RU2703925C1 - Method of amplification of alternating current traction power supply system - Google Patents
Method of amplification of alternating current traction power supply system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703925C1 RU2703925C1 RU2018120218A RU2018120218A RU2703925C1 RU 2703925 C1 RU2703925 C1 RU 2703925C1 RU 2018120218 A RU2018120218 A RU 2018120218A RU 2018120218 A RU2018120218 A RU 2018120218A RU 2703925 C1 RU2703925 C1 RU 2703925C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- line
- additional
- power supply
- additional line
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
- B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
- B60M3/02—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power with means for maintaining voltage within a predetermined range
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для вновь электрифицируемых линий и усиления электрифицированных участков железных дорог переменного тока.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used for newly electrified lines and amplification of electrified sections of AC railways.
Техническое решение позволяет повысить пропускную способность электрифицированной железной дороги, а также на увеличить расстояние между тяговыми станциями, имеющим первичное энергоснабжение.The technical solution allows to increase the throughput of the electrified railway, as well as to increase the distance between the traction stations having primary power supply.
Уровень техникиState of the art
Известны способы системы тягового электроснабжения сети, при которых передают на линию дополнительную энергию при помощи дополнительных линий, прокладываемых вдоль самой линии. В простом случае это усиливающие провода, по которым энергия передается под тем же напряжением, что и по контактной сети. Увеличение сечения линий переменного тока для уменьшения падения напряжения малоэффективно, из-за преобладания индуктивной составляющей в полном сопротивлении.Known methods of the traction power supply system of the network, in which additional energy is transferred to the line using additional lines laid along the line itself. In a simple case, these are reinforcing wires through which energy is transmitted under the same voltage as through the contact network. Increasing the cross section of AC lines to reduce the voltage drop is ineffective, due to the predominance of the inductive component in the impedance.
При более сложных способах подают другое напряжение в дополнительную линию, проложенную вдоль пути. Дополнительная энергия помогает решать указанные выше задачи. Известен способ усиления системы тягового электроснабжения переменного тока состоящий в том, что питание нагрузок, осуществленное от тяговых подстанций непосредственно через контактную линию, дополнено энергией, получаемой по дополнительной линии в виде однофазной линии переменного тока, имеющей повышенное напряжение относительно напряжения в контактной линии. Дополнительная линия передает дополнительную энергию в контактную сеть через распределенные вдоль линии ж.д. преобразовательные пункты, которые понижают величину напряжения до уровня напряжения в контактной линии. Он реализован в двух вариантах исполнения, близких друг к другу по основным своим свойствам. В одном варианте известного способа используется однофазная линия 94 кВ (Мамошин P.P. и Василянский А.М «Система распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги с трехфазными симметрирующими и однофазными трансформаторами», патент РФ №2258994, 2003 г.) [1], в другом варианте известного способа используется однофазная линия 110 кВ (Бурков А.Т., Гришин Я.С., Кузнецов А.В. «Система тягового электроснабжения переменного тока», полезная модель РФ №2867, 2003 г.) [2]. Оба варианта этого способа с помощью высоковольтной дополнительной линии и подключенных к ней преобразовательных пунктов, реализуют внутреннюю систему распределенного питания. Благодаря этому уменьшают падение напряжения на контактной линии, а также увеличить расстояние между подстанциями, что является положительным.With more complex methods, a different voltage is applied to an additional line laid along the path. Additional energy helps to solve the above problems. A known method of amplifying the traction power supply system for alternating current is that the loads supplied from traction substations directly through the contact line are supplemented with energy received via an additional line in the form of a single-phase alternating current line having an increased voltage relative to the voltage in the contact line. An additional line transfers additional energy to the contact network through railways distributed along the line. converter points that lower the voltage to the voltage level in the contact line. It is implemented in two versions, close to each other in their basic properties. In one embodiment of the known method, a single-phase line of 94 kV is used (Mamoshin PP and Vasilyansky A.M. “Distributed power supply system for alternating current of a railway with three-phase balancing and single-phase transformers”, RF patent No. 2258994, 2003) [1], in another embodiment The known method uses a single-phase line of 110 kV (Burkov AT, Grishin Ya.S., Kuznetsov AV “Traction power supply system for alternating current”, utility model of the Russian Federation No. 2867, 2003) [2]. Both versions of this method, using a high-voltage auxiliary line and converter points connected to it, implement an internal distributed power system. Due to this, the voltage drop across the contact line is reduced, and also the distance between substations is increased, which is positive.
