автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Сглаживающие фильтры тяговых подстанций с многоимпульсовыми выпрямителями

На правах рукописи

КОВАЛЕВА Татьяна Владимнровна

Шее

УДК 621.331:621.311.4:621.316.0

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ С МНОГОПУЛЬСОВЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Специальность 05.22.09 — «Электрификация железнодорожного транспорта»

гА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение железнодорожного транспорта» Омской государственной академии путей сообщения.

Научный руководитель —

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор ШАЛИМОВ Михаил Георгиевич.

Научный консультант —

кандитат технических наук, доцент

I МАЦЕНКО Владимир Пименович.

Официальные оппоненты —

доктор технических наук, профессор ФЕДОРОВ Владимир Кузьмич;

кандидат технических наук, доцент НИЗОВ Анатолий Семенович.

Ведущее предприятие —

Западно-Сибирская железная дорога.

Защита диссертации состоится 22 ноября 1996 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 114.06.01 при Омской государственной академии путей сообщения (ОмГАПС) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан «/¿Р» СЗ/СМ&^/^хЯ^_ '99(3 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, академик Академии транспорта РФ,

доктор технических наук, профессор В. К. ОКИШЕВ.

Омская гос. академия путей, сообщения, 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛВОТЫ

Актуальность исслояозанлй. ЕелезнодорстшГ? транспорт является одной из юючеснх отраслей народного козяйстза России. Sô-лознымн дорогами осуцестеляэтся болею 50 % грузезых и около. 40% пассажирских перевозок. Б условиях - рыночных отношений важный фактором повышения прибыльности лелезнодстогпого транспорта яв1-ляется 2К0Н01.Ш ресурсов, преаде всего топлива и электроэнергии, затраты на которые составляэт основную часть эксплуатзди-ошш расходов, • .

Удельный вес полезных дорог в алситрспотреблснии страны составляет 5,1 % (38 ;.шрд кВт-ч в гол). Из общего потребления электроэнергии на электрическую тягу поездов расходуется'78,9 X (27,35 млрд кБт-ч).

Электрические дакзныо дороги России занимают ведущее место в миро по протяженности '(33,3 тце.ш). Объем п&реоозок, обеспечиваешь электрической тягой, составляет ¿0 к. от общего объема келезнадорохных перевозок при чротяженности электрифицированных /TKKïift 50 % от эксплуатационной длины ссти.

Электрификация келезнодорокного транспорта тесно связана с проблемой'обеспечения электромагнитной совместимости устройств электроснабкения со смежными электротехнически:,ai коммуникация-ни, В частности, на электрифицированных участках постоянного тока необходимо выполнение специальных мероприятий по сипкениу кспасщого" влияния тяговых токоп на цепи связи и их сп<?снгт'> влияния на рельсовые цепи автоЗлсиифопгл в цзлл:; ул/чггпг.", «••••• честоа связи и посинения безопасности лв»ЕЭД1я.поогг;оя.

Одна'! из объективных мер.защити /sntr.fi стяги от iwj-m гспса сети является устснотса г ta тпгсв>.гх подстсиция;: рос: o-v.::'-го тока'сглаживающих Оильтров <С4). К СО тяговых предъявляется ряд требован!tfl: они долены обссисчить непреклонно лслустдаого уровня помех в линии связи и нормальную работу устройств азтоблокиразки при иаяемкально простой cxaiv и олрз-

нетрах, обусловят ащах шнниуы потерь электрической sueprtns. Таким образш. выбор схеш и параметров СФ является сложной многокритериальной задачей.

Правилами защиты, введенными в 1969 г., ко до сих лор кз-лящишся единствен;'.и.; нориативнш докуиентом в области закати устройсго проводной связи от-тяговой сети постоянного тока, рекомендуются к пршзнениэ схем Сф, предназначенные для установки на тяговцх подстанциях с шестипульсовьши ртршпешм на участках с воздуаншп линияын связи.

В настоящее преда на тяговых подстанциях сирокре прииеиэ-низ получили выпрямители, сьшшгишо по двенадцатипуяьсовой схеш (21 Я от обазго числа), которого обеспечивают шеоку» надежность, эишмюсть, качество электрической. энергии в сио-темах ВНОШ2ГО и тягоеого 'алштр.оснаба(?!шп. Укосточонно требований элсгггроиагнцтпоП сосыэстшостн приводит к необходимости рассмотрения-вопроса о, целесообразностисоздания выпрямителей с бапыаа чисуш пульса:}!«"! Ешрлшюииого напряженна (двадцати четыре, тридцать сость ).'Ушичелнз числа пульсаций випрпалонна-го напряжения дает cösuaraeib прлмолошш-болео простых н экономичных €Ф.

Каблирозанно'линий Связи дсляотся эффективной мерой защити аших устройств от 5« влияния, а следовательно, способа» упро-цения со. Это шроприятш' достаточно дорогостояще, однако в большинстве случаев оно целесообразно как с точки. зрения задай от влияния смезхшх устройств, так и со стратегической точщ$ арония. ...

На сегодиявкий день на сети келезних дорог России о эксплуатации находится 57630 т кабрлыых магистральных линий (65,9 % от протяженности сети). Актуальном остается вопрос о дальнейпей замоин воздушных-магистралей кабальными.

