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

На правах рукописи

>ч

Ч

КОВАЛЕВА Татьяна Владимировна УДК 621.331:621.311.4:621.316.9

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ С МНОГОПУЛЬСОВЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

Специальность 05.22.09 — «Электрификация железнодорожного транспорта»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Научный руководитель —

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

Н а учи ы й консультант —

Официальные оппоненты —

доктор технических наук, профессор ФЕДОРОВ Владимир Кузьмич;

кандидат технических наук, доцент НИЗОВ Анатолии Семенович.

Ведущее предприятие —

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 п библиотеке академии.

Автореферат разослан » _ 1996 г.

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

каидитат технических наук, доцент

МАЦЕНКО Владимир Пименович. |

Западно-Спбпрская железная дорога.

Ученый секретарь диссертационного совета, академик Академии транспорта РФ, доктор технических наук, профессор

В. К. ОКИШЕ6.

Омская гос. академия путей сообщения, 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исслодовшвш. ЕелезнодорогныЯ транспорт является одной из ключевых отраслей народного хозяйства России. Ее-лезнымн дорогами осуществляется более SO S грузовых и около 40% пассажирских перевозок. В условиях рыночных отноиений ианиш фактором повышения прибыльности лелезнодсоояного транспорта яо-ляется экономия ресурсов, прежде всего топлива и электроэнергии, затраты на которые составляют основнуи часть эксплуатационных расходов. ........

Удельный вес аелезных дорог в злетропотреблекии страны составляет 5.1 % (36 .млрд кЕт-ч в год). Из общего потребления электроэнергии на электрически тягу поездов расходуется'78.9 % (27.35 млрд кВт-ч).

Электрические селззше дороги России занимает ведущее ¡/.ее-то d мире по протяженности (СО, 8 тис. т). Объем перевозок, обеспечиваемый- электрической тягой, составляет- СО Я. от общего объема яелезнодороетых перевозок при протяженности электрифицированных линий 50 % от эксплуатационной длины сети.

Электрификация келезкодорожного транспорта тесно связана с проблемой обеспечения электромагнитной совместимости устройств электроснабжения со сменными электротехническими коммуникациями. В частности, на электрифицированная участках постоянного тока необходимо выполнение специальных мероприятий по снижении ¡/.еашощего" влияния тяговых токов на цепи связи и их ■ опасного влияния на рельсовые цели автоблокировка с целях улуччамга качества связи и повшения безопасности движения поездов.

Одной из эффективных мер .задай липли связи ох влияния тяговой сети является установка на тягов:!:1, подстанциях яоетолнно-го тока сглатева^их Фильтров <СФ). К СФ тяговых подст.шг.ий предъявляется ряд требований: они должны обеспечить нопрсвыао-нио допустимого уровня помех в линии связи н нормальную' работу устройств автоблокировки при максимально простой cxci.iv. и пара-

иетрах, обусловлю аащих минимум потерь электрической энергии. Таким образом, выбор схсьш и параметров СФ является сложной шогокритериалыюй задачей.

Правилами защиты, введенными в 1969 г., но до сих пор являющимися единственным нормативным документом в области защиты устройств проводной связи от.тяговой сети постоянного тока, рекомендуются к применении схемы СФ, предназначенные для установки на тяговых подстанциях с шестипульсовши выпрямителями на участках с воздушными;линиями связи.

В настоящее время на тяговых подстанциях широкое применение получили выпрямителя, выполненные по двснадцатипульсовой схеме (24 % от общего числа), которые обеспечивают высокую надежность. экономичность» качество электрической энергии в системах внешнего и-тягового электроснабжения. Уассточеиио ■ требований элоктроцашггшй совместимости приводит к необходимости рассмотрения вопроса о целесообразности'создания выпрямители» с большим число;.! пульсаций оипрлылэшюго напряжения (двадцать четыре, тридцать весть ). Увеличение числа пульсации выпрямленного напряжения даст возшиюсФь применения-более простых и экономичных №.

Каблироваииа линий связи является элективной мерой защиты сыешых устройств от их влияния, а следовательно, способоц упрощения СФ.. Это мероприятие'- достаточно дорогостоящее, однако в большинстве случаев оно целесообразно как с точки зрения защити от влияния смежных устройств, так ,и со стратегической точки арония.

На сегодняаний день на сети железных дорог России в эксплуатации находится 57890 кы кафлышх магистральных линий (65,9 2 от протяженности сети). Актуальный остается вопрос о дальнейшей зама.и воздушных магистралей .кабельндаи.

Во многих.электрических системах, от которых получают питание тяговые подстанции постоянного тока, напряжения являются в большей или меньшей степени и несимметричными, и несинусоидальными в зависимости от количества и шщности однофазных и

4.

нелинейных нагрузок, подклвченных к питащей энергосистеме. Нз-симмстркя я носинусоидальность пнтзещнх напряжения иска^аит форму кривой.выпрямленного напряжения, а следовательно. влипят на выбор схеш и параметров СФ. СФ, выбранный боз учета нестш-нетрии и несинусоидальности питающих напряжений. шяет а ряде случаев не обеспечить электромагнитной совместимости тяговой сети и смежных электротехнических устройств, что привело: к нарушению нормальной работы линий связи и устройств автоблокировки.

