автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Совершенствование методов расчета режимов приема и потребления электрической энергии в условиях несимметрии и несинусоидальности электротяговой нагрузки переменного тока

Р!"0 01}

На правах рукописи

ЧЕРЕМИСИН Василий Тигович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

РЕЖИМОВ ПРИЕМА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ НЕСИММЕТРИИ И НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ НАГРУЗКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Специальность 05-22.09 — «Электрификация железнодорожного транспорта»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических *

ОМСК 1996

Работа выполнена в (Хчской государственной академии путей сообщения (ОмГАЛС),

Н а у ч и ы й к о н с у л ь т а н т —

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

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МАМОШИН Рсвмир Романович, доктор технических наук, профессор БОЧЕВ Александр Сергеевич, доктор технических паук, профессор ЛИСУНОВ Владимир Николаевич.

Ведущая организация —

Управление электрификации л электроснабжения Министерства путей сообщения РФ.

Защита состоится « (УА1996 г. в часов

«а заседании диссертационного совета Д 114.06.01 при Омской государственной академии путей сообщения по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан « » С^и/ ..Р^р!? 1996 г.

Учены:!; секретарь диссертационного совета д. т. п., профессор

В. к. ОКИШЕВ.

5 \ Омская государственная академия ^ путей сообщения, 1995

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве как в Российской Федерации, так и за рубежом относится к числу наиболее острых я а>ауальных. С целью определена, стратега« и первоочередных мер по реализации политики энергосбережения Указом Президента № 472 от 7 мая 1995 г. приняты "Основные направления энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 г.". Программа направлена на перевод экономики России с энергорасточительного на энергосберегающий путь развития.

В соответствии с Постановлением Коллегии МПС РФ №35 от 21 - 23 декабря 1994 г.. Указанием МПС от 12 января ¡995 г. № Н-100у на первое место выдвигаются вопросы внедрения комплекса энергосберегающих мероприятий. Важнейшей составляющей этого комплекса являются мероприятия по снижению технологического расхода энергин на передачу по электрическим сетям.

Потери электроэнергии в сетях Министерства топлива и энертики Российской Федерации колеблются в диапазоне 9 -- 9,4 %, Поданным Управления электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации, потери электрической энергии в сетах тягового электроснабжения за последние 10 лет изменялись в диапазоне 13,87- 19,01 % от принятой энергии по счетчикам тяговых подстанций.

Расчетные значения технологических потерь электрической энергии для конкретных участков железных дорог являются, как правило, стабильной величиной: для трансформаторов тяговых подстанций они порядка 1,4 - 2 %, на участках с интенсивным движением для контактной сети постоянного то* ка - до 4 - б, переменного - 3 - 4 %. "

Значительное расхождение расчетных технологических потерь и отчетных данных привело к названию последних "условными" по«рями электрн-ческой энергии на тягу поездов. Разницу между "условными" и технологическими потерями принято называть коммерческими потерями. В составляющую коммерческих потерь из тягу поездов входит вполне определенный расход электроэнергии (неучтенный отбор элек-вроэнертии от контактной сети, погрешность опт приближенного учета электрической энергии по установленной

мощности на отопление пассажирских вагонов в пути следования и отстое и пр.), поэтому э дальнейшем термин "условные потери" не применяется как не отражающий сути явления, он заменен термином "небаланс электрической энергии по счетчикам тмгоаых подстанций н эяектроподвижного состава".

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что в целом ряде случаен в состав небаланса приема и потребления электрической энергии на тягу поездов входят потери, обусловленные специфическими особенностями электрифицированной желеэиоЙ дороги, получающей питание в различных узлах одной «ли нескольких энергосистем и замыкающей эти узлы через свою сеть. Исследования показали, что имеется необходимость разработки метода расчета и условий рационального сопряжения систем тягового и внешнего электроснабжения длм достижения экономически целесообразных показателей электрифицированных железных дорог. Принципиально новый подход к сопряжению энергосистем с сетами тагового электроснабжения позволит улучшить показатели качества, снизить потери и потребление электрической энергии на тягу поездов.

При проведении исследований по снижению потерь электрической энергии и повышению технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения широко использовались трудьг ученых железнодорожного транспорта В. Г. Аввакумова, И. Г. Акпероаа; А. Бочева, А. Т. Буркова, А. Л. Бмкадорова, Б. М. Бородуяииа, Л. А. Германа, Р. И. Караева, Р. Н. Ка-ршеина, Л. А. Кучумова. И. Н. Ковалева, Е. И. Кордюкова, Б. И. Косарева, А. В. Котсльннховз, К. Г. Марквардга, Г. Г. Марквардаз, Р. Р. Мамошша, Р. И. Мирошниченко, В. Я. Овлвскиса, А. Н. Полла згкопо, В. Н. Пупьтина,

A. М. Сапелъчеихо, А. И. Тамазова, Б. Н. Тшшенева, В. Д. Тулупова,

B. П. Феоктистова, Ю. А. Чернова, М. Г. Шалимова, В.Т. Щербакова и других авторов. В диссертационной работе использовались труды ученых в области моделировании и оптимизации сложных разветвленных элехтрданерге-лпческих систем, содержащих несимметричные и нелинейные потребители, Г. Т. Адомса, В, П. Борисова. К. Ф. Вагнера, В. А. Вениковэ, К. С. Дсмирчя-нз, Ф. П. Жаркова, ГО. С. Железко, В. Н. Зажирко, В. Г. Кузнецова. С. Б. Лосева, Н. А. МеерЬввча, Н. А. Мельникова, А. Н. Миляда. Г. Е. Поспелова,

C. С. Рокотяиа. II. Я. Соколова, С. А. Ульянова, А. Б. Чернииа, В. К. Федором. А. К. Шшыоэского. Н. Н. Щелрнна, а также работы в области исслеяо-йдиня параыгтреш элементов схем замещения электроэнергетических систем

Г. Н. Александрова, В. Э. Бонштедта, Г. Я. Вапша, Г. А. Гринберга, Д. П. Ди-жура, И. В. Жежелеико, А. И. Заборовсзсого, 10. С. Крайчшса, М. В. Коетенко, М. С. Либкинда, Л. С. Перельмзиа, В. И. Розенова, И. К. Федчен>;о.

Режимы работы системы тягового электроснабжения характеризуются неравномерной загрузкой смеидаыж тяговых подстанций, уравнительными токами в межподстанцнонных зонах, достигающими значений нормальных нагрузочных. В результате наблюдаются повышенные значения потерь напряжения и мощности в тяговой сети, что снижает технико-экономические показатели системы тягового электроснабжения. Указанные недостатки режима работы системы тягового электроснабжения усиливаются несовершенством учета электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых лодспшцнй. До настоящего времени на большинстве тяговых подстанций коммерческий учет ведется индукционным« счетчиками электрической энергии, которые предназначены для работы в линейных электрических цепях. Условия их эксплуатации неадекватны поверочным и характеризуются несимметрией, «синусоидальностью и малыми нагрузками. Наблюдаются эксплуатационные режимы, при которых не учитывается возврат электрической 'энергии из контактной сети в систему внешнего электроснабжения, так как установлены индукционные приборы со стопором -или однонаправленные электронные счетчики.

Результаты исследований и опыт работы автора на электрифицированных железных дорогах показывают, что имеются значительные резервы по повышению технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения за счет выполнения условий рационального сопряжения с системой внешнего электроснабжения. Отсутствие инструктивно-методических материалов по снижению уравнительных токов в контакт«эй сети для типовых участков электроэнергетической системы затрудняет внедрение мероприятий по сниженйю потерь напряжения и мощности в тяговой сети, повышению некоторых показателей качества электрической энергии.

Представляемая работа непосредственно связана с экономией электрической энергии ча железной пороге посредством разработки и внедреиия комплекса организацнонио-технических мероприятий по снижению потребления и потерь электроэнергии иа тягу поездов.