Во многих электрических системах, от которых получаат питание тяговые подстанции -постоянного тока, напряжения лвлявтея в большей или исныаей степени и лесишотричныии. » носшусои-дальндаи о зависимости от количества и мощности однофазних и

нелинейных нагрузок, подключенных к питающей энергосистеме. Исав,а-етрия и («синусоидальность питатрк иолрякешЛ искаяаэт форму кривой выпрямленного мапрягатд. а слодовотешю. швшят на выбор схем! и параметров <Ж 05, шбраткП-боз учета пест-метрии и несш<усоидальност1Г питающих напряшмй, ыозот п ряде случаев не обеспечить электромагнитной совместимости тяговой сети и смежных электротехнических устройств, что приседе: к нарушению нормальной' работы линий связи и устройств автоблокмроп-

1Ш.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является исследование и выбор схем и. параметров СФ тяговых подстанций постоянного тока при несишзтрш и несинусоидалыюстк питающих напряжений на участках с Ьоэлуппкмп и кабелык'и линиями

сплзи. .

Для-достижения 'указанной цели с работе поставлены и ревели следующие задачи:

1) разработана г,Методика гармонического анализа напряжения на выходе я-пульсового выпрямителя при деаематричнык и кааму-со! »дальних питаяцих напряжениях; * '

Я) на основе предлозешсЛ истедкки ■ составлена программа для ПЭВМ и выполнен» расчати ж гарменпк шгпрянпешгага кгпря-аешш и-их-начальных саз для пасти-, дгенздцаг«-, осссшадца-ти~» дордцаттеткрох- и тридцатиасстнпульсог!« сшргштелей;

3) пшшега зшшацераш.ЗДиароваю« спектра напряземия на виходз я-пульсепого вйпрлмит&пп пр!{ нссижетрки и несинусоидальности пигащих кадрдаснийг е

4} получены формул» для игакясгеш осктср-потенциальной Функции провода бесконечно болызсЯ дш для точек: наЗладотю. находящихся о земле, при одшзшгвд » различных 'магнитоле свойствах зс.'.шн и воздуха;

. ' 5) с использованием получен!«« Формул разработал* програг-ш для ПЭВИ и произведена расчета параметроэ магнитного влияния тггеггай сети на линии, находящиеся либо о земло, либо о воздухе;

6) обосновало значение предельно допустимого меаадего напряжения на выходе СО на участках с набельнши линиями связи;

. 7} разработана штодин& выбора схемы СФ для тяговых подстанций; .

й) на оснозе яриоеденной штодшеи обоснованы, и рекомендованы к применения СФ для тяговых подстанций с востн-, двенадцати- и доадцатичетырохпульсоош.ш выпрямителями при различной степени несимыетрин и несинусоидалшостн питающих напряжений на участках с лоздуенши и кабельными линиями связи;

9) подтверждена достооериость теоретически обоснованных кори псофонетрического напря^зния на выходе СФ и приведенных-рекомендаций по оибору exea и параметров СФ путем экспериментальных исследований на действующих электрифицированных участка*,

Ното&ш кссдедозагск. В основу работы положены теоретические и экспериментальные исследования" Теоретический анализ электромагнита; процессов в в-пульсссс-я выпрямителе при несимметричных и несинусоидальнах гщтаззцих напряжениях выполнен е привлеченной исхода симметричных составляющих. Параметры магнитного слияния тяговой сети на сыеяныз линии связи определена на оснозс теории диполь нш источников магнитного поля. Для расчетов составлен падет программ для ПЭШ!. Экспериментальные исследования влияния тягооой сети на оездувшо и кабельные линии сояаи проведены на ялектрифицирозатшх участках Заладно-Сибирс-кой гелезной дороги и Целинного горнохимического комбината.

Научная новизна: •

- разработана иотодикл гарданичсского анализа выпрямленного малрязения ю-пульстаго выпрямителя при несимметричных и но-снкусоияальнш питающих напряжениях;

■ получены расчетные формулы, позво/вшчие о строгой постановке задачи на основе теории лигюльних источником ыагиитного ноля рассчитать параметры магнитного влияния для случая, когда tioroepsut¡нал слиянию линия находится с з<:мло. обл;Ш'«:;;ой магнитным» С1.0ИС-. идш;.

- обоснована норма псо&ометрического кешгацего налрязБния ка выходе СО;

- разработана методика и получены рекомендации па выбору схеми и параметров СФ тяговых подстанций с многопульсовачи внп-ря:.!нтсля1.:и на участках с воздуюньш и кабельными линиями связи при различной степени несимметрш и кесинуссидальности питаos,!« налрякекий.

достоверность научных положений и выводов обоснована теог ретически и подтверждена результатами экспериментальных пссло-довзлий. проведенных на действуащнх электрифицированных участках; опытом эксплуатации.

Практическая ценность и шюдрекио результате» работе.'. На основании теоретических и экспериментальных исследований разра-' ботгны и доведены до внедрения:

- методика гармонического анализа напряжения на выхода ¡одсгопульсооых пьирямителей при несимметричных и несинусоидаяь-иых питзюцих напряжениях;

- рекомендации по выбору схем и параматрсп. СФ тягопых подстанций с иногопульссЕьши ейпрямитеячми на участках с eos-дувными и кабельнычи линиями связи при- различной степени песик-метрии и нескнусоидальнссги питающих напряжений.