Цель работы. Основной целью настоящей работы является исследование и выбор схем и параметров СФ тяговых подстанций постоянного тока при несимметрии и нескнусоидапьности пита-ящих напряжений на участках с Ьоздуишми и кабельными линиями связи. ...

Для;дост1кешш указанной цели и работе поставлены н ревены следующие задачи: . .

1) разработана методика гармонического анализа напряжения на выходе и-пульсового выпрямителя при несишетричных и носниу-соидальшх питааэдк напрязеиипх; . •

2) на основе предложенной цтдши составлена программа для ПЭВМ и зшолшны расчеты ЭДС гармош« выпрямленного напряжения и их начальных «раз для поста-, двенадцати-, соссшшдца-ти-. доздцатичзтырех- и трядцатяшестйлульсоеых рыпршителей;

. 3> выявлены зшюноморноет» формирования спектра напряжения {{а выхода т-пульсового выпрямителя г,ря песишзтрии и несинусоидальности питает?« напряаишй:

4) получены Сормуш ГМ оичислегяет вектор-потенциальной Функции провода бсаинечио большой длины для точен наблюдения, находящихся о земло, при одтвдгатя и раэлтных магнитных свойствах земли а воздуха;

' 5) с использованием полученных фериул разработаны программы для ПЭВМ и произведена расчеты параиетров магнитного влияния тяговой сети на линии, находящиеся либо в земло, либо в воздухе:

6) обосновано значение предельно допустимого нешгадего напряжения на выходе СФ на участках с кабельными линиями связи;

. 7) разработана методика выбора схемы СО для тяговых подстанций: .

8) fia основе приведенной методики обоснованы и рекомендованы к применению СФ для тяговых подстанции с вести-, двенадцати- и доалцатичотырехпульсовыш выпрямителями при различной степени неекмыетрии и несинусоидальнасти питающих налряноний на участкам с воздушными н кабельными линиями связи;

9) подтверждена достоверность теоретически обоснованных норы псофоиетричсского налрягузния на выходе СФ и приведенных" рекомендаций по выбору схем и параметров СФ путем экспериментальных исследований »¡а действующих электрифицированных участках.

Методика иссдадованкя. В основу работы положены теоретический и экспериментальные исследования. Теоретический анализ электромагнитных процессов о в-пульсовсм выпрямителе при несимметричных и »({¡синусоидальных литазцих напрявеииях выполнен с привлечением исхода симметричных составлявших. Параметры магнитного слияния тяговой сети на смсаныс линии саязи определена на основе теории диполъных источников магнитного поля. Для расчетов составлен пакет программ для ПЭВМ. Экспериментальные исследования влияния тяговой сети на воздушные и кабельные линии связи проведены на электрифицированных участках Западно-Сибирской железной дороги и Целинного горнохимического комбината.

Научная новизна:

- разработана иетсдикл гармонического анализа иыпрямленно-го напряагния го-пульсового выпрямителя при нсс.шмитричных и но-сикусиидалышх питающих напряжениях;

получены расчетные формулы, позволяющие в строгой постановке задачи на гснопс теории диполышх источников магнитного поля рассчитать параметры магнитного шшяния для случая, когда погверзонндя влиянии линия находится в э'.'мло. ■ обладающей г.ы ;««! ыагшт'эдш С1.;)п(г. вами:

- обоснована норма пса-'^оиетричесчого ;;спаа:г;сго иакржо'шя m выхода СФ;

- - разработана методика и получены рекомендации пс? отбору схемы и параметров СФ тяговых подстанций с миогопульсовши вкп-ряздтоляш на участках с воздушными и кзбелшыми линиями оаяаи при различной степени нссимметрии и кесинусоидальности питданх каяряшшй.

достовпрнпсть научных полоесни!"! и пцвпдов обоснован?. тоо" ретнчески и подтверждена результатами экспериментальных нссле-яовашй. проведенных на действующих электрифицированных участках; опытом эксплуатации.

Практическая ценность и зиедреиие результате» pafemi. lis основание теоретических и экспершонташад исследований разро-Сотанм м доведены до внедрения:

- методика гармонического анализа напряжения на втоуе нноголульсовых выпрямителей при несимметричных и несннусонлзль-нак питодих иалрякениях;

- рекомендации по выбору схем и параметров. Св> тяго:н:г подстанций с многопульсовкми вйпрямнтслями па участках с ю з • душнши и кабелыжми линиями связи при • различной степени носач-метрлн и иоспнусондзльности питаоспх напряжений.

Выбор схем и параметров СФ в соответствии с преяякжню-к« рекоменяацняж позволяет обеспечить нормальное функциюшровйчт) линия солзн. проложенных вдоль электрических гелеанык ¡тог постоянного то!«, и устройств автоблокировки. * снизить r>o i-t'-nr электричкой энергии и затраты труда на настройку С4\ дой!?г.'-:> зкоиомии электротехническим материалов.

