Математическая модель контактной сети

Математическая модель контактной сети основывается, как правило, на предположении об однородности электрических параметров тяговых рельсов на всем их протяжении.

Электрические расчеты ТС переменного тока существенно отличаются от соответствующих расчетов ТС постоянного тока. Это обусловлено главным образом взаимным магнитным влиянием всех токопроводящих элементов ТС. В случае двухпутных участков существенное влияние на падение напряжения в ТС каждого пути, помимо токов рассматриваемого пути, оказывают токи соседнего пути. Особенно усложняются электрические расчеты ТС двухпутных участков при наличии поперечных соединений между контактными подвесками обоих путей.

Режим КЗ ТС характеризуется резким возрастанием потенциалов рельсов и ЭДС, индуцированных в устройствах связи и в электрических сетях, расположенных вдоль электрифицированной линии железной дороги.

На выпрямительных электровозах преобразование однофазного тока в пульсирующий осуществляется при помощи двухфазных (двух- полупериодных) выпрямителей, выполняемых по схеме с нулевым выводом, или однофазных (двухполупериодных) выпрямителей, выполняемых по мостовой схеме (рис. 8.4).

Двухполупериодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме

Рис. 8.4. Двухполупериодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме

Форма кривой первичного тока в большой степени зависит от ЭМ процессов, а они, в свою очередь, определяются параметрами схемы замещения. Все схемы двухполупериодного выпрямления вызывают искажение формы кривой первичного тока.

Включение индуктивности xd (рис. 8.5) в цепь выпрямленного тока (цепь нагрузки) вызывает еще большее искажение полуволн первичного тока.

Параметры схемы замещения (рис. 8.5). Для анализа необходимо знать параметры первичной цепи и цепи выпрямленного тока применительно к условиям преобразования тока на выпрямительном электровозе.

Цепь переменного тока (первичная цепь) образуется генераторами и трансформаторами электростанции, линией электропередачи, трансформаторами ТПС, ТС и, наконец, трансформатором электровоза. Влиянием параметров первичных двух элементов (генераторов и трансформаторов электростанции) на ЭМ процессы в схеме электровоза можно пренебречь, считая, что железнодорожная сеть питается от источника бесконечной мощности.

Индуктивное сопротивление линии электропередачи, приведенное к числу витков тяговой обмотки трансформатора ТПС, составляет хл = 0,025 Ом/км [8.6].

Индуктивное сопротивление трансформаторов ТПС, приведенное к числу витков тяговой обмотки ,

где U - номинальное напряжение тяговой обмотки, В; S - номинальная мощность тяговой обмотки, кВА; ик - напряжение короткого замыкания тяговой обмотки при питании первичной обмотки в процентах; d - число параллельно работающих трансформаторов на ТПС.

Активное сопротивление трансформаторов ТПС, приведенное к числу витков тяговой обмотки,

где ркз - номинальные потери при коротком замыкании тяговой обмотки, кВт.

В настоящее время на ТПС переменного тока в качестве силовых трансформаторов применяются трехобмоточные трансформаторы типа ТДТГ. Номинальное напряжение обмотки ВН-110 кВ, обмотки НН- 27,5 кВ. Основные параметры этих трансформаторов приведены табл. 8.2.

Таблица 8.2

Тип трансформатора

S, кВА

Хт, Ом

RT, Ом

ТДТГ- 10000/110

10000

15,9

0,82

ТДТГ-20000/110

20000

7,95

0,33

ТДТГ-31500/110

31500

5,05

0,20

ТДТГ-40500/110

40500

3,93

0,16

ТДТГ-60000/110

60000

2,65

0,11

Индуктивное сопротивление тяговой сети *о при подвеске БМ95+ТФ100 для однопутного участка составляет 0,42 Ом/км, для двухпутного участка- 0,30 Ом/км. Активное сопротивление- 0,20 Ом/км и 0,13 Ом/км, соответственно.

Индуктивные и активные сопротивления трансформатора ОД- ЦЭ-5000/25Б электровоза ВЛ80, приведенные к числу витков первичной обмотки, представлены табл. 8.3.