Вабор схем я пара^етроп СФ в соответствии с предлкхкнчиа рекомендациями позволяет обеспечить корналыюо' $ункцига«;ров5'й:с линий сзпзн, пролоаенных ■ вдоль электрических солознкх до<:ог постоянного тока, и устройств шзтоблокпроогаг, 'снизить потопи электрической энергии и затраты труда на настройку С-!', добиться гиономин г?лснх'ротехкич-зсни,ч' материалов.

Апробация работе. Основные пологения глс'.гртг.ц:-;; ^v-палюсь, обсугдались и полутпу одобриз« на: Ш! икучг;о*г{?/ч:.-. чажой конференции ;<?<!>елР ОиДОГа ÍSB*. Г, )', w.zorv. ■ '

научно-технического езгшера к,?.}е/;рн тяго-че подели« •.>. >. • автоматизация" ОмШГа . ("ЗлисгроснабхениЬ ч r.em&HoncíivVfü- ■ тро ¡спорт?" С?!:Г/.ПС, Oactt. Д0ВЗ-!?СЗ гг.); ücocqix?ío}¡ kí-.tv' зсзской №pitto~nppj<rmocmft тФоропщ:н стугентез, ссгчясктй •

молодых ученых и специалистов (Москва. 1900 г.); Всесоэзной научно-технической конференции "Методы и сродства диагностирования технических средств сэлезнодороаного транспорта" (Омск, 1989 г.); научно-техническом межкафодральном семинаре (От:, 1996 т.).,

Публикации. По.результатам проведенных исследований опубликовано: депонированная рукописен - 3 , статей в межвузовски;: сборниках - 5 ; тезисов докладов -3 ; отчетов по научно-исследовательской работе, зарегистрированных во ВНТИЦе., - 4 ; программных продуктов, зарегистрированных в 05>АП 1,'инвуза СССР, - 3.

Структура и обгеи диссертации. Диссертация содержит 144 страницы машинописного текста, 69 рисунков, '16 таблиц и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использовании:; источников (126 наименований) и четырех.прилонений на 49. страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ;

Вводшшо отражает актуальность теш и направление выбранных исследований.

П первом разделе рассмотрена проблема электромагнитного влияния тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока на смежные устройства и описана существующие способы его еншения.

Тяговая сеть электрических железных дорог оказывает магнитное, электрическое и гальваническое влияние на различные смежные устройстг-а и. превде всего, на воздушные и кабельные линии связи, улучшению электромагнитной совместимости тяговой сети электрических железных дорог со смежными устройствами, совершенствования и развитию систем электроснабжения способствовали работы К. И. Михайлова. Л. Д. Разушва. р. Р. Мамоиина, В. Н. Пу-пынина. А.Т.Буркова, А.К.Видловского, N. Г. Шалимова, В.К.Федоро-

8

¡за. 3. Л. Михайлова. В. П. Семенчука, М. П. Бадера,' Л. П. Проссцкого и других.

Выпрямители тяговых подстанций являются источнг.чзни высших гармонических составляющих напряжения, питающего тяговую сеть. Гармоники выпрямленного напряжения создаст переменные составляющие d тяговой токе, которые, d свои очередь, обусловливают по-пвленио помех в смежных устройствах, расположенных вблизи .электрических железных дорог. Гармонический состав выпрямленного напряжения зависит от схемы выпрямления.

Применение на. тяговых подстанциях выпрямителей с числом пульсаций в кривой выпрямленного напряжения больше иести явилось эффективной мерой улучшения технико-экономических показателей системы электроснабжения. Вольной склад в разработку, исследование ».внедрение двенадцати- и двадцатичетырехпульсовнх выпрямителей внесли ученые и сотрудники кафедры "Тяговые подстанции и их автоматизация" (ТПА) ОмМТГа ("Электроснабжение ке-лезнодоронного транспорта" (ЗЖТ) СмГАПС). работники слузбы электроснабжения и электрификации Западно-Сибирской яэлезной дороги (ОСЗД). ЕНШТа, ЛИШГа. УрЗДОИТа, "ПО "Уралэлектротяз-мааи Н.Г.Палимоз, Б.С.Барковский, В. П. Иацешю, Г.С.Магай, Ii.П.Кзлаклеевский. H.A.Рольбанд, 9. 11 Бей, '?.Н.Урманов, В.Л.Ар-:«шиксз. Л. С. Низов, Л. В. Зиноградоо. Л. М. Пестряаиа, Я.Л.Фиапер, й.К,Виноградов. A.A. Яцешсо и другие. _»

Наиболее распространенной и эффективной мерой завета линий связи от нелающего влияния тяговой сети постоянного тока считается применение на тяговых подстанциях СФ. Правилами запита устройств проводной связи от влияния тяговой сети электрических железных дорог постоянного тока рекомендованы слоиныа двухзвен-ные схемы СФ для тяговых подстанций с иестипульсозьаш выпрямителями на участках с вездуишн линиями связи (рис. 1). Применение выпрямителей с числом пульсаций в кривой выпрямленного напряжения больше иести и кабдирование линий связи требуют применения более простых и экономичных СФ; однозвешшс апериодического и резонансно-апериодического (рис. 2).

9

-!- 3'3,Y¿3

J?/ ^ Тез

-3,5 at)

1 JL JL

, }s.\m ш j os i m-

Ç ' £ • ê, < ; - ç L_ ' í - Ч л

Ъ 'JWM «MMU» «дгуожз»мв^^^^^мм^;,

U \Ктгооо-

б

Рас. I. Дзухзаешсо сглагиоэдис Щжъгды-.

