Применение кабельных линий электропередачи в системах внешнего электроснабжения железных дорог постоянного тока
Ключевые слова:
тяговое электроснабжение, постоянный ток, кабельные линии, сшитый полиэтилен, моделирование, качество электроэнергииАннотация
Для присоединения тяговых подстанций железных дорог к высоковольтным сетям электроэнергетических систем применяются воздушные линии электропередачи. Такой подход имеет целый ряд недостатков, к которым относятся значительная ширина охранной зоны, возможность повреждений при сильных ветрах и образовании гололедно-изморозевых отложений, риск поражения людей и животных от воздействия шаговых напряжений из-за обрыва проводов. Указанные негативные эффекты можно исключить при использовании для подключения тяговых подстанций кабельных линий 110 кВ с изоляцией из шитого полиэтилена. В статье представлены результаты исследований по разработке цифровых моделей для определения режимов систем тягового электроснабжения постоянного тока с питанием преобразовательных подстанций по кабельным линиям. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: при использовании кабельных линий минимальные трехминутные напряжения повышаются на 2,0–3,5 %; потери активной мощности в головной питающей линии уменьшаются на 8–14 %. Тяговые подстанции постоянного тока не создают в примыкающих сетях заметного уровня несимметрии. Однако любая разбалансированность трехфазной системы оказывает негативное влияние на электроприемники, особенно на широко распространенные асинхронные электродвигатели. Применение кабелей из сшитого полиэтилена позволяет снизить коэффициенты несимметрии в 11–22 раза. При наличии воздушных линий уровни гармонических искажений на шинах 110 кВ тяговых подстанций 2 и 3 превышают нормально допустимые значения. Замена воздушной линии на кабельную дает возможность уменьшить эти показатели примерно на 60 %. Коэффициенты отдельных гармоник снижаются на 37–100 %. Разработанные цифровые модели могут использоваться при проектировании и эксплуатации систем тягового электроснабжения постоянного тока. Методика определения режимов является универсальной и подойдет для расчета систем внешнего электроснабжения любой конфигурации и тяговых сетей различного конструктивного исполнения.
Библиографические ссылки
Математическое моделирование электрического влияния тяговой сети постоянного тока напряжением 24 кВ на смежные линии / А.Н. Марикин, Е.С. Мушков, М.А. Иванов и др. // Электротехника. 2019. № 10. С. 23–26.
Лесников Д.В. Моделирование тяговой сети постоянного тока с учетом проводимости земли // Транспорт Урала. 2020. № 2 (65). С. 75–79.
Гаврилин И.С., Ершов С.В. Особенности моделирования и расчета тяговых сетей постоянного тока // Изв. Тульс. гос. ун-та. Техн. науки. 2012. № 12-3. С. 234–242.
Черемисин В.Т., Незевак В.Л., Шатохин А.П. Повышение энергетической эффективности системы тягового электро-снабжения в условиях работы постов секционирования с накопителями электрической энергии // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 10. С. 54–64.
Математическое моделирование магнитного влияния контактной сети постоянного тока напряжением 3 и 24 кВ на смежные коммуникации связи / Е.С. Мушков, А.Н. Марикин, М.А. Иванов и др. // Транспорт Урала. 2021. № 2 (69). С. 97–100.
Luo J. Fault Analysis and Simulation of Metro DC Traction Power Supply System under Multiple Working Conditions // IEEE International Conference on Advances in Electrical Engineering and Computer Applications (AEECA). Dalian, 2022. P. 92–95. DOI 10.1109/AEECA55500.2022.9918840.
Research on Short-Circuit Characteristics of Subway DC Traction Power Supply System / M. Xia, Y. Zhou, Y. Huang et al. // IECON : the 46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Singapore, 2020. P. 3456–3460. DOI 10.1109/IECON43393.2020.9254651.
Lu C., Li X., Chen S. Composite Load Equivalent Modeling of Traction Power Supply System // 3rd Asia Energy and Electrical Engineering Symposium (AEEES). Chengdu, 2021. P. 32–40. DOI 10.1109/AEEES51875.2021.9403048.
AC/DC Converter for DC Traction Power Supply System with High-Speed Train Operation / Y. Sokol, V. Sychenko, Y. Voi-tovych et al. // 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). Kyiv, 2019. P. 116–121. DOI 10.1109/ESS.2019.8764207.