Однако это улучшение ограничено тем, что в этом способе обе линии являются линиями переменного тока с большим индуктивным сопротивлением. Кроме того, высокое напряжение проводов дополнительных линий, величиной в 63,5+27,5 кВ в [1] и 110 кВ в [2] затрудняет их обслуживание. При том, эти варианты способов требуют для подвески дополнительной линии отдельно стоящих опор.However, this improvement is limited by the fact that in this method both lines are AC lines with high inductance. In addition, the high voltage of the wires of the additional lines of 63.5 + 27.5 kV in [1] and 110 kV in [2] makes their maintenance difficult. Moreover, these variants of the methods require an additional line of free-standing supports for suspension.
Известен способ системы электроснабжения переменного тока, при которой используют тяговые подстанции постоянного тока (Кисляков В.А., Семенчук В.П. Андреев В.В., «Схема перевода электрифицированных линий постоянного тока 3 кВ на переменный ток 25 кВ» в межвузовском сборнике научных трудов, вып. 788, «Повышение эффективности и надежности устройств электроснабжения» МИИТ, 1988 г.) [3]. В этом способе на выходе тяговых подстанций постоянного тока включают преобразователи энергия из постоянного тока в переменный. Для питания самих подстанций требуется внешнее электроснабжение. Способ предназначен для перевода электрификации с постоянного тока на переменный ток. Для усиления действующей электрификации на переменном токе он является сложным.There is a method of an alternating current power supply system in which DC traction substations are used (V. Kislyakov, V. P. Semenchuk, V. Andreev, “Scheme of transfer of electrified
Известен способ системы тягового электроснабжения железной дороги переменного тока, в котором с помощью источника переменного напряжения на тяговой подстанции подают напряжение на контактную линию, дополнительную линию размещают на опорах контактной линии и на этот дополнительную линию подают напряжение от источника переменного напряжения того же значения, что и на контактную линию, но в противофазе. Это повышает напряжение, при котором дополнительную энергию передают через дополнительную линию на контактную линию. Преобразователь дополнительной линии выполнен в виде автотрансформатора и подключен так, что он понижает величину напряжение дополнительной энергии, передаваемой от дополнительной линии к контактной линии, до величины напряжения контактной линии. В этом способе провода всех линий имеют изоляцию на уровне 25 кВ переменного напряжения относительно опор. [Чернов Ю.А. «Электроснабжение железных дорог». Учеб. пособие. - М.: ФГБУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. с. 127] [4].A known method of traction power supply system for an alternating current railway, in which a voltage is applied to a contact line using an alternating voltage source at a traction substation, an additional line is placed on the supports of a contact line, and voltage from an alternating voltage source of the same value is supplied to this additional line on the contact line, but in antiphase. This increases the voltage at which additional energy is transmitted through an additional line to the contact line. The auxiliary line converter is designed as an autotransformer and connected so that it reduces the voltage value of the additional energy transmitted from the additional line to the contact line to the voltage value of the contact line. In this method, the wires of all lines are insulated at 25 kV AC voltage relative to the supports. [Chernov Yu.A. "Power supply of the railways." Textbook allowance. - M .: Federal State Budgetary Institution Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport, 2016. p. 127] [4].
Способ по своими признаками наиболее близок к предлагаемому способу и принят за прототип.The method according to its features is closest to the proposed method and is adopted as a prototype.
