автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Выбор системы тяги и параметров системы тягового электроснабжения полигона стран Африки на основе вероятностного моделирования профилей электрифицируемых участков

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ч

11а правах рукописи

ТЧУИДЖАН РОЖЕ

УДК 621.332.3:621.316.9

ВЫБОР СИСТЕМЫ ТЯГИ И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОЛИГОНА СТРАН АФРИКИ НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРУЕМЫХ

УЧАСТКОВ

Специальность 05.22.09 - Электрификация железнодорожного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения • > (МИИТ).

Научный руководитель : доктор технических наук, профессор

Пупынии В. Н. Консультант: кандидат технических наук, доцент Андреев В. В.

Официальные оппоненты : доктор технических наук , профессор Дьяков Юрий Вячеславович кандидат технических наук , доцент Куликов Павел Борисович

Ведущая организация : Государственный проектно-изыскательский институт электрификации железных дорог и энергетических установок (ТРАНСЭЛЕКТРОПРОЕКТ ) - Москва.

Защита диссертации состоится^ . 10. 1997 г. в " -" часо'в>'назаседании диссертационного совета Д.114.05.07 в Московском государственном университете путей сообщения( МИИТ) по адресу :

101475 , г. Москва, А-55 , ГСП, ул. Образцова ,15, ауд С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан

^ "ОН1997 г. Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу университета.

Ц09

Ученый секретарь диссертационного совета, д. т. н., профессор Власов С.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ашуалыгосп, теми определяется необходимостью решения стратегических задач электрификации железных дорог развивающихся ..трап Африки , а именно необходимостью разработки методик , позволяющих по минимуму данных о намечающихся к строительству электрифицированных дорог определить наиболее целесообразную для них систему тяги и тягового электроснабжения и оценить параметры последней .

Цель диссертации . Целью диссертации является выбор системы тяга и параметров системы тягового электроснабжения полигона стран Африки на основе вероятностного моделирования профилей электрифицируемых участков .

Метод исследования . В работе использованы :

- метод математического моделирования процессов , протекающих в системах тяги и тягового электроснабжения ;

- метод планирования полного факторного эксперимента . Использовался также матричный метод анализа электрических цепей и теория графов .

Научная новизна:

- разработаны алгоритм и программа анализа на персональном компьютере профилей участков железных дорог ;

- определены законы распределения длин и уклонов элемента профиля участков ;

- разработаны алгоритм и программа вероятностного математического моделирования на персональном компьютере профиля участков железных дорог , подлежащих электрификации ;

- покззано , что для решения технико-экономических задач , связанных с электрификацией участков железных дорог , в частности для предварительного выбора системы тяги и тягового электроснабжения , весов поездов , сечения контактной сети , количества и мощности тяговых подстанций , достаточно знать величину планируемого грузопотока и два параметра , характеризующие профиль участка : перепад высот д эд между начальной и конечной станциями электрифицируемого участка и высоту

руководящего подъема д ц , определяемую как произведение крутизны руководящего уклона ¡р0/о„ на его длину 1Р , д р} х| ;

- дшю аналитическое описание и предложена формула расчета весов грузовых поездов на различных типах профилей в зависимости от высоты руководящего подъема ( при заданной мощности локомотива);

- для нахождения аналитического описания весов грузовых поездов в зависимости от высоты руководящего подъема впервые совместно использованы математическое моделирование процессов движения поездов на участках железных дорог и теория планирования полного факторного эксперимента;

- предложены формулы , определяющие экономически целесообразные размеры движения ( число пар поездов в сутки ) в зависимости от параметров профиля участка ;

- разработано программное средство для расчета износа старения изоляции трансформаторов;

- предложены формулы для расчета количества тяговых подстанций на участках электрифицируемых железных дорог в зависимости от параметров профиля участка и числа пар поездов в сутки ( при заданной мощности подстанции );

- разработаны методики построения номограммы для предварительного выбора систем тяги и тягового электроснабжения участков железных дорог , подлежащих электрификации .

Практическая ценность работы определяется широкими возможностями ее использования для решения стратегических задач электрификации железных дорог развивающихся стран Африки .

