| «Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса» |
|
|
Тяговая подстанция — это… Что такое Тяговая подстанция?
Тя́говая подста́нция — в общем случае, электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. Тяговые подстанции предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования тока (только для подстанций постоянного тока) с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов, трамваев и троллейбусов. Тяговые подстанции бывают постоянного и переменного тока.
Тяговые подстанции железной дороги
Тяговые подстанции постоянного тока
Тяговые подстанции постоянного тока в России строятся вдоль полотна железной дороги на расстоянии 25—50 км[источник не указан 120 дней]. Это расстояние зависит, как от размеров движения поездов, так и от профиля пути. Получают электроэнергию от подстанций РАО «ЕЭС России» по воздушным и кабельным линиям электропередачи напряжением 6—220 кВ. Электроэнергия поступает в первичное открытое или закрытое распределительное устройство. При напряжении питающей сети 110 или 220 кВ электроэнергия поступает на понижающий трансформатор. С понижающего трансформатора (а при питающем напряжении 6-35 кВ — напрямую) электроэнергия поступает на тяговый трансформатор, откуда она подаётся на преобразовательный агрегат (выпрямитель). С преобразовательного агрегата выпрямленный ток подаётся на основную и резервную системы шин и распределяется в контактную сеть через быстродействующие автоматы. В Российской Федерации номинальное напряжение выпрямленного тока железнодорожных тяговых подстанций нормируется Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации и установлено на уровне 3300В.
Тяговые подстанции переменного тока
Тяговые подстанции переменного тока имеют то же предназначение, что и подстанции постоянного тока, за исключением того, что в них отсутствуют преобразовательные агрегаты для выпрямления тока. Расстояние между подстанциями составляет 50-120 км. Номинальное напряжение, подаваемое в контактную сеть 27500 В. Подстанции переменного тока питаются по линиям напряжением 110 или 220 кВ. Первичные обмотки трансформаторов соединены в звезду, нейтраль заземляется. Вторичные обмотки соединены в треугольник, фаза C заземляется и соединяется с рельсами железной дороги без каких-либо коммутационных аппаратов. Напряжение фаз A и B через открытое распределительное устройство подается в контактную сеть двух путей соответственно, а также в линию ДПР («Два Провода — Рельс») для питания нетяговых потребителей.
Как правило, силовые трансформаторы имеют третью обмотку — 6, 10, реже 35 кВ, так как на железной дороге имеется множество других потребителей, кроме электровозов. Во-первых, это автоматика и телемеханика дороги — светофоры, стрелки, связь. Эти потребители требуют качественного и стабильного напряжения, для их снабжения прокладываются линиии СЦБ (Сигнализация-Централизация-Блокировка) напряжением 6 или 10 кВ, которые запитываются через повышающий трансформатор 0,23(0,4)/6(10) кВ от сети собственных нужд подстанции.
Во-вторых, прочие потребители — отопление и освещение станций, переездов и так далее, а также сторонние потребители. Для их подключения используются либо фидеры ДПР напряжением 27,5 кВ, либо специальные линии ПЭ (Продольное Электроснабжение) на напряжении 6 или 10 кВ.
Исторически сложилось так, что тяговые подстанции в России иногда были единственными источниками электрической энергии приемлемого уровня напряжения для последующего распределения электроэнергии, поэтому на большинстве тяговых подстанций имеется распределительное устройство для распределения и дальнейшей транспортировки электрической энергии напряжением 0,23 — 35 кВ как железнодорожным, так и нежелезнодорожным потребителям.
Тяговые подстанции метрополитена
В метро тяговые подстанции выдают постоянное напряжение 825В.
Тяговые подстанции наземного электротранспорта
Тяговые подстанции трамваев и троллейбусов выдают постоянное напряжение 600В.
Тяговые подстанции в истории и культуре
Тяговая подстанция № 11, известная как «Блокадная подстанция», расположена по адресу: Санкт-Петербург, набережная реки Фонтанки, 3, лит. А. На здании размещается мемориальная доска «ПОДВИГУ ТРАМВАЙЩИКОВ БЛОКАДНОГО ЛЕНИНГРАДА. ПОСЛЕ СУРОВОЙ ЗИМЫ 1941—1942 ГОДА ЭТА ТЯГОВАЯ ПОДСТАНЦИЯ ДАЛА ЭНЕРГИЮ В СЕТЬ И ОБЕСПЕЧИЛА ДВИЖЕНИЕ ВОЗРОЖДЕННОГО ТРАМВАЯ».
16 декабря 2010 года Совет по сохранению культурного наследия Санкт-Петербурга одобрил большинством голосов снос здания ради строительства гостиницы[1].
Примечания
Литература
- Загайнов Н.А., Финкельштейн Б.С. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. — издание третье, переработанное и дополненное. — М.: Транспорт, 1978. — 336 с. — 7000 экз.
- Гуревич В. И. Устройства электропитания релейной защиты: проблемы и решения. — М.: Инфра-Инженерия, 2012. — 288 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9729-0043-5
Электропоезда и тяговые подстанции
- Главная
- Электропоезда и тяговые подстанции
Железнодорожный транспорт традиционно считается одним из ключевых средств, как передвижения, так и средства перевозки. Основной движущей силой железнодорожного состава может являться электровоз или электропоезд.
Наиболее широкое распространение для локомотивов электрического типа нашли тяговые двигатели постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный и обслуживания электротранспорта используются тяговые подстанции.
Данные подстанции получают энергию через систему внешнего электроснабжения, после чего распределяют ее между тяговыми и нетяговыми потребителями. Тяговая подстанция обеспечивает электрической энергией электропоезда, электровозы, трамваи, троллейбусы.
Для железнодорожного транспорта используются диоды лавинного типа, которые наиболее устойчивы и надежны при перегрузках. Такие диоды после снятия напряжения способны автоматически восстанавливать свои параметры. Переносят лучше большие нагрузки эти диоды за счет способности рассеивать импульс мощности на гораздо более обширный срок времени.
Вторым важным направлением использования силовых полупроводниковых приборов в электропоездах являются преобразователи собственных нужд. Данный тип приборов предназначен для питания приборов собственных нужд, цепей управления и освещения, систем микроклимата, заряда аккумуляторных батарей и тд.
Силовые полупроводниковые приборы могут иметь различную конструкцию. АО «Протон-Электротекс» производит полупроводниковые приборы для электропоездов в штыревом и таблеточном исполнении.
«Протон-Электротекс» предлагает широкие возможности кастомизации продукции с учетом индивидуальных требований заказчика к техническим требованиям, подключению и внешнему виду приборов. Просим обращаться в отдел продаж за консультацией или оставлять заявку онлайн.
Устройства применения
Вернуться назад
Энергохозяйству Горэлектротранса исполняется 87 лет | Новости
Точка отсчёта в истории современного Энергохозяйства — 1 марта 1934 года, когда была образована энергетическая служба «Лентрамвая». Все эти годы подразделение обеспечивает надёжность системы электроснабжения ГЭТ. Залог стабильной работы – профессионализм специалистов службы, современная техника, преемственность поколений и опыт, накопленный за 87-летнюю историю Энергохозяйства.
История энергетической службы неотделима от истории трамвая, вместе с которым в 1907 году в Петербурге появились контактная сеть, опоры, тяговые подстанции и специалисты, обслуживающие электрическое хозяйство. Однако официальным днём рождения Энергохозяйства считается 1 марта 1934 года, когда была образована энергетическая служба «Лентрамвая».