Недостатки прототипаThe disadvantages of the prototype
В этом способе недостаточно снижение доли энергии, передаваемой по контактной линии, поскольку обе линии, контактная и дополнительная, имеют значительное индуктивное сопротивление. Отсюда невозможно увеличить токовые нагрузки и/или увеличить расстояние между тяговыми станциями более 70-80 км. Кроме того, происходит усиление искажающего воздействия тягового однофазного тока в контактной линии и особенно в дополнительной линии, по мере приближения к месту установки источника переменного напряжения.In this method, it is not sufficient to reduce the proportion of energy transmitted along the contact line, since both lines, the contact and the additional, have a significant inductive resistance. Hence, it is impossible to increase current loads and / or increase the distance between traction stations over 70-80 km. In addition, there is an increase in the distorting effect of traction single-phase current in the contact line and especially in the additional line, as it approaches the place of installation of the AC voltage source.
Также трудно увеличить число нагрузок в режиме тяги, которые могли бы принять энергию рекуперирующей нагрузки. Недостаточно эффективно используют увеличение сечения провода дополнительной линии.It is also difficult to increase the number of loads in traction mode that could absorb the energy of the recovery load. Not enough effectively use an increase in the cross section of the wire of the additional line.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
С целью устранения недостатков прототипа в известном способе системы тягового электроснабжения переменного тока, в котором с помощью источника переменного напряжения подают напряжение на контактную линию, а также подают напряжение на дополнительную линию с помощью источника напряжения дополнительной линии, энергию от дополнительной линии на контактную линию подают через преобразователи напряжения дополнительной линии, размещают дополнительную линию, предпочтительно, на опорах контактной линии, причем напряжение на дополнительную линию подают в виде постоянного напряжения относительно рельсовой цепи, с помощью вновь введенного источника постоянного напряжения, преобразователи напряжения дополнительной линии выполняют в виде преобразователя постоянного тока в переменный ток.In order to eliminate the disadvantages of the prototype in the known method of a traction power supply system of alternating current, in which using an alternating voltage source voltage is supplied to the contact line, and also voltage is supplied to the additional line using an additional line voltage source, energy from the additional line to the contact line is supplied through voltage converters of the additional line, place the additional line, preferably on the supports of the contact line, and the voltage on the additional the line is supplied in the form of a constant voltage relative to the rail circuit, using a newly introduced constant voltage source, the voltage converters of the additional line are in the form of a DC to AC converter.
Постоянное напряжение дополнительной линии выполняют с большим значением, чем действующее значение переменного напряжения контактной линии.The constant voltage of the auxiliary line is performed with a larger value than the effective value of the alternating voltage of the contact line.
Преобразователи напряжения дополнительной линии выполняют с возможностью инверсии мощности от контактной линии к дополнительной линии.The voltage converters of the auxiliary line are capable of inverting power from the contact line to the auxiliary line.
При двухпутном выполнении железной дороги одна дополнительная линия питает контактные линии одного и другого пути или выполняют две дополнительные линии одного и другого пути, которые питают свои контактные линии с помощью одного источника постоянного напряжения.In the double-track execution of the railway, one additional line feeds the contact lines of one and the other paths or perform two additional lines of the one and the other paths, which feed their contact lines with the help of one constant voltage source.
Кроме того, при выполнении дополнительных линий отдельно для каждого пути, на дополнительную линию другого пути подают постоянного напряжение того же знака, что и на дополнительную линию одного пути или же выполняют источник постоянного напряжения биполярным и тогда подают на дополнительную линию другого пути постоянное напряжение противоположного знака, по отношению к дополнительной линии одного пути.In addition, when completing additional lines separately for each path, a constant voltage of the same sign is applied to an additional line of another path as the alternating line of one path, or a constant voltage source is bipolar, and then a constant voltage of the opposite sign is supplied to an additional line of another path , with respect to the additional line of one path.
Преобразователи напряжения дополнительной линии при двух дополнительных линиях получают входное питание от своей дополнительной линии и рельсовой цепи, или же получают входное питание от обоих дополнительных линий, при напряжении на них противоположного знака.The voltage converters of an additional line with two additional lines receive input power from their additional line and rail circuit, or they receive input power from both additional lines when the voltage on them is of the opposite sign.
