CC BY
52
spektivy innovatsii» (Education, science, transport in the XXI century: experience of prospect of an innovation: Materials of regional scientific and practical conference). Orenburg, 2010, pp. 17 - 18.
7. Zhebanov A. V. Full cycle of operation of the tank with thermal insulation: from drawing a covering, operation, repair before utilization [Polnyi tsikl raboty tsisterny s teploizoliatsiei: ot naneseniia pokrytiia, ekspluatatsii, remonta do utilizatsii]. Transport Urala - The Transport of the Urals, 2012, pp. 51 - 54.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Жебанов Александр Владимирович
Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС).
1-й Безымянный пер., д. 18, г. Самара, 443066, Российская Федерация.
Старший преподаватель кафедры «Вагоны», СамГУПС.
E-mail: zhebanov @inbox.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Zhebanov Aleksandr Vladimirovich
Samara State Transport University (SSTU). 18, Unnamed 1st st., Samara, 443066, the Russion Federation.
Senior lecturer of the department «Cars», SSTU. E-mail: zhebanov @inbox.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Жебанов, А. В. Пути снижения теплопотерь вязких нефтегрузов при транспортировке железнодорожным транспортом [Текст] / А. В. Жебанов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2016. - № 3 (27). - С. 31 - 38.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Zhebanov А. V. Ways to reduce a heat loss viscous oil cargo during railway transportation. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 27, no. 3, pp. 31 -38. (In Russian).
УДК 621.316.722.076.12
В. Н. Ли, Н. К. Шурова
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС), г. Хабаровск,
Российская Федерация
ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПО КРИТЕРИЯМ ОПТИМАЛЬНОСТИ
Аннотация: В работе представлена методика выбора мест установки и мощности компенсирующих устройств в тяговой сети с учетом роста объемов перевозок. Обозначены подходы к нахождению критериев оптимальности управления потоками реактивной энергии установкой компенсации реактивной мощности. Предложены к рассмотрению три критерия для оценки оптимальности установки компенсирующих устройств в тяговой сети: снижение потерь активной энергии, повышение уровня напряжения у потребителя, разгрузка питающих линий электропередач. Приведена методика оценки оптимальности такого выбора.
Ключевые слова: оптимальность, критерии, реактивная энергия, компенсация реактивной мощности.
Valerii N. Li, Natalia K. Shurova
Far Eastern State Transport University (FESTU), Khabarovsk, Russian Federation
FEATURES OF COMPENSATING DEVICES CHOICE IN TRACTION POWER SUPPLY SYSTEM WITH USING OPTIMALLY CRITERION
Abstract. Method of installation places and power choice of reactive power compensation devises in traction power supply system in condition of increase freight miles are introduced in this article. Approaches to definition of reactive power optimal criteria with reactive power compensation installation are denoted. Three criteria for estimation of reactive power compensation installation are offer to review. There is provided method of optimality assessment of this choice.
Keywords: optimality, criterion, reactive power, reactive power compensation.
В последние годы на российских железных дорогах наблюдается тенденция к увеличению массы грузовых поездов. В настоящее время средняя масса грузовых поездов составляет 6300 т, но к 2020 г. планируется увеличение массы поездов до 7 - 9 тыс. т и более [1]. Масса грузовых поездов, следующих в четном направлении по Дальневосточной железной дороге, уже сейчас достигает 12000 т. При этом инфраструктура железной дороги требует усиления для пропуска поездов с повышенными нагрузками. В частности, необходимо усиление действующей системы тягового электроснабжения. Одним из способов усиления системы тягового электроснабжения (СТЭ) является установка компенсации реактивной мощности (КРМ), позволяющей не только снизить потребление реактивной энергии, но и повысить уровень напряжения на шинах тяговой подстанции.
Выбор необходимой мощности устройств КРМ в тяговой сети с учетом роста объемов перевозок требует изучения в теоретическом и практическом плане трех задач.
Первая задача - подбор метода прогнозирования электропотребления (ЭП) на тягу поездов. Решением первой задачи является следующая последовательность действий: сбор и обработка статистической информации об электропотреблении и влияющих на него факторах; составление прогностического уравнения с использованием собранных данных; определение прогнозных значений электропотребления на расчетный год. Влияющими на электропотребление факторами могут быть грузооборот, количество поездов, проследовавших по участку, средняя масса поезда и средняя участковая скорость. Обработка информации заключается в выявлении двух факторов, которые оказывают наибольшее влияние на электропотребление конкретной тяговой подстанции. Выбор осуществляется на основании расчетных значений коэффициента парной корреляции, стандартной ошибки коэффициента парной корреляции, расчетных критериев Стьюдента и Фишера. Прогнозные значения на требуемый период определяют путем подстановки значений влияющих факторов на расчетный год в прогностическое уравнение [2]. Прогностические уравнения и прогнозные значения электропотребления на 2030 г., рассчитанные по предлагаемой методике, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты расчета прогнозных значений ЭП в 2030 г.