Апробация работы: Основные положения и результаты исследования обсуждены и одобрены на заседании кафедр " Энергоснабжение электрических железных дорог " и " Управление эксплуатационной работой " МИИТ .

Публикации : Основные результаты диссертации изложены в трех опубликованных работах.

Структура н объем работы : Диссертация состоит из введения , пяти глав, заключения и списка литературы . Работа изложена на 178 страницах , в том числе насчитывает 140 страниц машинописного текста , содержит 43 рисунка и 35 таблиц , имеет 37 ссылок на литературу и 31 страницу приложений .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы , фиводится краткий анализ современного состояния исследуемых вопросов , формулированы цель и задачи исследования .

Отмечается , что работы по выбору системы тяги и расчетам параметре» систем гягового электроснабжения интенсивно с сороковых годов велись в МИИТе , УЭМИИТе ( ныне УРГАГ1С ), ВЗИИТе ( ныне РГОТУПС ), также в ЦНИИ МПС ( ВНИИЖТе ).

Возможность использования для этих целей теории вероятности в середине сороковых годов обосновал профессор К.Г. Марквардт , а уже в шестидесятые годы начались работы по применению для тех же целей аналоговых моделей ( Д.В. Бирюков н Б.А. Бесков ) и позже -з семидесятые годы - цифровой вычислительной техники .Тогда же проф. Г.Г. Мпрквардтом для расчетов параметров систем тягового электроснабжения был предложен метод имитационного моделирования электрических процессов тяги поездов на ЭВМ с использованием вероятностного графика движения поездов , нашедший широчайшее развитие в последующие годы . Здесь наиболее существенный вклад внесли доц. В.В. Андреев ( МИИТ), доц. Куликов П.Б. ( РГОТУПС ) , проф. Тер-Оганов ( УРГАПС ) и др..

Системам классификации профиля пути по категории сложности посвящены работы ц.т.н. профессоров Тихонова К.К. , Макарочкина A.M. , Дьякова Ю.В.. Однако , во введении показывается ограниченная пригодность таблицы типов профилей по классификации МИИТа для решения задач , поставленных в диссертации и крайне важных для полигона развивающихся стран Африки , а именно : по минимуму исходных данных для намечаемых к строительству электрифицированных железных дорог , определить наиболее целесообразную систему тяги и тягового электроснабжения и оценить параметры последней .

С целью решения поставленной задачи автором предлагается новая классификация типов профилей участков ( новая классификация профилей МИИТ ) и указывается , что профили по этой новой классификации могут быть вероятностно смоделированы т.е. иметь множество реализаций и использоваться в машинном эксперименте для определения параметров систем тяги и тягового электроснабжения . О том как это делается , рассказывается в последующих главах диссертации .

В первой главе исследуются статистические характеристики реальных участков железных дорог и рассматривается вероятностное моделирование профиля пути по заданной категории сложности па персональном компьютере .

Задача вероятностного моделирования профиля нуги на персональном компьютер« потребовала разработки структуры баз данных и алгоритма.

Программное средство , разработанное для исследования статистически) характеристик реальных участков железных дорсг , одновременно является и средство.«, контроля результатов работы алгоритма моделирования профиля пути при заданно! категории сложности .

Результаты исследований подтвердили справедливость выбора нормального закон; распределения для уклонов и показали некорректность его использования для длш элементов профиля . Подбор других законов распределения позволил с приемлемо! степенью точности остановиться на логарифмически - нормальном законе распределение длин Ь элементов профиля , который может быть записан следующим образом :

4 ' ЬлДтГр е 2р2

где : а и р - параметры логарифмически-нормального закона распределения :

п

« = шУ; шу"1^—;

¿(Уга)"

Р-Б,: -<3

и где , в свою очередь, п - количество элементов профиля .

Моделирование Ь в этом случае выполняется по формуле

ь =а + РХЛ . (4

где Г| - случайное число , распределенное по нормальному закону .

