И В Жежеленко - Показники якості електроенергії та енергетичні характеристики систем електричної тяги в перехідних режимах - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.316

 

П. Є. Михаліченко, канд. техн. наук.

(Україна, Дніпропетровськ, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна)

 

ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ ТА ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ТЯГИ В ПЕРЕХІДНИХ РЕЖИМАХ

 

Забезпечення якості електроенергії (ЯЕ) - це найважливіша проблема не тільки промислових підприємств [1], але й електрифікованого залізничного транспорту. Як відомо, ЯЕ нормується показниками якості електроенергії (ПЯЕ), систему яких, відповідно до ГОСТ 13109-97, утворюють наступні харак­теристики зміни напруги: відхилення і коливання напруги; ступінь несиметрії та несинусоїдності; провал напруги; зміна його частоти, а також імпульсна на­пруга і тимчасова перенапруга. Ці показники, по-перше відносяться до спожи­вачів, які живляться від електричних мереж загального призначення трифазного і однофазного струму частотою 50 Гц, що працюють у стаціонарних (устале­них) режимах. Тому, існуючі ПЯЕ можна назвати статичними або стаціонарни­ми (СПЯЕ). Крім зазначеного, результати виміру СПЯЕ або усереднюються за часом, який рівний або кратний періоду основної частоти (або за 60, 20 і 3 с), або визначаються як діюче (середньоквадратичне) значення основної частоти. По-друге у такому СПЯЕ як імпульс напруги регламентується фронт імпульсу, який не повинен перевищувати 5 мс. Нарешті, ГОСТ 13109-97 регламентує збе­реження параметрів тільки напруги мережі живлення, залишаючи без уваги зміну струму.

Однак, як відомо, обидві системи електричної тяги працюють у нестаці­онарних, часом навіть різконестаціонарних, динамічних (перехідних) режи­мах: практично безперервних експлуатаційних і найчастіше - аварійних. Без­сумнівно, що ці режими помітно впливають на ЯЕ у системі, й тому необхід­но знати ПЯЕ в цих режимах, які назвемо динамічними ПЯЕ (ДПЯЕ). Варто відзначити, що ГОСТ 13109-97 припускає в аварійних режимах вихід СПЯЕ за допустимі межі, але ні час, ні значення показників у цих режимах не обмовля­ється, що також викликає необхідність визначення ДПЯЕ. На відміну від СПЯЕ, що характеризують збереження параметрів тільки напруги, ДПЯЕ по­винні бути чинником оцінки і тягового струму (ТС).

Найбільш впливовими на ЯЕ і тому повинні бути детально досліджені є такі основні нестаціонарні режими: зникнення напруги живлення з наступним її відновленням як у самій системі енергопостачання, так і на струмоприймачі електрорухомого складу (ЕРС); рушання з місця ЕРС, його розгін, перехід з одного з'єднання тягових двигунів на інше, перехід з позиції на позицію; різ­ного роду короткі замикання (КЗ) у тяговій мережі й на ЕРС, замикання на зе­млю; буксування і юз колісних пар ЕРС та інше. Не кажучи вже про зазначене, навіть експлуатаційні перехідні режими помітно впливають на форму ТС, то­му що характеризуються середнім діапазоном зміни di/dt в межах 50 -1300 Л/c при максимальних кидках ТС до (1,5 - 1,7)іном, а аварійні -

(1,5 - 20)-103 -(150 - 200)-103 Л/с при кидках струму (5 - 6)1 ном . Тривалість

експлуатаційних перехідних процесів (ППр) становить у середньому 0,5 - 1,5 с, а аварійних 0,05 - 0,3 с.

При цьому не слід звертати увагу на короткочасність аварійних режимів. Наприклад, хоча режими КЗ у тяговій мережі й є короткочасними, до 0,2­0,25 с, але, по-перше, вони бувають частими, до 60 на один фідер в рік (при на­явності 4-8 фідерів на тяговій підстанції), а, по-друге, стрибки струмів і напруг є багаторазовими стосовно сталого режиму, а тому їхній вплив як на ПЯЕ, так і на енергетичні характеристики системи значний.

Електровимірювальні прилади, здатні вимірювати ДПЯЕ, поки що від­сутні. Крім того, складність оцінки ПЯЕ визначається тим, що спотворення і напруги, і струму в перехідних, особливо в аварійних, режимах являють со­бою неперіодичні імпульси довільної форми й тривалості (див. рис. 1), що не дозволяють застосовувати до них класичний Фур'є-аналізу.

Окремі види нестаціонарних динамічних спотворень напруги регламен­туються ГОСТ 19705-89, але він призначений для систем електропостачання літаків і гелікоптерів. Враховуючи, що ЕРС, як навантаження, є параметрич­ною й дуже динамічною подібно літакам і гелікоптерам, доцільно для систем електротяги розробити ГОСТ на ДПЯЕ, подібний ГОСТ 19705-89.

Зазначене вище й обумовлює необхідність розробки динамічних (миттє­вих) ПЯЕ за типом миттєвого відхилення напруги [2]:

 

8U(()= u(t^~ Uном , (1)

U ном

 

де u(t) - миттєве поточне значення напруги (найбільше або найменше); Uном - номінальне значення.


