Система тягового электроснабжения 2x25 кВ - Результаты испытаний системы на действующих участках

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2x25 кВ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ УЧАСТКАХ
Основные положения о работе системы тягового электроснабжения 2 х 25 кВ и методы ее расчета (см. главы 3—5) проверены экспериментально в условиях действующих электрифицированных участков. Испытания устройств системы электроснабжения 2 х 25 кВ проводились на специально оборудованной фидерной зоне и на магистральном двухпутном участке Вязьма — Орша Московской и Белорусской дорог. Рассмотрим экспериментальные значения параметров тяговой сети и опытные данные по индуктивному влиянию на линии связи.
Параметры тяговой сети. На опытной однопутной фидерной зоне длиной 24 км были установлены два автотрансформатора типа АОМНЖ-10000/55-76У1 на расстояниях около 12 км друг от друга. Контактная подвеска состояла из проводов ПБСМ-70 + МФ-100, питающий провод АС-120 был размещен с полевой стороны опор.
Для измерения сопротивлений контуров тяговой сети осуществлялись опыты к.з. по схемам рис. 6.1, а—д при пониженном напряжении (1000 В) на тяговой подстанции. Результаты этих опытов приведены в табл. 6.1. Параметры представляют собой сопротивления 1 км контуров соответственно «контактная сеть — рельсы» и «питающий провод — рельсы», причем первый параметр является сопротивлением обычной двухпроводной тяговой сети однопутного участка.
Параметр является сопротивлением тяговой сети 25 кВ, в которой питающий провод используется в качестве усиливающего. Значение сопротивления Ζκ_π контура «контактная сеть — питающий провод» приведено к напряжению между контактной сетью и рельсами. Измеренные значения сопротивлений  в опытах по рис. 6.1, г и д отличаются между собой на 0,001 Ом/км.
В табл. 6.1 представлены также и данные расчетов сопротивлений контуров тяговой сети при проводимости земли а3 — 120 у х 10_3 См/м.

Там же приведены опытное и расчетное значения сопротивления, тяговой сети 2 х25 кВ при к.з. у последнего АТ, отнесенные к длине опытного участка. Сопоставление значений zTC и Ζκ, показывает, что при удаленных от подстанций к.з. сопротивление тяговой сети 2x25 кВ в основном определяется параметрами контура «контактная сеть — питающий провод».
Из табл. 6.1 видно, что тяговая сеть с усиливающим проводом имеет модуль сопротивления, меньший в 1,4 раза, а при системе электроснабжения 2x25 кВ — в 2,3 раза по сравнению с параметром. Отношение активных сопротивлений обычной двухпроводной тяговой сети и системы 2x25 кВ составляет примерно 1,8.
Значения сопротивлений тяговой сети двухпутного участка, полученные в опытах к.з. при напряжении 6 кВ на подстанции, приведены в табл. 6.2. Участок оборудован контактной подвеской ПБСМ-95+МФ-100 и питающим проводом А-185.
Сопоставление значений сопротивлений тяговых сетей 25 и 2 х 25 кВ показывает следующее.

Рис. 6.1. Схемы опытов к. з. для определения сопротивлений контуров тяговой сети

Таблица 6.1

Модуль полного сопротивления одного пути двухпутного участка при системе электроснабжения 2x25 кВ (с учетом местной составляющей) в 2,2 раза меньше сопротивления одного пути при системе 25 кВ, а отношение активных составляющих этих сопротивлений равно 1,96. Взаимное сопротивление тяговых сетей путей системы 25 кВ составляет 30 % значения сопротивления одного пути, тогда как при системе 2x25 кВ взаимное сопротивление существенно меньше. Вследствие этого при параллельном соединении тяговых сетей (или при одинаковых нагрузках путей) отношения модулей и активных сопротивлений в сравниваемых системах равны соответственно 2,6 и 2,2.
Экспериментальное сравнение характеристик тяговых сетей 25 и 2 х 25 кВ проводилось также на основе сопоставления данных опытных поездок в однопутной фидерной зоне. В результате анализа осциллограмм тока и напряжения электровоза выявлено, что в поездках при системе электроснабжения 2 х 25 кВ среднее значение коэффициента мощности по основной гармонике cos φ = 0,898 на 4 % выше, чем при системе 25 кВ.
Таблица 6.2

Примечание. В числителе — данные для системы электроснабжения 25 кВ, и знаменателе — 2x25 кВ.