Таким образом , для вероятностного моделирования профилей участков эквивалентных по своим важнейшим обобщенным характеристикам реальным участка* заданной категории сложности , допустимо использовать :

- нормальный закон распределения для уклонов ;

- логарифмически - нормальный закон распределения для длин элементов профилей. Параметры логарифмически - нормального закона распределения для длин элементе]

профиля следует выбирать из следующих диапазонов схе [0.1 * 0.4];

Р е [0.4 ч- 0.7].

Для моделирования случайных чисел, распределенных по нормальному закону, екомендуется использовать генератор псевдослучайных чисел ^ , равномерно

аспредсленных в интервале от 0 до 1 и следующие формулы преобразования их к ормальному закону распределения :

' V

(5)

л,=

/ \

2 х 1п 1 с

хСО

= 2 х 1п

\

и,

(6)

Моделирование элементов профиля в этом случае следует выполнять попарно по юрмулам :

1> = Ш, + СТ, х Л/ (7)

¡;+1 =т| + а,хЛ)н;

Li (8)

Программы, реализующие алгоритм, представляют результаты вероятностного оделировэния в виде следующей реляционной таблицы базы данных

Таблица 1.

Номер элемента профиля Координата начала элемента Длина элемента Уклон элемента Ограничение по скорости

кч км о/оо км^ч

О второй главе определяются вес грузового поезда на различных типах профилей при азных системах тяги и число пар поездов в сутки для реализации планируемого эузопотока . Для определения расчетного веса поезда широко используются аналитические етоды и методы математического моделирования движения поезда.

Известно, что одним из главных недостатков численных методов анализа систем ( в эм числе и методов имитационного моделирования ), является невозможность получения ешения задачи в общем виде . Одним из путей решения данной проблемы является эвместное использование методов имитационного моделирования и методов планирования ксперимента . Первые обеспечивают машинный эксперимент , вторые - получение атематических моделей в виде уравнений регрессии .

В этой главе с использованием указанных выше средств при минимальном объем исходной информации об участке , подлежащем электрификации , удается получш

наиболее общие технико-экономические показатели и аналитические зависимости

*

использование .^г'орых позволяет ответить на следующие вопросы :

- каков на данном участке расчетный вес грузового поезда при заданной мощност локомотива;

- каков расход электрической эиергии на движение поезда расчетного веса ;

- какое количество пар поездов в сутки необходимо пропускать для освоения заданно! грузопотока с учетом перспективы его роста и при различных способах его освоения

( одиночными или соединенными поездами );

Особо отметим , что использование указанных выше аналитических зависимостей не требует сбора и обработки большого количества детальной информации об участке , подлежащем электрификации . В уравнениях регрессии , в качестве влияющих выступают максимум два фактора ( параметра ) , обеспечивающих выбор расчетных весов грузовых поездов с учетом использования кинетической эиергии для преодоления руководящих уклонов , а также определение времен хода по участку и , соответственно , среднетехнической скорости , затрат механической мощности и расхода электрической и др. Такими параметрами являются общий перепад высот ДН между начальной и конечной станциями рассматриваемого участка и величина руководящего подъема , представленная как произведение его уклона ¡р 'У«, на длину 1р

(ДНрМрх1р)-

Результаты проведения полного факторного эксперимента и статистический анал: различных форм уравнения регрессии для веса поезда относительно параметров ДН и А) свидетельствуют о возможности описания искомой зависимости в виде линейной модели . одним влияющим фактором ДНР .

Учитывая это получим следующее выражение для аналитического описания вс грузового поезда в общем виде

С)Р = а0 " а2хДНР • С

Как показывает Р-критерии Фишера отклонения предсказанного уравнения регресс! от результатов эксперимента в точке факторного пространства находятся в предел допустимого .

Для конкретных локомотивов получены следующие аналитические выражения весов •¡узовых поездов :

при локомотиве ВЛЮу

(3 = 11923.1 -117.28 ХАНр ; ~ (10)

при локомотиве ВЛ80с

(} = 13026.9 -132.4 хАНг : (11}

при локомотиве 9Е

I

<2 = 13650 -137 хАНр ' (12)

Учитывая , что

А Н р = 1 р х 1Р (13)

можно получить выражение для веса поезда в зависимости от длины и крутизны уководящего уклона и типа локомотива если поставить ( 13 ) в уравнения ( 10 ), ( 11 ) и 12).