Апробация работы. Основные положения я'Кссрешп row1 йзлись» оису«д?лнсъ и получи,ли одобрение т: туч.;.>•■;<>:■■ -Чйской конфероюрад гаОедр <Ш1Га (Омск. Ш' :.): ■••■:

(пучно-гохммоского семинара кНиярк *?яга.-«л> ncroiVy; автоматизация'' ОмИЙТа ("Злектройн.-и'кенио . ■, -..с

тренспорт?" ОкГАПС. Омс;с, ¿OfiiMfe.rr.}: Scetxvw-i: >■ зооскоП научно-прзлтнчеасой конЗ-орекцьчг студсптоп. с-сс-:;:.

молодых ученых и специалистов (Москва. 1950 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и сродства диагностирования технических средств велезнодороаного транспорта" (Омск. 1989 г.); научно-техническом ыежкафодральном семинаре (Омск, 1996 г.).

Публикации. По.результатам проведенных исследований опубликовано: депонированных рукописей - 3 , статей в межвузовских сборниках - 5 ; тезисов докладов -3 ; отчетов по научно-исследовательской работе, зарегистрированных во БНТИЦс, - 4 ; программных продуктов, зарегистрированных в 0-Ш1 Минвуза СССР. - 1.

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

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ввсдвшш отражает актуальность теш и направление выбранных исследований.

В первой раздело рассмотрена проблема электромагнитного влияния тяговой сети электрических иелеаных дорог постоянного тока на сыагаыо устройства I! описаны существующие способы его снижения.

Тяговая сеть электрических железных дорог оказывает магнитное, электрическое и гальваническое влияние на различные смежные устройства и, прежде всего, на воздушные и кабельные линии связи, улучшению электромагнитной совместимости тяговой сети электрических железных дорог со смежными устройствами, со-вервенствоьанию и развитию систем электроснабжения способствовали работы Ы. И. Михайлова. Л.Д.Разу>.'.опа. Р. Р.Маношина, В. Н. Пушкина. А.Г.Буркова. А.К.Оидлоаского. М.Г.Шалимова, В.К.Федоро-

8

за. В.А.Михайлова, В.П.Семснчука, М.П.Бадера, А.П.Проссцкого и других.

Выпрямители тяговых подстанций являются истсчн1:><лми высших гармонических составляющих напряжения, питающего тяговую сеть. Гармоники выпрямленного напряжения создаст переменные составляющие в тяговой токе, которые» в свою очередь, обусловливают появление 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 шести явилось эффективной мерой улучшения технико-экономических показателей' системы злектроснабясния. Больной вклад в разработку, исследование и внедрение двенадцати- и двадцатичетырехпульсовкх выпрямителей внесли ученые и сотрудники кафедры "Тяговые подстанции и их автоматизация" (ТПА) ОмИИТа ("Электроснабжение не-лезнодорокного транспорта" (ЗЖТ) ОмГАПС). работ .шки слузбы электроснабяения и электрификации Западно-Сибирской железной дороги (ЗСВД). ВНШТа. ДИШГГа, УрЗМИИТа, ПО "Уралзлектротяк-ыап" М. Г. Шалимов, Б.С.Барковский, В. П. Иацешсо, Г. С.Мггай, Н. П. Баланлсевский, И. А. Рольбанд. Ю.М.Бей, Р.Н.Уриалов, Б. Л. Лр-накникоп, А. С. Низов, А. В. Зиноградов. Л. М. Пастряэва, Я.Л.Фиштер, В. К.Виноградов. А.Л. Яценко и другие. а

Наиболее распространенной и эффективной мерой защиты линий езязи от мешающего влияния тяговой сети постоянного тока считается применение на тяговых подстанциях СФ. Правилами защиты устройств проводной связи от влияния тяговой сети электрических, хелезных дорог постоянного та<а рекомендованы слодаиэ двухзвек-ике схемы СФ для тяговых подстанций с шестипульссзыми выпрямителями на участках с воздупными линиями связи (рис.1). Применение выпрямителей с число» пульсаций в кривой выпрямленного напряжения больше шести и каблирование линий связи требуют применения более простых и экономичных СФ: однозвеньш апериодического н резонансно-апериодического (рис. 2).

9

■ З.ОЛ'О

С

I.,

\т

!

\С2 \03

ч с;

с, г-;

С /»а? с! ,<.} 3

! 1

о ?

] I -1

1

«-А™.

!________л

.... , ¡{тяга$о-

«6 5?

Рис. 1. Доухзсенкае сгдазясалчио фильтры:

а -• Заигдао-СиЙирагаЯ делозной дорога; б- - ШГЖПЧ;

¡¿ глаз о -

ßmtf Р84Ь2У

■}-3,5i:ù

Yet

"os

li ■____________I I a'mffêodûMtj

Vlß - ' решу

Ш

2. Однозвениае Окльтри,'

a - глериодкчаскх?-;

б - резонанско-ял^риодический с одним розоиансиг:;« контуров

Ü

К числу- важных преимуществ одчозаешых СФ следует отнести:

1) снижение потерь электрической энергии по сравни»® со схемами двухзвенных СФ;

2) отсутствие необходимости периодической тастройш резонансных контуроз;

3) облегчение условий работы конденсаторов;

4) выполнение батареей конденсаторов функций разрядника для волн перенапрякений. набегаздцих с контактной сети.