а - Западно-Сибирской валйзкой сороги; • 6 - Б1Г/Г.СГГС.

-т- 3,3 HS

С

S i£ пезо-ßom PS'WJ

■1-3, ЪпВ

Ь П

Vi / t

/"7*4 ; I t шзодщу

Qif) ; "

S

¡be. й. ОдкозBeware сглзвдоттоз фкяьтр»: а - апериодически:'1;

б - релонгнскога*?чгрнодич'0Скнй с одним резоиамьшч контуров

íí

К числу зажных преимуществ однозвенных СФ следует отнести:

1) снита-ше потерь электрической энергии по сравнений со схемами двухзвеншх СО;

2) отсутствие необходимости периодической настроГаа; резонансных контуров;

3) облегчение условий работы конденсаторов;

4} выполнение батареей конденсаторов функций разрядника для волн перенапряжений, набегаащих с контактной сети.

Выбор схеыы и'параметров С5> в значительной «ере определяется'величиной псофоиетрического напряжения, которое необходимо обеспечить на выходе СФ по условиям защиты лший связи от мешающего воздействия тяговой сети, а следовательно. гармонически: составом выпрямленного напряжения.

Анализ электромагнитных процессов.» мюгопульссвых выпрямителях, как правило, теоретически выполняется при условии симметрии -и синусоидальности питавших напряжений. Однако реально на тяговых подстанциях постоянного тока система датавцш; напряжений несимметрична и кесинусоздальна. Проблеме улучшения.качества электроэнергии в питающих системах' посеящеш работы И. В. Еежеленко, 0. С. Келезко, Р .11 Борисова, А. К. Шидлосского, В.К.Федорова и других.

В настоящее время реетмы работы электрических- сиетец при наличии несишетрии и несикусоидальности необходимо считать длительным нормальными нагрузочными решшами. Это бестоятель-ство обусловливает необходимость исследования режимов работы отдельных приемников при ухудаенных по!<азателях качества электрической энергии и обеспечения электромагнитной совместимости различных потребителей. 0

Проблема гармонического анализа кривой напряжения на выходе доогопульсоьиго выпрямителя при несимметричных и несинусоидальных питающих напряжениях посвящены работы Б. Н.Еляпоиникова, М.Д. Трейваса, А. В.Поссе, А. К. Шндловского, М. П. Валера, А.М.Пин-цова, В. П. Маценко, А.С.Низовз и'других.

Анализ «ногочисленных публикаций, посвященных методам рас-

чета гаретгшк напряжения на выходе выпрямителей,. показал, что в настоящей время не существует универсальной методики, позволяо-цсп1 получить гармонический спектр переменно') составлявшей напряжения и-пульерзого вшрямителя при несимиетрин и песннусси-далыюсти питающих напряжений. Создание такой методики позволит обосновать выбор схс;.м и параметров СФ.

Для оценки индуктивных влияний тяговой сети на линии связи, а следовательно, для обоснования нормы максимально допустимого псофометрнческого напряжения ка выхода СФ необходимо решение задачи определения ' параметров магнитного влияния мекду дзуги лянгшш. Больной вклад в развитие теории элеотромагнитко-го влияния внесли Поллячек," Карсон, Хаберланд, А. И. Забсрсвскнй, И. Г, Валиков и другие, В известных работах расчетные формулы для вычисления полного сопротивления взаимоиндукции и коэффициента взаимоиндукции рекомендованы для случая, когда влиявшая и под-зераенная влияни» электрические линия накопятся а воздух«?, причем земля и воздух имеют одинаковне магнитные спрйсла. Однако если а земле содержатся ферромагнетики, магнитная прсггицаеиссть земля может в тысячи раз превышать магнитнуи- проницаемость воздуха.

Однш из способоз защита линий связи от вешающего влияния тягопой сети является каблирозгига; Вследствие этого для оцении юадуктивких. влияний- тягозой- сети насподзенныз кабелькьа линии связи актуальной становится" задача отыскания параметров магнитного влияния для случая, когда подверженная влияния линия находится в- зк-гэ, а. зегдаг- имеет тбыз магнитные свойства. . •

Ва втором раздела выполнен анализ электромагнитных процессов в- итпульсовом- выпрямителе (и - число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения) и разработаны методики расчета ЭДС гармоник, на выходе и-пульсового выпрямителя и их начальных Фаз при нссттетртинх синусоидальных, ежгетричных несинусоидальных и при неегмиетричных и несинусоидальных питащнх напряжениях. ' .

Для обеспечения и-пульсового выпряилечия системы линейных

13

напряжений в каадой из а/8 вентн/ыак обмоток 'деляны быть едвм-нуты по фазе на угол Ъ*2:с/а и теть одинаковые глатаяуде. Как правило, одна из обмоток соединяется по схема згезды, вторая -треугольника. Другие сб«зтки могут быть соединена по■ схемам зигзага, замкнутого зигзага или скользящего треугольника.

Из большого числа схем многофазный преобразователей цзлэ-сообразно выбирать такие, которые позволяй? реализовать трансформаторы с наименьшей типовой ыоцнеють». Такое прекмущестзо присуще трансформаторам, обмотки которых соединена по схеме скользящего треугольника. В настоящей работе электромагнитные процессы рассмотрены о с-пульсооом выпрямителе» у которого сек-, тильныо обыотки трансформатора соединены по схема« звезд;:, треугольника и скользящих треугольников.