В этой же главе дается расчет аналитического выражения для расчета числа пар оездов в сутки в зависимости от динамики роста грузопотока .

Для определения числа пар поездов в сутки обычно используют следующую формулу

вр (14)

N

3 6 5 х <3

где : Стр - грузопоток

С?р - расчетный вес поезда. Зная аналитические описания весов поездов из уравнений (10 ), (11),(12)и еличину грузопотока и подставляя эти выражения в формулу ( 14 ) , получаем выражения ля определения числа пар поездов в сутки N : при локомотиве ВЛЮу

О ; (15>

365x111923.1-117.28хДН,

при локомотиве ВЛ80с

о ; (16)

N = — °в

365х 1302&9-1324хАН,

при локомотиве 9Е

N--,--г

365х[13650-137х ДН„]

Третья глава посвящена определению аналитического описания количества тяговь подстанций на участках железных дорог , подлежащих электрификации , оценке и выбо] параметров основного силового оборудования тяговых подстанций . Для этого используел математическое моделирование графика движения поездов и электрические расчет параметров систем тягового электроснабжения , выполняемые на основе имитационно] моделирования.

Для построения графиков движения поездов используются результаты моделирования движения ( тяговые расчеты ) грузовых поездов расчетного веса при максимальном использовании мощности локомотива .

Графики движения поездов и результата моделирования движения грузовых поезд< расчетного веса , а также характеристики силового оборудования системы тягово электроснабжения , схема питания и секционирования контактной сети используются качестве входной информации для математического моделирования процесса рабо! системы тягового электроснабжения с напряжением в тяговой сети 3 кВ постоянного тою 25 кВ и 50 кВ переменного тока.

Результатом полного цикла функционирования имитационной модели являют основные статистические показатели работы системы тягового электроснабжения : средн

и эффективные токи тяговых подстанций и проводов контактной сети , средние напряжен

/

на шинах тяговых подстанций и в тяговой сети , относительный износ изоляции тягов! трансформаторов, расход и потери электрической энергии и др .

Для выбора или проверки параметров оборудования системы тягово электроснабжения моделируются два основных режима движения поездов : нормалып режим и режим максимальной пропускной способности. Первый используется для выбо экономического сечеция контактной сети и расчета энергетических показателей - расходоЕ потерь электрической энергии в элементах системы тягового электроснабжения, а также д оценки качества электрической энергии . Второй режим используется для проверки тягов! трансформаторов по старению изоляции, а также для оценки минимального уров напряжения в тяговой сети .

Количество тяговых подстанций гакже определяется в результате совместного использования методов имитационного моделирования и методов планирования эксперимента.

Для реализации и.О". >н строки матрицы факторного планирования для выбранной системы тяги разработана следующая методика :

1. Назначается исходный вариант размещения тяговых подстанции и параметров силового оборудования исходя из рекомендуемого теорией и практикой проектирования оптимального расстояния между тяговыми подстанциями ;

2. Выполняется итерационный процесс , каждой реализацией которого является полный цикл имитационного моделирования ( машинный эксперимент ) . Цель этого процесса заключается в корректировке исходного варианта размещения тяговых подстанций , их числа и параметров силового оборудования и сечения контактной сети на основе соответствия получаемых показателей работы системы электроснабжения и нормативных показателей системы тяги и тягового электроснабжения ;

3. Выполняются параллельные опыты полного факторного эксперимента в соответствии с п.2. В качестве случайных , не учитываемых матрицей планирования факторов , при проведении параллельных опытов выступают вероятностно моделируемый профиль участка заданной категории сложности , результаты моделирования движения грузовых поездов и вероятностный график движения поездов на участке .

Аналогично реализуется вся матрица планирования и затем производятся хорошо известные в теории полного факторного эксперимента операции статистической обработки результатов , проверки воспроизводимости эксперимента , расчета и проверки значимости коэффициентов уравнения регрессии , проверки адекватности уравнения .