Выбор сг.еш «'параметров СФ в значительной мере определяется величиной псофометрического напряжения, которое необходимо обеспечить на выходе С® по условиям зааргш линий связи от мешающего воздействия тяговой сети, а следовательно, гармонически; составом выпрямленного напряжения.

Анализ электромагнитных процессов .в многопульсовых выпрямителях, ¡сак правило, теоретически выполняется при условии симметрии и синусоидальности питаацпх напряжений. Однако реальна на тяговых подстанциях постоянного тока система путающих напряжений несимметрична и несинусоидальна. Проблеме улучзения. качества электроэнергии в пита¿щи системах' посвящены работы И. В. Кевеленко, Ю.С.£елезко. Р.И.Борисова. А. К. Шидловского, В. К. Федорова и другах,

В настоящее время реаимы работы электрических систец при наличии несимыетрии и несинусоидальности необходимо считать длительными нормальны;.!» кагрузочншн рехшаш. Это обстоятельство ебуслозливает необходимость исследования режимов работы отдельных приемников при ухудшенных гтасазателях качества электрической анергии и обеспечения электромагнитной совместимости различных потребителей. 0

Проблеме гармонического анализа кривой напряжения на выходе иногопульсоииго выпряштеля при шскшетричных и несинусоидальных питагащи напряаениях посвяцены работы Б.М.Шлялошникова, Ы.Д.Трейваса, А.В.Поссе, ¿.К.Шидловского. 11 П.Бадера, А.М.Пин-цова, В. П.Наценке. А.С.Низова и'других.

Анализ многочисленных публикаций, посвященных ыетодаи рас-

12

чета гармонии напряжения на выходе выпрямителей, показал, что в настоящее время не существует универсальной методики, позвсляэ-цеЛ получить гармонический спектр переменной составляющей напряжения и-пульервого выпрямителя при несимметрии- и несинусои-далы гости питающих напрязений. Создание такой методики позволит обосновать выбор схемы и параметров СФ.

Для оценки индуктивных влияний тягевой сети на линии связи, а следовательно, для обоснования^ нормы максимально допустимого псофометрического напряаения на выходе СФ необходимо решение зада«ш определения ' параметров магнитного влияния между двумя линиями. Больсой шепад в развитие теории электромагнитного апшкия внесли Поллячек,' Карсон, Хаберланя, А. И. Заборовскнй, М. Г. Шалимов и другие. В известных работах расчет;ше формулы для еычисленкя полного сопротивления взаимоиндукции к коэффициента взаташадукыш ракжендованы для случая, когда- влиявшая и под-верзенная влиянш электрические линии находятся 3- воздухе, причем земля и воздух 1шевт одимаковке магнитные, свойства. Одна:® если в земле содержатся ферромагнетики. магштн&я придацаеасяль 'земли монет в тысячи раз превышать магнитную' проницаемость воздуха.

Одним из способоз защита линий связи от меласс,его влияния тяговой езти является »и каблирезак'ие. Вследствие этого для оценки нндуктипкых влияний тягозой' сети навподземиыз кабельша линии связи актуальной становится' задача отыскания параметров магнитного влияния для случал, когда подверженная влиянии летя находится в- земле, а земля имеет любые магнитные свойства.

Во второе раздел? выполнен анализ электромагнитных процессов в- втлульсовом- выпрямителе (т - число пульсаций в кривей выпрямленного напряжения} и разработаны методики расчета ЭДС гармоник на выходе ш-п'/льсового выпрямителя и их начальных Фаз при несимметричных синусоидальных, симметричных несинусоидаль-ныя и при несимметричных и несинусоидальных питавших напряаени-ях.

для обеспечения и-пульсового выпрямления системы линейных

13

напряжений е каздой из т/Ь вентильных обмоток долины быть едвя-нуты по фазе на угол ё=2я/в и иметь одинаковые амплитуда. Как правило, одна из обмоток соединяется по схеме звезда, вторая -треугольника. Другие обкэтки могут быть соединены га схемаы зигзага, замкнутого зигзага или скользящего треугольника.

Из большого числа схем многофазных преобразователей целесообразно выбирать такие, которые позволяют реализовать трансФорматоры с наименьшей типовой ыоещссть». Такое преимущество присуще трансформатора1,5. обмотки которых, соединены по схема скользящего треугольника. В настоящей работе электромагнитное процессы рассмотрены в ¡я-пульеовоу выпрямителе, у которого сок-. . тильнао обмотки трансформатора соединены г.с стеши звезду, треугольника и скользящих треугольников.