Полный коэффициент мощности при системе электроснабжения 2 х 25 кВ равен 0,871, что на 6,8 % выше значения, полученного в поездках при системе 2x25 кВ. Потери напряжения в тяговой сети 2 х25 кВ в 2,1—2,3 раза меньше.
Гармонический состав тока и напряжения электровоза при обеих системах отличается незначительно. При системе электроснабжения 2x25 кВ наблюдалось некоторое уменьшение гармонических составляющих тока 3-й — 7-й и увеличение 11-й—19-й гармоник, причем составляющие более высоких порядков из этого ряда усиливались при прохождении электровоза вблизи каждого АТ.
Индуктивное влияние тяговой сети на линии связи. С целью установления степени снижения электромагнитного влияния при системе электроснабжения 2 х 25 кВ на двухпутном магистральном участке Московской дороги, электрифицированном по указанной системе, был выполнен комплекс экспериментальных исследований.
Эти опыты проводились при двух нагрузочных режимах. На первом этапе нагрузка контактной сети, фиксированная во времени и пространстве, создавалась соединением контактной сети с рельсами заземляющими штангами, оснащенными зажимными контактами, при пониженном напряжении на шинах питающей тяговой подстанции. С этой целью на шины 2x25 кВ подстанции подавали напряжение 2 х7 кВ, пониженное двумя каскадновключенными трансформаторами типа ОРДНЖ-16000/110-76У1. Токи длительного искусственного к.з. в проводах тяговой сети и в АТ при этом соответствовали рабочей электровозной нагрузке и составляли несколько сотен ампер.
На втором этапе опытов нагрузка участка создавалась электровозами, осуществлявшими перевозки в эксплуатационном режиме. Для возможности сопоставления результатов в обоих опытных режимах электроснабжение участка осуществлялось как по трехпроводной системе 2x25 кВ с линейными АТ, так и по системе 25 кВ «контактная сеть — рельсы». В последнем случае все АТ обоих путей отключали от контактной сети и питающего провода.
Тяговая сеть каждого пути участка, на котором производили опыты, оборудована контактной подвеской ПБСМ1-95 и МФ-100, питающим проводом А-185 и рельсами Р65. Размещение элементов тяговой сети, взаимное расположение тяговой подстанции П1, питавшей консольный участок длиной 95,9 км (подстанция ТП2 отключена), всех АТ на каждом пути этого участка, а также сближение магистрального кабеля связи представлено на рис. 6.2, а. Как видно из этого рисунка, кабельная магистраль связи АБ, состоящая из двух кабелей типа МКПАБ 7x4χ 1,05+5 x 2 x 0,74-1 х0,7, проложенных в одной траншее, проходит со стороны пути II двухпутного участка железной дороги при эквивалентной ширине сближения 23 м относительно оси междупутья.

Рис. 6.2. Взаимное расположение электрифицированного участка и магистрального кабеля связи (а); схема измерений индуцированных напряжений в цепи связи (б)
Цепь связи АБ, выделенная для измерений (рис. 6.2, б), имеет сближение с тяговой сетью на длине 54,4 км, примыкающей к ΤΠΙ, и при системе электроснабжения 2 х 25 кВ включает в себя три автотрансформаторные зоны. Жилы опытной цепи связи А Б соединены с контуром заземления в конце линии (точка Б), а в начале линии (точка А) между соединенными жилами и заземлением подключали вольтметр V и псофометр Пс. Эффективное значение опасного индуцированного напряжения, равное продольной э. д. с., фиксировалось вольтметром, а продольная мешающая э.д.с. измерялась псофометром. Следует отметить, что с учетом коэффициента чувствительности цепи кабеля связи к помехам напряжение шума, возникающее между проводами телефонной цепи, примерно в 2000 раз меньше измеренной при опытах продольной мешающей э. д. с.
Результаты измерений тока к. з., протекающего в заземляющей штанге, и опасного напряжения в жиле кабеля связи на первом этапе опытов при установке указанной штанги между контактной сетью и рельсами в конце длины сближения цепи связи, выделенной для опытов соответственно на пути 1 или на пути 2, а также на обоих путях участка, приведены в табл. 6.3.
Таблица 6.3

* Отношение значений напряжений.

Как видно из табл. 6.3, при обычной системе электроснабжения «контактная сеть — рельсы» во время к. з. на пути 1 ток составил 202 А, а опасное индуцированное напряжение в желе кабеля — 75 В. При опыте к. з. на обоих путях ток увеличился до 269 А, а индуцированное напряжение возросло до 97,5 В.
При переходе к системе 2 х25 кВ с АТ вследствие меньшего сопротивления тяговой сети ток к.з. увеличился примерно в 2 раза, причем этот ток при к.з. на пути 1 или II был одинаков и составил 410 А, при параллельном соединении контактной сети обоих путей в конце участка общий ток нагрузки достигал 595 А при одинаковых токах путей. Несмотря на рост тока нагрузки примерно в 2 раза, напряжение, индуцированное в жилах кабеля связи, при переходе к системе с АТ существенно уменьшилось. Так, при к.з. на пути / оно составило 31 В, при к.з. на пути II — 6,8 В, а при к.з. на обоих путях одновременно — 17 В.
Обращает на себя внимание резкое различие индуцированных опасных напряжений в прочих равных условиях при к.з. на пути 1, дальнем от кабеля связи, и в случае к.з. на пути II, ближнем к этому кабелю: в последнем случае зафиксировано индуцированное напряжение, в 4,6 раза меньшее, чем в предыдущем опыте. Этот эффект объясняется значительно большей компенсацией результирующего магнитного поля в зоне расположения кабеля, обусловленного токами, протекающими по контактной сети и по питающему проводу, а также током, индуцированным в рельсовой сети, при более рациональном расположении на пути 2 питающего провода относительно контактной сети и кабеля связи.
В связи с существенным различием тока нагрузки в серии проведенных опытов установление степени уменьшения опасного влияния системы электроснабжения 2x25 кВ по сравнению с системой 25 кВ требует дополнительной обработки экспериментальных данных. Это вызвано тем, что защитное действие оболочки кабеля связи, имеющего покровы из стальной ленты, зависит от индуцированного в ней напряжения.