Целью диссертационной раСотьв является создание научно обоснованного комплекса методов исследования режимов приема и потребления апек-

трической анергии на тягу поездов для определения экономически целесообразна условий работы электрифицированной железной дороги. Для достижения этой цели в диссертационной работе рассмотрен н решен следующий комплекс экспериментальных и теоретических задач:

- сформулирована структура приема, потребления н распределения электрической энергии на железной дороге;

- созданы математическое и программное обеспечение автоматизированной системы обработки данных учета электрической энергии на железной дороге, обеспечивающие составление отчетной документации, анализ небаланса приема и потребления электрической энергии на различных участках железной дороги;

- разработан метод расчета небаланса приема и потребления электрической энергии на тягу поездов, позволяющий диагностировать участки электрифицированной железной дороги с повышенным значением небаланса;

- разработан метод расчета электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку, на основной частоте и высших гармонических составляющих:

- разработаны методика диагностирования и способ измерения уравнительных токов в межподстанционной фидерной зоне;

- исследованы специфические особенности газораспределения высших гармонических составляющих в электроэнергетической системе, содержащей электротяговую нагрузку;

- создана комплексная методика исследования отделения железной дороги с повышенным зна чением небаланса приема и потребления электроэнергии на тягу поездов;

- предложен мет ,.' расчета платы ча электрическую энергию в границах отделения железной дороги по действительному значению небаланса электрической энергии по счетчикам тяговых подстанций и электроподвижного состава и реальной стоимости 1 кВт<ч электроэнергия;

- усовершенствована методика взаиморасчетов между железными дорогами за заезды локомотивных бригад и передачу электрической энергии по межподстанцнониым фидерным зонам.

Методы исследования. Поставленная в работе цель достигается на основе комплексных исследований на действующих участках элестрифниироваи-

пых железных дорог, теоретических исследований, вычислительных экспериментов.

В основу теоретических исследований положены мате.латнческнП аппарат теория матриц в сочетании с классическим анализом многофазных электрических цепей в симметричных и фазных координатах, методы выделения и итерационных процедур. Результаты наблюдений обработаны с применением методов гармонического анализа н аппарата математической сл..истеки. Исследование параметров элементов электроэнергетических систем выполнено с применением теории функции комплексного л ершенного.

Научная повиэтт, основные полоягешт, выносимые па защиту. В диссертационной работе впервые комплексно решен ряд задач, позволяющих повысить энергетические и техннко-э:сокомические показатели электроэнергетической системы, содержащей электрогяговуто нагрузку, путем рационального сопряжения систем тягового к внешнего электроснабжения, совершенствования учета электрической энергии на тягу поездов* При этом решены следующие задачи:

- созданы концепция, принципы построения, программное обеспечен!:; системы диагностирования участков линий и сетеН железной дорога ® повышенными потерями электрической эиерпм;

- предложен новый способ расчета электроэнергетической системы с большим количеством мест поперечной и продольной нссимметрки ка осноз-ной частоте и в нижнем спектре звукового диапазона частот. В основу способа положены методы выделеяия, симметричных составляющих и итерационных процедур;

- проведены теоретические исследования, разработано математическое н программное обеспечение расчета продольных параметров линий и сетей на основной частоте и высших гармонических составляющих с учетом реального гесшгектрического разреза земли;

- установлено влияние параметров электроэнергетической системы н режима ее работы на расхождение электрических величин в узлах примыкания систем тягового и внешнего электроснабжения, приводящее к повышенным уравнительным потокам мощности в межподстанииоиных фидерных зонах;

- исследованы условия работы измерительных приборов учета электрической энергии па тягу поездов в условиях нсспмметрин н нссинусоияалыюсш

элсктротягопой нагрузки при наличии повышгнных уравнительных тока* и перекомненсацин реактивной шишосги;

- разработаньз сиетеш, организационно-технические мероприятия, математическое а программное обеспечение комплексных исследований электроэнергетической системы, «.одержашей электротяговую нагрузку, позволяющие определять участок Дороги с повышенными потерями электрической энергнн на тагу поездов, выявлять основные состашшощне небаланса приема и по-тргблгния электроэнергии на тягу пегздов, проводить вычислительные эксперименты по оценке эффективности мероприятий, направленных на снижение потерь электроэнергии га выбранном участке, выполнять оценку эффективности внедренных мгропрнятий по повышению тсхникс-зкономической эффективности системы тягового плектрегнабкепил на участке железной дороги с повышенными потерями электрической эиерпш.-

Достоверность результатов подтверждена практической реализацией теоретических положений, измерениями на реальных участках ЮжноУральской, Западно-Сибирской и Целинной железных дорог, положительными результатами пнгдргния мероприятий, приводящих к повышению технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения.

Практическая ценноегь исследований, выполненных в диссертационной работе, состоит в том, что

- внедрен комплекс организационно-технических мероприятий и программное обеспечение по диагностированию участков электрифицированной «лгзиой дороги с повышенным небалансом приема и потребления электрической энергии на тягу поездов;

- распространена и внедрена по сети железных дорог Российской Федерации методика проверки правильное«! включения приборов учета электри-чгскоП энерпш на стороне напряжения 27,5 кВ тяговых подстанций первого, второго и третьего типа;

- получены новые схемные решения по включению измерительных приборов учета электрической энергии в системе напряжений 2 х 25 кВ для тяговых подстанций первого, второго и третьего типа;

- определены условия рационального сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения:

- предложенный способ измерения уравнительных токов позволил определить их с высокой достоверностью в ряде межподсташдионных зон ЗападноСибирской железной дороги;

- на Западно-Сибирской и Южно-Уральской железных дорогах наши практическую реализацию методика диагностирования повышенных уравнительных токов в мегжподсганционных зонах.

Совокупность указанных разработок' по совершенствованию системы учета электрической энергии, рациональному сопряжению энергосистем а сетями тягового электроснабжения позволяет получить ощутимый экономический эффект за счет снижения яотерь и потреблений электрической энергии на тягу поездов.

Реализация результатов работы. Основные теоретические положения, методы исследований, практические рекомендации, полученные в диссертационной работе, нашли практическое применение на Западно-Сибирской, Юж-но-Урапьской и Целинной железных дорогах. В соответствии а Указанием Министерства путей сообщения Российской Федерации № Н-! ООу от ! 2 января 1995 г. (раздел "План основных орг^ фзационнс-техкическил меропрютий на 1995 г. по топливо- и энергосбережению чг железнодорожном .транспорте"), решениями Научко-технкческого совета Управления электрификации'и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации от (О ноября 1994 г., Научно-технического яовета Министерства путей сообщения Российской Федерации (совместного заседания' секций топиивно-тегшотехнической, электрификации и электроснабжения'} от 27 июля 1995 г., Центральной комиссии по экономии топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте'от 30 игеня ¡995 г. рекомендовано некоторые результаты исследований, выполняемых научным коллективом под руководством автора настоящей работы, распространить по сети ¿челезных дорог Российской Федерации и продолжить исследования на железных дорогах Урала и Западной Сибири.

На основе проведенных исследований разработаны ииструктивяо-методичеекие указания:

- "Методика проверки правильности схем включения счетчиков электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока ? системе напряжений 27,5 кВ" (в соавторстве, утверждены Управлением электрификации и элек-

троснабження Министерства путей сообщения Российской Федерации, 1995 г.);

- "Расчет небаланса приема и потребления электрической энергии на тягу поездов в границах отделений железной дорога" (в соавторстве, в стадии согласования в Управлении электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения).

При непосредственном участии автора получены следующие практические результаты по материалам теоретических исследований:

-- определены отделения железных дорог с повышенными значениями небаланса электрической -энергии по счетчикам тяговых подстанций и электроподвижного состава на Южно-Уральской, Западно-Сибирской и Целинной железных дорогах;

- разработаны математические модели электроэнергетических систем дистанции электроснабжения Южно-Уральской (Оренбургской, Орекон. Карта-линской, Магнитогорской), Западно-Сибирской ({Сарасукской, Каменской, Алтайской), Целинной (Кокчетавгхой, Боровской) жетезных дорог, позволяющие проводить вычислительный эксперимент до внедрения мероприятий по повышению технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения;

- определена погрешность проектной системы учета электрической энергии в условиях эксплуатации, разработаны и внедрены схемы включения электронных счегчиков активной и реактивней энергии в системе напряжений 2 х 25 кВ на всех тяговых подстанциях Целинной железной дороги;

- проведена ревизия схем включения расчетных счетчиков электрической энергии, определена погрешность учета электрической энергии индукционными счетчиками электрической энергии в условиях эксплуатации на всех тяговых подстанциях переменного тока Южно-Уральской и Западно-Сибирской железных дорог;

- определены межподстанцнонные фидерные зоны Западно-Сибирской и Южно-Уральской железных дорог л системе напряжения 27,5 кВ и Целинной железной дороги в системе напряжения 2 * 25 кВ с повышенными уравнительными токами. Даны рекомендации по снижению в них уравнительных токов и повышению достоверности учета электрической энергии на тягу поездов;

- исследована погрешность системы учета на электровозах переменного тока ВЛ 60е с целью определения составляющей небаланса электрической

энергии на тягу поездов по счетчикам тяговыд: подстанций и электроподаюк-ного состава.