Матрица планирования 1 1. . г. ьтаты эксперименга

эксперимента и расчет «Ь и проверка воспроизводимости

Число экспериментов в опьгге 3

Ко дн ДНР N К.л,1 Кл/с,2 Кл/с,3 Кл^ср-

1 -1 -1 2 1 2 1.6667 1.2083333 0.4583 0.3333333

I 1 -1 -1 1 2 2 1.6667 1.2916667 0.375 0.3333333

1 -1 1 -1 1 2 1 1.3333 1.125 0.2083 0.3333333

1 1 1 ■ 1 1 1 2 1.3333 1.2083333 0.125 0.3333333

1 -1 -1 1 2 2 3 2.3333 2.875 -0.542 0.3333333

1 1 -1 1 2 3 3 2.6667 2.9583333 -0.292 0.3333333

1 -1 1 1 3 3 2 2.6667 2.7916667 -0.125 0.3333333

1 1 1 1 2 3 3 2.6667 2.875 -0.208 0.3333333

РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ КРИТЕРИЙ КОХРЕНА

а.) в относительных единицах $тах2= 0.3333

82 = 2.6667

ао = 2.04166667 а) = 0.0417 Стах - 0.125

г 1,6 = 2

3: = -0.04166667 0.8333 г2,6 = 8

б.) в именнованных единицах ао' = -0.458

„ЛИ - 312.5 ЛЛН = 312.5 31* 0.0001

Я41Г ' 32.5 32.5 аI* - -0.001

оЫ- 15 ЛN = 5 аз' = 0.1667

ПРОВЕРКА ЗНАЧИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЫВОДЫ

0.33333333 г/ЛГ«*/= 16 и, = 2.12

%1а0} 2 = 0.01388889 1о = 147 Ь-ир = 144.88 1 значим -0.45833

51а, 1 2 = 0.01388889 11 = 3 и-1кр = 0.88 1 значим 0.000133

5/л2! 2 = 0.01388889 (2 = 3 и-(*г = 0.88 1 значим -0.0012«

0.01388889 1) = 60 и- ьг= 57.88 1 значим 0.16666С

ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ ПО г- КРИТЕРИЮ ФИШЕРА

Число членов апроксимирующего полинома Жа 4

Дисперсия неадекватности БасЦ - 0.2118 г1,Ь= 4

5|К,л12 = 0.3333 г2,Ь= 16

Кризерии Фишера Р = 0.6354

Аналитическое описание Кп/с,сум= -0.458 0.0001 Х^Н -0.001 хДНр + 0.1667

количества тяговых подстанции

Рис.1. Получение уравнения регрессии , определяющею количество тяговых

подстанций для системы тяги переменного тока 50 кВ

Число Количество тяговых подстанций при разных типах профилей

пар Длина руководящего уклона 2 км

поездов Общий перепад высот 625 м

а сутки ОЛЮ у ОЛЗОс 9Е

К!* Кп1с 1р=10 к"п/с [р- [ ? к'ч 1(^5 Кп/с 1р-10 Кп/с Тр—5 Кп/с 1р* 10 Кп/с 1р-15