Рис. 6.3. Зависимость к. з. д. оболочки и напряжения в жиле кабеля связи от напряжения, индуцированного в его оболочке

В соответствии с Правилами [22] зависимость коэффициента защитного действия (к.з.д.) оболочки кабеля типа МКПАБ 7 х4х 1,05+5 >< χ2χ0,7 + 1 х0,7 от индуцированного в ней напряжения so6 (ί/ο6) может быть представлена кривой на рис. 6.3. Эта кривая позволяет получить в свою очередь зависимость (Uoб), так как Um = U .
Здесь — напряжение, индуцированное в жиле кабеля, В; Uoб — то же в оболочке кабеля, В /км.
Указанная зависимость для рассматриваемого типа кабеля позволяет привести результаты всех опытов к одинаковой нагрузке тяговой сети. В табл. 6.3 приведены индуцированные напряжения в жиле кабеля, соответствующие нагрузке 500 А во всех опытах с учетом зависимости иж-об по рис. 6.3. В качестве примера на этом рисунке показано определение значения при нагрузке = 500 А по данным из опытов: Uж — 75 В и I = 202 А (напряжения в оболочке Uоб соответствуют токам Т и причем Uоб = I/I'). Значения индуцированных напряжений в жиле кабеля, приведенные к одинаковой нагрузке, показывают, что при переходе от системы электроснабжения 25 кВ к системе 2 х 25 кВ в условиях опытов опасное влияние контактной подвески пути 1 (дальнего от кабеля связи) снижается в 4,3 раза, пути II (ближнего к кабелю) —в 15 раз, а влияние контактных подвесок обоих путей, соединенных параллельно, — в 11,5 раза. В указанных выше опытах к.з. в контактной сети при почти синусоидальной форме влияющего тока оценка снижения мешающего влияния тяговой сети на цепи связи не производилась.
Сравнительные исследования опасного и мешающего магнитного влияния на цепь связи тяговой сети двух систем 25 кВ и 2χ25 кВ при работе электровозов выполнены на том же участке (см. рис. 6.2).
При эксплуатационной нагрузке тяговой сети двухпутного участка, соответствующей суточному графику движения поездов, в течение одного и того же часа суток через каждые 30 с измеряли индуцированные напряжения при каждой системе в цепи кабеля связи, а также замеры эффективного тока плеча питания тяговой подстанции и его псофометрического значения.
Обработка измерений токов тяговой подстанции показала, что в течение контрольного часа при обеих системах электроснабжения нагрузочные условия были близки: средний ток нагрузки электровозов консольного участка составлял 300—350 А при максимальном значении 700—750 А. Соответствующие значения псофометрического тока подстанции были около 4,5 и 9 А.
Результаты статистической обработки индуцированных напряжений, полученных экспериментально в эксплуатационных условиях, представлены в табл. 6.4. Из этой таблицы следует, что степень снижения опасного влияния тяговой сети, характеризуемая отношением максимальных индуцированных напряжений при системе электроснабжения 25 кВ и при системе 2 х25 кВ, составила 11,1 раза. При переходе от системы электроснабжения 25 кВ к системе 2 х 25 кВ степень уменьшения мешающего напряжения, определяемая отношением соответствующих его средних значений, равна 6,9 раза. Сопоставление показывает, что степень снижения опасных и мешающих напряжений, индуцированных в цепи связи, при системе 2x25 кВ составляет в среднем 9 раз в условиях двухпутного участка, на котором выполнены измерения.

Несколько большая степень снижения опасного влияния на цепь связи при системе 2 х 25 кВ, полученная в опытах к.з., чем в эксплуатационных условиях, может быть объяснена тем, что при работе электровозов имеют место напряжения, индуцированные их токами в зонах, в то время как при опытах к.з. эти напряжения отсутствуют.
Таким образом, как в опытах к.з., так и при эксплуатационной работе двухпутного участка установлено, что при прочих равных условиях тяговая сеть 2 х 25 кВ оказывает во много раз меньшее опасное и мешающее влияние на цепи связи, чем тяговая сеть 25 кВ.