Подстанция Прогностическое уравнение Прогнозное значение ЭП, кварч
1 2 3
Икура W = -75738858 + 0,6 • £ (pL) + 3108 • N 99755539
Ин W = - -71596553 + 0,56 • £ (pL) + 3048 • N 103540069
Волочаевка W = - -6291355 + 2,07 • £ (pL) - 45,36 • Mcp 85632479
Хабаровск W = - -93280164 + 3,67 • £ (pL) -109,41-N 200728253
Кругликово W = -17283915 + 2,46 • £ (pL) +1023 • N 125356481
Дормидонтовка W = -66285508 +1414649 •V + 635 • N cp 23621018
Аван W = -7216178 + 5,09 • £ (pL) -1899 • N 111153718
Розенгартовка W = -48166605 + 8,24 • £ (pL) +1438 • N 67465892
Бикин W = -14056534 + 6,83 • £ (pL) - 495 • N 44400674
В таблице 1 применяются следующие обозначения: £(pL) - грузооборот за год; N - количество поездов за год; Vср - средняя участковая скорость; Mср - средняя масса грузового поезда.
Вторая задача - расчет необходимого усиления действующей системы тягового электроснабжения с использованием устройств КРМ. Для решения этой задачи переходят от значений энергии к мощности, составляют расчетные графы на основе схемы внешнего электроснабжения. Для каждого графа составляется уравнение для определения мест установки и
мощности компенсирующих устройств. В результате решения этих уравнений делают заключение о необходимости КРМ в тяговой сети [2].
Требуемые мощности КРМ для участка Дальневосточной железной дороги, включающего в себя девять тяговых подстанций, были рассчитаны в предыдущих работах по реальным данным за 2013 г. и спрогнозированным значениям электропотребления на 2030 г.
В результате получено, что для 2015 г. (без учета установленных компенсирующих устройств) необходимо компенсировать 13,79 Мвар на подстанции Хабаровск-11, 5,67 на подстанции Дормидонтовка, 6,64 на подстанции Аван и 1,36 Мвар на подстанции Бикин. Для 2030 г. потребуются следующие мощности КРМ, Мвар: Хабаровск-11 - 18,08, Дормидонтовка - 1, Аван - 4,96. Расчет всех критериев будем производить для этих данных.
В соответствии с проектом электрификации на сегодняшний день на нескольких тяговых подстанциях рассматриваемого участка установлены компенсирующие устройства: Хаба-ровск-11 - 5,760 Мвар (отключено), Дормидонтовка - 6,048, Бикин - 1,320 Мвар.
Как видно, между мощностями КРМ, предлагаемыми проектом электрификации и рассчитанными авторами имеются разночтения. В связи с этим определилась третья задача - нахождение варианта оптимального управления потоками реактивной энергии. Этот вариант должен оценивать полезный эффект от установки КРМ как в питающей, так и в тяговой сети, и он должен соответствовать ряду критериев.
Целью данной работы является непосредственно определение критериев для оценки оптимального управления потоками реактивной энергии в тяговой сети при установке компенсации реактивной мощности. Предлагаемые критерии с методикой их определения приведены ниже.
Первый критерий - это уменьшение потерь активной мощности в питающих линиях электропередачи и трансформаторах. На первом этапе для примерной оценки, без учета распределения мощностей по фазам, можно воспользоваться формулой [3]:
и2
ном
где Qc - мощность КРМ, квар;
Q - потребляемая реактивная мощность, квар; - активное сопротивление электропередачи, Ом;
ином - номинальное напряжение сети, кВ.
Расчетные схемы для определения активного сопротивления электропередачи приведены на рисунке 1.
Для расчета по формуле 1 принимаем напряжение питающей сети равным 110 кВ для подстанции Хабаровск-11 и 220 кВ для подстанций Дормидонтовка и Аван. Мощности КРМ, необходимые для расчета, приведены выше. По расчетным схемам (см. рисунок 1) определяются эквивалентные активные сопротивления электропередачи (с учетом сопротивлений трансформаторов) до тяговой подстанции с установленной КРМ. Результаты расчетов снижения потерь активной мощности приведены в таблице 1.
