережения на железнодорожном транспорте в 1998 - 2000, 2005 годах / МПС РФ. М., 1998. 30 с.

91. Пупынин В. Н. Шевлюгин М. В. Энергосбережение в системе тягового электроснабжения 3,3 кВ с помощью накопителей энергии // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Труды конференции / М., 2000. VIII-16, VIII-17.

92. Расчет показателей по оценке эффективности инвестиционного проекта//Экономика строительства. 1995. № 12. 7-12.

93. РД 153-34.0-15.502-2002. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. В 2 ч. Ч. 1. Контроль качества электрической энергии. М.: Изд-во стандартов, 2000. 37 с

94. РД 153-34.0-15.502-2002. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. В 2 ч. Ч. 2. Анализ качества электрической энергии М.: Изд-во стандартов, 2002. 48 с

95. Система тягового электроснабжения 2 х 25 кВ / Б. М. Бородулин, М. И. Векслер, В. Е. Марский, И. В. Павлов. М.: Транспорт, 1989. 250 с.

96. Смирнов С, Коверникова Л. И., Молин Н. И. К вопросу определения вклада тяговой нагрузки в ухудшение качества электрической энергии, связанного с высшими гармониками // Промышленная энергетика. 1997. №11. 4 6 - 4 9 .

97. Сигорский В. П. Общая теория четырехполюсника. - Киев: Изд-во АН УССР, 1955.311с.

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

99. Тер-Оганов Э. В. Применение метода имитационного моделирования для расчета и анализа системы электроснабжения: Учебное пособие. - Екатеринбург, 1993. 107 с.

100. Тер-Оганов Э. В. Эффективность пунктов параллельного соединения //Железнодорожный транспорт. 1998. № 9. 33.

101. Типовые нормы времени на текущий ремонт оборудования и устройств тяговых подстанций и постов секционирования электрифицированных железных дорог. / Главное управление электрификации и электроснабжения МПС. М., 1988. 167 с.

102. Федотов А. А.. Анализ работы хозяйства электрификации и электроснабжения в 2006 году. ОАО «РЖД». Департамент электрификации и электроснабжения, № ВС-2050 от 10.03.2006. 104 с.

103. Черемисин В. Т., Дубовик Е. П. Способ расчета высших гармоник, генерируемых электротяговыми нагрузками // Динамика электрических машин: Межвуз. тематич. сб. науч. тр./ Ом. политехи, ин-т. - Омск, 1985. 150-153.

104. Черемисин В. Т. Метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку / Ом. ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1992. - 1 9 с - Деп. в ЦНИИТЭИМПС 17.01.93, № 5789.

105. Черемисин В. Т. Совершенствование методов расчета режимов приема и потребления электрической энергии в условиях несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки переменного тока: Дис... доктора техн. наук. Омск, 1996. 444 с.

106. Черемисин В. Т. Трехфазные цепи: Учебное пособие/ Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1992. 62 с.

107. Чернов Ю. А. Уравнительные токи в контактной сети при параллельной работе тяговых подстанций переменного тока// Сб. науч. тр. / МИИТ. М., 1965. Вып. 199. 3 5 - 5 1 .

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

109. Чернов Ю. А. Уровень и несимметрия напряжений при параллельной работе тяговых подстанций переменного тока// Сб. науч. тр. / МИИТ. М., 1969. Вып. 302. 83 - 89.

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

111. Шалимов М. Г., Усенко А. П. Сопротивление многопроволочных проводов в спектре повышенных частот // Энергоснабжение электрических же-лезных дорог: Сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - 1968. 103-109.

112. 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.