В основу анализа электроыагнитнмх процессов в з-пулисооог.: выпрямителе при несиыыстричиьи питающих. напряжениях ¡полозен метод сюшстричных составлящих, а при кесикусоидалыш - предс-топшшс периодической функции о аиле ряда Фурье. _ В результате теоретических исследований процесса трансформации несимметричная синусоидальных. симметричных носинусоидалыш • и несимметричных носинусоидальных напряжений питаощой систем во вторичные обмотку соединенные по различный схемам, получены мгновенно значения линейных ЭДС этих обкоток. определена углы открытия вентилей н составлены уравнения кривых пульсаций напряжения на выходе в-нуласового выпрямителя, работавшего с резшах холостого хода и нагрузки. - для каждого из рассмотренных случаев искажения фор«а кривых питащих .напряжений.

Выражение для определения момента открытия вентилей а-пульсового оыпряаителя при несимметричных и кесину.соидальных стаэдих напряжениях имеет вид:

Е |д,усоз ф^-А^сов Фм-Шг, 0. <1}

у»31

где 4 - порялкоЕый номер шуоита открытия вентилей; Я» 3 + т/6;

л,„ и új j - соответственно амплитуда и фаза линейной ЭДС v-й гарда-;:«*. приложенной к вентилю, работавшему до момента x¡; kítj и ФЙ1) - соответственно амплитуда и фаза линейной ЭДС v-й гармоники. лрилояеинсЯ и вентиля, который вступает в работу в монент

V

сравнение криеой напрягенкя j-ñ пульсации на выходе а-пульсозсго выпрямителя йля ренима холостого хода:

0 j «я/5-i j tn/б-t ■

2 [cos vt E (Ai,;eos )-sin \Ȓ E (A^sin (2)

k-5 . k-J j

Уравнение кривой j-й пульсация выпрямленного напряжения з-пульсовогс выпрямителя для рехнма нагрузки на участие коммутации :

и,«, « k«, Е (cos vt I £ (Ач>> cos фкУ) +

* ~ з +Í1/6-1!»" C0S jtn/Я-I ¡V ~ .cos

j«в/а-г . j

- sin vt[ S (AKl> sin ) + -— (А(.♦c/s-1)» sin Ф(3*й/б-1)» *

' к-5 " 2 _

♦ т?

■> А(г.!5^ sin ф0.п,»)]) . (3)

Значения ЭДС отдельных гарконих на выходе выпрямителя и их . начальных Фаз получены на основе разложения кривой выпрямленного напрязенж? в ряд Фурье. Вараяения для определения коэффициентов ряда Фурье имеят вид:

я/г*п/б V»+¡rJ-i xl

ш

9.

гГ

Е ( J uíj* 003 nt dt * ¡ cos r,t dt )*

j-b/s» í

t,-s íj-S^j-t

2 »/г+п/з VstrJ-i xJ

Вл я— £ ( j" u,y sin nt di ♦ J u,n sin nt dt ]. (5)

Я 1-й/бИ „ . V

V> 15 Vt+ri-i

По разработанным методикам расчета ЭДС гармоник на вйходе а-пудьсового выпрямителя и ил начальных фаз пру песшаотричных ащусоилапыш, сишетрнчнах шазогсоидалый« я при несишет-р;гешх и дасинусойдашш гешвдих напряжениях составлены прет-, раамы для ПЗШ. одна ш коэдш зарегистрирована в ОШ Йинвуза СССР, и пшаплеш .расчет для шести-, двенадцати-, восемнадцати-, доадцатичеткрех- и тридуатилесгепульсовыз вшряштелей. Залоаеннай алгоритм статистического анализа многочисленных вариантов расчета ЭДС гармоник позволяет выбрать накюшалшш. ■ минимальные к средние значения, которые используется в расчете параметров СО. ■

На основе расчетов выявлены закономерности сорнированяя сптсгрального состава выпряшшюго' напря^ення, а гшдо состав- • лены таблица ЗДС гарионик для п-пульсовых выпрямителей при раз- * личных значениях несишегрш и несинусоцдальдастн системы питающих напряаеиий, которкз «сгут быть испЬльздзаш с проезстноп и зксйлуатациошгаа практике при расчетах г,шащих .влияний и Выборг схем и параметров СФ. • - г

В трогьеа'раздело определены параметры*магнитного влияния уезду однопроподньш линиями для-случаев, 'когда иодвераешая слиянию линия находится о воздухе или в реале. а земля и воздух теа? либо одинаковые, либо различив ыагйитшо- свойства.

Параметрам? магнитного влияния ¡¿езду 'олнопроводоши ликия-ш язлявтся полио© сопрошшашо Я-иг и кенплокскый коэффициент вгадансй ¡¡ндуктивностн, которые определяются путем отыскания векторного потенциала шпштного поля^А:

2 ии р з & М!2 » - -у- ; . (в)

1

Й8 " • <7)

где Ец и -¿«V- аас. «шдуктированная в подверженной влияниз линии; А, - горизонтальная составляэдая векторного потенциала электромагнитного поля бесконечно, длинной воздуиной линии "про-

йод-земля".

Еычисленио секторного потенциала А электромагнитного поля представляет собой одну из слокнеЯзих задач электродмшики.

' Высоковольтные линии электропередачи и контактные сотн электрических «слезных дорог иагено рассматривать как линии, имевцио.бесконечно.больву» длину. Вектор-потенциальная функция бесконечно длинной ооздушкей линии "провод-однородная земля" определена на основании теории дкпольиьк источников электромагнитного поля.