Определенная на основе данных таблицы 1 экономия электрической энергии в питающей энергосистеме за счет снижения потерь активной мощности на 2015 г. составит 554,25 тыс. кВтч/год, на 2030 г. - 735,998 тыс. кВтч/год, что в ценах 2015 г. составляет 2 277 947,772 р./год и 3 024 951,78 р./год соответственно.
Второй критерий - повышение уровня напряжения у потребителя. Для предварительных расчетов без учета напряжений по фазам можно воспользоваться приближенной формулой [3]:
зи =
а • х,
U н
(2)
где Qc - мощность КРМ, квар;
X, - реактивное сопротивление электропередачи до точки установки КУ, Ом;
Uн - номинальное напряжение сети потребителя (железной дороги), кВ.
Однако для большей наглядности результатов предлагается рассчитывать повышение напряжения в процентах от номинального (3):
ди,
Qc • X,
и
•100 %.
(3)
56 км 39 км 47 км
д = 1,35 Мвар —|—
Дормидонтовка
рк = 6,63 Мвар
д=14,14 Мвар
Аван
д = 6,18
Мвар
Розенгартовка
д = 8,95 Мвар
дк =1,36 Мвар
Бикин
Рисунок 1 - Расчетные схемы Таблица 2 - Результаты расчета снижения потерь активной мощности
Подстанция Ят, Ом дс, Мвар, 5Р, кВт, дю Мвар, 5Р, кВт,
на 2015 г. на 2015 г. на 2030 г. на 2030 г.
Хабаровск-2 1,753 13,79 46,77 18,08 72,5
Дормидонтовка 4,83 5,67 -1,67 1 0,438
Аван 5,43 6,63 16,1 4,96 11,08
Бикин 4,46 1,36 2,07 0 0
Для расчета эквивалентного реактивного сопротивления можно воспользоваться расчетной схемой, приведенной на рисунке 1. Результаты расчетов повышения уровня напряжения в результате установки компенсирующих устройств на шинах 27,5 кВ приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Результаты расчета повышения уровня напряжения
Подстанция X,, Ом 8и, % на 2015 г. 8и, % на 2030 г.
Хабаровск-11 2,88 5,25 5,2
Дормидонтовка 2,69 2,02 0,4
Аван 2,93 2,57 1,9
Бикин 2,42 0,43 -
Таким образом, установка устройств КРМ, рассчитанных по предложенной методике, позволяет повысить уровень напряжения на подстанциях на 0,4 - 5,25 % без использования устройств РПН силовых трансформаторов.
Третий предлагаемый критерий - разгрузка питающей линии электропередачи (ЛЭП). Здесь необходимо произвести расчет распределения полной мощности по участкам внешней энергосистемы. Для этого на расчетную схему, приведенную на рисунке 1, добавляется распределение мощностей по ее участкам. Расчетная схема с распределением мощностей по участкам приведена на рисунке 2. На расчетных схемах над стрелками приведены значения полной мощности до установки устройств КРМ, а под стрелками - после компенсации реактивной мощности.
Рисунок 2 - Распределение мощности по ветвям питающей энергосистемы
Расчет средних значений мощностей на участках ЛЭП системы внешнего электроснабжения может выполняться методом узловых потенциалов или методом преобразования электрической сети. После определения значений полной мощности по участкам схемы до и после компенсации реактивной мощности находят величину снижения полной мощности. Снижение полной мощности после установки компенсирующих устройств по отношению к исходному режиму по данным за 2015 г. приведено в таблице 4.
Исходя из данных, приведенных в таблице 4, можно сделать вывод о том, что установка компенсирующих устройств (КУ) в тяговой сети позволит снизить полную мощность по участкам электрической сети и даже произвести перераспределение мощности по участкам схемы.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы.
1. Наиболее показательным для определения степени оптимальности установки компенсирующих устройств в тяговой сети является третий критерий - разгрузка питающей ЛЭП. По результатам расчета этого показателя можно сделать вывод о наличии резерва мощности для подключения дополнительной нагрузки.
2. При правильном выборе мест установки и мощности компенсирующих устройств создается резерв мощности в питающей энергосистеме до 30 %.
3. Второй по наглядности показатель - увеличение уровня напряжения в тяговой сети. Установка устройств КРМ, рассчитанных по предложенной методике, позволяет повысить уровень напряжения на подстанциях на 0,4 - 5,25 % без использования устройств РПН силовых трансформаторов.
4. Выбор мощности и мест установки компенсирующих устройств в тяговой сети по критерию уменьшения потерь активной мощности в питающих линиях электропередачи и трансформаторах не дает желаемого эффекта.