Во время Великой Отечественной войны многие работники Энергослужбы ушли на фронт. Оставшиеся сотрудники вместе с коллегами по Трамвайно-троллейбусному управлению поддерживали хозяйство в исправном состоянии, благодаря чему 8 марта 1942 года удалось восстановить грузовое движение, а 15 апреля – пустить пассажирский трамвай. За время блокады зафиксировано 979 разрушений контактной сети, из 20 подстанций пострадали 17, а уцелели только три. Многие работники Энергослужбы погибли в блокадном Ленинграде, в их числе крупный учёный и выдающийся инженер Абрам Хаймович Зильберталь.
Восстановительный период закончился в начале 1950-х годов, с тех пор и до наших дней усилия коллектива Энергохозяйства направлены на усовершенствование инфраструктуры и оборудования. Современное Энергохозяйство – это сложная система, обеспечивающая бесперебойное энергоснабжение трамвая и троллейбуса. В службу входят контактная и кабельная сети, тяговые подстанции, подразделение сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), энергодиспетчерский отдел.
В общей сложности круглосуточную работу Энергохозяйства обеспечивают сегодня 452 человека, а также 36 единиц спецтехники: вышки контактной сети, телескопические вышки, оперативные автомобили тяговых подстанций и кабельной сети. Эксплуатируются 86 тяговых подстанций, свыше 1900 км одиночного провода трамвая и троллейбуса, 1157 км кабельной сети, 233 электрифицированных стрелочных перевода трамвая и 455 электрических стрелок троллейбуса.
Загайнов, Николай Алексеевич — Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса [Текст] : [Учебник для техникумов по специальности «Эксплуатация, ремонт и энергоснабжение гор. электротранспорта»]
Поиск по определенным полям
Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:
author:иванов
Можно искать по нескольким полям одновременно:author:иванов title:исследование
Логически операторы
По умолчанию используется оператор AND.
Оператор AND означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:
исследование разработка
author:иванов title:разработка
оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:исследование OR разработка
author:иванов OR title:разработка
оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:исследование NOT разработка
author:иванов NOT title:разработка
Тип поиска
При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак «доллар»:
$исследование $развития
Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:исследование*
Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:«исследование и разработка«
Поиск по синонимам
Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку «#» перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.
#исследование
Группировка
Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:
author:(иванов OR петров) title:(исследование OR разработка)
Приблизительный поиск слова
Для приблизительного поиска нужно поставить тильду «~» в конце слова из фразы. Например:
бром~
При поиске будут найдены такие слова, как «бром», «ром», «пром» и т.д.Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2.4 разработка По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения — положительное вещественное число.
Поиск в интервале
Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO.
Будет произведена лексикографическая сортировка.
author:[Иванов TO Петров]
Будут возвращены результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, Иванов и Петров будут включены в результат.author:{Иванов TO Петров}
Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.
Служба энергохозяйства
Начальник службы энергохозяйства: Чугунов Виктор Константинович.
Адрес: ул. Байкальская, 250.
Тел: (3952) 504-185.
Главная задача службы энергохозяйства — это качественное и бесперебойное снабжение электроэнергией линий контактной сети. Поэтому служба энергохозяйства — один из главных механизмов в организации движения городского электротранспорта.
Служба энергохозяйства включает в себя:
- Цех тяговых подстанций и кабельной сети;
- Цех контактной сети;
- Автогараж;
- Электроизмерительную лабораторию;
- Оперативно-диспетчерское подразделение;
- Цех телеавтоматики.
Цех тяговых подстанций и кабельной сети проводит профилактические и текущие осмотры оборудования, плановые и заявочные ремонты оборудования, а также модернизацию и реконструкцию оборудования на 16 тяговых подстанциях. За последние 5 лет электромонтеры тяговых подстанций своими силами заменили масляные выключатели на вакуумные на 16-ти тяговых подстанциях — всего 76 шт.; заменили фидерные автоматы на ВАТ-43 в количестве 43 шт. и катодные автоматы на ВАБ-49 в количестве 37 шт.
На тяговой подстанции № 3 в 2015 году были заменены кремниевые выпрямители на новые марки В-ТПЕД-1000 в количестве 4 шт.
Протяженность кабельных линий составляет почти 50 км. Это кабели напряжением 0.4/6.0/10.0 кВ и «+» «-» 600 В. Специалисты цеха полностью самостоятельно выполняют все работы как по обслуживанию, так и по устранению аварийных ситуаций — установке муфт на кабелях любого напряжения.
Цех контактной сети обслуживает контактные линии протяженностью по трамваю 51.2 км, по троллейбусу — 99.5 км в однопутном измерении и более 4000 опор контактной сети. Помимо плановых ремонтов и аварийных работ, цех контактной сети проводит работы по капитальному ремонту контактной сети с заменой опор, контактного провода, несущего троса и спец.частей контактной сети. Основные работы производятся в ночное время, когда город спит. Круглые сутки на линии работают 3 звена электромонтеров контактной сети на 3-х автовышках АП-7.
В ноябре 2014 года был введен в эксплуатацию новый троллейбусный маршрут в микрорайон Университетский, протяженностью 2 км одиночного пути.
Работники цеха контактной сети своими силами проводят работы по внедрению системы автоматической регулировки натяжения контактной сети. В этом году эта работа полностью выполнена и по троллейбусу, и по трамваю.
В автогараже службы энергохозяйства числится 17 единиц автотехники. Это специальные машины для работы на контактной сети, на тяговых подстанциях, для оперативной работы и для хозяйственных нужд. Все автомашины оснащены системой спутниковой навигации.
Без электроизмерительной лаборатории — ЭТЛ — не обходится ни одно испытание ни в службе «Энергохозяйство», ни на всем предприятии.
Оперативно-диспетчерское подразделение выполняет обязанности по координации ежесменных заданий всех цехов, отделов и подразделений службы, включая и аварийные заявки, которые требуют немедленного решения. Это самое ответственное, самое важное и самое уникальное подразделение службы «Энергохозяйство». Здесь работают высококвалифицированные специалисты — начальники смен, которые для принятия решения имеют всю информацию в электронном виде по всем объектам службы, электрические мнемосхемы контактной сети г. Иркутска с отметкой контроля напряжения «НФ» на участках контактной сети по фидерам, электрические мнемосхемы тяговых подстанций с контролем и возможностью управления важными объектами подстанций по телеуправлению. Налажена сотовая телефонная и радиосвязь со всеми объектами службы.
В настоящее время в службе «Энергохозяйство» используется система телемеханики, предназначенная для диспетчерского контроля и управления тяговыми подстанциями городского электротранспорта г. Иркутска через компьютерную программу.
Эта система претерпела модернизацию путем поэтапной замены физически изношенных и морально устаревших блоков телемеханической установки ЭСТ-62 электронными блоками, на диспетчерском пункте и 16-ти тяговых подстанциях. Новые блоки были разработаны на базе современных электронных компонентов. Изготовление электронных блоков, установка антенн производились силами коллектива цеха телеавтоматики.
Модернизация системы телемеханики позволила решить следующие задачи: передача данных по радиоканалу, повышение надежности, снижение эксплуатационных затрат на обслуживание системы, появилась возможность изменения конфигурации и настройки аппаратуры и программных средств, благодаря программируемой электронике. Идейный вдохновитель и исполнитель начальник цеха Хальзов А.А., которому по версии «Профессиональные инженеры» в номинации «Коммунальное хозяйство, бытовое обслуживание» было присвоено звание Лауреата Всероссийского конкурса «Инженер года».