5 3.37 2.69 2.01 0.645 0.615 0.585 0.428 0.418 0.408

б 4.42 3.74 3.06 0.907 0.925 0.895 0.5787 0.5347 0.5747

7 5.47 4.79 4.11 1.217 1.235 1.205 0.7454 0.7514 0.7414

Г 6.52 5.84 5.16 1.575 1.545 1.515 0.9281 0.9181 0.9081

9 7.57 6.89 6.21 1.885 1.855 1.825 1.0948 1.0848 1.0748

10 3.62 7.94 7.26 2.195 2.165 2.135 1.2615 1.2515 1.2415

11 9.67 3.99 8.31 2.505 2.475 2.445 1.4282 1.4182 1.4082

12 10.72 10.04 9.36 2.815 2.785 2.755 1.5949 1.5349 1.5749

53 11.77 11.09 10.41 3.125 3.095 3.065 1.7616 1.7516 1.7416

14 12.82 12.14 11.46 3.435 3.405 3.375 1.9283 1.9183 1.9083

15 13.37 13.19 12.51 3.745 3.715 3.635 2.095 2.085 2.075

16 14.92 14.24 13.56 4.055 4.025 3.995 2.2617 2.2517 2.2417

17 15.97 15.29 14.61 4.365 4.335 4.305 2.4234 2.4184 2.4084

18 17.02 16.34 15.66 4.675 4.645 4.615 2.5951 2.5351 2.5751

19 13.07 17.39 16.71 4.985 4.955 4.925 2.7618 2.7518 2.7418

20 19.12 18.44 17.76 5.295 5.265 5.235 2.9285 2.9185 2.9085

21 20.17 19.49 18.81 5.605 5.575 5.545 3.0952 3.0352 3.0752

22 21.22 20.54 19.36 5.915 5.885 5.855 3.2619 3.2519 3.2419

23 22.27 21.53 20.91 6.225 6.195 6.165 3.4286 3.4186 3.4086

24 23.32 22.64 21.96 6.535 6.505 6.475 3.5953 3.5853 3.5753

25 24.37 23.69 23.01 6.845 6.815 6.785 3.762 3.752 3.742

^ -ВЛЮу 2 - Ш180с

3 ' -9Е

N

число пар поездов в сутки

Рис.2. Количество тяговых подстанций в зависимости от числа пар поездов на различных типах профилей для систем тяги постоянного тока 3 кВ и переменного тока 25 кВ , 50 кВ

Определение мощности трансформаторов , их количества на подстанции , а также количества самих тяговых подстанций основано на результатах оценки интенсивности старения изоляции обмотки трансформаторов .

Т„.;ей метод в настоящее время может считаться наиболее точным .

Аналитическое описание количества тяговых подстанций реализуется в виде полученного уравнения регрессии . Пример проведения эксперимента для системы тяги переменного тока 50 кВ , особо значимой для условий полигона Африки , с проверками воспроизводимости эксперимента и отклонения уравнения регрессии от результатов эксперимента , соответственно по критериям Кохрена и Фишера , показан на рис.1. , а обобщающие кривые количества тяговых подстанций для разных систем тяги в зависимости от числа пар поездов в сутки и величины руководящего подъема ДНР= 2 х ¡р, на участке длиной 250 км показаны на рис.2.

В четвертой главе исследуется влияние тяжеловесных поездов на параметры системы тягового электроснабжения .

^ Основное достоинство тяжеловесного движения связано с повышением пропускшл способности и маневренностью наиболее грузонапряженных участков железных дорог , ( высоким коэффициентом использования пропускной способности . С точки зренш эксплуатации повышение веса поездов связано с более полным использование», грузоподъемности вагонов и мощности локомотивов и , следовательно , с повышение!* экономической эффективности перевозок.

Исходя из простого управления тяговыми и тормозными средствами сдвоенны: поездов с локомотивами в голове поезда , в дальнейшем под термином " тяжеловесны! поезд " будем понимать сдвоенный поезд с обоими локомотивами в голове состава .

При повышении веса поезда возрастает потребление энергии электровозом . Поэтому на тех электрифицированных участках , где обращается большое количество тяжеловесны грузовых поездов , а также сдвоенных маршрутов , следующих двойной тягой , особо внимание должно быть уделено параметрам системы тягового электроснабжения .

Методика проведения машинного эксперимента аналогична той , что использовалась предыдущей главе.

Сравнительные графики количества тяговых подстанций на участке железной дорог длиной 500 км при сдвоенных поездах и электрификации по системам 25 и 50 к переменного тока , а также при одиночных и сдоенных поездах по системе 25 кВ показан соответственно на рис.3, и 4..

Ктп/с

число пар поездов в сутки

1 - при напряжении 25 кВ_2 - при напряжении 50 кВ_

Рис.3. Сравнительные кривые для определения количества тяговых подстанции при сдвоенных поездах на различных типах профилей участков железных дорог , подлежащих электрификации при напряжениях 25 и 50 кВ .

число пар поездов в сутки

- при сдвоенных поездах 2 - при одиночных поездах_

Рис.4. Сравнительные кривые количества тяговых подстанции на участках железных дорог, подлежащих электрификации при напряжении 25 кВ при одиночных и сдвоенных

поездах

Из приведенных графиков следует явная выгодность использования сдвоенных поезде на исследуемом участке .