Simulation Study on Dynamic Distribution of Ground Fault Current in Low and Medium Speed Magnetic Levitation Traction Power Supply System / N. Yan, J. Wang, A. Ping et al. // IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Applications (ICHVE). Chongqing, 2022. DOI 10.1109/ICHVE53725.2022.9961483.
Reliability and Life Evaluation of a DC Traction Power Supply System Considering Load Characteristics / Y. Chen, Z. Tian, C. Roberts et al. // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021. Vol. 7. Iss. 3. P. 958–968.
Modelling and Simulation of New Traction Power Supply System in Electrified Railway / M. Chen, T. Wen, W. Jiang et al. // IEEE 18th International Conference on Intelligent Transportation Systems. Las Palmas, 2015. P. 1345–1350. DOI 10.1109/ITSC.2015.221.
Research on the influence of urban metro traction power supply system on power grid harmonics / H. Aoyang, Y. Litao, W. Li et al. // First International Conference on Electronics Instrumentation & Information Systems (EIIS). Harbin, 2017. DOI 10.1109/EIIS.2017.8298567.
An Improvement Method of Feeder Protection in DC Traction Power Supply System / W. Wei, C. Yueliang, W. Chuanxiu et al. // IEEE 4th Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC). Chengdu, 2019. P. 1588–1594. DOI 10.1109/IAEAC47372.2019.8997569.
Kang D., Xu J., He X. Structure Scheme and Control Strategy Design of Advanced Traction Power Supply System // IEEE 17th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). Chengdu, 2022. P. 69–74. DOI 10.1109/ICIEA54703.2022.10006325.
Song H., Zeng L., He X. Power Quality Comprehensive Compensation Strategy for Retrofit Structure of Advanced Traction Power Supply System // IECON : 49th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. Singapore, 2023. DOI 10.1109/IECON51785.2023.10312296.
Simiyu P., Davidson I.E. Modeling and Simulation of MVDC Traction Power System for High-Speed Rail Transportation // IEEE PES/IAS PowerAfrica. Nairobi, 2021. DOI 10.1109/PowerAfrica52236.2021.9543274.
Study on new traction power supply system for power quality comprehensive compensation in electrified railway / M. Chen, J. Luo, W. Jiang et al. // TENCON : IEEE Region 10 Conference. Macao, 2015. DOI 10.1109/TENCON.2015.7372869.
Probabilistic power flow calculation method for subway traction load based on quasi-Monte Carlo and semi-invariant method / J. Chang, Ch. Da, H. Guo et al. // 7th International Forum on Electrical Engineering and Automation (IFEEA). Hefei, 2020. P. 586–591. DOI 10.1109/IFEEA51475.2020.00126.
DC Traction System Hardware Emulator for Rail Potential Distribution in DCAT Traction Power Supply System / L. Wang, X. Yang, J. Xu et al. // IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC). Shenzhen, 2018. DOI 10.1109/PEAC.2018.8590497.
Modeling and Simulation of a New Hybrid Transformer for Metro Traction Power Supply System / C. Wang, Y. Huang, F. Hou et al. // IEEE 5th International Electrical and Energy Conference (CIEEC). Nangjing, 2022. P. 3350–3355. DOI 10.1109/CIEEC54735.2022.9846385.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск : ИрГУПС, 2005. 273 с.
Закарюкин В.П., Крюков А.В. Моделирование систем тягового электроснабжения постоянного тока на основе фазных координат. М. : Директ-Медиа, 2023. 156 с.
Моделирование режимов электрических сетей, питающих тяговые подстанции постоянного тока / А.В. Крюков, К.В. Суслов, А.В. Черепанов и др. // Энергетик. 2024. № 2. С. 9–13.
Крюков А.В., Суслов К.В., Нгуен К.Х. Моделирование режимов систем тягового электроснабжения, оснащенных установками инверторной генерации // Интеллектуальная электротехника. 2024. № 1 (25). С. 70–85.
Уменьшение гармонических искажений в электрических сетях, питающих тяговые подстанции железных дорог постоянного тока / А.В. Крюков, К.В. Суслов, А.В. Черепанов и др. // Промышленная энергетика. 2024. № 4. С. 51–57.