Апробация работы. Основные результаты диссертациочной работа докладывались и были одобрены:

- на всесоюзных научно-технических и научно-практических конференциях - "Проблемы повышения надежности и безопасности технических средств железнодорожного транспорта (Москва, Всесоюзный заочный ш титут инженеров железнодорожного транспорта - !988 г, ), "Методы п средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта" (Омск, Омский институт инженеров железнодорожного транспорта -- 1939 г.), "Автоматизирование системы испытаний объектов железнодорожного транспорта" (Омск. Омский институт инженеров железнодорожного транспорта -!99¡ г.);

- isa отраслевой научно-технической конференции "Совершенствование форм управления режимом топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте в новых условиях хозяйствования" (Москва, Московский институт инженеров железнодорожного транспорта - 1988 г.);

- научно-техническим советом Министерства путей сообщения Российской Федерации - секции "Топливно-теплотехннческая", "Электрификация tí электроснабжение" (Москва, 20 апреля ¡995 г.);

- техническим советом Управления электрификации и электроснабжения (Москва, Ш ноября i994 г.);

- на сетевых школах по экономии энергетических ресурсов, проводимых Главным управлением локомотивного хозяйства МПС (г. Вильнюс. 1986 г.), Управлением электрификации и электроснабжения (г. Челябинск, 1996 г.);

- на научно-технических конференциях кафедр Омского инеппутз инженеров железнодорожного транспорта (г. Омск, 1934, 1986, 1987, !990 годы);

- ira научно-технических конференциях кафедр Хабаровского института инженеров железнодорожного транспорта (г. Хабаровск. ! 987» ! 989 годы);

- ка теплотехнических конференциях Южно-Уральской железной дороги (!992~ !995 годы):

- на теплотехнических конференциях Западно-Сибирской железной дорога (1995,1996 годы);

- на региональном научно-практическом семинаре "Энергосбережение в Омской области" (Омск, Центр по эффективному энергоиспользованию. 1995 г.);

- техническими советами Управления Южно-Уральской железной дороги (1993,2994 годы);

- техническим советом Управления Целинной железной дороги (1992 г.);

- техническими совещаниями службы электроснабжения Целинной железной дороги (1990-S992 годы);

- техническими совещаниями службы электроснабжения Южно-Уральской железной дороги (¡993 - 1995 годы);

- техническими совещаниями службы электроснабжения Запгдно-Снбир-ской железно!! дороги (i 993 - ! 995 ¡годы).

На основе результатов исследований, полученных в диссертационной работе, регулярно проводились занятия на факультете повышения квалификации ОмГАПС для специалистов служб электроснабжения железных дорог

098f>--19.96 годы).

Публикации. По результатам исследований соискателем лично и в соавторстве опубликованы 46 статей и докладов, учебког кособяг, а также 20 технических отчегоа по научно-нсследовательским работам. Всего по теме диссертационной работы опубликовано 67 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести man, выводов, списка использованных источников и приложения. Общий обьем 444 е., в том числе 404 с. основного текста, i 39 рис., S9 табл., 225 источников. Приложение на 40 с.

В первом разделе разработана система диагностирования участков сетей железной дороги с повышенными потерями электрической энергии (ЭЭ). Система -»лектроснабжения железной дороги имеет сложную разветвленную структуру с рядом специфических особенностей. Наиболее энергоемкой составляющей этой систсмы является система тягового электроснабжения (СТЭ), обеспечивающая движение поездов и основную часть электроснабжения предприятий железнодорожной» транспорта.

В настоящее время сложилась ненормальная ситуация в контактной сети и cent продольною электроснабжения:

- наблюдается высокий процент расхождения между принятой и потребленной ЭЭ. Это расхождение в целом ряде случае» достигает 30 - 35 % от количества принятой ЭЭ в это сети, т. г. значительно превосходит технологические потери на транспортировку ЭЭ;

- имеют мест'» случаи, когда на отдельных участках таких сетей небаланс ЭЭ принимает отрицательное значение.

Сложившаяся система отчетной документации по приему и потреблению ЭЭна железной дороге не дает информации: о наиболее неблагополучных участках сетей. К тому же отчетно-учетная информация не имеет строгой системы. С целмо совершенствования информации по учету ЭЭ на железной дороге и обеспечения диагностирования участков линий г! сетей железной дорога с повышенными значениями небаланса ЭЭ разработаны структурная схема электроснабжения, модель приема Я распределения ЭЭ на железной дороге, позволившие выполнит., классификацию и кодирование приема, распределения и потребления ЭЭ. Кодирование исходной информации положено в основу принципов построения автоматизированной системы обработки данных (АСОД) учета ЭЭ на железкой дороге. Система позволяет получать информацию для всей отчетной документации по учету ЭЭ, выполнять анализ принятой и потребленной ЭЭ на разных участках электрических сетей железной дороги, диагностировать участки с повышенными потерями ЭЭ.

Длят диагностирования участков контактной сети с высокими потерями ЭЭ разработан метод расчета небаланса приема и потребления ЭЭ нг/шу поездов в границах отдельных участков или отделений железной дороги (ИОД). Разработана АСОД учета распределенной н потребленной ЭЭ я а тягу поездов "Небаланс". Система позволяет определять фактические значения ЭЭ, отпущенной по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счегшкам электроподвижного состава (ЭПС) в границах НОД, совершенствовать ззанмо-расчеты с соседними дорогами при заездах локомотивных, бригад по накладным плечам обслуживания, определять небаланс ЭЭ отдельно по каждому отделению, а не в целом по железной дороге, диагностировать НОД с повышенным значением небаланса ЭЭ, ежемесячно вести контроль за эф$^хтавнссгьго мероприятий, по снижению потерь электрической энергии на тясу поездов а там или другое НОД.

Исследования по повышению технико-экономической эффектности электроэнергетической системы (ЭЭС), содержащей электротяговую нагрузку,

целесообразно выполнять на участках железной дороги с повышенным значением небаланса ЭЭ. путем анализа отдельных его составляющих. При этом наиболее сложным вопросом является исследование потерь ЭЭ, вызываемых нерациональным сопряжением сетей внешнего электроснабжения (СВЭ) и СТЭ. Решение такой задачи возможно лишь путем моделирования ЭЭС, содержащей электротяговую нагрузку.

Во втором разделе рассмотрен новый метод расчета ЭЭС, содержащей элекзротяговую нагрузку на переменном токе. Показаны преимущества предлагаемого метода перед существующим при выборе условий рационального сопряжения СЮ и С1Э, исследованиях потоков мощностей различных последовательностей на основной частоте и высших гармонических составляющих, определении потерь ЭЭ от соответствующих потоков мощностей в СВЭ и СТЭ, оценке условий работы приборов учета ЭЭ на тягу поездов.

Суть мегода заключается в .выделении из ЭЭС несимметричной части (рис. I). Оставшаяся часть представляет собой трехфазную систему и состоит из трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов, линий, компенсирующих устройств и прочего трехфазного оборудования.

Рис. I. Симметричная и несимметричная части электроэнергетической системы, содержащей электротяговую нагрузку

В первом приближении элементы этой части можно считать пофазно симметричными. Выделенные части представляют собой однофазные системы и состоят из тяговой сети, однофазных фютмроишмирирующих устройств, электротяговой нагрузки и прочих устройств.

Отделим выделенные части системы штриховой линией (см. рис. (). Для анализа возьмем один участок между я'-й и (к+ 1)-й тяговыми подстанциями (рис. 2, а). К точкам пересечения штриховой линии с линиями лщеяяемого участка присоединены по три одинаковых источника напряжения бесконечной мощности (Йк, Ёк +1, Ётп) такой величины, чтобы они компенсировали существующее между этими точками напряжение. В этом случае состояние ЭЭС не изменится, т. е., значения токов и напряжений в элементах системы останутся прежними.

В соответствии с методом выделения разделим систему вдоль штриховой линии» в результат« чего образуются две части системы (рис. 2, б). Следует за-мепггь, что токи и напряжения в элементах системы также не изменятся. Это легко показать с помощью законов Кирхгофа. Аналогичные операции могут быть проделаны со всеми выделенными час«ми системы. В результате таких преобразований получим симметричную трехфазную часть системы и ряд однофазных.

Состояние выделенных частей системы не изменится, гели заменить внешние источники ЭДС Бк + ¡, Й^ напряжениями 0К, 0К 4 ,, и считать, что внешние токи 1Х, 1Г * ¡, 1 сохраняют свои значения. Тог-

да точки Пересечения исходной системы с линией, ограничивающей выделенные части (см. рис. I), образуют полюсы многополюсника. Выделенные части, в зависимости от числа полученных пстосов, образуют двух- и четырехполюсники. Предлагаемое разделение ЭЭС на трехфазный многополюсник и неограниченное количество двух- и четырехполюсников позволяет значительно упростить расчеты ЭЭС, так как анализ сложной системы сводится к анализу более простых ее составных частей. Для того чтобы вернуться к исходной системе, необходимо восстановить существовавшие раке« способы соединения составных двух- и четырехполюсников с многополюсником.