5. В предложено й методике по оптимальному выбору мест установки и мощности компенсирующих устройств в тяговой сети в качестве критериев оптимальности рекомендуется использовать разгрузку питающей ЛЭП и увеличение уровня напряжения у потребителя. В качестве экономического критерия можно использовать величину снижения потерь активной мощности в данной энергосистеме.
Таблица 4 - Снижение величины протекающей энергии после установки КУ
Участок схемы (см. рисунок 2) Снижение мощности, %
РЦ - Хабаровск-II 37,3
РЦ - Хабаровск-II 37,3
РЦ - Дормидонтовка 7,2
РЦ - Аван 15,84
Дормидонтовка - Аван 21,14
Аван - Розенгартовка 5,76
Аван - Бикин -70,93
Розенгартовка - РЦ 7,42
РЦ - Бикин 9,65
Список литературы
1. Белоглазова, Д. ОАО «РЖД» скорректировало программу развития тяжеловесного движения [Электронный ресурс] // Gudok.ru. - Электронная газета. - Режим доступа: http://www.gudok.ru/freighttrans/?ID=1302199
2. Ли, В. Н. Методические подходы к определению оптимального потребления электрической энергии из питающей энергосистемы [Текст] / В. Н. Ли, Н. К. Шурова // Электротехника / Департамент машиностроения Минпрома РФ. - М. - 2016. - № 2. - С. 42 - 44.
3. Грунин, О. М., Электрические сети и системы в примерах и задачах [Текст] / О. М. Грунин, С. А. Филиппов / Забайкальский ин-т ж.-д. транспорта. - Чита, 2010. - 251 с.
Referenses
1. Beloglazova D. Russian railways has made adjustments to mission of heavy haul development (OAO «RZhD» skorrektirovalo programmu razvitiya tyazhelovesnogo dvizheniya). Gudok.ru. Access mode: http://www.gudok.ru/freighttrans/?ID=1302199
2. Li V. N., Shurova N. K. Methodic approaches to definition of optimal consumption of electric power from electric system (Metodicheskie podhody k opredeleniyu optimalnogo potrebleniya
elektricheskoy energii iz pitayuschey energosistemi). Elektrotehnika - Electrotechnics journal, 2016, no.2, pp. 42 - 44.
3. Grunin O. M., Philipov C. A. Elektricheskie seti i sistemi vprimerah i zadachah (Electrical grid and schemes with examples and questions). Chita, 251 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Ли Валерий Николаевич
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС).
Серышева ул., д. 47, г. Хабаровск, 680021, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Системы электроснабжения», ДВГУПС.
Тел.: +7 (4212) 40-70-87
E-mail: [email protected]
Шурова Наталья Константиновна
Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС).
Серышева ул., д. 47, г. Хабаровск, 680021, Российская Федерация.
Аспирант, преподаватель кафедры «Системы электроснабжения», ДВГУПС.
Тел.: +7 (4212) 40-70-87
E-mail: [email protected].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Ли, В. Н. Особенности выбора компенсирующих устройств в тяговой сети по критериям оптимальности [Текст] / В. Н. Ли, Н. К. Шурова // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. -№ 3 (27). - С. 38 - 44.
INFORMATION ABOUT AUTHORS Li Valerii Nikolaevich
Far Eastern State Transport University (FESTU). 47, Serysheva st. Khabarovsk, 680021, the Russian Federation.
Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the department «Power-supply system», FESTU. Phone: +7 (4212) 40-70-87. E-mail: [email protected]
Shurova Natalia Konstantinovna
Far Eastern State Transport University (FESTU). 47, Serysheva st. Khabarovsk, 680021, the Russian Federation.
Postgraduate student, Lecturer of the department «Power-supply system», FESTU. Phone: +7 (4212) 40-70-87. E-mail: [email protected].
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Li V. N., Shurova N. K. Features of compensating devices choice in traction power supply system with using optimally criterion. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 27, no. 3, pp. 38 - 44. (In Russian).
УДК 629.4
В. А. Нехаев
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ВОЗБУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО НЕРАВНОУПРУГОМУ ПО ПРОТЯЖЕННОСТИ ПУТИ С НЕРОВНОСТЯМИ
НА ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ РЕЛЬСОВ
Аннотация. В статье рассмотрена проблема учета продольной неравноупругости железнодорожного пути, приводящая к тому, что вынужденные колебания необрессоренной массы экипажа взаимодействуют с мультипликативным возмущением, усиливая амплитуду подпрыгивания колесной пары либо уменьшая ее. Это зависит от фазового соотношения между указанными внешними воздействиями.
Ключевые слова: подвижной состав, железнодорожный путь, продольная неравноупругость пути, простые и комбинационные параметрические резонансы, резонансная скорость движения.