Потоками рассеяния вторичных обмоток электровозного трансформатора Xs можно пренебречь.

На электровозах серии ВЛ80 сглаживающий реактор РС-53 выполнен без стального сердечника и потому его индуктивность не зависит от нагрузки. Индуктивное сопротивление Xd =1,26-И,88 Ом.

Таблица 8.3

Параметры

Номер ступени трансформатора

3-4

2-1

4-2

X э, Ом

14,4

15,2

15,5

У?э, Ом

1,98

2,22

2,40

По данным [8.6], в реальных условиях работы выпрямительного электровоза величина относительной катодной индуктивности заключена в пределах - 2< q < 15 (см. рис. 8.5). Верхний предел (qimx =15)

относится к случаю работы электровоза при малой нагрузке (75 А), удаленного на небольшое расстояние (5 км) от весьма мощной ТИС (81 MBA), питаемой короткой линией передачи (5 км) от шин бесконечно большой мощности. Нижний предел (qm[n =2) относится к случаю работы электровоза при максимальной нагрузке (320 А), удаленного на значительное расстояние (50 км) от подстанции малой мощности (10 MBA), питаемой длинной линией передачи (100 км) от шин бесконечно большой мощности.

Анализ осциллограмм первичного тока электровоза [8.6, с. 43] при двух и трех электровозах в зоне питания показал, что амплитудный спектр тока каждого электровоза определяется главным образом его нагрузкой и практически не зависит от режимов работы соседних электровозов.

Зависимость величины Ц от длины линии электропередачи

Рис. 8.5. Зависимость величины Ц от длины линии электропередачи

Относительная катодная индуктивность в большой степени зависит от первичного тока I и расстояния /э электровоза от ТПС. Поскольку I и / в процессе работы электровоза подвержены непрерывным изменениям, для оценки У можно использовать зависимости, изображенные на рис. 8.5 и 8.6.

Подробное сравнение [8.6], проведенное в широком диапазоне изменения нагрузки и удаленности электровоза, показало, что теоретические кривые первичного тока в целом достаточно хорошо согласуются с осциллограммами тока электровоза. Но есть и принципиальное различие. Теоретическое первичное напряжение в момент завершения коммутации мгновенно возрастает на конечную величину. В действительности, как показывают осциллограммы, при окончании коммутации ток изменяется плавно, без резких изломов, при этом всегда сохраняется положительный градиент. В соответствии с этим первичное напряжение также изменяется не скачком, а нарастает после окончания коммутации в течение конечного периода времени.

Отмеченные особенности протекания электромагнитных процессов в реальных условиях вызваны влиянием емкости тяговой сети. Действительно, мгновенное изменение напряжения в тяговой сети привело бы к появлению бесконечно большого емкостного тока, что физически невозможно. Поэтому в тяговой сети возникают свободные токи, которые обеспечивают плавный переход от коммутационного состояния к новому состоянию при завершении коммутации вентилей.

Спектр первичного тока электровоза. Помехи в линиях связи, обусловленные ЭМ влиянием, в большой степени зависят от частоты тока ТС. Поэтому для оценки мешающего влияния необходимо знать частотный спектр тока, нагружающего ТС при работе выпрямительных электровозов. Зависимость величины тока I от длины линии электропередачи

Рис. 8.6. Зависимость величины тока Ik max от длины линии электропередачи

Ток ТС формируется в результате наложения собственных колебаний системы на основной ток, потребляемый выпрямительными электровозами. Воспользовавшись теоремой о сумме спектров [8.6], спектр тока ТС можно определить как результат сложения спектров основного тока и собственных колебаний. Спектр основного тока ТС в процессе работы электровозов подвержен непрерывным изменениям, вызываемым непостоянством нагрузок, числа и взаимного расположения электровозов, а также изменением ступеней трансформаторов электровозов.

Анализ осциллограмм первичного тока электровоза при двух и трех электровозах в зоне питания [8.6, с. 43[показал, что амплитудный спектр тока каждого электровоза определяется главным образом его нагрузкой и практически не зависит от режимов работы соседних электровозов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >