Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сеть железных дорог России имеет наибольшую протяженность электрифицированных линий в мире - 39.8 тыс. км, из них 19.1 тыс. км линий постоянного тока.
Организация движения поездами повышенной скорости на электрических железных дорогах приводит к возникновению пиковых нагрузок, увеличению потерь электрической энергии, обострению проблемы обеспечения избирательности защит от сверхтоков, необходимости применения новых устройств преобразовательной техники и энергосберегающих технологий.
Поэтому одной из главных задач в области совершенствования системы элекфоснабжения постоянного тока (СЭ) является переход к новым технологическим процессам преобразования энергии на тяговых подстанциях (ТП), обеспечивающим повышение качества преобразования и способствующим реализации заданной провозной и пропускной способностей электрических железных дорог (Протокол заседания Научно-технического Совета МПС РФ от 18 июля 1996 г. "О выборе рода тока и типа ПС для реконструируемой линии Санкт-Петербург-Москва").
Основными направлениями совершенствования СЭ являются:
в системе с напряжением в контактной сети 3.0 кВ - сохранение схемы централизованного питания от мощных ТП с установкой на них управляемых тирисгорных выпрямительных или выпрямительно-инверторных агрегатов, либо применение перспективной системы распределенного питания контактной сети от одноагрегатных автоматических пунктов с тиристорними преобразователями модульной конструкции;
повышение напряжения в контактной сети до 12(24) кВ с одно-
временной разработкой нового поколения тягового подвижного состава.
Существующие способы регулирования напряжения в СЭ и выпрямительные агрегаты не в полной мере обеспечивают требуемую гибкость преобразования энергии на ТП.
В перспективных СЭ предусматривается использование управляемых тиристорных выпрямительных агрегатов (УВ) на ТП и одноагре-гатных автоматических пунктах питания контактной сети.
Применение УВ обеспечивает:
плавное регулирование выпрямленного напряжения на шинах ТП в реальном времени формирования тяговых нагрузок;
реализацию бесконтактной системы защит в режимах перегрузок и коротких замыканий (КЗ);
заданные алгоритмы управления и энергосберегающие технологии преобразования электрической энергии в перспективных СЭ;
обратимость преобразования и прием избыточной энергии рекуперации.
Технологические процессы преобразования электрической энергии с использованием УВ являются более гибкими и обеспечивают повышение пропускной и провозной способностей при уменьшении эксплуатационных расходов.
Цель работы. Совершенствование системы электроснабжения постоянного тока за счет применения управляемых тиристорных выпрямителей, направленное на обеспечение необходимого уровня напряжения на токоприемниках поездов и реализацию бесконтактных защит устройств тягового электроснабжения от аварийных токов.
В работе решаются следующие задачи: 1. Анализ схем тиристорных выпрямителей как средства реализации
управляемого элекгроснабжения и бесконтактной защиты.
-
Математическое моделирование и оценка энергетических показателей системы питания с тиристорними преобразователями.
-
Анализ процессов отключения аварийных токов с помощью УВ.
-
Разработка предложений по применению УВ в перспективных схемах распределенного питания и повышенного напряжения. Методы исследования. Поставленная в диссертационной работе
цель достигается путем проведения комплексных исследований, включающих в себя методы математического моделирования, теоретические и экспериментальные исследования.
Теоретические исследования выполнены с использованием ПЭВМ на основе численных методов интегрирования систем дифференциальных уравнений, метода Фурье. Экспериментальные исследования проводились на макетной установке управляемого преобразовательного агрегата.
Научная новизна работы:
получены зависимости энергетических показателей управляемых тиристорных выпрямителей в области рабочих тяговых нагрузок при гибком регулирования напряжения на шинах тяговых подстанций;
установлены закономерности управления выпрямленным напряжением для симметричных и асимметричных алгоритмов переключения тиристоров двенадцатипульсовых схем, обеспечивающих улучшение энергетических показателей;
определены параметры процессов отключения токов при коротких замыканиях на шинах тяговых подстанций и в контактной сети с помощью управляемого тиристорного выпрямителя.
Достоверность положений и выводов по работе подтверждена совпадением основных результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными на действующем маке-
те тиристорного выпрямителя, и с расчетными параметрами проектируемых УВ для электрифицированных линий постоянного тока.
Практическая ценность работы. Выполнена оценка адекватности разработанной математической модели УВ и дана рекомендация по использованию ее в проектно-исследовательской работе для определения энергетических показателей новых типов преобразователей.
Рекомендации, данные по применению УВ для перспективных СЭ распределенного питания и повышенного напряжения, позволяют определить параметры сглаживающих фильтров (СФ) в системе управляемого электроснабжения постоянного тока.
Алгоритм с асимметричным переключением тиристоров, предложенный для улучшения гармонического состава первичного тока и выпрямленного напряжеши, рекомендован для применения в системе тягового электроснабжения при эксплуатации УВ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.Е. Алексеева (Санкт-Петербург, 1991г.); на 51-й и 52-й научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1991, 1992 г.г.); на заседаниях кафедры "Электроснабжение железных дорог" ПГУПС (Санкт-Петербург, 1997 г., 1998 г.) и кафедры "Электроснабжение железнодорожного транспорта" ИРИИТа (Иркутск, 1993 г., 1998 г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 250 страниц, включая 70 рисунков и 8 таблиц, и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (110 наименований) и приложений на 6 страницах.