Введение к работе
Актуальность работы
ОАО «Российские железные дороги» входит в тройку мировых лидеров среди железнодорожных компаний. В её эксплуатации находится свыше 85 тыс. км железных дорог, 46 % которых электрифицированы, из них 53 % составляют линии переменного тока. На долю железнодорожного транспорта в Российской Федерации приходится более 80 и около 40 % всего объёма грузовых и пассажирских перевозок соответственно. Ежегодно ОАО «РЖД» потребляет около 6 % от всей вырабатываемой электроэнергии в стране.
Одним из направлений принятой в ОАО «РЖД» программы «Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года» является повышение энергоэффективности подвижного состава. Эта программа включена в состав государственной энергетической политики, которая направлена на переход Российской Федерации к энергосберегающим технологиям. В соответствии с программой планируется сократить удельный расход электроэнергии на 5 %.
На сети железных дорог Российской Федерации эксплуатируются электровозы переменного тока, имеющие низкое значение коэффициента мощности (0,65...0,85), сто обусловлено отставанием по фазе потребляемого тока относительно питающего напряжения, а также искажением формы этого тока. По этой причине из контактной сети потребляется непроизводительная реактивная мощность, ухудшающая преимущества электрической тяги переменного тока.
Для повышения коэффициента мощности на электроподвижном составе и предприятиях железнодорожного транспорта используются компенсаторы реак-гивной мощности. Наиболее эффективным является использование устройств компенсации при установке их непосредственно у потребителя реактивной мощности, і именно на электроподвижном составе. Сотрудниками ВНИИЖТа были выполнены исследования нерегулируемого компенсатора реактивной мощности (КРМ), установленного на электровозе ВЛ85. Испытания устройства КРМ показали, что гакой компенсатор является эффективным средством для повышения коэффициента мощности электровоза. Однако применение пассивного компенсатора приводит к увеличению коэффициента мощности лишь в ограниченном диапазоне токовых нагрузок, поскольку параметры его элементов выбраны в соответствии с номинальным режимом работы электровоза.
Целью работы является повышение энергетической эффективности работы электровозов переменного тока за счёт разработки устройства компенсации реак-ивной мощности, позволяющего увеличить коэффициент мощности локомотивов ю всём диапазоне токовых нагрузок.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе представлено >ешение следующих задач:
предложен принципиально новый способ компенсации реактивной мощности, который заключается в пассивном регулировании компенсации реактивной мощности, и разработано устройство, реализующее этот способ;
разработана математическая модель системы «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз, оборудованный разработанным компенсатором»;
проведены компьютерные и физические исследования работы разработанног компенсатора реактивной мощности;
определена экономическая эффективность от внедрения предлагаемого ком пенсатора реактивной мощности.
Методика исследований. Методика исследований основана на применении ме тодов теории электрических цепей, теории дифференциальных уравнений, теори автоматического управления и вычислительного эксперимента. При определени структуры и параметров компенсатора реактивной мощности применялись методі математического моделирования с использованием пакета компьютерных прс грамм OrCAD и физического моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработан новый способ и устройство для компенсации реактивной мощнс
сти пассивного компенсатора, который может в зависимости от режимов работі
электровоза изменять реактивную мощность;
-с помощью разработанной математической модели системы «тяговая noz станция - контактная сеть - электровоз, оборудованный предлагаемым устройст вом» установлен эффект повышения коэффициента мощности во всех режимах р боты электровоза;
- разработана система управления, которая позволяет управлять предложе*
ным компенсатором реактивной мощности.
Практическая ценность работы:
использование разработанного компенсатора реактивной мощности на эле» тровозах переменного тока позволяет увеличить коэффициент мощности во всё диапазоне токовых нагрузок;
разработанная математическая модель позволяет исследовать электромагнит ные процессы в системе «тяговая подстанция - контактная сеть - электровоз, оборз дованный дополнительно разработанным компенсатором реактивной мощности»;
-экономическая эффективность от внедрения на электровозе предлагаемог спроектированного устройства составляет 490 тыс. руб. в год.
Внедрение результатов работы. Изготовлено устройство, позволяюще улучшить качество потребляемой электроэнергии, которое внедрено в ремонтно локомотивном депо Белогорск-Восточный Забайкальской железной дороги. На защиту выносятся:
новый способ компенсации реактивной мощности с помощью пассивног компенсатора за счёт плавного изменения его реактивной мощности;
математическая модель системы «тяговая подстанция - контактная сеть электровоз, оборудованный разработанным компенсатором реактивной мощности)
теоретические и экспериментальные исследования компенсации реактивно мощности, направленные на увеличение коэффициента мощности электровозов ш ременного тока.
Апробация работы. Основные результаты работы были одобрены и доложены
- на Всероссийской научно-практической конференции с международным уч.
стаем «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI в(
ке» (Хабаровск, 2009 год), ДВГУПС;
Всероссийской научно-практической конференции «Научно-технические про-ілемьі транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2010 год), ПЗГУПС;
Всероссийской научно-практической конференции с международным участи-:м «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» Хабаровск, 2011 год), ДВГУПС;
13-м Краевом конкурсе-конференции молодых учёных и аспирантов (Хаба-ювск, 2011 год), ТОГУ;
Всероссийской научно-практической конференции «Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования» (Хабаровск, 2012 год), ТВГУПС;
14-м Краевом конкурсе-конференции молодых учёных и аспирантов (Хаба-ювск, 2012 год), ТОГУ;
- заседании кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог»
ЭмГУПС;
- заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ДВГУПС.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ,
: том числе три статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и журналах іеречня ВАК РФ, и один патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклю-іения, библиографического списка. Объём работы составляет 146 страниц маши-юписного текста, которая содержит 81 рисунок, 9 таблиц и библиографический писок, включающий 113 наименований.