В основу анализа электромагнитных процессов в а-пульсооом выпрямителе при несимметричных питающих напряшиш шловек метод сишстричных состаапяоцих, а при нзсикусоидзлокш; - представление периодической Оунэдин с виде ряда Фурье. _ Б результате теоретических исследований процесса трансформации несимыетркч-шх синусоида^ных, симметричных несинусоидальных 'и несимметричных иссинусоидавьиых напряжений питалщей системы ьо зторьч-, шо обмотку соединенные по различна схемам, пагг/чеш мгновенное значения линейных ЗДС этих обцоток, определена углы открытия вентилей и составлены уравнения кривых пульсаций напряжения на выходе п-пульсооого выпрямителя, работгацего в реаи-ках холостого хода и нагрузки, для каждого из рассштренных случаев искажения Форш кривых питавших .напряжений.

Выражение для определения момента открытка вентилей ш-пульсосого выпрямителя при несимметричная и иесшу.соидашш пьтаодих напряжениях имеет вид:

*** \ 1 Е А.»>соз ^-Л^соз 1« 0, (15

у»|1

г,чо 4 - порядковый номер момента открытия вентилей; Н- 3 * в/6:

- И

А,;-И ójv - ссотсэтстоснно амплитуда и фаза линейной ЭЙС v-fi гармоники. приложенной к вентилю, работавшее/ до иомента i¡; кц/ и - соотсетстзенно амплитуда и <5аза линейной ЭДСv-ft гармоники, прилоаонной к гзентилз» который вступает о работу в момент

Уравнение кривой напряжения j-я пульсации на выходе а-пульсового выпрямителя для реяима холостого хода:

ы i*»/5-% j»»/e-S

u,o«kc„ £ cos vx E {A^cos «^vJ-sin \?t E (Akysin <¡vj)|- (2) -8"1 k-j . k-j 1

Уравнение кризой j-ft пульсации выпрямленного напряжения а-пульеового выпрямителя для режима нагрузки на участке комиу-

таши :

Uj^ - kOÍ Е |соз vt j Е (Akv cos Ф^у) +

* T" + C0S $ÍJ*n>/R-¡H * A(}.ny.COS ф/j.ij,»)]? -

рв/6-г ■ j

- sirs Ytf S (Akv sin + — (Aíj^/e.jjj sin Ф(,»п/в-1Ь> +

- к-5 '

А( ] -1 j ^ sín j-1У

))} . (3)

Значения ЗДС отдельных гармоник на выходе выпрямителя и их нзчалыш Фаз получены на основе разложения кривой выпрямленного напрявеийя в ряд Фурье. Вараяения для определения коэффициентов ряда Фурье имеют вид:

ш/г*в/6 Vi+i,'¡-i xi

С ( í cos nt dt * J u:o cos nx dt )»*

Vi

2 */2*Я/5 Vi^i'l X¡

bn » — Z (| U,^ sin nt dt •> j uj0 Sin nt dt ). (5)

tj-, V» Vi

2

По разработанным методика« расчета ЭДС гармоник на вйхода а-пульсового шлряштеля и их начальных Фаз при несимметричных синусоидальных, <зшетрнч1:ых несинусоидальная и при несишет-рнчных и нескгг/сощашгыл питаздих. напряшкш составлены прсг-рагааы для ПЭВМ, одна из которых зарегистрирована с ОФАП Минвуза СССР, и выполнены.расчету для вести-, дзенадати'-« сосеглнздца-ТН-, доадцаиметкрех- « трндцатнк-стаг/дьсоаых вшряшетслей. Заложенный алгорши статистического анализа июгочисуюнкых вариантов расчета ЭДС гармоник позволяет выбрать уаксныалыио, мшпшальныо и средние значения. которда используется о. расчете параметров (Ж ■ „ -

На основе расчетов выявлена закономерности Формирования спектрального состава выпрямленного' напряхения. & такие составлена таблица ЭДС гармоник для с-пульсовдх выпрямителей при раз-' дачных значениях несишетрии и несинуссидальности системы питающих напряжений, которые ногу? быть использована а проектной и эксплуатационной практике при расчетах ызпаядих.влияний и выборе ехш н параметров №. " - • ?

В третьем раздела определены параметры* ыагштного влияния нозду одаопроводаьыи линиями для случаев, когда подвергшая оянгайш линия находится в воздуха или в земле, а зеиля и воздух шеят либо одинаковые, либо различша шгяитяые- свойства.

Параметрами магнитного .влияния незду однопрсгвояиш ликия-135 ЯЗЛЯЭТСЯ полное СОПрОТИВЛСНЛЭ 2у1г И КОШЛСКСКЙ каэФ^щизнт взашюЛ индуктивности, гаторые определяются путем отыскания векторного потенциала ыагнитиого пода.аА:

■2 «1в> Л в йг " - Т~ • (6) м ■

Н.0 - - . (7)

II

где Ем » -¿»А, - ЗЛО, юадуктироваююя в подверженной влияний шм; Лз - горизонтальная составлявшая векторного потенциала электромагнитного поля бесконечно, длинной воздушной линии "про-

йод-земля".

Вычислений секторного потенциала А электромагнитного поля представпяет собой одну из слозасйяж задач электродинамики.

' Еысоковольтшо линии электропередачи и контактные сети электрических келегкнх дорог «окно рассматривать как линии, шсвцис. бесконечно .большую длину. Вектор-потенциальная функция бесконечно длннной воздушной линии "провод-однородная зенля" определена на основании теории дипольных источников электромагнитного поля.