Наведені вище міркування про ПЯЕ відносяться і до енергетичних харак­теристик (показників) системи електротяги і, зокрема, до коефіцієнта потужно­сті l, і до коефіцієнта реактивної потужності tgj.

Як відомо, інтегральні величини l і tgj визначаються активною P, реа­ктивною Q й повною S потужностями:

 

я = f;                                                     (2)

tgj = Q.                                                                   (3)

 

У класичній електротехніці не передбачені поняття миттєвих                      l й tgj
тому запишемо їх виходячи з інтегральних виразів (2) і (3) у вигляді

 

 

 

tgj (()= Щ. (5)

 

Одержимо спочатку l(t , для цього запишемо інтегральний вираз (2) для l за довільний час T існування перехідних величин напруги u(t) і струму i(t):

 

 

Я (()


 

 

1 т

т


1

т


т

{ u(t )dt

0

1 т

т


 

(6)

 

 

де u(t) і i(t) на розглянутій ділянці часу Т дискретизуємо на N рівних інтер­валів АТ = Тп+і - Тп, а в межах інтервалу АТ у свою чергу розділимо u(t) й i(t) на M рівних інтервалів At = tm+i - tm (рис. 2), таким чином одержуємо, що Т = N АТ, а АТ = M -At, при цьому квантовані функції струму й напруги міс­тять N ■ M значень (відліків) досліджуваної величини a(t) (рис.2): aj = a(ti);

 

a2 = a(t2); an = a(tn); aN = a(tN); m (n) = 1,2...,M (N) At вал дискретизації в реальному масштабі часу.


АТ M


інтер-

 


Далі введемо ранжовану змінну п = 1,2...,N, у результаті чого отримаємо можливість на N ділянках часу Т визначити N значень активної Pn і повної Sn потужностей за M значеннями струму й напруги, тобто через інтервали ча­су Тп = АТ ,2АТNAТ, а значить визначимо незмінні значення потужностей івідповідно коефіцієнт потужності в межах кожних ділянок АТ . Тоді для інтер­валу часу АТ на рис. 2 можна записати значення коефіцієнта потужності як ін­тегральної величини у вигляді

 

 

 

l (()


 

 

 

1

АТ


1

Тп +АТ

АТ

j u (())(()dt

Тп

п

1

АТ

j   u(t) dt

Тп

п


m

1

АТ


1

M

АТ

1

Z umim At m=1

M2

At

АТ

 

m

Z um 1


 

 

 

At


 

 

(7)

 

 

де в чисельнику наведена споживана активна потужність на інтервалі часу АТ, а в знаменнику - повна потужність за той самий інтервал. Якщо взяти межу виразу (7) при АТ ® 0 і At ® 0 (а відповідно N ®¥ і M ®¥), причому At << АТ, тобто величина At - мала більш високого порядку, ніж АТ (рис. 2), тоді вираз (7) буде наближатися до значення l в цей момент часу, тобто до миттєвої величини коефіцієнта потужності

 

 

1M

дТ ZumimAt

M2

At ® 0 АТ ®0

lim    ,               m=1                       = ® l ((), (8)

z um At

M2

АТ

z m At

m=1

 

Вважаючи в межах кожного з інтервалів АТ величини P, S і відповідно

l незмінними, можна розглянути як змінюються ці величини на інших інтер­валах часу АТ, тобто одержуємо функції P(t), S(t) і l(t).

Аналогічно визначається й миттєвий tgj (t).

На рис. 3 наведені реалізації l(t) й tgj(t) у режимі КЗ тягової мережі однієї з міжпідстанційних зон Придніпровської залізниці.

Як бачимо з рис. 3, коливання і l, і tgj у дослідженому режимі значні.

У нормованих, гранично припустимих, режимах вони досягають відповідно значень 0,92-0,95 і 0,25.

Отже, на сьогодні вимоги до ЯЕ поступово зростають, а тому, на думку автора, СПЯЕ (відповідно до ГОСТ 13109-97) повинні доповнюватися не тіль­ки ДПЯЕ, l і tgj, як критеріями ефективності енергопроцесів, але і нормова­ними значеннями непродуктивних втрат електроенергії в пристроях електрич­ної тяги. Останнє тим більше необхідне у зв'язку із застосуванням нових пере­творювальних установок, енергетичних фільтрів на тягових підстанціях, вико­ристанням нових видів ЕРС, впровадженням прискореного й швидкісного ру­ху, підвищення кількості великовагових потягів та інше.

2-

І

 

 

j Li

tg<p

ц

J n

-2­-4-

-

1

 

0,04

г

0,08

1

1     t с

0,12 ^ c

Рис.3. Миттєві (динамічні, перехідні) величини Я (t) і tg<p (t) в режимі КЗ на одній з фідер­них ділянок Придніпровської залізниці

 

Список літератури

1.      Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Качесткво электроэнергии на промышленных предпри­ятиях. — М.: Энергоатомиздат, 2005. — 261 с.

2.      Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий/ А.К. Шидловский, Б.П. Борисов, Г.Я. Вагин и др. — К.: Наук. думка, 1992 — 236 с.

Рекомендовано до друку: професором Костіним М. О.

Страницы:
1 


Похожие статьи

И В Жежеленко - Показники якості електроенергії та енергетичні характеристики систем електричної тяги в перехідних режимах