Системы тягового электроснабжения

На фидерных зонах имитировалась подвеска по нечетному пути (М120+2МФ100+3А185), по четному пути (М120+2МФ100+А185) при рельсах типа Р65. На тяговых подстанциях имитировались трансформаторы типа ТДП-16000/110/10, преобразовательные трансформаторы типа ТМПУ-6300/35, выпрямительные установки ПВЭ-3 и ВТПП1000-14,0; на линейных пунктах - трансформаторы типа ТРДП-12500/10 и выпрямительные установки ТПЕД-3150-3,3.

Граф электротяговой сети для данного участка показан на рис. 2.4. Сопротивления обмоток трансформаторов участков тяговой сети (контактная сеть и рельсовая сеть) вводятся в соответствующие ветви графа, номера которых определяются после выделения дерева схемы, показанной на рис.2.17, а, б утолщенными линиями. Вершины ветвей (узлы) обозначены кружками. Графы G_s = V_sL_s участков каждой из подсистем могут иметь множество узлов. Нагрузки в узлах тяговой сети 3,3 кВ, показанные на рис. 2.17, в, задают по результатам тяговых расчетов или моделируются по алгоритмам в зависимости от поставленной задачи.

Модель перестраивается для определения токов короткого замыкания путем включения соответствующих ветвей графа между базисным узлом и узлом короткого замыкания. В такие ветви могут включаться цепи тиристорных преобразователей с учетом моделей отдельных тиристоров для оценки потерь энергии, выделяющейся теплоты и температуры структуры. По этим показателям и оценивается устойчивость тиристорных преобразователей. Например, при имитации короткого замыкания в момент времени t на втором пути в точке К граф G_st = (V_st; L_st) будет иметь вид, показанный на рис. 2.17, г.

Если при имитации короткого замыкания в узлах схемы нагрузки не учитывались, то выражение (2.13) будет иметь вид

(2.7)

Расчеты предаварийных рабочих режимов на имитационной модели выполняются по следующему алгоритму:

1. Производится расчет токораспределения по формуле и определяются токи подстанций от шин 3,3 кВ I_N+1, I_N+2 , I_N+3. При этом вектор нагрузок J моделируется для вероятностного или исполненного графика движения поездов. Имитация движения поездов осуществляется дискретным перемещением поездов соответствующих типов меченым узлам в зависимости от скорости их движения. Значение нагрузок в каждом узле моделируется, а значения э.д.с. Е_N+1, Е_N+2 , Е_N+3 , Е_с1 , Е_с2 первоначально принимаются равными 3,3 кВ.

2. Производится расчет токораспределения для сети 12 кВ по формуле (2.6) и определяются токи подстанций от шин 12 кВ I₁, I₂ , I₃, I₄. При этом нагрузка линейных инверторно-выпрямительных установок J_иу5, J_иу6 определяется по значениям токов I_с1 , I_с2 соответствующих ветвей вектора I электротяговой сети 3,3 кВ, а значения э.д.с. Е_т1, Е_т2, Е_т3, Е_т4 принимаются равными 12 кВ.

3. На третьем этапе рассчитывается граф внешней системы электроснабжения. Вектор нагрузок формируется по полученным токам подстанций. Нетяговые нагрузки моделируются на основании вероятностных законов их распределения. В результате расчета по формуле (2.14) получаем вектор падения напряжения в узлах и значения первичных напряжений трансформаторов тяговых подстанций.

4. На четвертом этапе формируется вектор Е для графа сети 12 кВ. При этом элементы вектора Е_т1, Е_т2, Е_т3, Е_т4 определяются по формуле

(2.8)

где U_2ф - фазное напряжение вторичной обмотки; щ - угловая частота; L_а - индуктивность всех анодных цепей, приведенная ко вторичному напряжению; I_d - среднее значение выпрямленного тока; R_фг, R_фД - активные сопротивления фаз вторичной обмотки; г - угол коммутации выпрямителя; N_посл - число диодов в последовательной цепи; U₀ - пороговое напряжение диода; r_т - динамическое сопротивление.

В результате расчета по формуле определяется вектор потерь напряжений ДU и значения напряжения в точках подключения линейных пунктов U_с1, U_с2.

5. На пятом этапе формируется вектор э.д.с. Е для графа электротяговой сети 3,3 кВ. При этом элементы вектора Е - Е_N+1, Е_N+2 , Е_N+3 , Е_с1 , Е_с2 определяются по формуле

, (2.9)

где U_2л - линейное напряжение вторичной обмотки;

R_ф - активное сопротивление, приведенное к напряжению вторичной обмотки.

Производится уточненный расчет токораспределения графа электротяговой сети 3,3 кВ. Затем процесс вычислений повторяется по этапам 1…5 до достижения заданной точности. Для большинства анализируемых процессов достаточно 2…3 итерации.

Таблица 2.1 Результаты расчета

Результаты расчета аварийного режима для данного примера в момент короткого замыкания в узле К при отсутствии и наличии нагрузок на зоне приведены в таблице 2.1. Токораспределение и уровни напряжения приводятся для внешней подсистемы электроснабжения, подсистемы 12 кВ и 3,3 кВ постоянного тока.

Анализ полученных результатов моделирования показал, что устройства тягового электроснабжения на участке не в полной мере обеспечивают заданную провозную способность. Несмотря на предельный уровень напряжения на шинах подстанций 3,8 кВ, на указанных зонах напряжение снижается ниже минимального значения 2,7 кВ. Сравнительный анализ систем усиления позволил сделать вывод о проработке варианта с питающей линией 12 кВ постоянного тока и линейным пунктом 12/3 кВ. Этот вариант усиления участка требует установки на подстанции выпрямительного агрегата 12 кВ, а на линейном пункте - преобразовательного агрегата 12 кВ постоянного тока в 3,3 кВ.

На основании положений теории графов и разреженных матриц в настоящее время разработаны эффективные алгоритмы алгебраических операций с ними, что в значительной степени сокращает затраты времени на подготовку исходной информации и время на процесс самих расчетов. Созданы алгоритмы автоматического формирования матричных уравнений на основании исходных графических схем, изображенных на экране дисплея. Имитационная модель работает на персональных компьютерах типа IBM PC/AT и позволяет вести анализ электрических параметров для схем питания с любой степенью сложности при различных грузопотоках в нормальных и аварийных режимах.

Размещено на Allbest.ru