В настоящей работе приняты следующие допущения:

1) о спектре частот до нескольких- дедятков килогерц для большинства пород земли ¡волновым числом воздуха по сравнению с волновым числом земли мокно пренебречь ( ^ = .0);

2} в спектре повышенных частот, токами смещения а зе!.ше можно пренебречь.

Принятие условия !■!; = О позволило выполнить точное вычисление интегралов, определяющих вектор-потенциальнуо функция.

Для расчета вектор-потенциальной-функции -провода бесконечно большой длины для точек наблюдения, находящихся в воздухе и а зешю, и взаимной индуктивности й18 иеяду влияощей и подверженной влиянии линией, находящейся в земле или в воздухе, составлены программы для ПЭВМ. С использованием программ произведены вычисления, ,

В Правилах зациты устройств проводной связи от слияния тяговой сети электрических .тслезннх дорог постоянного тока приведены приближенные выражения и нсмограмш, по которым с достаточной степенью точности для инженерных расчетов определяете:; коэффициент взаимной индуктивности меаду двумя воздушными ши-яни. Результаты расчетов вз&'/люй индуктивность, произволе» ¡мп с использованием разработанной программы. и значений спро-делонкнх при помощи нонограмм. практически совпадают.

Однако, Правилами... „не предусмотрено определение коэффициента взаимной индуктивности между двумя линиями, находящимися о различных средах. Предлагаемая методика позволяет пгоизвести

такой расчет.

Обычно при расчетах параметров магнитного влияния принимается, что магнитные проницаемости воздуха и зешш раа~ ш. Однако если в земле содержатся ферромагнетики (железо, никель, кобальт), то ее магнитная проницаемость ыоает быть больяо магнитной проницаемости воздуха в тысячи раз. В настоящей работе получены расчетные формулы для вычисления вемгар-готенци-альной функции бесконечно длинной однолрозодной линии для точек наблвдения. находящихся в земле при наличии ферроаагнетидас, т.е. когда земля имеет отличные от Еоздуха ыагнитньге свойства.

В четвертом раздгле представлена разработанная методика выбора схем и параметров С© для тяговых подстанций при воздушных и кабельных линиях связи, позволившая обосновать и рекомендовать к применении схеш в парагетры 0*> для тяготах подстанций с шести-, двенадцати- и двадцатичетырехпульсовыми вылрякителяьм при различной несишетрии и несинусондапьности питающих напряжений для защита воздушных и кабельных линий связи.

Выбор схемы и параметров СФ в значительной мерз определяется нормой лсофоштрического напрнвения и2по < которое необходимо обеспечить на выходе фильтра по условиям защиты линяй связи от мешающего воздействия различных агашщих истачкихоз (псо-Фометрическое напряжение в линии связи ке должно лргззйать 1 мВ). а 'такке-предельными значениями напряжения отйеда-нщ; гармоник по условиям залиты рельсовых цепей азтоЗлоккрсшд ».*? гаркс-ник тягового тока. Правила... непосредственно на кдаируа? эти величины.

В известных публикациях обоснована мзйскнальио. допустика-е значения псофометрнческого налрягеная на выходе СФ по услэзкям защиты воздушных линий связи. Повсеместная замена воздушш ли-ний^связи кабельнккн и прокладка косых кабельных кагкетраяей поставили задачу обоснования норш псофоыетрического капряаёния на выходе СФ тяговых подстанций на участках с кабельншм линиями связи, которая была реаена в настоящей работе. Провздэнкыз теоретические исследования показала. что нор*га допустимого ясо-

18

\

Фоыогрического напряжения на выходе СФ тяговой подстанции при ¡сабельных линиях связи составляет 18-20 0. что подтверждено результатами экспериментов, проведенных сотрудники ОмГЛПС при непосредственном участии автора на ряде участков электрических полезных дорог.

Исходя из требований, предъявляемых к СФ, выбор их схем и параметров производится по разработанной методике, суть соторой а следующем:

1) схема СФ должна быть максимально простои и экономичной, обеспечиваемой минимальные потери электрической энергии. Подбор аарианта СФ начинается с наиболее простой схемы - однозвенной апериодической с наименьшей допустимой индуктивность» реактора. Результаты теоретических н экспериментальных исследований отк-тачающей способности . и ресурса быстродействующих выключателей 0Л.Б—43 при различной индуктивности реактора в цепи отсоса, проведенных сотруднккэш 0!,?ГАПС и Западно-Сибирской велезной дороги, позволяют сделать вывод о возможности снижения индуктивности реактора до 3 ?.<Гн. Перспективные выключатели ВАП-19 тйкне обеспечивают надежное отключение выпрямителя при индуктивности реактора 3 мГн (в соответствии с паспортными данным!);

2) выбирается наименьшая емкость апериодического контура, при которой псофоиетрическое напряжение на выходе СЭ на превыше? предельных нормирует значений и напряжение габой гармоники на выходе СФ иг(п) но превышает 100 0;

3) проверяется частоты неаелательшх разоисисоа (для апериодического СФ - частоты среза !с) па несовпадение с частотами гармоник еыпрямлетюго напряжения;

•1) если выбранный СФ при любом значении емкости в диапазоне от 0 до 800 Е-псО (применение емкости болызз 000 ш{® гконсми-чосии нецелесообразно) не удовлетворяет п. 2, 3, то проверку следует повторить для СФ с боль пей ¡шдуктнвностьз реагстора (Ц * " 5 «Гн):

б) при несоответствии параметров однозвеиксго спэриодичес-ксго СО п. 2, 3 следует рассмотреть воамояиссть праяаизя'я рэ-

13

зонансно-алериодического СФ с резонансным контуром 100 Гц у'индуктивность», реактора 3 и 5 мГн в рассмотренной ваше последовательности;

6) в том случае, если наиболее простые и экономичные СФ но обеспечивав? сглаживающего действия для обеспечения нормальной работы устройств связи и СЦБ, следует применять более слокные СФ, рекомендованные Правилами...