В настоящей работе.приняты, следующие допущения:

1) в спектре частот до нескольких, десятков килогерц дли большинства пород земли -волновш числом воздуха по сравнении а волковш числом земли мохно пренебречь < ° .0);

2) в спектре повыаенных частот, токами смещения а земле «окно пренебречь.

Принятие условия ^ » О позволило выполнить точное вычисление интегралов. определяющих вектор-потенц!!альную функцию.

Для расчета вектор-потенциальной функции провода бесконечно большой длины для точек наблюдения, находящихся в воздухе и в земле, и взаимной индуктивности Н1 ¡> меяду влияющей и подвер-кенной влиянии линией, находящейся в земле или о воздухе, составлены программы для ПЭВМ. С использованием программ произведены вычисления. .

В Правилах зациты устройств проводной связи от влияния тяговой сети электрических хелезных дорог постоянного тока приведены приближенные выражения и номограммы, по которым с достаточной степенью точности для инженерных расчетов определяйте« коэффициент взаимной индуктивности нейду двумя воздушными линиями. Результаты расчетов вз&мшй индуктивность, произведениях с использованием разработанной программы, и значений определенных при помощи нешграш. практически совпадают.

Однако. Правилами... на предусмотрено определение коэффициента взаимной индуктивностс неяду двумя линиями. находящимися в различных средах. Предлагаемая методика позволяет произвести

такой расчет.

Обычно при расчетах параметров магнитного влияния приниыа-отся, что магнитное проницаемости воздуха ¡¿.zl и земли pcz рао-ш. Однако если в зеыле содержатся ферромагнетики (железа, никель. кобальт), то ее магнитна»! проницаемость может быть больао магнитной проницаемости воздуха в тысячи pas. В настоящей работе получены расчетные формулы для вычисления вектор-потенциальной -функции бесконечно длинной однопрозодной линии для точек наблодеиия, находящихся о земле при наличии ферромагнетиков, т.е. когда зелия имеет отличные от газдуха ыагиитные свойства.

fi четвертой раздела представлена разработанная методика выбора exea и параметров С© для тяговых повстанца при воздушных и кабельных линиях связи, позоо/шаая обосновать к рекомендовать к применению схекы и параметры СФ для тягоамх подстанций с шести-, двенадцати- и даздцатичетырехпульсозьми вьгпрямителя&з! при различной несишетрии и неси; »у сои дальности питавших нгпрг,-кений для защити воздушных и кабельных линий связи.

Выбор схемы и параштроз СФ с значительной церг определяется нормой псофоиетрического напряжения ü2r¡c , которое необходимо обеспечить на выходе фильтра по условиям зедкты линий связи от мешапцего воздействия различных влиящяк источников (псо-фометричаское напряженке в линии' связи на яотю вршкагь i ыВ). а 'таюке предельными значениями налрявания ододе-'ьк гаранте по условиям защита рельотвых цепей автоблокировку ¿t гаркс-ник тягового тока. Правила... непосредственно но кэрьмруа? эти величины.

В известных публикациях обоснованы ижяш&яько допустимые значения псофометрпческого напря«еная на выходе СФ по услозиян защиты воздушных линий саязи. Повсеместная згмона воздушш линий ^связи кабельными и прокладка когш кабельных магистралей поставили задачу обоснования ьоркк псофокетрического наг.рягения на выходе С® тяговых подстанций на участках с кабельными- линиями связи, которая бш рсаена в настоящей работа. Лрозэдэнкаэ теоретические исследования показали, что нораа допустимого ясс-

18

Фоиетрнческого напряжения иа выхода 05 тяговой подстанции при кабельных линиях связи составляет 18-20 В, что подтверждено результатами экспериментов, проведенных сотрудниками ОмГАПС при непосредственном участии автора на ряде участков , электрических железных дорог.

!1сходя из требований, предъявляемых к СФ, выбор их схем и параметров производится по разработанной методике, суть соторой з следующем:.

1} схема СФ должна быть максимально простой и экономичной, обеспечивающей минимальные потери электрической энергии. Подбор варианта СТ> начинается с наиболее простой схемы - однозвенной апериодической с наименьшей допустимой индуктивностью реактора. Результаты теоретических и экспериментальных исследования отключающей способности . и ресурса быстродействующих выключателей 8АВ-43 при различной- индуктивности реактора п цепи отсоса, проведенных сотрудниками ОмГАПС и Западно-Сибирской аслезной дороги, позволяют сделать вывод о возможности снижения индуктивности реактора до 3 мГк. Перспективные выключатели ОЛБ-19 такие обеспечивают надежное отключение выпрямителя при индуктивности реактора 3 мГи (в соответствии с паспортными данными);

2) выбирается наименьшая емкость апериодического контура, при которой псофометрическое напряжение на выходе С? на превышает предельных нормирует значений и напряжение лзбой гармоники на выходе СФ и2{п) не превызает 100 В;

