DOI: https://doi.org/10.15802/ecsrt2017/136812

Моделювання розподілу гармонік зворотного тягового струму в рейках

V. I. Havryliuk

Анотація


Електрифіковані залізниці є одним з найпотужніших широко-смугових джерел завад в системах сигналізації і радіозв'язку. Це особливо актуально для нових типів транспортних засобів, оснащених електронними статичними з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), які можуть створювати високочастотні завади в рейках з частотою до декількох десятків кілогерц.

Для забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) нових типів рухомого складу з системами сигналізації і радіозв'язку їх піддають процедурі приймання, котра включає в себе випробування на ЕМС відповідно до європейських і національних нормативних стандартів і норм. Але при деяких несприятливих умовах експлуатації для поїздів, які були успішно випробувані і знаходяться в експлуатації разом зі старими транспортними засобами на тих же лініях (іноді зі старою системою електропостачання), струм завад, створюваний транспортними засобами, може досягати значень, що перевищують допустимі значення. В якості таких несприятливих умов експлуатації можна розглядати збільшення кількості поїздів, невелику відстань між приймачем рейкового кола і транспортними засобами або приймачем і підстанцією електропостачання, низьку провідність рейка-земля і провідність землі. Для доказу електромагнітної сумісності (ЕМС) між рухомим складом і системою сигналізації необхідно точне моделювання результатів випробувань з урахуванням конкретних умов експлуатації.

Метою роботи є створення математичної та комп'ютерної моделі розподілення гармонік тягового струму в тяговій мережі при декількох транспортних засобах в фідерній зоні. Ця модель являє собою еволюцію і спрощення моделей, представлених раніше. Робота виконана з метою доказу електромагнітної сумісності нових поїздів, оснащених електронними статичними перетворювачами з існуючими лініями електропостачання і була використана при їх випробуваннях.

Модель була спрощена в такий спосіб. Лінії з рівними або близькими один до одного потенціалами представлені як одна лінія з еквівалентними електричними параметрами. Завади транспортних засобів моделюються як джерела синусоїдального струму з наборами частот, які представлені на еквівалентній схемі вектором струмів. Розглядалися тільки гармоніки зворотного струму з частотами, які лежать в частотному діапазоні приймача рейкового кола. Залежно від цілей моделювання, значення гармонік взяті як значення, виміряні під час випробувань поїзда або як максимальні значення завад відповідно до норм. Розподіл гармонік тягового струму було розраховано для тягової мережі 1x25 кВ змінного струму з двостороннім електропостачанням і при знаходженні від 1 до 5 транспортних засобів у фідерної зоні. Максимальні завади від поїздів створюються на ділянках, найближчих до потягів, а також до точки підключення відсмоктуючого фідера тягової підстанції до рейок. Гармоніки тягового струму в рейках збільшуються зі збільшенням числа поїздів в фідерній зоні і зі зменшенням провідності рейка-земля. Інтерференція на частоті 25 Гц на ділянці поблизу тягової підстанції для одного локомотива в фідерної зоні не перевищує граничного значення 1 A навіть при несприятливих умовах при провідності рейка-земля 0,02 См/км. Однак, якщо кількість поїздів збільшується (від 1 до 5), інтерференція на частоті 25 Гц також збільшується при тій же електропровідності рейка-земля до 1,07 А для двох локомотивах і до 1,33 А для п'яти локомотивів у фідерної зоні, що перевищує граничне значення струму завад в рейках при 25 Гц.


Ключові слова


електромагнітна сумісність, математична та комп’ютерна модель розподілення гармонік тягового струму, тягова мережа, фідерна зона, рухомий склад нових типів

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Applications. Compatibility between rolling stock and train detection systems. – 2000-04. CENELEC Std. prEN 50 238.

Марквардт, К. Г. Электроснабжение элек-трифицированных железных дорог / К.Г. Марквардт. – М.:Транспорт, 1982. – 528 с.

Mingli, W. Modelling of AC feeding systems of electric railways based on a uniform multi-conductor chain circuit topology / W. Mingli, C. Roberts, S. Hillmansen // IET Conference on Railway Traction Systems (RTS 2010).

Гаврилюк, В. І. Норми та методи випробування рухомого складу на електромагнітну сумісність з системами сигналізації та зв’язку / В. І. Гаврилюк // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2016. – Ном. 12. – Дніпропетровськ: Вид во ДНУЗТ, 2016. – С. 48–57.

Гаврилюк, В. И. Испытания новых типов подвижного состава на электромагнитную совместимость с устройствами сигнализации и связи / В. И. Гаврилюк, В. И. Щека, В. В. Мелешко // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. – 2015. – № 5(59). – С. 7–15.

Mariscotti, A. Distribution of the traction return current in AC and DC electric Railway Systems // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2003. – Vol. 18. – No. 4. – P.1422-1432.

Mariscotti, A. Distribution of the Traction Return Current in AT Electric Railway Systems/ A Mariscotti, P. Pozzobon // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2005. – Vol. 2. – No. 3. – P. 2119–2128.

Гаврилюк, В.І. Аналіз електромагнітного впливу тягового електропостачання на роботу рейкових кіл. Моделювання протікання тягового струму в рейках // Вісник Дніпропетровськ. національного ун-ту залізничного тр-ту ім. ак. В.Лазаряна. – 2003. – №1. – С. 6-10.

Serdyuk, T. Research of electromagnetic influence of traction current and its harmonics on the rail circuits / T. Serdyuk, V. Gavrilyuk //17th Int. Wroclaw Symp. and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility. Wroclaw, Poland. – 2004. – P. 260-263.

Bin Wang. Harmonic power flow calculation for high-speed railway traction power supply system / Bin Wang, Xu dong Han, Shi bin Gao, Wen Huang, Xiao feng Jiang // Proceedings of the 2013 International Conference on Electrical and Information Technologies for Rail Transportation (EITRT2013). Volume I. Lecture Notes in Electrical Engineering. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014. – P. 11-25.

Wen Huang. Study on distribution coefficient of traction return current in high-speed railway / Wen Huang, Zhengyou He, Haitao Hu, Qi Wang // Energy and Power Engineerings. – 2013. – No 5. – P. 1253-1258

Carson, J. R. Wave propagation in overhead wires with ground return // Bell Syst. Tech. J. – 1926. – Nr. 5. – P. 539-554.

Pollaczek F. On the field produced by an infinitely long wire carrying alternating current // Elekztrische Nachtrichten Technik. – 1926. – Vol. III. – No. 9. – P. 339-359.

Deri, A. The complex ground return plane. A simplified model for homogenous and multilayer earth return / A. Deri, G. Tevan, A. Semlyen, A. Castanheira // IEEE trans. on power systems. –1981. – Vol 100. – No. 8. – P. 3686-3693.

Havryliuk, V. I. Electrical impedance of traction rails at audio frequency range / V. I. Havryliuk, V.V. Meleshko // Інформа-ційно-керуючі системи залізничного транспорту, 2015. – №2. – С. 31-36.

Нейман, Л. Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. – ГЭИ. Ленинград-Москва, 1949. –220 с.




ISSN: 2223–5620 (Print)

ISSN: 2411–1554 (Online)