После применения метода выделения рассматриваемую ЭЭС можно исследовать итеративным методом. Принимая во внимание, что многополюсник представляет собой симметричную трехфазную систему, и пргнебрегая в пер! >

вом цикле наличием выделенных двух- и четырехполюсников, можно определить электрические величины в системе известными алгебраическим!! методами анализа цепей при установившемся режиме, как системы прямой последовательности, в расчете на одну фазу, например, методом узловых напряжений.

Определить первые приближения нагрузочных токов многополюсника можно лишь после приближенного расчета двух- и четырехполюсников. Для этого необходимо знать напряжения ÙK на двухполюсниках клх ÚK. ÙK + ,, Ùmn fia четырехполюсниках (см. рис. 2, б). В первом приближении за эти напряжения могут быть приняты напряжения холостого хода на зажимах многополюсника. ,

Зная напряжения ÜE, ÚK+ ,, Ün¡n на четырехполюсниках, я также параметры их элементов, можно найти токи íi;, ÍK r 1¡<., I* ^ -,. Для их определения целесообразно воспользоваться, как и для расчета многополюсника, методом узловых потенциалов.

В случае моделирования фидерной зоны четырехполюсником с замкнутой стороной значение Úmn принимаемся равным нугао. Этот случай имеет .место при расчете ЭЭС, содержащей электротяговую нагрузку.

Для связи симметричной и несимметричной частей ЗЭС получены расчетные выражения трансформации симметричных составляющих напряжений из симметричной част» системы в несимметричную и симметричных составляющих токов из несимметричной части ь симметричную. Выражения получены для всех типов тяговых подстаниий в системах напряжений 27,5 и 2 х 25 кВ. Для обеспечения сходимости итерационного процесса получены расчетные выражения для ЭДС холостого хода и входных сопротивлений, применяемых при расчете участков несимметричной части системы.

Важным достоинством метода является возможностЛапавать тяговую и другие нагрузки системы мощностью. Это позволяет более строго определять эффективность внедряемых мероприятий по снижению потерь ЭЭ.

Одно из преимуществ метода заключаемся в возможности его применения не только для расчета токораспределения в ЭЭС на основной «Aiстоге, ко и на высших гармонических составляющих. При этом тяговая нагрузка задается гармоническим источником бесконечной мощности. Меток лозаоляе* определять потоки мощностей высших гармонических составляющих в СЮ и СТЗ.

Разработана методика расчета потерь электрической энергии в электроэнергетической системе, содержащей электротяговую нагрузку, позволяющая выделять составляющие потерь от потокое мощности основной частоты прямой последовательности, неснмметрин и несинусондальности. Показаны особенности расчета баланса мощностей отдельно в СВЭ, СТЭ и в ЭЭС при не-симметрни и несинусоидальности электротяговой нагрузки.

Условием получения достоверности результатов моделирования ЭЭС является достоверность параметров схем замещения элементов системы как на основной частоте, так и на высших гармонических составляющих.

В третьем разделе исследованы параметры схем замещения элементов ЭЭС в нижнем спектре звукового диапазона частот от 50 до 1050 Гц.

Расчет параметров линии электропередач (ЛЭП) и контактной сети выполнен при условии, что сопротивление бесконечно длинной линии "провод -земля" (рис. 3)

zn.,=znp+zs, (1)

где Zn¡) - собзтынкое сопротивление

провода, определяемое с учетом поверхностного эффекта;

Z3 - сопротивление, вносимое неоднородной структурой земли. В общем случае

S3=J«AJÍ, (2)

где As - вектор-потенциальная функция в точке наблюдения М (см. рис. 3): ■

_. Í - ток в проводе.

i/ni/rti/nj/t/ '

lirf*00

Рис. 3. Координаты точки наблюдения

Вектор-потенциальная функция при слоистой структуре земли

-х 2 я

!п.

'У + (h¡. т hz)

г eos Л у — Л е

, (3)

где ц с - магантная проницаемость воздуха;

у - расстояние точки наблюдения от провода, м;

1н - высота подвеса провода, м;

Ь?. - расстояние от земли до точки наблюдения, м;

X - вещественная переменная;

а| - комплексный коэффициент, зависящий от Параметров слоистости структуры земли.

Основная трудность определения численной величиям вектор-потенциальной функции А.1 в произвольной точке наблюдения над слоистой структурой земли заключается в вычислении значения несобственного интеграла. который имеет точное аналитическое решение через специальные функции Бесселя второго рода первого порядка и Струве первого порядка от комплексных аргументов лить в частном случае однородной структуры згмли. С увеличением числа слоев функция а| значительно усложняется, я несобственный интеграл может быть зычнслен лишь с применением численных методов интегрирования.

Анализ подынтегральной функции позволяет рекомендовать при отсутствии явно выраженной или быстрозатухающей осцилляции численный метод интегрирования Гаусса. Важным моментом приближенного вычисления является выбор квадратурной формулы. Точность вычислений проверяется двойным счетом, т. е. счетом по квадратуре Гаусса и сравнением ргзультага по уточняющей квадратуре; если точность получается шике заданной, го отрезок интегрирования! дробится.

Для вычнсяення интеграла от язно выраженной осциллирующей функции существует ряд численных методов, однако каждый имеет спои недостатки и ограничения. В работе предложен способ вычисления интеграла от осциллирующей функции, который в ряде случаев обеспечивает лучший результат. ■

Рассчитаны продольные параметры схем замещения ЛЭП с наиболее распространенной геометрией расположения проводов при реальном геоэлек-грическом разрезе земли, характерном для районов Западной Сибири и Северного Казахстана. Частотные параметры получены для гармоник до 21-го 'порядка включительно. При аналогичных условиях определены параметры схем замещения одно- и двухпутного участков тяговой сети.

Многочисленные экспериментальные исследования районных нагрузок теговых подстанций с помощью информационно-вычислительного комплекса "Омск" позволили выбрать расчетные схемы замещения, удовлетворительно отражающие процессы в реальных электрических цепях как на основной частоте. так и на высших гармонических составляющих. Выбраны расчетные схемы замещения тяговых трансформаторов и питающих систем в нижнем спектре звукового диапазона частот от 50 до 1050 Гц.

Полученные значения параметров элементов схем замещения положены s основу моделирования реальных ЭЭС, содержащих злектротяговую нагрузку.

Е четвертом радела исследованы принципы рационального сопряжения GB3 я СТЭ для достижения экономически целесообразных показателей электрифицированных железных дорог, определены условия работы измерительных приборов учета ЭЭ на тягу поездов. Исследовании выполнены с помощь» программного обеспечения расчета ЭЗС, содержащей злектротяговую нагрузку, по метолу, приведенному во втором разделе. Показано, что несимметричная часть системы тягового электроснабжения, в общем случае, может был, рассмотрена как многополюсник со значительным количеством трехфазных входов от различных узлов системы внешнего электроснабжения. Ввиду значительной протяженности многополюсника питание его входов не может. быть осуществлено от одного питающего центра. Питание осуществляется от различных узлов одной или нескольких энергосистем. Это 'приводит к тому, что пункты питания тяговой сети имеют различные внешние характеристики. К тому же имеет место некоторое различие по фазе напряжений в пунктах питания тяговой cens. Различие внешних характеристик а фазовые отклонения напряжений в иуиктах питания приводят к- уравнительным потокам мощности между, ними îîo контактной сети.

Некоторые факторы, влияющие на условия сопряжения СВЭ и СТЭ, исследовали«, в работах К. Г. Марквардга. Ю. А. Чернова. Установлено влияние ил качество с»яз!1 СЮ и СТЭ наклона ннсиншл характеристик' тяговых подстанций, направления и величины потока мощности в ЛЭГ1 СВЭ, пера-neticma х1г>ффнцисн1011 грлисформакнп н параметров гягойы.х трансформаторов. iupaMcipi4i ч.'п-мешон Oiï>. Информативным параметром о качестве свя-?п ('IV) и < "Г > прикипи ечкг.т ур.пшшельнын ток в мгжнодстанцнонной фн.и-ря'.и] -ч-.ис. <'(>iicp:!iei.4-n.n!i.nimo нычнелгций ч измерений >рлшшк-лшых

токов, разработке способов их снижения посвящены работы Б. М. Бороцули-на. Л. А. Германа, А. С. Бочева, И. Н. Ковалева, Г. Г. Маркзардга, А. И. Та-мазова, Р. И. Караева, Б, И. Косарева, И. Г. Актеров;-, А. И. Букина, Г. В. Кузнецова и др. Исследования автора позволили дополнить факторы, влияющие на условия сопряжения СЮ и СТЭ.

Анализ симметричных составляющих напряжений на низкой сторона тяговых трансформаторов показал, что одна из причин расхищен, я мкгарич*-ски.ч параметров, и узлах сопряжения СБЭ и СТЭ при паргигоельном питании межподеганционных ф1здгрных зон заключается в необходимости пркмшгтя симметрирования фаз ЛЭП ira высокой стороне тяговых трансформаторов. Применение симметрирования фаз ЛЭП приводит к значительному улеличе-нию уравнительных токов в контактной сети, симметрирующих нагрузку на низкой стороне тягового трансформатора. При кеизмекиых схемах СВЭ н СТЭ зыбор типа начальной, тяговой подстанции оказывает существенное, влияние на распределение мощности тяпззой нагрузки иащ/ подстанциями из-за различных '/енота' протекания уравнительных токоп в исясподтгаици-онных фидерных зонах.

Результаты -вычислительных экспериментов по исследованию условий сопряжения СЮ и СТЭ показали:

- повышенная районная нагрузка тяговых трансформаторов на одной из смежных подстанций приводит к снижению его игсзой нагрузки и повышению уравнительных токов в примыкающих фидерных зонах;

- с изменением величины тяговой нагрузки в фидериьк зонах изменяется угол сдвига-фаз между током и напряжением плеч питания вследствие изменения величины составляющей уравнительного тока, симметрирующей эпектро-тяговую нагрузку на низкой стороне тягового трансформатора;

- исследование влияния места расположения нерегулируемых устройств поперечной компенсации реактивной мощности (УППК) на уравнительные токи показали, что при наличии полного цикла симметрирования нагрузки фаз ЛЭП наименьшие потери ЭЭ в СТЭ при п:рекомпе!.сации реактивной мощности имеют место при установке УППК в отстающих фазах тлгозых подстанций второго типа или с обеих сторон фидерной зоны, питающейся двумя отстающим» фазами. Установка УППК в последнем случае на одной из указанных тяговых подстанций недопустим?, ибо призошгг к ухудшению условий связи СВ'З и СП).

Моделирование электроэнергетической системы на основной частот'" высших гармонических составляющих показало, что симметрирование ма-грузки фаз ЛЭП, выполненное для основной частоты, оказывает положительный результат на снижение высших гармоник на шинах центра питания. Установлено, что при равноплечей нагрузке для гармоник прямой последовательности (v = ¡, 7,...):

- вектор тока фазы А прямой последовательности имеет одинаковую фазу относительно питающего напряжения катяговых подстанциях первого, второго и третьего типа;

- вектор тока фазы А обратной последовательности изменяется на угол, близкий к 120'' при переходе от подстанции одного типа к другому.

Из вычислительных экспериментов следует, что для гармоник обратной последовательности(V = 5, П,...):

-■ вектор тока фазы А прямой последовательности изменяется на угол, близкий к 120° при переходе от подстанции одного типа к другому;

- вектор тока фазы А обратной последовательности имеет одинаковую фазу относительно питающего напряжении на тяговых подстанциях первого, второго и третьего типа.

Вычисления показали, что для гармоник нулевой последовательности (V = 3. 9,... ) векторы фазы А прямой и обратной последовательностей на высокой стороне тягового трансформатора изменяются на угол, близкий к 120° при переходе от подстанции одного типа к другому.

При полном цикле симметрирования фаз ЛЭП на шинах питающего ценгра прямая и обратная последовательности гармоник нулевой последовательности практически компенсируются, заметно снижаются составляющие прямой последовательности гармоник обратной последовательности и составляющие обратной последова гельности гармоник прямой последовательности.

'Значигелммя часть мощности высших гармонических составляющих те-риегся на участке о! нелинейной нафутки эдектроно/тнжного состава до шин с напряжением 27,5 кВ тяговых подстанций. Наиболее высокий процент по-н-рь н ¡шпион сеН1 имеют гармоники, крашые трем.

Исслелонание услоним рабиты и »мерительных приборов учета в узлах пч 'и ¡т; ) н <' Г > на сюронс напряжения 2",5 кВ показали:

- в режиме параллельного питания фидерных зон при однотипных тяговых трансформатора:,'., равномерных районных нагрузках, незначительном транзите мощности по ЛЭП, питающей тяговые подстанции, приборы учета ЭЭ, установленные на стороне напряжения 27.5 кВ, работают в режиме, практически соответствующем поверочному при включении их а фазы а, с на тяговых подстанциях первого и третьего типа и фазы а, в - на тяговых подстанциях второго типа. Схема включения токовых элементов в фазы а, в на тягопых подстанции с прямым порядком чередования фаз питающего напряжений может быть применена, если на первый элемент счетчика подать фазу в, а на второй - а;

- при повышенном транзите мощности по ЛЭП, вызывающим высокие уравнительные токи, включение измерительных приборов на тягорых подстанциях с прямым и обратным порядком чередования фаз в фазы и с недопустимо из-за значительного несоответствия рабочего и поверочного режимов работы измерительных приборов учета. В этих условиях .целесообразно включение токовых элементов измерительных приборов учета п фазы а, р.. Причем на тяговых подстанциях С прямым портом чередования фаз на первый элемент следует подавать фазу в, на второй - а. Аналогичные выводы подучены при повышенных нагрузках на районной обмотке одной из смежных тяговых подстанций;

- при перекомпенсации реактивной мощности измерительные приборы учета работают в режиме, неадекватном поверочному.

В пятом разделе представлен разработанный комплекс мероприятий по снижению небаланса приема и потребления ЭЭ по счетчикам тяговых подстанций (ЭЧЭ) и ЭПС. Сформулирована система исследований по снижению небаланса ЭЭ на действующих участках железной дороги. Основные положения сложившейся системы исследований заключаются в следующем:

- внедряется метод расчета небаланса ЭЭ по счетчикам ЭЧЭ и ЭПС на неследуемой железной дороге с учетом взаимного заезда локомотивных бригад по накладным плечам обслуживания на соседние железнь.. дороги. Определяется отделение железной дороги или участок дорога с повышенным значением небаланса ЭЭ по счетчикам ЭЧЭ и ЭПС;

- исследуются составляющие небаланса ЭЭ: технологические потери, погрешности учета ЭЭ на тягу поездов по счетчикам ЭЧЭ и ЭПС, погрешности

учета ЭЭ на отопление пассажирских вагонов в пути следования и отстое, анализируется неучтенный отбор ЭЭ от контактной сети;

- моделируется ЭЭС НОД с повышенными потерями и исследуется расхождение электрических параметров в узлах примыкания СВЗ и СТЭ систем тягового и внешнего электроснабжения, рассчитываются технологические потери;

- проводится анализ расхода ЭЭ по плечам питания тяговых подстанций, и экспериментальные данные сопоставляются с результатами моделирования. При расхождении результатов проводится ревизия схем включения приборов учета;

- исследуются фидерные зоны с повышенными потерями ЭЭ. от перетоков мощности по контактной сети. Анализируется возможность появления неучтенного возврата ЭЭ в СЮ по контактной сета;

. - разрабатываются мероприятия по снижению потерь, повышение достоверности учета ЭЭ. Оценка эффективности мероприятий выполняется н& модели электроэнергетической системы до их внедрения;

- контроль за эффективностью внедряемых мероприятий по снижению всех составляющих небаланса ЭЭ по счетчикям ЭЧЭ нЭПС ведется ежемесячно с помощью АСОД "Небаланс".

Приведенная система исследований была применена на участках пере-. менного тока Южно-Уральской, Западно-Сибирской железных дорог и участке Целинной железной дероги в системе напряжений 2 х 25 кВ.

С целью повышения достоверности учета ЭЭ разработаны инструктивно-методические указания по методике проведения ревизии схем включения счетчиков ЭЭ на тягу поездов, многочисленными экспериментальными данными обоснована необходимость замены индукционных приборов учета электронными, для снижения экономического ущерба от неучтенного возврата ЭЭ в СБЭ, наносимого высокими уравнительными токами, рекомендовано на ряде конкретных тяговых подстанций устанавливать двунаправленные счетчики активной и реактивной энергии, разработаны новые схемы включения счетчиков ЭЭ на тагу поездов в системе напряжений 2 х 25 кВ.

Под руководством и при непосредственном участии автора проведена ревизия включения счетчиков электрической энергии на вводах напряжением 27,5 кВ всех тяговых подстанциях переменного тока Южно-Уральской, Западно-Сибирской железных дорог, на участке переменного тока в системе на-

пряжений 2 х 25 кВ Целинной железной дороги. Переучет электрической энергии из-за допущенных ошибок при включении счетчиков составил:

- Карталинская и Магнитогорская дистанции электроснабжения ЮжноУральской железной дороги - {3,4 % от приема;

- Каменская, Карасукская и Алтайская дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги - 0;

- Кокчетавское отделение Целинной железной дороги - 5,4 % от приема. Для определения погрешности учета электрической энергии на тагу поездов была проведена экспериментальная оценка эффективности замены индукционных приборов учета электронными на вышеперечисленных электрифицированных железных дорогах. Исследования показали, что а подавляющей большинстве погрешность была гтоложтггелыюй. Переучет элеетричеосой энергии на тягу поездов нз-зз применения приборов учета, работающих в условиях, неадекватных поверочным, составил:

- Карталинская и Магнитогорская дистанции электро набжения ЮжноУральской железной дороги - 2,2 % от приема;

- Каменская, Карасукская и Алтайская дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дорош - 2,8 % от приема;

- Кокчетавсхое отделение Целинной железной дороги - ! ,9 % от приема. Экспериментальные исследования по оценке неучтенного возврата ЭЭ

на вышеназванных участках железных дорог показали, что возврат электрической энергии в систему внешнего электроснабжения составил:

- Карталинская и Магнитогорская дистанции электроснабжения ЮжноУральской железной дороги - 7,4 % от приема;

- Каменская, Карасукская и Алтайская дистанции электроснабжения Западно-Сибирской железной дороги - 4,2 % от приема;

- Кокчетавское отделение Целинной железной дороги - 2,1 % от приема. Экспериментальные исследования достоверности учета электрической

энергии на тягу поездов показзли, что значительная доля составляющей небаланса электрической энергии по счетчикам тяговых подстанций и эяектро-подвижного состава появляется за счет Наличия уравнительных токов в меж-поясганционны.х фидерных зонах. Поэтому задача их обнаружения, измерения и сшгасеиня составляющей небаланса электрической энергии, вызываемой ими. имеет важное значение.

Проблему измерения уравнительных токов в тяговой цепи можно охарактеризовать выводом, который сделан Ю. А. Черновым в докторской диссертации: "До настоящего времени не разработано достаточно точных способов непосредственного определение величины уравнительного тока". В представляемой диссертационной работе рассмотрен новый способ измерения уравнительного тока.

В основе предлагаемого способа измерения уравнительного тока доложено известное положение об отличии его формы от формы тока тяговой на-¡рузки. Уравнительный ток по своей форме близок к синусогздальной. Способ измерения заключается в том, что на одной тяговой подстанции, питающей межподстаиционную фидерную 3015?, регистрируют зависимости тока и напряжения в функции времени, устанавливают момент начала отсутствия тяговой нагрузки в ыежподстанционноб! фидерной зоне путем анализа относительного значения третьей гармоники токе, начиная с которого ведут отсчет суммарного времени промежутков без нагрузки, и по значениям тока, напряжения и суммарного времени вычисляют принятую в тяговую сеть или отданную из сети активную ч реактивную энергию до окончания установленного интервала времени н при известном напряжении з контактной сети вычисляют среднее значение уравнительного тока по выражению:

Г

1, = -»*-^-;--(4)

где

- соответственно прием и отдача активной энергии, кВт-ч; •

- то же реактивной энергии, квар ч;

Т - суммарное время протекания уравнительного тока в межподстанцнон-

ной фидерной зоне за периоды отсутствия тяговой нагрузки в течение

установленного интервала, ч;

Vк ^ - действующее значение напряжения в контактной сети, кВ.

Силами сотрудников дорожной электротехнической лаборатории

Западно-Сибирской железной дороги (инженеры В. А. Кващук, А. М. Бенис,

Н. М. Лацс,ко) ратрабогана конструкция прибора, изготовлен опытный обра-

згц, который успешно прошел испытания при измерениях уравнительных тоо г 1

, и ряЯгЧ1ГА'Полс1пмцнонных фидерных юн дороги.

На основании многочисленных экспериментальных исследований на Юяшо-Уральской и Западно-Сибирской железных дорогах разработана методика диагностирования уравшггельных токов в межподстанционных фидерных зонах,

Шестой раздал посвящен совершенствованию взаиморасчетов за ЭЭ на тягу поездов между железными дорогами и отделениями дорог. Внедрение метода расчета небаланса ЭЭ по счетчикам ЭЧЭ и ЭПС в границах отделений железной дороги, совершенствование системы учета ЭЭ, внедрение мероприятий по снижению уравнительных токоз в тягоаой сети неизбежно приводит к снижению потребления ЭЭ на тагу поездов и, как следствие, к снижению платы! за электрическую энергию. Однако при сложившейся системе взаиморасчетов за ЭЭ на тягу поездов между НОД нет экономической заинтересованности отделений дороги в исследованиях, контроле, разрабогкг мероприятий по снижению платы за ЭЭ, так как небаланс ЭЭ усредняется по железной дороге и взаиморасчеты между НОД ведутся при средних потерях ЭЭ и средней стоимости ! кВт<ч электроэнергии. Внедрение метод« расчета небаланса ЭЭ в границах каждого НОД позволяет совершенствовать взаиморасчеты .между отделениями дорог и ежемесячно анализировать эффективность внедряемых мероприятий по снижению платы за ЭЭ на тягу поездов.

Предлагаемый метод расчета платы за ЭЭ в границах НОД позволяет существенно уточнит» взаиморасчеты между железными дорогами за заезды локомотивных бригад и передачу ЭЭ по фидерным гонам на границах железных дорог. Метод высоко формализован, требует незначительной переменной информации. Подсисгема расчета платы за ЭЭ является составной частью АСОД учета приема и потребления электрической энергии "Небаланс". Метод внедряется на Южно-Уральской железной дороге.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Совокупность изложенных в диссертации научных положений связана с решением задачи повышения энергетических показателей электрифицированной железной дороги путем рационального сопряжения систем°гягового и внешнего электроснабжения, совершенствования системы учета "электрической энергии натягу поездов. Решение ее обеспечено разработкой способов диагностирования участков сетей железкой дороги с повышенным небалансом электрической энергии, созданием новых методов расчета элсетроэнгргет-

ческой системы, содержащей электротаговук» нагрузку, с учетом неснмметрии и кеснкусоидальносхи, разработкой мероприятий по снижению уравнительных токов в тяювой сети, оценкой нх эффективности с помощью вычислительных, а после внедрения - натурных экспериментов, созданием новых методов эффективного контроля за экономией электрической энергии на тягу поездов. Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем.

[. Созданы концепция, принципы построения, программное обеспечение системы диагностирования участков линий и сетей, питающих отраслевые линейные предприятия железнодорожного транспорта, с повышенным значением небаланса приема к потребления электрической энергии. Выходная информация системы позволяет получать не только унифицированную отчетно-учетную документацию, но и сообщения для анализа состояния небаланса приема и потребления электрической энергии на участках линий и сетей системы электроснабжения железной дороги.

2. Разработан метод расчета небаланса приема и потребления электрической энергии на тягу поездов в границах отделений железной дороги, положенный в основу автоматизированной системы обработки данных учета электрической энергии "Небаланс". Система позволяет определять фактическое значение электрической энергии, отпущенной по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава в границах отделений железной дороги. Внедрение системы позволяет совершенствовать взаиморасчеты с соседними железными дорогами при заездах локомотивных бригад по накладным плечам обслуживания, определять небаланс приема и потребления электрической энергии на тягу поездов в границах каждого отделения, диагностиров^ участки железной дороги с повышенным значением небаланса, вести контроль за эффективностью мероприятий по снижению потерь энергии на тягу поездов в том или другом отделении железной дороги.

3. Разработан новый метод расчета электроэнергетической системы, содержащей элекгротяговум нагрузку, включающий в себя расчет симметричной части системы методом симметричных составляющих, расчет участков несимметричной части в фазных координатах, соединение отдельно рассчитанных схем в единую систему с применением методов выделения и итерационных процедур. Метод позволяет Определять токи и напряжения в трехфазной системе со значительным количеством мест поперечной и продольной несиммет-

рин, исследовать потоки мощности прямой, обратной и нулевой последовательностей, определять составляющие потерь электрической энергии от соответствующих составляющих последовательностей, аналнзнрпать баланс приема и потребления мощности на различных участках электроэнергетической системы. Разработан« алгоритм и программное обеспечение для ЭВМ типа ЕС и IBM.