виды и особенности выбора, характеристики
Тяговая подстанция служит для преобразования высокого трехфазного тока с величиной напряжения от 6 киловольт в постоянный ток в 600 Вольт, например, для питания силовых линий для трамваем, метро, троллейбусов или для других потребителей. Также тяговые подстанции могут довести высокий ток до стандартного уровня в 220 Вольт, то для широкого потребителя. Мощность такой подстанции зависит от требуемых величин конечного потребителя. Она подбирается исходя из многих переменных – тяговые расчеты, трассировка линий, величина и мощность потребителя и других данных. После того, как стало известно количество клиентов, подбирается конкретная тяговая подстанция.
В данной статье будет рассмотрена как устроена такая подстанция, из чего она состоит, какие особенности работы она имеет. В качестве дополнительного материала статья содержит один скачиваемый файл с техническими характеристиками и несколько видеоматериалов по выбранному профилю.
Что такое тяговая подстанция.
Что такое контактная сеть
Контактная сеть – совокупность линейных токоведущих, изолирующих, поддерживающих и опорных элементов, предназначенных для подведения электроэнергии к токосъемникам ПС. Контактный провод изготавливается из мели и ее сплавов (медно-кадмиевые и медно-магниевые) сечением 65–100 мм2. На вспомогательных линиях и линиях в депо могут использоваться медные провода со стальным сердечником. Провод должен иметь хорошую электропроводность, износостойкость и высокую прочность для возможности надежного натяжения.
Сечение контактных проводов выбирают с учетом их стоимости по так называемой экономической плотности тока из условия оптимального соотношения между расходом цветных металлов и потерями электрической энергии в тяговой сети. Высота подвешивания контактных проводов на строящихся или реконструируемых линиях должна быть 6,0 м. Снижение высоты подвешивания допускается внутри производственных помещений, под мостами и эстакадами – до 4,2 м, в тоннелях – до 3,9 м.
При больших токовых нагрузках контактной сети или при падении напряжения в конце участка больше допустимого параллельно контактным проводам прокладывают усиливающие провода из меди, алюминия или свитого провода из стальной и алюминиевой проволоки для повышения прочности. Через определенные промежутки эти провода соединяют с контактными.
Контактная подвеска – система подвешивания контактных проводов к поддерживающим конструкциям. Контактные подвески в зависимости от способа подвешивания, крепления и поддержания натяжения бывают простые, цепные и полигонные. Расстояние между точками крепления контактного провода к опорным конструкциям называется длиной пролета контактной подвески. Для крепления контактных проводов и поддерживающих конструкций используется различная арматура с изоляцией или без нее.
Тяговая подстанция – вид сверху.
Полигонная подвеска используется при прохождении линии электротранспорта под искусственными сооружениями, на криволинейных участках, городских площадях и т.п. В этом случае вся подвеска и контактный провод располагаются в горизонтальной плоскости. Контактные провода трамвайных линий на прямых участках пути расположены зигзагообразно с выносом от осевой линии до 400 мм для равномерного износа токосъемника.
В пересечениях контактных проводов устраивают воздушные пересечения и крестовины. Они обеспечивают прохождение токосъемников ПС без контакта с пересекаемым контактным проводом по специальным направляющим. Для этого на пересечениях организуют бесконтактные участки, которые ПС проходит накатом. В качестве поддерживающих устройств в контактных сетях трамвая и троллейбуса применяются кронштейны, простые и цепные гибкие поперечины, балки и перекрытия путепроводов, тоннелей и другие инженерные сооружения. В гибких устройствах, как правило, используется стальной оцинкованный семипроволочный канат.
Для крепления поддерживающих устройств предназначены опорные конструкции: специальные опоры (железобетонные или стальные), стены кирпичных и железобетонных зданий, конструкции тоннелей, мостов и путепроводов.
Контактная сеть троллейбуса должна обеспечивать движение троллейбуса по первой и второй полосам движения, а на подходах к левым поворотам – в крайне левой полосе предусматривать возможность своевременного перестроения троллейбуса с учетом конкретной дорожной обстановки. Отрицательный (нулевой) провод контактной сети троллейбуса располагается с правой стороны по ходу движения.
Пульт управления тяговой подстанции.
Для изменения направления движения троллейбуса на контактной сети устанавливаются стрелочные переводы. Традиционно стрелочные переводы троллейбусной контактной сети управляются аналогично трамвайным, т.е. в зависимости от наличии тяги при подъезде к стрелочному переводу. Современные стрелочные переводы управляются с помощью радиосигнала из кабины водителя. В кабине установлены трансмиттер (радиопередающее устройство) и ряд кнопок управления. На опоре контактной сети рядом с автоматической стрелкой находится устройство, принимающее радиосигналы и подающее управляющий импульс на привод стрелочного перевода, а также специальный светофор, который показывает направление движения троллейбуса при текущем положении перьев стрелки.
Если водителя устраивает это направление, то он, не производя никаких действий, проходит стрелку и следует по заданному маршруту. Если же водителю нужно перевести стрелку в другое направление, он нажимает определенную кнопку на панели управления и тем самым подает радиосигнал, активирующий привод стрелки. В течение 1,5-2,0 с происходит переключение направления движения, и троллейбус следует по другому пути. После проезда машины стрелочный перевод остается уже в новом положении. У таких стрелок нет обесточенных элементов, поэтому водителю для их проезда не требуется специально снижать скорость.
Если в одном месте маршрута установлены несколько автоматических стрелок, то для управления ими используются различные кнопки. Радиопередающее устройство имеет четыре канала, для управления каждой стрелкой на сложных перекрестках определяется свой канал. Сходные стрелки работают в автоматическом режиме без участия водителя.
Виды тяговых подстанций
Тяговая подстанция в первую очередь подразделяется на две группы:
- Постоянного тока.
- Переменного тока.
Первый из названных вариантов включает оборудование, рассчитанное на 6-220 кВ. При этом питание осуществляется по ЛЭП воздушного и кабельного типа. В случае когда напряжение ниже порога 110 кВ, требуется понижение, соответственно, электроэнергия сначала проходит этап понижения значения электрических параметров при участии трансформатора.
В прочих ситуациях энергия направляется сразу в распред. устройство. Тяговая разнотипная подстанция переменного тока по большому счету сходна с оборудованием этого рода, функционирующим на постоянном токе, за единственным исключением, которое состоит в отсутствии преобразующего узла для выпрямления электрических характеристик.
Для чего нужна тяговая подстанция.
Тяговая разнотипная подстанция встречается и в других исполнениях, разделение при этом осуществляется по целевому назначению транспорта:
- Оборудование для железной дороги. Встречается в следующих вариантах:
- Опорная – может выступать в качестве источника питания для других установок;
- Тупиковая – получает электроэнергию от рядом стоящей подстанции;
- Промежуточная – питается от двух ближайших установок.
- Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса. Оборудование данного вида также существует в нескольких исполнениях:
- С необходимостью участия обслуживающего персонала;
- Полностью автоматизированные;
- ТП для трамвая и троллейбуса, которые не требуют участия в работе оборудования персонала и представляют телеуправляемую технику.
- Установки для метрополитена. Различают следующие виды подобной техники:
- Тяговая;
- Понизительная;
- Тягово-понизительная.
В первом случае представлена тяговая распределительная подстанция, питание которой осуществляется посредством городских электросетей. Второй из названных вариантов предполагает получение тока больших значений от тяговой установки, который в дальнейшем понижается до уровня 400-230 В, чего достаточно для силовых и осветительных приборов.
Трансформаторная подстанция.
Технические характеристики
Тяговые подстанции трамвая, метро и троллейбуса и железнодорожного транспорта имеют ряд параметров, по которым подбирается требуемый вариант. Кстати, если сравнивать их с таким оборудованием, как столбовые подстанции СТП, которые питаются переменным током и представлены исключительно лишь тупиковым вариантом конструкции, то ассортимент будет весьма широк, что несколько затрудняет выбор.
Для ориентации в большом количестве исполнений нужно четко представлять, какие нагрузки будут оказываться на технику данного вида, в соответствии с чем определяются параметры оборудования:
- величина сопротивления и напряжения на шинах, куда подается уже выпрямленный ток;
- тяговая подстанция метро, железной дороги и прочего электротранспорта характеризуется внутренним сопротивлением, а также сопротивлением отсасывающего фидера и сглаживающего узла, посредством данных величин можно получить значение сопротивления всей установки, суммировав их;
- тяговые подстанции метро и РЖД отличаются по количеству используемых в конструкции трансформаторов и распред. устройств;
- напряжение всей установки является расчетной величиной и определяется из формул;
- мощность короткого замыкания.
Для сравнения, определяющими параметрами для такого оборудования, как столбовые трансформаторные подстанции, являются: общая мощность, а также значения высшего и низшего напряжения.
Тяговая подстанция большой мощности.
Тяговая подстанция переменного тока
Тяговая подстанция переменного тока служит только для понижения напряжения ( трансформации) переменного тока, получаемого от энергосистем. Однофазным током такого напряжения питается контактная сеть. Тяговые подстанции переменного тока системы 2×25 кВ с первичным напряжением 110 ( 220) кВ имеют структурную схему, особенностью которой является применение специальных однофазных трансформаторов и их присоединение к тяговой сети. На тяговых подстанциях переменного тока используют конденсаторные батареи. На тяговых подстанциях переменного тока во многих случаях устанавливают оборудование, необходимость в котором определяется родом тока и его влиянием на идущие параллельно железной дороге линии связи и электрические сети низкого напряжения.
Схема тяговой подстанции переменного тока.
Для этого на тяговых подстанциях применяют специальные установки для повышения коэффициента мощности тяговой нагрузки, устройства СЦБ для питания линий током повышенной частоты и компенсирующие устройства. На тяговых подстанциях переменного тока высоковольтные кабели тягового напряжения должны выполняться небронированными и в неметаллической оболочке. Кроме того, в распределительном устройстве должны быть предусмотрены меры, исключающие нагрев металлоконструкций однофазным переменным током.
На тяговых подстанциях переменного тока 2×25 кВ устанавливают два рабочих и один резервный трансформатор. Питание тяговых нагрузок от однофазных трансформаторов, собранных по схеме открытого треугольника, вынуждает устанавливать для питания районных нетяговых потребителей дополнительно двух – или трехобмоточные трансформаторы.
На совмещенных тяговых подстанциях переменного тока ( при потребителях электроэнергии I и II категорий) устанавливаются, как правило, два тяговых и отдельно два трансформатора для питания силовой нагрузки. На тяговых подстанциях переменного тока постройки 1954 – 1961 гг. в схемах питания автоблокировки при частоте 75 Гц кроме перечисленных трансформаторов устанавливают автотрансформаторы. У автотрансформатора обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.
Питание района от тяговых подстанций переменного тока с высшим напряжением ПО кВ может осуществляться либо от трехобмоточных тяговых трансформаторов, либо от отдельных трансформаторов, устанавливаемых на тяговых подстанциях. Если для электроснабжения района требуется одно питающее напряжение, наиболее целесообразна схема питания от третьей обмотки тяговых трансформаторов. При наличии существующей районной нагрузки на двух напряжениях может оказаться более экономичным вариант питания тяговых и районных потребителей от отдельных трансформатеров.
Дополнительный материал: Как сделать 4G антенну.
Эффективность схемы раздельного питания возрастает в случаях, когда для питания тяги можно ограничиться установкой одного трансформатора, а также когда тяговая подстанция сооружается вблизи действующей районной подстанции. Мощность трансформаторов STp тяговых подстанций переменного тока зависит от величины тяговой нагрузки по плечам питания 1а и / fr и от мощности железнодорожной нетяговой S. В связи с большой мощностью тяговых подстанций переменного тока напряжения ниже ПО кВ для их питания не применяют. Поэтому при размещении такой подстанции вблизи районной рекомендуется помещать их на одной площадке.
Как работает тяговая подстанция.
Классификация в зависимости от назначения
В соответствии с условиями работы тяговая подстанция может быть отнесена к одной из следующих групп. Для железнодорожного транспорта применяются опорные, тупиковые, промежуточные разновидности. В первом случае установка может использоваться для питания прочих объектов. Тупиковые аппараты обеспечиваются электротоком от соседних подстанций, а промежуточные – от двух соседних установок.
Для т троллейбусов и трамваев применяются особые разновидности. Первая группа приборов нуждается в участии обслуживающего персонала. Вторая категория полностью автоматизирована. К третьей категории относится телеуправляемая техника. В управлении такими станциями не требуется участие персонала. Для метрополитена используют понизительные, тяговые и тягово-понизительные приборы. В первом варианте система питается от оборудования городских электросетей. Второй тип понижает напряжение до 400-220 В. Ее энергию применяют для питания осветительных и силовых приборов.
Общий вид электроподстанции.
Рекомендации по проектированию
Для правильного проектирования установки недостаточно одной толь ко мощности трансформатора. Следует учитывать целый перечень параметров, которые влияют на работу оборудования. Величина напряжения, сопротивления на шинах, в которые подаётся ток. Сама подстанция обладает определенным уровнем сопротивления, а также сопротивлением фидера, сглаживающего узла. При выборе установки необходимо учитывать общую сумму этого параметра.
В конструкции может применяться разное количество трансформаторов, распределителей. При выборе учитывают условия эксплуатации техники. При помощи общепризнанных формул необходимо рассчитывать общую величину требуемого напряжения установки. Мощность короткого замыкания также берется во внимание. В большинстве случаев учитывают общую мощность оборудования, а также показатели низшего и высшего напряжения.
Подстанция для жилого сектора.
Структура
Описание типовых схем представленных аппаратов достаточно сложное. Одна ко можно выделить общие че рты. Подключение в системе производится в соответствии с особенностями транспорта, для которого применяется агрегат. Распределитель состоит из трех блоков. В первом находится устройство, принимающее высокое напряжение, во втором отсеке – трансформатор, а в третьем – выход для электроэнергии с заданными характеристиками. Предусмотрен всего один выключатель. На вводе присутствует разъединитель.
Соединение первичных обмоток выполняется по схеме звезда. Нулевая фаза обязательно заземляется. Вторичные обмотки соединяются в виде треугольника. Одну из фаз заземляют и подводят к рельсу. В метрополитене для этого предусмотрено наличие особого контактора. Этот рельс предназначен исключительно для снятия напряжения электровозом. Другие фазы подают то к в два воздушных кабеля. Их иногда применяют для снабжения электроэнергией других потребителей, но в основном по воздушным проводам тяговые подстанции обеспечивают питание троллейбусов.
Для трамвая этот процесс предполагает задействовать один воздушный провод и один наземный рельс. В большинстве стран мира напряжение для та кой сети составляет 550 В.
Питание подстанции
Тяговая подстанция должна обеспечивать бесперебойную подачу электричества для передвижения транспорта. Поэтому многие из подобных агрегатов запитываются с разу от двух автономных сетей. При этом может применяться однолинейная схема тяговой подстанции или при помощи двух резервных линий к другому источнику питания. Также возможен вариант запитки перемычками между отдельными подстанциями.
Питание подстанции
Если применяется вариант из двух отдельных линий, каждая из них должна быть рассчитана на максимальную нагрузку агрегата. Резервные коммуникации должны выдерживать общую нагрузку соединенных станций. Раньше для запитки сетей метрополитена применяли радиальную схему. Она сложна и затратная. При ее применении требуется слишком много кабеля. От нее от казались. Сегодня применяются толь ко приведенные выше схемы. Линии и перемычки позволяют объединять аппаратуру в отдельные группы. Если внутри нее вышел из строя один прибор, его функции берут на себя другие агрегаты.
Также при выполнении мероприятий по текущему обслуживанию агрегатов проведение всех операций будет п роще, не вызывая остановки системы. В этом случае существует возможность обесточить толь ко один агрегат. Другие устройства при этом будут обеспечивать работу линии. Такой подход к текущему ремонту значительно упрощает работу персонала, делая обслуживание менее затратным.
Использование тяговых подстанций
Предназначение тяговой подстанции следующее: преобразовывать и распределять электрический ток в целях обслуживания электротранспорта. Подстанции подразделяются по виду выдаваемого в контактную сеть электрического тока – постоянного и переменного – от того, какой именно вид использует электротранспорт: электровозы наземных железных дорог, метрополитена, трамваи или троллейбусы. Тяговая подстанция может обеспечивать электротоком и других потребителей, не только железную дорогу.
Тяговая подстанция может быть стационарной или передвижной. Передвижные используются достаточно редко. Расстояние между тяговыми подстанциями с постоянным током в контактной сети, их возводят с шагом в десять-пятнадцать километров. Дистанция меняется от требуемой мощности, которая находится в зависимости от напряженности в движении составов, рельефа местности.
Тяговая подстанция запитывается от линий электропередач, проложенных по воздуху на опорах, или же через кабельной сети. Внешнее напряжение снижает трансформатор и передает его к выпрямителю, с него электрический ток подается к контактной сети. В настоящее время на электровозах и на других видах электротранспорта широко применяется рекуперация энергии. При торможении электровозы, троллейбусы, трамваи – потребители электротока, превращаются в его источник. Электродвигатели становятся генераторами и передают электрический ток контактной сети, поглощая тем самым кинетическую энергию движения, и обеспечивают торможение электротранспорта.
Контактная сеть подстанции.
Для обратного перетекания тока в электросеть служит инвертор. Они в автоматическом режиме отключает выпрямители, как только тормозящий в режиме рекуперации транспорт начинает выдавать ток. На железной дороге номинальным уровнем напряжения принято считать 3300 Вольт, в метрополитенах 825 Вольт, в контактной сети троллейбусов и трамваев 600 Вольт.
Подстанции переменного тока отличаются от аналогичных постоянного тока отсутствием выпрямителя, понижающий трансформатор подает ток непосредственно в контактную сеть.
Расстояние между тяговыми подстанциями, на которых используется переменный ток, выше, чем для станций с использованием постоянного тока – до пятидесяти километров. А напряжение, которое снимает электротранспорт – 27,5 килоВольт. Запитка от внешней сети для них составляет от 110-ти, до 220-ти килоВольт. Схема соединения первичных обмоток понижающего трансформатора таких станций – «звезда» с заземленной нулевой фазой. Вторичные обмотки соединены по схеме «треугольник».
Одна из фаз заземлена и соединена с рельсом, который и служит одним из контактных проводов для электровоза. В метрополитене – это отдельный контактный рельс, который служит исключительно для снятия с него напряжения электровозом подземки. Две другие фазы подают ток в два воздушных провода на разных путях, а также их используют для снабжения других потребителей электроэнергии.
Последних возле железных дорог достаточно много. Это и автоматика управляющая передвижением составов, сигнальные приспособления, связь, освещение платформ и станционных зданий, их обогрев и многое другое. Традиционно во многих местностях система электроснабжения железных дорог является единственной возможностью подвести напряжение к населенным пунктам. Поэтому тяговая подстанция не только используется для электротранспорта, но и снабжает электроэнергией населенные пункты, других потребителей, обеспечивая их потребности.
ЛЭП.
Тяговая подстанция, их группы осуществляют обслуживание наземного, преимущественно, городского, электротранспорта – троллейбусы и трамваи. Они преобразуют ток от внешних сетей в постоянный и передают его на контактные провода или рельсы. Для троллейбусов – это два контактных воздушных провода, для трамваев – один воздушный и рельс. Используемое напряжение в большинстве стран 550 Вольт.
Тяговая подстанция может быть дистанционно управляемой, полностью автоматизированной, или же иметь персонал обслуги. Чаще всего персонал присутствует на небольших станциях в некрупных городах. Там, где создание автоматических систем управления экономически нецелесообразно.
Или же, наоборот, на крупных тяговых подстанциях, чье значение слишком велико, чтобы иметь риск их отключения. Нередко персонал присутствует лишь на одной из тяговых подстанций, откуда осуществляется дистанционное управление другими станциями, входящими в общую систему. Наличие персонала не исключает автоматического управления. В таком случае человеку отводится роль наблюдателя-контролера, который может вмешиваться в работу подстанции в экстренных случаях, требующих принятия решения, и в аварийных ситуациях.
Как работает тяговая подстанция.
Целиком автоматизированные станции используют там, где невелика интенсивность прохождения составов, и остановка не должна повлечь далеко идущих последствий в смысле безопасности. Наиболее надежная и экономичная система управления – дистанционная. Тяговая подстанция может быть одноагрегатной и многоагрегатной. Одноагрегатные используются там, где не требуется централизованное снабжение электричеством, на ответвлениях. Они достаточно редки, поскольку не обеспечивают надежного снабжения электричеством. В случае выхода агрегата из строя обесточивается вся сеть, обслуживаемая подстанцией. Поэтому наиболее часто применяются двухагрегатные подстанции. Существуют и трехагрегатные, и четырехагрегатные.
Наличие нескольких агрегатов значительно повышает надежность в работе. При выходе одного агрегатов из строя, включается второй, что обеспечивает бесперебойность. Также наличие более, чем одного агрегата, придает работе гибкость в моменты максимальных нагрузок. Объединение нескольких подстанций в единую управляемую из одного центра группу дает возможность делать их взаимозаменяемыми, удешевляет возведение и эксплуатационные издержки.
Интересно почитать: Как паять алюминий своими руками.
Поскольку главное условие работы тяговой подстанции – бесперебойность, то все они запитываются одновременно от двух различных внешних сетей. Запитка может осуществляться по отдельным линиям, или же от одного с использованием основных и резервных линией к другой подстанции, возможен вариант соединения перемычками кабелем между подстанциями.
При использовании двух отдельных линий, и та и другая должны рассчитываться на максимальную нагрузку подстанции. Резервное соединение должно выдерживать одновременно нагрузку соединенных станций, соединение кабельной перемычкой – одной. Схема номер два наиболее часто применяется в метрополитене, так как, она достаточно надежна, экономична и удобна в управлении.
Ранее, когда только начиналось строительство метрополитена в стране, для запитки подстанций от городских сетей применяли радиальную схему линий. Однако, такая схема достаточно сложная, она предусматривает много кабелей, ячеек. Поэтому от нее вскоре отказались. Теперь запитка производится, используя линии и перемычки. Это обеспечивает объединение подстанций в отдельные группы. Если выходит из строя один из понижающих трансформаторов в группе, другие перераспределяют на себя его нагрузку.
Рекомендации по выбору
Основным критерием эффективности использования того или иного типа установки является соответствие параметров условиям эксплуатации, в частности, уровню подаваемой нагрузки. Если подбирается тяговая или столбовая трансформаторная подстанция, ее типовой проект подразумевает необходимость выполнения следующих действий:
- Выбор схемы подключения и соединения основных узлов;
- Определение наиболее подходящего варианта токоведущих аппаратов и узлов;
- По расчетным значениям электрических параметров подбираются основные узлы такого оборудования (распределительные устройства, трансформаторы, выключатели, разъединители, элементы защиты, зарядных аккумуляторов).
Аналогичные действия выполняются в случае, когда выбирается мачтовая трансформаторная подстанция типовой проект также будет в большей мере состоять из расчетной части.
Что такое тяговая подстанция и как она устроена.
Нюансы монтажа и нормативная документация
Основная особенность принципа установки техники, используемой для питания железнодорожного электротранспорта, заключается в том, что все работы выполняются при непосредственном участии электромонтажных поездов. В перечень ключевых задач входит непосредственно сам монтаж подстанции тягового типа, а вместе с тем и постов секционирования, телемеханического оборудования и контактной сети. Такое оборудование, как столбовые трансформаторные подстанции, подключаются несколько иным способом, учитывая, что все основные узлы монтируются на опоре.
СТН ЦЭ 12-00 «Нормы по производству и приемке строительных и монтажных работ во время электрификации железных дорог» определяют ряд требований, предъявляемых к монтажу подобного оборудования. Для сравнения мачтовая трансформаторная подстанция предполагает подготовку котлована для установки опоры, проверку точности установки по отвесам, монтаж основных узлов на опорной конструкции, подключение всех элементов.
Таким образом, тяговые установки отличаются многообразием исполнений, что, с одной стороны, несколько затрудняет выбор подобной техники, а с другой – позволяет подобрать наиболее подходящий вариант. А вот столбовые трансформаторные подстанции являются техникой более узкого целевого назначения и представляют собой тупиковый вариант конструкции определенного диапазона значений мощности и напряжений. При выборе любого из этих видов оборудования учитывается уровень выдерживаемой нагрузки, схема подключения, а также соответствие основных параметров условиям работы.
Монтаж тяговой подстанции.
Заключение
Рейтинг автора
Автор статьи
Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.
Написано статей
Более подробно о том , как устроена тяговая подстанция, рассказано в статье Тяговые и трансформаторные подстанции Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.
В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:
www.generatorvolt.ru
www.protransformatory.ru
www.electricalschool.info
www.ngpedia.ru
www.studme.org
ПредыдущаяТрансформаторыЧто такое трансформаторная подстанция
COET — Железнодорожная техника
Выключатели-разъединители (выключатели тормоза нагрузки)
Доступен широкий спектр выключателей тормоза нагрузки для систем 750 В постоянного тока, 1,5 кВ постоянного тока и 3 кВ постоянного тока; номинальный ток от 1000A до 6000A, в однополярном или биполярном исполнении. Доступны как ручные, так и моторизованные (с ручным аварийным управлением) версии. Разнообразие различных опций позволяет нам настраивать наши выключатели-разъединители в соответствии с различными международными требованиями.
Выключатель-разъединитель панели
COET производит линейку модульных панелей, в которых наши разъединители и / или разъединители объединены, чтобы удовлетворить самые сложные решения тяговых систем.Основными особенностями, которые делают эту линию уникальной на рынке, являются полное разделение между каждым блоком и входящими и исходящими кабелями; моторный режим; аварийное ручное управление; видимость контакта; реле наличия напряжения; реле замыкания на землю; ПЛК; и коммутатор Ethernet.
Внутренние и внешние блоки отключения
Оснащенные выключателями тормоза нагрузки, наши внутренние и внешние блоки отключения обеспечивают очень быструю реконфигурацию рельсовой системы, гарантируя бесперебойное электроснабжение.В основном они используются для городских и пригородных трамваев, метро, троллейбусов и железных дорог.
Устройство ограничения отрицательного напряжения
Для соответствия стандартам EN 50122 1 и 2 каждая тяговая подстанция должна иметь устройство ограничения отрицательного напряжения. COET разработала и теперь производит продукт, полностью соответствующий этим стандартам, который доступен в семи различных версиях для 750 В постоянного тока, 1,5 кВ постоянного тока и 3 кВ постоянного тока с включающей способностью 35 кА, 50 кА и 100 кА с постоянным выдерживаемым током 1000 А.
Системы тяговых подстанций постоянного тока
Технический отдел — это сердце нашей компании: опытная команда инженеров-механиков и электриков ежедневно работает, чтобы удовлетворить самых требовательных клиентов. Помимо полного набора стандартных продуктов, инновационные решения могут быть адаптированы к требованиям клиентов.
Подстанционное оборудование, сертифицированное по ISO
COET имеет сертификат ISO 9001 с 1992 года, что означает, что вся продукция разрабатывается и производится внутри компании в соответствии с очень высоким уровнем качества и в соответствии с самыми строгими международными стандартами.
Италия является основным рынком для COET, но благодаря итальянским подрядчикам большое количество оборудования COET эксплуатируется в течение многих лет в проектах по всему миру, обеспечивая полное удовлетворение для многих международных пользователей.
Ссылки компании
Моделирование трамвайных транспортных систем
Электрифицированные управляемые транспортные средства обычно сталкиваются с маршрутами, имеющими большое количество фаз разгона и торможения.Энергия торможения, поскольку линия питания представляет собой нереверсивные электрические питающие подстанции, может быть восстановлена в присутствии других близлежащих транспортных средств. Для улучшения рекуперации энергии торможения вдоль трассы можно разместить одну или несколько систем хранения. Анализ эффективности рассматриваемого решения требует создания имитационных моделей во временной области с помощью подходящих языков общего назначения для моделирования или специализированных языков / программного обеспечения. В этой статье были разработаны три различных инструмента для рассматриваемого существующего трамвая, и сравнивались основные исследуемые характеристики между собой.Затем был проведен анализ выходных результатов, демонстрирующий реальную экономическую эффективность ввода в эксплуатацию одного накопителя на рассматриваемой технологической колее.
1. Введение
Электрифицированные управляемые транспортные средства, такие как трамваи, обычно выезжают на маршруты с большим количеством фаз разгона и торможения. При этом только часть начальной кинетической энергии может быть частично восстановлена [1–4]. В частности, если линия питания представляет собой нереверсивные электрические питающие подстанции, энергия торможения может частично возвращаться только в присутствии других близлежащих транспортных средств, способных поглощать тяговую энергию.Чтобы улучшить возможность рекуперации энергии, вдоль пути могут быть установлены стационарные системы хранения, чтобы поглощать энергию во время торможения, когда другие поезда не могут ее получить.
Анализ экономической эффективности предлагаемого решения предполагает разработку инструментов моделирования во временной области. Очевидно, что запросы на систему хранения зависят от расписания движения трамваев, расположения подстанций и т.д. Дрейф состояния заряда для сохранения неизменной способности адсорбировать или отдавать энергию.
Для моделирования во временной области можно создавать модели с использованием языков программирования общего назначения, например FORTRAN или C, или специализированных языков или программного обеспечения, например Modelica или Matlab-Simscape, соответственно.
В качестве примера моделирования и моделирования в железнодорожных приложениях, моделирование защиты от короткого замыкания или электрических железнодорожных систем постоянного тока для моделирования паразитных токов и напряжений прикосновения уже было разработано в [5, 6].
В этой статье широко разработаны инструменты моделирования, нацеленные на правильное представление железнодорожной системы, включая электроснабжение, системы хранения и транспортные средства, движущиеся по рельсам.В частности, были разработаны три имитационные модели. Первый инструмент реализован на ФОРТРАНЕ. Это сделано давно и используется во многих приложениях [7, 8]. Несколько экспериментальных тестов, чтобы сделать его валидацию, также были выполнены в прошлом [9].
С другой стороны, Dymola [10], коммерческий инструмент, основанный на языке Modelica с открытым исходным кодом [11], представляет собой недавнее решение, имеющее множество преимуществ с точки зрения гибкости, эффективности моделирования и интерфейса человек-машина, так как также продемонстрировано в нескольких прошлых работах тех же авторов по железнодорожным системам [12, 13].
В последние годы было разработано много других коммерческих инструментов, таких как Matlab-Simscape [14]. Последний не основан на среде с открытым исходным кодом, но представляет собой относительно новый набор инструментов одного из наиболее популярных программных инструментов для академических и корпоративных целей. В самом деле, представляет определенный интерес сравнить различные инструменты, начатые в [15], также путем расширения сравнения на новые. Точнее, новейшие инструменты были сначала подтверждены результатами, достигнутыми первым, чтобы обеспечить прочность полученных результатов.Затем мощность и гибкость каждого из них были точно проверены.
Таким образом, после взаимной проверки трех рассматриваемых инструментов был проведен технико-экономический анализ действующей трамвайной линии. Таким образом, было учтено потребление энергии в реальных условиях движения и точно рассчитана экономия энергии за счет установки накопителя. Наконец, был оценен срок окупаемости инвестиций, что продемонстрировало экономическую эффективность рассматриваемого решения.
2. Инструменты моделирования
Как уже говорилось, для оценки количества восстанавливаемой энергии торможения необходимо разработать инструмент моделирования, способный правильно моделировать питающую сеть и динамику транспортных средств. Затем необходимо учитывать разные фазы движения и частоту движения поездов. Были реализованы следующие критерии моделирования.
2.1. Модель на основе языка FORTRAN
Язык FORTRAN — это сводный код для разработки электрической модели для представленной электросети.Для железнодорожного приложения постоянного тока расчетный код Train-sim, состоящий из двух вычислительных инструментов, представлен в [7, 8].
Первый позволяет рассчитать все электромеханические характеристики и производительность поездов на конкретной железнодорожной линии. Исходя из альтиметрического профиля пути и характеристик подвижного состава, можно проводить ход поезда по ступеням движения. Получены динамический и кинематический профили. Можно также установить различные сценарии движения. Инструмент также рассчитывает количество извлекаемой энергии на каждой фазе торможения.
Второй производит расчет нагрузки электрифицированной сети постоянного тока. Он строит эквивалентную электрическую сеть на каждом этапе в зависимости от расположения трамвая на маршруте. ESS, транспортные средства и параллельные точки являются электрическими узлами рассматриваемой эквивалентной сети.
Расчетный код модели, представленной ниже, позволяет рассчитывать электрические параметры сети, учитывая также энергию, рекуперированную во время фазы торможения. Это следующие модели: (i) Электрическая подстанция (ESS).На рисунке 1 показана эквивалентная схема для представления вольт-амперной характеристики типичной электрической подстанции. Когда подстанция не подключена (зона 2), узел A устанавливается с P = 0. В режиме питания или рекуперации В = В 0 состояние (выходное напряжение холостого хода зоны 1) или В, = (напряжение восстановления сети зоны 3) накладывается на узел через сопротивление R 3 или R 1 для имитации различного падения напряжения, как показано в зоне 3 и зоне 1.(ii) Трамваи в тяговом движении. Транспортные средства представлены в виде постоянной мощности нагрузки. Однако, если ток превышает максимально допустимое значение во время работы, ограничение I = (работа с постоянным током) накладывается во время итеративного вычисления нелинейных уравнений до тех пор, пока напряжение на пантографе не уменьшится. Стандарт EN 50388 [16] предписывает В = 0,8, поэтому модель воспроизводит характеристику V-P в соответствии с этим значением. (Iii) Трамвай при торможении. Восстановление энергии торможения зависит от восприимчивости системы.Если система позволяет это, тяговая линия может принимать всю мощность, генерируемую во время фазы торможения, в соответствии с решением уравнений системы. Если напряжение увеличивается до, восстанавливаемая энергия, передаваемая в контактную сеть, ниже. Затем расстояние между извлекаемой энергией и эффективно рекуперированной энергией дает представление об энергии, рассеиваемой на тормозном реостате. В этом отношении можно смоделировать смешанное реостатно-регенеративное торможение (показано штрихпунктирной линией на рисунке 2).На рисунке 2 показано, как модель работает благодаря этой технике торможения: в частности, ток, рассеиваемый на тормозном реостате, увеличивается, и, следовательно, ток, вводимый в тяговую линию, уменьшается до нуля, когда достигается напряжение. Обычно В, ’находится в диапазоне 0,9 ÷ 0,95. Тем не менее, хорошая стратегия, позволяющая избежать только что объясненного снижения напряжения, заключается в использовании сплошной линии на Рисунке 2, где В, ’=.
Наконец, простые законы, реализованные для тяги (1) и торможения (2) в соответствии с вышеуказанными пунктами (см. Рисунок 2), заключаются в следующем.
Для каждой электрической подстанции программное обеспечение рассчитало электрические параметры мощности, тока и т. Д., Включая количество извлекаемой энергии во время торможения и напряжение на линии.
Процедура определения матричных коэффициентов проводимости, составляющих тяговую линию, относится к электрическим сетям в постоянном синусоидальном режиме и, следовательно, к комплексной проводимости и сопротивлению. Программное обеспечение, работающее с сетями постоянного тока, считает все величины действительными, проводимость — как проводимость, а импеданс — как сопротивление.
Что касается методов численного решения, обычно применяется метод Ньютона-Рафсона или Гаусса-Зейделя. Некоторые варианты метода Ньютона-Рафсона, особенно подходящие для сетей малого и среднего размера, также могут быть рассмотрены для улучшения условий сходимости и уменьшения количества итераций [17].
2.2. Modelica и модель на основе Matlab-Simscape
Как уже говорилось, инструмент моделирования, реализованный в Dymola, основан на языке Modelica [11]. Это единый симулятор, выполняющий те же функции, что и два предыдущих, написанных на FORTRAN, с преимуществом точности и гибкости, как будет проанализировано позже.Как и ожидалось, язык Modelica является киберфизическим и позволяет моделировать сложные системы, то есть имеющие механическую, электрическую, тепловую подсистемы управления. Следуя предложенному подходу, ESS моделировались с помощью сосредоточенных компонентов, связанных графическим способом, как показано на рисунке 3. Как показывает это исследование, только компонент постоянного тока представляет интерес для оценки эффектов гармоник; каждая подстанция была смоделирована через ее хорошо известный эквивалент постоянного тока. Естественно, система временная. Фактически, конфигурация контактной линии меняется со временем, поскольку меняется положение поезда.Фактически, значения резисторов меняются в зависимости от положения поезда в соответствии со следующими выражениями: где R 1 — сопротивление левой боковой линии, R 2 — сопротивление правой боковой линии и δ — это отношение расстояния между положением поезда ( x ) и положением ESS2 ( P 2 ) и расстоянием между подстанциями ESS1 и ESS2 ( L 12 ).
Кроме того, действующие электрические питающие подстанции подвержены изменениям, когда поезд движется с одного участка на другой по пути.Эту трудность можно легко решить в Modelica, учитывая возможность изменения уравнений системы после того, как произойдут какие-то события [12, 13].
Наконец, моделирование поездов требует моделирования электропривода, сил сопротивления и поведения машиниста. Электропривод моделируется как система, способная создавать тяговое усилие, требуемое водителем, в пределах разрешенной силы и мощности, генерируя некоторые потери мощности, выраженные в зависимости от механической скорости и требуемой силы.Затем каждый поезд должен избегать подачи энергии в контактную сеть, когда это может привести к слишком большому линейному напряжению, и должен быть реализован контроллер мощности постоянного тока. Была использована гораздо более сложная стратегия управления, предусматривающая обратную связь по мгновенному напряжению пантографа и модуляцию тормозной мощности, передаваемой по контактной сети, чтобы избежать мгновенного достижения верхнего допустимого предела. Сопротивление движению было смоделировано с использованием формулы, включающей аэродинамическое сопротивление и сопротивление качению: где R — общая сила сопротивления, действующая против движения транспортного средства, α — угол между гусеницей и горизонтальной плоскостью, m — масса транспортного средства. , — коэффициент сопротивления качению, A и B — эмпирические положительные числа с учетом бокового и переднего аэродинамического сопротивления, а V — скорость поезда.Что касается водителя, это может быть просто пропорциональный контроллер, в котором эталонное тяговое усилие пропорционально ошибке между фактической и эталонной скоростью.
Дополнительные подробности относительно различных подмоделей и логики управления, в частности стратегии смешивания, изображенной на рисунке 2, широко описаны также в [15].
Параллельно с объектно-ориентированным интерфейсом пользователь может напрямую вводить физические или управляющие уравнения. Последние написаны точно так же, как в учебниках.Начиная с описания отдельных подсистем, инструмент на основе Modelica автоматически выполняет множество операций: сначала идентификацию набора дифференциально-алгебраических уравнений (ДАУ), представляющих исследуемую систему, а затем, после некоторых дополнительных операций, упрощающих набор уравнений [15 ], преобразование в компиляцию языка C или C ++, чтобы сделать окончательную симуляцию исполняемой. Эта задача автоматического создания исполняемого файла моделирования занимает всего несколько секунд. Таким образом, изменение системы для создания нового исполняемого файла (например, чтобы иметь больше поездов или другое количество ESS) потребует просто повторения этого автоматического процесса.После того, как исполняемый файл был создан, он может запускаться несколько раз, изменяя некоторые параметры от запуска к другому [15].
Последний симулятор реализован в Matlab-Simscape [14] и полностью разработан на основе инструмента, реализованного в Modelica: в этом отношении архитектура модели и уравнения подмоделей аналогичны уже реализованным в Modelica. Таким образом, сосредоточенные компоненты были просто перестроены с использованием библиотек Matlab-Simscape, всегда в соответствии с рисунком 3, и с учетом их части управления хорошо известными управляющими библиотеками Matlab-Simulink.
2.3. Сравнения
Эти три инструмента были протестированы путем анализа их гибкости, эффективности моделирования и взаимодействия человек-машина.
Гибкость . Этот аспект был определен с точки зрения способности моделировать новые тематические исследования. Инструмент на основе Modelica может быстро изменять существующие модели через объектно-ориентированный интерфейс, просто изменяя или соединяя новые элементы. Действительно, можно увеличить или уменьшить количество идущих поездов, количество и расположение электрических подстанций питания, возможных систем хранения, расположенных вдоль пути, вспомогательной адсорбции и т. Д.Действительно, возможность расширения модели легко гарантируется, в том числе и тем фактом, что инструмент на основе Modelica является уникальным симулятором, в отличие от тех, что реализованы в FORTRAN. Кроме того, для создания исполняемого файла моделирования требуется всего несколько секунд. Таким образом, изменение системы просто требует быстрого восполнения этого процесса. Эти характеристики могут быть получены также в Matlab-Simscape, хотя графический интерфейс менее ясен и интуитивно понятен, поскольку является частично объектно-ориентированным, из-за необходимости в дополнительных блоках управления Matlab-Simulink.С другой стороны, модель, основанная на языке FORTRAN, совершенно другая и требует полной перекомпиляции при каждом небольшом изменении [18].
Эффективность моделирования . Это было оценено по скорости и требованиям к памяти. Следует сказать, что числовой решатель FORTRAN может быть оптимизирован для рассматриваемого случая. Вместо этого Modelica и Matlab-Simscape используют стандартные числовые решатели, специально не оптимизированные для конкретного случая. Сравнение проводилось с использованием одной системы, состоящей из одной электрической питающей подстанции и двух трамваев на пути.Как уже описано в [15], при равном количестве выборок и имитации длительности времени инструмент на основе Modelica задействовал 11,5 с, требуя 6 МБ памяти. Это почти то же самое для Matlab-Simscape, который использует около 20 секунд для моделирования 1000 секунд с занятостью памяти 11 МБ. Чтобы учесть подходящее время для полного моделирования кода расчета FORTRAN, необходимо учитывать время, необходимое для перехода между двумя инструментами. В случае рассматриваемого моделирования (т.е. 1000 с) он задействовал около 9.Требуется 8 с и 20 МБ памяти.
Человеко-машинный интерфейс . Инструмент, разработанный в Modelica, позволяет вносить изменения разными способами. Во-первых, уравнения можно легко изменить с помощью текстового интерфейса. С другой стороны, структура модели и связанные с ней параметры могут быть изменены с помощью графического интерфейса [13]. Это почти то же самое, что и использование инструмента Matlab-Simscape. Что касается модели на основе FORTRAN, язык Visual-Basic используется для управления входными и выходными данными в программном обеспечении Train-sim; Поддержка реализованных удобных макросов позволяет изменять параметры в программе, хотя и намного медленнее, чем другие.
В заключение, инструменты на основе Modelica и Matlab-Simscape требуют высоких требований к памяти, но также гарантируют большую гибкость. Инструмент на основе FORTRAN, разработанный много лет назад, очень полезен, потому что он может давать результаты тестов, которые можно использовать в качестве основного эталона. С другой стороны, два других инструмента позволяют быстро создавать модели, результаты моделирования которых необходимо тщательно проверять.
3. Пример использования
3.1. Проверка
Инструменты были протестированы на примере существующего трамвая в Риме.Длина пути составляет около 5,7 км, как видно на Рисунке 4, с одной единственной подстанцией электропитания: два поезда находятся на рельсах, по одному на каждый путь. Основные параметры входной модели перечислены в таблице 1.
Соотношение между номинальной энергией и номинальной мощностью дается формулой , где — количество ячеек в серии, — номинальная энергия, — это номинальное напряжение ячейки, и — номинальное значение. вместимость. Количество ячеек и номинальная емкость были выбраны таким образом, чтобы с помощью новейших инструментов точно воспроизвести SOC (состояние заряда) аккумулятора и профиль мощности по сравнению с профилем на основе FORTRAN. Результаты показаны на Рисунке 7. Установка одной системы хранения может значительно снизить количество энергии, поставляемой электрическими питающими подстанциями (ESS). Рассмотренный упрощенный кейс с двумя поездами явно не может правильно оценить экономическую эффективность рассматриваемого решения. Таким образом, полный анализ будет описан в следующем разделе, следуя тому же подходу, который уже рассматривался авторами в [12, 13]. 3.2. Оценка энергосбереженияОценка энергосбережения была проведена с учетом экспериментальной измерительной кампании, проведенной авторами.Результаты сведены в Таблицу 3, где ежедневная энергия, поставляемая с электрической подстанции (ESS), была измерена в течение одного типичного школьного рабочего дня и одного типичного выходного дня. Исходя из этого, оценка годового спроса на электроэнергию проводилась просто путем учета количества рабочих дней и праздничных дней в году, указанного оператором технологической колеи.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