Результата расчетов, проведенных по разработанной методике, позволили обосновать и рекомендовать к применения схема я параметры СФ для тяговых подстанций с гзести-, двенадцати- и двадцатичетырехпульсовьши.выпрямителями при различных несимметрии и несинусоидальности питающих напряжений для защиты йоадуш-¡шх и кабельных линий связи.

На основе веданных рекомендаций предпожни и висдрони схе~, ш и параметры СФ гягоонх подстанции участков Иовссибирск-Чера-панооо Западно-Сибирской аелезной дороги и Заводская-Степно-герен государственной холдинговой компании "Целинный горнохиыи-ческий комбинат". *

В шггоп разделе приведена результаты экспериментальных исследований влияния электрических железных дорог постоянного ¿ска на воздушные и ¡сабельные линии связи на действующих участках Омск-Называепская VI Нозосибкрск-Черепаново Западно-Сибирской железной дороги. В ходе экспериментов проведены измерения псо^оыстричсских напряжений в цепях линий связи (напряжений шума) и псофоистрических напряжений №1 выходе СФ при различных вариантах их схем и параметров.на тяговых подстанциях с иестн-п двснадцапэтульсовьши выпрямителями. Полученные данные подтвердили справедливость теоретических положений, расчетов и ро-гашщацш. приоедзнных о разд. 2,-5 настоящей работы.

. 'Зкспсрктггалы-ше исследования показали, что напряжение зуиа' с линии связи на прсвызазт максимально допустимого напря-истш 3 кВ при средней значении псофояетричейсого напряжения на иаходо СФ для создуеиой линии связи 4 В, а при интегральной ве-рсяпюстп 0,85 - 6 В; для кабельной.линии связи - 20 В, а при

интегральной вероятности 0,35 - 30 В.

Экспериментально подтверждена эффективность работы одноз-оенных СЭ на тяговых подстанциях с дпснадцатипульсовыми выпрямителями при кабельных и воздушных линиях связи.

Полученные в ходе эксперимента значения псофометрических напряжений на выходе СФ. схемы и параметры которых соответствует предложенным в разд. 4 настоящей работы, позволяют сделать вывод о правильности выданных рекомендаций.

основнье вывода и. предлог.еиш

1. Разработана методика гармонического анализа выпрямленного напрякения п-пульсового выпрямителя при несимметричных и несинусоидальных питающих напряжениях.

2. Составлены программ для расчета на ПЭВМ- ¡1 выполнен;1 расчеты ЭДС гармоник выпрямленного налрптеШя и их начальны;: Фаз для пести-, двенадцати-, восемнадцати-, двадцатнчетырех- и тридцзтипестипульсовых вшрямнтелей. Созданный программный продукт. приведенный в пр'нл. I диссертации, зарегистрирован а 0>мп Нннвуза СССР за Н £0030,

3. Выявлены закономерности Формирования спектрального состава выпрямленного напряжения й-пульсопого выпрямителя при различных степенях нссишотрин н несинусоидальности питающих напряжений,

4. На основе теории днполыш псточиглоз п ятрогой постд-новко задачи полу чану расчетные Форнулн для шшс/тт с-. >■■•'-■ тор-потенциальной функции провода бесконечно бопмоЬ+тпг' л/г. точек наблюдения, находящихся п землз при одйнашэих г» рг.да? • них малштнкх свойства:; земли ц воздуха.

5. Разработана программы дл.ч ПЭВМ и произведена ггечвтгг параметров магнитного шшиия тяговой со-ш на подвдокеии^ шм-

янио лиши, находящиеся с воздухе или u аеыле.

6. Обосновано значение предельна «опустелого меващего напряжений на выходе СФ ткговьк подстанций на участках с кабельными линиями связи.

7. Разработана методика выбора схеи и параметров Ci) для тяговых подстанций при воздушных и кабельных линиях связи.

8. обоснованы и рекомендованы к применения СФ для тяговых подстанций с шести-, двенадцати- и двадцаетнетырехпульсозиш выпрямителями при • различной степени несиыметрин и несннусои-дальности птаирх напрязений для защити воздушных и кабешш линяй связи.

' 9. Выбор схеи и параметров СФ тяговой подстанции в ' соответствии с предложенными рекомендациями наряду с обеспечением нормального функционирования линий связи и устройств автоблокировки позволяет снизить потери электрической энергии, затраты труда на обслуживание и добиться экономии электротехнических материалов. '

10. Экспериментальные исследования на ряде электрифицированных участков подтвердили теоретически обоснованные предельно допустимые норма лсофометрических напряжений на выходе СФ,

11. Результаты проведенных экспериментальных исследовании полностьа подтвердили справедливость рекомендаций no выбору схем и параметров СФ.