4. Исследованы особенности несипусоидального режима в системах внешнего и тягового электроснабжения. Разработаны теоретические основы и программное обеспечение расчета токбраспределения высикгх гармонических составляющих в электроэнергетической снстеие, содержащей электротягозую нагрузку. Расчет реальных электроэнергетических систем позволяет определять потоки мощностей ::з основной частоте и высших гармонических составляющих, некоторые показатели качества электрической энергии з различных узлах, условия работы измерительных приборов учета, потери мощности от соответствующих гармоник в системах тягового и внешнего электроснабжения.

5. Получены интегральные выражения для расчета параметров схем замещения ЛЭП и тяговой сети в нижнем спектре звукового диапазона частот с учетом реального геоэлектрнческого разреза земли, определены параметры элементов схем замещения питающих систем, нагрузок и тяговых трансформаторов для моделирования электроэнергетической системы, содержащей э.тех-тротяговузо нагрузку, на основной частоте и высших гармонических составляющих. ■

6. Исследованы известные и определены новые факторы, влияющие на условия рационального сопряжения систем тягового и внешнего электроснабжения, для достижения экономически целесообразных показателей электрифицированных железных дорог переменного тока.

7. Разработан комплексный метод нсследован.чя электрифицированной железной дороги, включающий в себя выявление участков железной дорога с повышенным значением небаланса приема и потребления электрической энергии на тагу поездов, ревизию системь! учета метрической энергии, исследование уравнительных токов в межподстанционных фидерных зонах, моделирование электроэнергетической системы расчетного участка с целью оценки эффективности мероприятий по снижению уравнительных токов и потерь

электрической энергии, внедрение мероприятий и определение их эффективности на реальном объекте исследования.

Эффективность метода по снижению небаланса электрической энергии по счетчикам тмгоамх подстанций и олекгроподшысного состава подтверждена исследованиями, выполненными на Южно-Уральской, Западно-Сибирской и Целинной железных дорогах. Внедрение рекомендаций по снижению потерь и сопершеистонапто системы учета позволило снизить месячный расход электроэнергии на тшу поездов на полигонах переменного тока ЮжноУральской ж. д. более чем на ¡0,5 млн кВт-«з, Западно-Сибирской ж. д. - около 1,4 млн кйт-ч и на участке переменного тока в системе напряжений 2> 25 кВ Целинной ж. д. - более чем на 5,0 млн кВт«ч.

8. Разработан и внедрен косвенный-способ измерения уравнительных токо» ь межподстанцнонных фидерных зонах с помощью двунаправленных счетчиков активной и реактивной энергии. Метод позволяет измерять среднее значение уравнительного тока за заданный промежуток времени без коммутационных переключений на тяговой подстанции при неизменных параметрах системы внешнего электроснабжения.

9. Разработаны и внедрен»! ; : структ и в s i о - м е тс дп ч с ск и с указания ïio проверке ир.шилыюош схем включения приборов учета электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока. В соответствии с методикой проведена ревизия системы учета электрической энергии на тяговых подстанциях по сет и железных дорог Российской Федерации.

10. Разработаны и внедрены новые схемы включения приборов учета электрической энергии нг тяговых подетгнциял переменного тока первого, второго и третьего тигта в системе напряжений 2 х 25 кВ. Проектные схемы попускают высокую погрешность учета активной энергии, нг пригодны для учета реактивной оперши индукционными приборами учета. Включение электронных счетчиков по проектным схемам приводит нарушению работы блоков питания.

11. Разработан н инедрен метод расчета платы за электрическую энергию на тшу поездов в границах отделений железной дороги по действительному значению небаланса приема и пофебленпя электрической энергии на тягу постов и действительной стоимости I кВт-ч электроэнергии. Метод позволяет отказаться от существующей методики взаиморасчетов между отделениями порош по средней стоимости i кВт-ч хчеетроонерпш при средних по дороге

"условных" потерях на тягу поездов. Внедрение метода позволяет снизить плату за электроэнергию в отделениях дороги, внедряющих мероприятия по снижению потерь электрической энергии.

Метод расчета платы за электроэнергию в границах отделений дороги позволяет отказаться от существующей договорной системы взаиморасчетов между железными дорогами за заезды локомотивных бригад и перейти к взаиморасчетам за действительно потребленную энергию на тет у поездов.

Ежемесячный расчет небаланса электрической энергии но счетчикам тяговых подстанций и электроподвижного состава на участках железной дороги и определение действительного значения платы за электроэнергию на этих участках позволяют вести эффективный контроль за всемерной экономией электрической энергии на тягу поездов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

!. Быданцев В. Н., Черемисин В. Т., Петров С, И. Совершенствование организации учета электроэнергии на участках железных дорог И Промышленная энергетика. 1990. № 2. С. 6-8.

2. Черемисин В. Т., Ковалева Т. В., Быданцев В. Н. Совершенствование учета, анализа и управления потреблением электроэнергии на железной дороге // Совершенствование форм управления режимом топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорта в новых условиях хозяйствования: Тез. докл. науч.-техн. конф. / МИИТ.-М., 1988.-С, 14-! 5.

3. Классификация и кодирование поступления, распределения и потребления электроэнергии на железной дороге I В. Н. Быданцев, С. И. Петров, А. А. Рублева, В. Т. Черемисин //' Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта: Межвуз. темат. сб. нзуч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. траисп. -Омск, 1990.-С. 43-47.

4. Черемисин В. Т., Ковалева Т. В., Быданцев В. Н. П зстроенне интегрированной системы обработки данных по расходу электроэнергии предприятиями железной дороги 7/Разработка автоматизированных средств измерения, контроля и .управления для предприятий железиодороусного транспорта: Межвуз. гемат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-а. трансп. - Омск, í 9Ü9. -С. Н-19.

5. Автоматизированная система диагностирования средств учета электрической энергии на линейных предприятиях железной дороги / В. Н. Быдан-цев, В. Т. Черемисин, С. И. Петров, Е. В. Цыганова II Методы и средства диагностирования технических средств железнодорожного транспорта: Тез. докл. Всеооюз. науч.-техн. конф. / Омский ин-т инж. ж.-д. траисп. - Омск, 1989. -С. 2! 7-2 ¡8.

6. Быданцев В. Н., Синицына JI. А., Черемисин В. Т. Автоматизация учета электрической энергии //Электрическая и тепловозная тяга. 1S9Q. № 10. С. 35-37.

7. Черемисин В. Т., Акнмцев В. В., Петров С. И. Метод расчета потерь • электроэнергии на тягу поездов в границах отделения железной дороги // Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансг.-Омск, 1993. - С. 12-18.

8. Черемисин В. Т., Быданцев В. Н. Автоматизация учега приема и потребления электроэнергии, передаваемой сетями тягового и внешнего электроснабжения И Совершенствование и автоматизация контактной сети и ток »приемников в условиях интенсификации перевозочного процесса: Меэквуз. темат. сб. науч. тр. I Омский ин-т шик. ж.-д. трансп. - Омск, 1990. - С. S i -33.

9. Автоматизированная система обработки данных учета электрической энергии и расчет потерь на тагу поездоа / В. Т. Черемисин, В. В. Акимцев, Д. И. Руднев, В. Н. Быданцев // Автоматизированные системы испытаний объектов железнодорожного транспорта: Тез. докл. III Всесоюз. науч.-техн. конф. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1991. - С. 134-135.

10. Метод расчета "условных" потерь и платы за электрическую энергию на тягу поездов в границах отделений железной дороги / Черемисин В. Т., Петров С. И.: Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1995. - 30 с. - Деп. в ЦНИИТЭИМИС 10.02.95, №5982.

11. Черемисин В. Т., Петров С. И. Расчет небаланса приема и потребления электроэнергии па тягу поездов в границах НОД !/ Электроснабжение на предприятиях Западно-Сибирской желе-зной дороги: Тез. докл. науч.-практ. конф. Зап.-Сиб. ж.-д. / Омская гос. акад. путей сообщения. - Омск, ¡995. -С. 33-35.

12. Черемисин В. Т. Итеративный способ расчета сложной электрической системы при наличии несимметричной нагрузки в N узлах II Расчет и оптими-

зация параметров электромагнитных устройств н систем упрзвле"ия электроприводом: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехи, ни-т. - Омск, 1984. -С. ¡08-! 13.

13. Черемнсин В. Т. Трехфазные цепи: Учебное пособие / Омский ин-т ииж. ж.-д. трансп. - Омск, {992. - 62 с.

54. Черемиски В. Т. Математическая модель учета электрической энергии, потребляемой несимметричной электротяговой нагрузкой II Повышение достоверности измерения энергетических параметров системы энергоснабжения электрических железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. ^Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск. 1986. - С. 4-13.'