3) проверяются частоты нежелательных резонансоо (для апериодического СФ - частоты среза £е) на несовпадение с частотами гармоник выпрямленного напряжения;

4) если выбранный СО при любом значения емкости в диапазоне от 0 до 800 ык® (применение еь¡кости больше ООО нкФ экономически нецелесообразно) не удовлетворяет п. 2, 3, то проверку следует повторить для С3> с большей индуктивность» реактора (Ц* - 5 кГн):

б) при несоответствии параметров однозвенкого апериодического СО п. 2, 3 следует рассмотреть созжшссть пргаенекил ре-

19

зонансно-алериодического СФ с резонанснш.1 контуром 100 Гц у индуктивностью реактора 3 и 5 мГн в рассмотренной выше последовательности;

б) в том случае, если наиболее простые и экономичные СФ не обеспечивает стшшата;сго действия для обеспечения нормальной работы устройств связи и СЦБ, следует применять более слокныо СФ. рекомендованные Правилами,

Результаты расчетов, проведенных по разработанной методике, позволили обосновать и рекомендовать к применению схемы и параметры СФ для тяговых подстанций с шести-, двенадцати- и двадцатичетырехпульсовыми выпрямителями при различных несимметрии и нссинусоидальности пптащих напряжений для зациты виздув-нах и кабельных линий связи.

На основе выданных рекомендаций предлокеш и внедрены схе-ми и параметры СФ тяговых подстанций участков Ногосибирск-Чере-памово Западно-Сибирской железной дороги и Заводская-Стегою-гсрск государственной холдинговой компании "Целинный гориохими-ческий комбинат". >

В питон разделе приведены результаты экспериментальных исследований слияния электрических железных дорог постоянного тока на воздушное и кабельные линии связи на действующих участках Онск-Называевская и Новосибирск-Черспаново Западно-Сибирской аедеаной дороги. В ходе экспериментов проведены измерения псофометрических напряжений в цепях линий связи (напряжений шума) и исофоиотрическкх напряжений на выходе СФ при различных вариантах их схем и параметров.на тяговых подстанциях с иести-и дпекадцатилульсо&ыми выпрямителями. Полученные данные подтвердили спраподлшость теоретических положений, расчетов и ре-¡кшендаций, приведенных в разд. 2-4 настоящей работы.

Энспергогентальше исследования показали, что напряаение вуш о лилии связи ко превышает максимально допустимого напряжения i мЗ при средней значения псофометрического напряжения на ваходе СФ для воздугаюП ликин связи 4 В, а при интегральной вероятности 0.05 - 6 В; для кабельной линии связи - 20 В, а при

интегральной вероятности 0.85 - 30 В.

Экспериментально подтверядена эффективность работы одноз-венных С? на тяговых подстанциях с двенадцатипульсовыый выпрямителями при кабельных и воздушных линиях связи.

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

ОСНОВНЫЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

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

2. Составлены программы для расчета на ПЭВМ- и выполнены расчету ЭДС гармоник выпря'шенного налрякеМя и их начальных Фаз для пости-, двенадцати-, восемнадцати-, двадцаткчетирех- и тридцатиаестипульссвнх выпрямителей. Созданный программный продукт. приведенный в ярил, 1 диссертации, зарегистрирован в ОФАП Минвуза СССР еа N 90080.

3. Выявлены закономерности формирования спектргпьного состава выпрямленного напряжения га-пульсового выпрямителя при различных степенях несишетрии'и несинусоидальностп питающих напряжений.

4. На основе теории дкпольннх источнг.коа в строгой поста новке задачи получены расчетное форнулы для вычисления вектор-потенциальной функции провода бесконечно болькон^ялинн ¿»¡и точек иабявдения, находящихся в зоиле при одинаковых и разлкч -ных магнитных свойства): земля и воздуха.

5. Разработаны прогрет) ллч ПЭВМ и произведены пасч'згы параметров магнитного влияния тяговой сети на подверженные пли-

иша линии, находящиеся в воздухе или в аемлс.

6. Обосновано значение предельно допустимого ыеаакаогс. напряжения на выходе СО тяговых подстанций на участках с кабельными линиями связи.

7. Разработана методика выбора схем и параметров СФ длл тяговых подстанций при воздушных и кабельных линиях связи.

8. Обоснованы и рекомендованы к применения СФ для тягожх подстанций с вести-, двенадцати- и двздцатичетмрехпульсоешл) выпрямителями при ■ различной степени несимметрии и несннусои-дальности питавших напрязений для защиты воздушных и кабелыш линий связи.

9. Выбор схеи и параметров СФ тяговой подстанции в ' соответствии с предлошшши рекомендациями наряду с обеспечение,-: нормального функционирования линий связи и устройств автоблокировки позволяет снизить потери электрической анергии, затрать: труда на обслуживание л добиться экономии электротехнически;-; материалов.

10. Экспериментальные исследования на ряде электрифицированных участков подтвердили теоретически ообскэваннйе предельно допустимые нормы псофоыетрических напряжений на выходе СФ.

Н. Результаты проведенных экспериментальных исследований полностью подтвердили справедливость рекомендаций по выбору ехал и параметров -С®.