12. В хода выполнения теоретических и экспериментальных исследований созданы и .доведена до внедрения следувг;ио ' разработки, что подтверждено соответствующими актами:

- комплекс работ, включающий п себя создание методики гар-мошчоского анализа кривых напряжений на выходе многопульсовых выпрямителей при несишатричних и" шсшусоидальнах гоггакзих напряеениях, qk ; :ерииенталыюе определение допустимого значений эквивалентного мешавшего напряшнт на еыходе СФ при кабатдшк линиях саязи и разработку рекомендаций по выбору схем и параметров СФ. Евегоший экономический эффект-от внедрения кожтен-са работ, посла реконструкции СО псе;; шгосых подстанций участка

Новоснбирсц-Черепаьозо Заладно-СибпрскоГ» железной дороги в соответствии п рекомендация,"гг дашсй работы в ценах ноября 1995 г. составит 70,3 млн р. Интегральный ¡жомошческий эффект за жизненный цикл объекта, равный двадцати голам, - 59В. 3 мш р,;

- комплекс работ по совершенствования тягового электро-снабкения электрифицированного участка Загзодасая-Степкогорск Целинного горнохииического комбината, вклячшощий в сс Зя реконструкция СР в соответствии с рекомендациями, предложенными в настоящей работе. Годовой экономический Эдект от скедрения комплекса работ в ценах декабря 1995 г. составляет 7в,Б1 млн р, Интегральный экономический эффект для горизонта расчета, равного пяти годам, проведшим с момента внедрения рекомендаций. -290,03 млн р.

Основные полозения диссертации опубликованы в - слодуикцих работах.

1. Работа ш-пульсовых выпрямителей при несимметричных напряжениях переменного тока/ Ковалева Т. В.; Омский ин-т инз. а, -д. траисп., 1989. - 22 с. - Деп. в тЛШ!ГГЗИ !ЛС 30.01.90. Н 4905. "

2. Работа ш-пульсовых выпрямителей при несинусоидалышх напряжениях переменного тока/ Ковалева Т.В.; Омский ин-т инк. я.-д. трансп.. 1990. - 16.;. - Деп. "в ЦНИИТЭИ МПС 07.02.90, Я 5102. •

3. Работа и-пульсовых выпрямителей при несимметричных и »«¡синусоидальных питающих нагшявониях / Ковалева Т.В.; Омский им-т ння. и.-д. трансп.. - 19 с. - Деп. в ЦННИТ^Й МПС 01. Ой. 90, N 5341.

4. Расчет ЭДС гармоник выпрямленного напряжения и их начальных Фаз для мно"спулнсшых выпрямителей при несимметричных

¡; яссннуссщадьшх пнтаацих напряжениях/ Козалава T. D. ; ОьйкпЛ ¡ш-т |ш::;. а.-д. трансп., ÍDSO. - Вкл. в ОМП -Минвуза СССР 02, ÍO. SO, И US0069.

Б. Ковалева T. D. Определение параметров магнитного влияния тяговой сети на кабальные линии связи// Разработка п исследование аатшатизированшс средств контроля и управления для предприятий зэлезнодороЕного транспорта: Шавуз. тсмат. сб. науч. тр. / Омский tiH-ï инз. к.-д. трансп. Омск. 1900. С. 91-90.

6. Наценке В.П.. Коыякова Т.В., Ковалева Т.В. Качество злактри-iecicoñ анергии при использования миогопульсовых вапрями-телсп// Улучпенио качества у сниаение потерь олектрической • энергии в системе электроснабжения железных дорог: Медоуз. томат. сб. науч. тр. / Омский ии-т mes. а.-д. трансп. Омск. 1391. С. M-iû.

7. Наценко D.I1., " Ковалева Т. В. Упрсценио схем сглаживающих Снльтроп на участке с квенадцатипульсовши выпрямителями к набольжми линиями связи// Улучаенио качества я снилсние потерь, слектрнческой энергии с системах э/.ектросиабао'и'ш еслозных: дорог: Межоуз. tùiût. сб. науч/ тр. / Омская гос. шеад. путей сообщения. Сиси, 19Э5. С. 62-6-1.

0, Ковалева T. D.. fJarail Г. С. Оптимизация схем л парапет-роз сглазиваодих фильтров тягоош? подстанций постоянного тока// Разработка а чсследоотю азтоаатлзированнш средств контроля и управления для предприятий йеяознадороаного транспорта: üesoyo. rem т. сб. науч. тр./ гос. акад. путей сообщения. Омск,

1096. С. 33-43. • .

9. Маценко В.П., Ковалева Т.О. Прогнозирование применения сглагизгвднх фильтров на тяговых подстанциях постсяашого тока при даадцат(!четарохпульсошх випряыителях// Методы и средства диагностирования технических средств Еелезнодороэюго транспорта:- Тезиси докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Оиск. 1989. С. 241.

10. Шалимов 15.Г.. ЫзгаП Г.С., Ковалева Т.С. Техмико-эюно-iíií4(,'Cjcoe обоснование выбора exea сглажиоащнх фильтров тяговых

Ш

подстанций с ¡з'.огспульсошля I пнпрят1телш1//&стуальиыэ проблему развития селезнодорогного транспорта: Тозиси докладов пторсй международной научно-технической конференции: II. 1006. Т. 1. С. 140."

Аптор сырагаот благодарность а признательность научному консультанту - канд. техн. 'наук, доценту Г. С. Цата» за сказанную Пс.моць п работе над диссертанта"?.