15. Черемисин В. Т., Сапельменко А. М., Левеиберг М. С. Вычисление электрических величин в разветвленной электрической системе, содержащей электротяговую нагрузку // Улучшение качества и снижение потерь электрической энергии в системах электроснабжения железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омский ин-т шок. ж.-д. траисп. - Омск, 1988. - С. 86-92.

16. Рублева А. А., Черемисин В. Т, Совершенствование методов расчета потерь электроэнергии в тяговой сети I! Разработка автоматизированных средств измерения, контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта : Межвуз. темат сб. науч. тр. / Омский ии-т гаш. ж.-д. трансп. -Омск, 1988.-С. 35-41.

17. Черемисин В. Т. Исследование суммарного эффекта искажений ог несимметрии тяговой нагрузки // Улучшение качества и снижение потерь электрической энергии а системах электроснабжения железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч.тр. II Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск,!988- - С. 110-114.

18. Метод расчета электроэнергетической системы, содержащей элекгро-тяговую нагрузку / Черемисин В. Т.; Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1992. - 19 с.-Деп, в ЦНИИТЭИ МПС 17.01.93, №5789.

19. Моделирование системы внешнего и тягового электроснабжения напряжением 2 * 25 кВ / Б. М. Борояулин, М. С. Левенберг, А. М. Сапельченко, В. Т. Черемисин // Улучшение качества н снижение потерь электрической энергии в системах электроснабжения железных дорог: Межву?. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1986. - С. 43-50.

20. Черемнсин В. Т.. Дубовик Е. П. Применение итеративного метода рзечегл сложной электроэнергетической системы при наличии разветвленных

несимметричных нагрузок II Расчет и оптимизация параметров электромашин ых устройств и систем управления электроприводом: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехи, ии-т. - Омск, 1985. - С. 126-129.

21. Черемисин В. Т., Дубовик Е. П. Способ расчета высших гармоник, генерируемых несколькими электротяговыми нагрузками II Динамика электрических машин: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехи, ин-т. -Омск, $985.-С. 150453.

22. Черемисин В. Т., Бондарснко Б. П., Дубовик Б. П. Расчет потоков искажений в системе электроснабжения электрифицированной железной доро-, П1 // Повышение достоверности измерения энергетических параметров системы энергоснабжения железных дороп Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехи, ин-т. - Омск, !98б. ~ С. 25-31.

23. Черемисин В. Т. Область применения расчетных формул и собственных взаимных параметров линий конечной и бесконечно большой длины: Мкквуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, ¡977 -С. 121-124.

24.Черсмнснн В. Т. Сопротивление токам нулевой последовательности ЛЭП при реальном геоэлектрическом разрезе земли и эквивалентных моделях: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1977 -С. 124-127.

25. Шалимов М. Г., Черемисин В. Т., Магай Г. С. Сопротивление не-транспоиированной ЛЭП в нижнем спектре звукового диапазона частот II Повышение качества электрической энергии на тяговых подстанциях: Межвуз. темзт. сб. науч. тр. / Омский ии-т ииас. ж.-д. трансп. - Омск, 1983. - С. 10-15.

26. Черемисин В. Т., Клевакин Ю. В. Численные методы определения вектор-потенциальной функции линям "провод - многослойная земля" // Энергоснабжение электрических железных дороп Межвуз. темат. сб. науч: тр. / Омский нн-т инж. зк.-д. трансп. - Омск, ¡976. - С. 3-6.

27. Черемисин В. Т., Нсхаез В. А. Численный метод вычисления несобственного интеграла от сильно осциллирующей функции II Исследование элементов и надежности устройств железнодорожной автоматики: Межвуз. темат. сб. науч. тр. /Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1977. - С. 128-130.

23, Шашшо» М. Г., Черемисин 0. Т. Клевакпн Ю. В. Сопротивление ЛЭП то:.-.я нулгной-последовательности в условиях вечномерзлых грунтов:

Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омский нн-т ннж. ж.-д. трансп. - Омск, 1977. -С. 44-48.

29. Черемисин В. Т., Сокольников В. П., Цыганова Е. В. Приближенный метод расчета собственных и взаимных сопротивлений многопроводных сетей с учетом реального геометрического разреза земли II Улучшение качества и снижение потерь зд<.ктр««:еской энергии в системах энергоснабжении железные дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1986.-С. 77-82.

30. Черемисин В. Т. Расчет распределения гармонических составляющих в электроэнергетической системе, содержащей элекгротяговую нагрузку И Улучшение качества и снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения: Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омский нн-т инж. -ж.-д. трансп. -Омск, 199!. -С. 42-46.

31. Черемисин В. Т., Гутников В. И. Анализ перетоков электрической энергии по межподстанционным зонам и разработка мероприятий по снижению их влияния на уровень технологических потерь в тяговой сети переменного тока Зап.-Снб. ж. д. II Электроснабжение на предприятиях ЗападноСибирской ж. д.: Тез. докл. науч.-практ. конф. Зап.-Сиб. ж. д. / Омская гос. акад, путей сообщения - Омск, 1995. - С. 43-45.

32. Черемисин В. Т. Повышение достоверности учета и снижение потерь электроэнергии на тягу поездов II Совершенствование форм управления режимом топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте в новых условиях хозяйствования: Тез. докл. науч.-техн. конф. I МИИТ. - М., 1988.-С. 16.

33. Черемисин В. Т., Гутников В. И. Выбор схем поверки для диагностирования средств учета на электрифицированных дорогах переменного тока // Методы и средства Диагностирования технических средств железнодорожного транспорта; Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. ! Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1989. - С. 224-225.

34. Черемисин В.'Г. Учет электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока при повышенных уравнительных токах // Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления дня предприятий железнодорожного транспорта; Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омский нн-т ииж. ж.-д. трансп.-Омск, \990, ~ С,1 5-20.

35. Погрешность трехфазных индукционных счетчиков активной энергии при несимметричных режимах ! Черемисин В. Т., Рублева А. А., Гут-ннков В. И.; Омский ин-т ннж. ж.-д. транса. - Омск, 1989. - 13 с. - Дел. в ЦНИИТЭИ МПС 07.08.89, №4977.

36. Оценка достоверности учета электрической энергии на тяговых подстанциях переменного тока / Черемисин В.Т., Гутннков В. И., Рублева А. А.: Омский ин-т ннж. ж.-д. трансл. - Омск, 1989. - 13 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 07.08.89, № 4975.

37. Мезенцев А. П., Беляков А. А., Черемисин В. Т. Добились экономии электроэнергии на тя!у поездов. Опыт Южно-Уральской железной дороги I! Локомотив. 1995, .№8, С.40-41.

38. Черсыисии В. Т. Повышение технико-экономических показателей системы тягового электроснабжения II Улучшение качества и снижение потерь электрической энергии в системах электроснабжения железных дорог: Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омский ин-т инж.ж.-д. трансп. - Омск, 1995. - С. 15-21.

39. Черемисин В. Т., Сапельченко А. М. Оценка эффективности мероприятий по снижению реактивной мощное!и тяговых подстанций с повышенным входным сопротивлением /I Усиление систем электроснабжения электрифицированных железных дорог: Межвуз, темат. сб. науч. тр. I Ростовский ин-т ннж.ж.-д.трансп.- Ростов-на-Дону, 1989.- С.27-31.

40. Измерение реактивной энергии на тяговых подстанциях переменного тока в системе напряжений 2 * 25 кВ / В. Т. Черемисин. Н. Я. Востриков, В. И. Гутннков, А. А. Рублева // Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта: Межвуз. темаг. сб. науч. тр. / Омский ин-т ннж. ж.-д. трансп. - Омск, 1990.-С. 45-50,

41. Частотные характеристики сопротивлений тяговой сети автотрансформаторной системы электроснабжения напряжением 2 * 25 кВ / Шалимов М. Г., Сокольников й. П., Усенко А. П., Черемисин В. Т.-, Омский ин-г инж, ж.-д. трансп. - Омск, 1981. - 24 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС I3.0C.8t, №1520.

42. Черемисин В. Т., Черемисин В. В. Трансформация высших гармонических составляющих в условиях симметрирования фаз ЛЭП Я Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для пред-

приятий железнодорожного транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. гр. / Омская гос. акад. путей сообщения. - Омсх, 1996. - С. 47-52.

43. Черемисин В. Т. Анализ перетоков электрической энергии по меж-подстанционным зонам и мероприятия по снижению их влияния на.уровень технологических потерь II Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железиодорожнопо транспорта: Межвуз. темат. сб. науч. тр. I Омская гос. акад. путей сообщения. - Омск, 1996.-С. 15-21.

Типография ОмГАПС, э. %■':'/, тираж 100 экз.