Однако , как показала практика , обеспечение постоянной нормальной эксплуатащ длинносоставных соединенных п1.-.:яов и поездов повышенной массы может бы осуществлено лишь после решения целого комплекса задач . Движение таких поездов мог ограничивать малая пропускная способность внешней системы электроснабжения ( определяется Мощностью короткого замыкания ) и тяговых подстанций ( определяет! установленной мощностью понижающих и преобразовательных трансформаторов ) большое расстояние между тяговыми подстанциями ; недостаточная нагрузочн способность питающих линий ( проводов контактной подвески и элементов тяговой сети большие удельные сопротивления тяговой сети , особенно при переменном токе недостаточное число постов секционирования ( ПС ) и пунктов параллельного соединения ( ППС ) ; несоответствие номинального тока и отключающей способности выключател фидеров постоянного и переменного тока ; несовершенство устройств защиты , низкая надежность и недостаточная селективность .

Исключение этих ограничений должно осуществляться прежде всего за счет изыскан! и использования имеющихся резервов нагрузочной способности оборудования, а при необходимости и проведения усиления СТЭ наиболее экономичным путем с наименьшим! капитальными затратами и материалоемкостью .

В пятой главе рассматриваются технико-экономического соображения по выбору системы тяги и параметров системы тягового электроснабжения .

Экономическое сравнение технически эквивалентных систем производится , как-известно , сопоставлением их по приведенным затратам .

Предпочтительным считается вариант с минимальными приведенными затратами.

Для полигона стран Африки с учетом ее специфики ( малолюдность больших территорий , разнообразие природных условий , отсутствие квалифицированной рабочей силы и т.п.) очевидно предпочтительной для электрификации железных дорог будет система тяги с достаточно большими расстояниями между тяговыми подстанциями . По этим показаниям следует выбирать между системами тяги 25 и 50 кВ переменного тока . С учетом этого обстоятельства ниже проведено технико-экономическое сравнение именно этих систем тяги .

Тах как при отсутствии подробных проектов электрификации по этим системам яги речь может идти лишь о предварительном сравнении , введем некоторые юпущения .

Во-первых будем считать , что стоимость к. ^я-актной сети 25 и 50 кВ одинакова на самом деле небольшая разница в стоимости будет за счет изоляторов на 25 и 50 хВ).

Во вторых будем считать , что величина аммортизационных отчислений и стоимость эксплуатации контактной сети 25 и 50 кВ также одинаковы .

В-третьих , также ориентировочно примем , что стоимость деповского хозяйства и эксплуатации парка локомотивов 25 и 50 кВ примерно одинакова.

С учетом этих допущений приведенные затраты на электрификацию по системе 25 кВ ( с системой электроснабжения 1 х 25 кВ ) и 50 кВ (с системой электроснабжения 50 кВ ) будем оценивать по формуле

^прнв - пхК +Спот '

где : - капиталовложения по варианту электрификации , включающие затраты на

гооружение тяговых подстанций , контактной сети и стоимости парка локомотивов ; п - нормативный коэффициент;

Спог - стоимость потерь электроэнергии на тяговых подстанциях и в контактной сети три электрификации по варианту .

Сравнительные расчеты велись в ценах 1984 г . При этом стоимость тяговых тодстанций оценивалась по укрупненным показателям стоимости , разработанным Грансэлектропроектсм , а стоимость локомотивов по данным ЦТ МПС ( ВЛ80с ) и проекта )лектрифнкации Сальдана-Сишен ( 9Е ).

Потери энергии на тяговых подстанциях и в контактной сети определялись по »писанной выше методике проведения машинного эксперимента . В результате проделанной заботы получены следующие выражения для приведенных расходов .