12. В ходе выполнения теоретических и экспериментальных исследований созданы к .доведены до внедрения следуодио разработки, что подтверждено соответствущимк актами:

- комплекс работ, включающий в себя создание методики гармонического анализа кривых напряжений на выходе многопульсовы-; выпрямителей при иосишетричных и° несинусоидальных литаацих напряжениях, зк: :срннентальноэ определение допустимого значен»; эквивалентного цоаавцего капрязения на выходе С0 при кабельных линиях связи и разработку рекомендаций по выбору о а:- и параметров С£>. Бкегодкый бконоанческий о? ;¡;;;,p¿¡;-■:;. комплекса работ- после резаке?-":-;-. •/_ ••.е.. гг.го^к цдошар» участка

Новосибирск-Черепа! юоо Западно-Сибирской яелозной дороги о соответствии а рекомендациями денной работа в ценах ноября 1995 г. составит 70,3 млн р. Интегральна яга ¡омический эффект за киз-нендай цикл объекта, равный двадцати года),), - 698,3 млн р.;

- комплекс работ по совершенствования тягового электро-снабяения электрифицированного участка Заводская-Степногорск Целинного горнохимического комбината, вкллчасций в СС5я ре-хонотрукцип СФ в соответстаии с рекомендациями, предложенными в настоящей работе. Годовой экономический эффект от внедрения комплекса работ в ценах декабря 1995 г. составляет 76,61 млн р. Интегральный экономический эффект для горизонта расчета, рапного пяти годам, проведшим с момента внедрения рекомендаций. -290,03 млн р.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Работа га-пульсовых выпрямителей при несимметричных напряжениях .переменного тока/ Ковалева Т.В.; Омский пн-т инд. а.-д. трансп.. 1989. - 22 с. - Деп'. в -цКИИТЗИ КПС 30.01.90, N 4905.

2. Работа т-пульсовых выпрямителей при несинусоидальнш напряжениях переменного тока/ Ковалева Т.В.; Омский ин-т икк. и.-д. трансп., 1950. - 16 - Доп. в ЦНИИТЭИ МПС 07.02.90, Н 5102. •

3. Работа я-пульсовых выпрямителей при несимметричных и несинусоидальных питающих напряжениях / Ковалева Т. 3.; Омский ии-т пня. я.-д. трансп.. 3 990. - 19 с. - Деп. в ЦНИИТРИ МПС 01.08.90, N 5341.

4. Расчет ЭДС гармоник выпрямленного напряжения и их начальных Фаз для мно'тпульсооы»! .выпрямителей при несимметричных

и неашусоидальных питающих напряжениях/ Ковалева Т. В.; Сг.йкиП ин-т рнз. а. -д. трансп.. 19S0. - Вкл. в ОФАП Минвуза СССР 02,10. SO. Н U900S9.

5. Ковалева Т.Е. Определение параметров магнитного влияния тяговой сети на кабельные линии связи// Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий келезнодороаного транспорта: Меавуз. томат, сб. науч. тр./Омский ин-т «rat. к.-д. трансп. Омск. 1990. С. 91-96.

6. Маценко В. П., Комякова 'Г. В., Ковалева Т. В. Качество электрической анергии при использовании шюгопульсовых выпрямителей// Улучиениз качества у снижение потерь электрической • энергии в системе электроснабжения железных дорог: Медвуз, томат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инк. п. -д. трансп. Омск. 1991. С. 14-10.

7. Наценке В.П.." Ковалева Т.В. Упрощение схем сглаливав-щнх фильтров на участке с двекадцатипульсовши выпрямителями и кабельными линиями связи// Улучиение качества и сниасние потерь электрической энергии в системах электроснабжения велезных; дорог: Меавуз. тймат. сб. науч.- тр. / Омская гос. акад. путей сообщения. Оыек, 1395. С. <32-64.

0. Ковалева Г. В. . Ыагай Г. С. Оптимизация схем и парадат-роэ сгладиващих фильтров тяговых подстанций постоянного тока// Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий шпознодорошзго транспорта; Ноаоуз. тсмат. сб. науч. тр. / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск. 1098. С. 38-43.

9. Маценко В.П.. Ковалева Т.В. Прогнозирование применения сглашзаадих фильтров на тяговых подстанциях постоянного тока при двадцатичетарахпульсовых выпрямителях// Методы и средства диагностирования технических средств аелезнодороаного транспорта: Тезисы докладов Всесовзной научно-технической конференции. Омск. 1989. С. 241,

10. Шалимов М.Г.. Натай Г.С., Ковалева Т.В. Технико-зконо-мич(.'скоо обоснование выбора схем сглааиоавщих фильтров тяговых

подстанция с иногопульсовьши глотрямителяш/УЛигуапыша проблемы развития голознодорожиого транспорта: Тезисы докладов второй иевдународной научно-технической конференции: М., 5СЭ8. Т. 1. С. 140.

Автор выражает благодарность и признательность научному консультанту - канд. техн. <наук, доценту Г.С.Иагав за оказанную поиоць в работе над диссертацией.