При электрификации по системе 25 кВ

3„Р„. = 14939.1 + 1.5 *ДН + 19.5 *ДНР + 1230.8 ' (19)

При электрификации по системе 50 кВ

Зпр.. = 30438.5 + 0.3 х ДН + 192 * ДНР + 20026 • (20)

Зависимость приведенных затрат от планируемого числа поездов в сутки показана 1 рис.5. , откуда видно , что для условий рассмотренного примера электрификации участь длиной 500 км вне зависимости от величины руководящего подъема ДНР при напряжении 2 кВ вы.^д 'а только при количестве поездов менее 6 пар в сутки . При больш,,<-числе па поездов безусловно выгоднее электрифицировать участок при напряжении переменного тоь 50 кВ.

Зприв

число пар поездов в сутки

1- при напряжении 25 кВ 2 - при напряжении 50 кВ

Рис.5. Сравнение приведенных затрат на участке железной дороги , подлежащей электрификации, при напряжениях 25 и 50 кВ .

Основные выводы

1. Статистическое исследование профилей реальных участков железных дорог показало сто распределения длин элементов профиля подчиняются логарифмически - нормальному , уклонов - нормальному закону .

2. Показана ограниченная пригодность таблицы типов профилей по классификации ИИТа для решения задач , поставленных в диссертации и крайне важных для полигона звпвающихся стран Африки , а именно : по минимуму исходных данных о намечающихся

строительству электрифицированных железных дорог , определить наиболее лесообразную для них систему тяги и тягового электроснабжения и оценить параметры следней .

3. С целью решения поставленной задачи автором предложена новая классификация офилей участков ( новая классификация МИИТ).

4. Показано , что профили по новой классификации МИИТ могут быть вероятностно делированы , т.е. иметь множество реализаций и использоваться в машинном яернменте для определения наиболее выгодной для заданного участка системы тяга и ¡аметров тягового электроснабжения .

5. Для получения аналитических зависимостей , определяющих параметры тягового ктроснабжения , предложены и разработаны алгоритмы совместного использования одов имитационного моделирования и планирования эксперимента . Указанными эритмами искомые аналитические зависимости определяются в виде уравнений регрессии

6. Показано , что в этих уравнениях регрессии характеристика профиля участка , ечаемого к электрификации , входит всего двумя факторами ( параметрами ) -(им перепадом д до высот между начальной и конечной станциями участка и

этой руководящего подъема д ц , представляемой как произведение его уклона

<, на длину 1р , дНрЧрх1р-

7. На многочисленных примерах продемонстрировано применение указанных ритмов для определения применительно к заданному участку :

- расчетного веса грузового поезда ;

- расхода электрической энергии на движение поезда расчетного веса ;

- экономически целесообразного сечения контактной сети ;

- количества тяговых подстанций заданной мощности ;

- потерь энерги.» »Тяговых трансформаторах и в тяговой сети ;

- приведенных расходов на электрификацию участка .

8. В частности , показано, что для участка длиной 500 км вне зависимости от величины руководящего подъема д ц система тяги 25 кВ переменного тока выгодна

только при количестве поездов менее 6 пар в сутки . При большей парности движения выгоднее система тяги 50 кВ переменного тока.

9. Проделанная автором работа может быть использована при решении стратегических задач электрификации железных дорог развивающихся стран Африки , в частости , моей родины - Камеруна.

Основные положения диссертации опубликованы в следующей работе:

1. К.Т.Н. Андреев В.В., М.Т.Н. Тчуиджан Роже. Вероятностное моделирование профиля пути по заданной категории сложности. / Межвузовский сборник научных трудов . Самара, 1996 г., с.84 - 102 .

2. К.Т.Н. Андреев В.В. , М.Т.Н. Тчуиджан Роже . Применение методов имнтационн моделирования и планирования эксперимента для получения аналитического описа] технико-экономических параметров средств освоения заданных грузопотоков . / В К1 Взаимодействие института и предприятий транспорта в области подготовки специалисте научных исследований / Материалы межвузовской научно-технической конференци! международным участием . Самара, 1996 г .с. 79-80 .

3. М.Т.Н. Тчуиджан Роже . Применение методов имитационного моделирования планирования эксперимента для получения аналитического описания количества тяго подстанции на участках железных дорог , подлежащих электрификации . Неделя нг МИИТ.- М., апрель 1997 г. Тезисы докладов.