Провод дополнительной линии выполняют в виде изолированного самонесущего провода, который может иметь модификацию в виде электрооптического провода.The additional line wire is made in the form of an insulated self-supporting wire, which may have a modification in the form of an electro-optical wire.
Накопитель энергии подключают либо между рельсовой цепью и контактной линией, либо между рельсовой цепью и дополнительной линией, либо между дополнительными линиями.The energy store is connected either between the rail circuit and the contact line, or between the rail circuit and the additional line, or between additional lines.
Выполнение всех источников, питающих контактные линии, отходящие в разные стороны, с одной фазировкой, позволяет выполнить контактные линии у тяговых станций без нейтральных вставок.The implementation of all sources supplying contact lines extending in different directions, with one phasing, allows contact lines for traction stations without neutral inserts.
Возможно использование экранирующего провода, предпочтительно его выполнение в начальной части системы электроснабжения, считая от места установки источников переменного и постоянного напряжений, а также его предпочтительно выполняют в виде самонесущего изолированного провода.You can use a shielding wire, preferably its implementation in the initial part of the power supply system, counting from the installation site of AC and DC voltage sources, and it is also preferably performed in the form of a self-supporting insulated wire.
Возможно выполнение дополнительной линии в ее начальной части системы электроснабжения, считая от места установки источников переменного и постоянного напряжений, с большим сечением, чем в оставшейся части дополнительной линии.It is possible to carry out an additional line in its initial part of the power supply system, counting from the installation site of AC and DC voltage sources, with a larger cross section than in the remaining part of the additional line.
Из научно-технической и патентной литературы этот способ неизвестен, поэтому заявляемый способ обладает новизной и существенными отличиями.From the scientific, technical and patent literature, this method is unknown, therefore, the inventive method has novelty and significant differences.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 приведена схема системы тягового электроснабжения однопутного участка железной дороги переменного тока при помощи тяговой сети 25+35 кВ.In FIG. 1 shows a diagram of a traction power supply system for a single-track AC railway section using a traction network of 25 + 35 kV.
1 - тяговая станция;1 - traction station;
2 - источник переменного напряжения для контактной линии;2 - source of alternating voltage for the contact line;
3 - рельсовая цепь;3 - rail chain;
4 - контактная линия одного пути;4 - contact line of one path;
5 - электроподвижной состав;5 - electric rolling stock;
6 - источник постоянного напряжения для дополнительной линии;6 - a constant voltage source for an additional line;
7 - дополнительная линия одного пути;7 - an additional line of one path;
8 - преобразователь напряжения дополнительной линии.8 - voltage converter auxiliary line.
На фиг. 2 приведена схема системы тягового электроснабжения двухпутного участка железной дороги переменного тока при помощи тяговой сети 25+35 кВ и одной дополнительной линией.In FIG. Figure 2 shows a diagram of the traction power supply system of a two-track AC railway section using a traction network of 25 + 35 kV and one additional line.
9 - контактная линия другого пути.9 - contact line of another path.
На фиг. 3 приведена схема системы тягового электроснабжения двухпутного участка железной дороги переменного тока при помощи тяговой сети 25±35 кВ, с раздельными дополнительными линиями одного и другого путей, в варианте биполярного выполнения напряжения дополнительных линий относительно рельсовой цепи, с биполярным источником постоянного напряжения и преобразователями напряжения дополнительной линии с повышенным входным напряжением. Там же показан пример подключения накопителя энергии.In FIG. Figure 3 shows a diagram of a traction power supply system for a two-track AC railway section using a traction network of 25 ± 35 kV, with separate additional lines of one and the other paths, in the variant of bipolar voltage execution of additional lines relative to the rail circuit, with a bipolar DC voltage source and additional voltage converters lines with increased input voltage. An example of connecting an energy storage device is also shown there.
10 - дополнительная линия другого пути;10 - additional line of another path;
11 - биполярный источник постоянного напряжения;11 - bipolar source of constant voltage;
12 - преобразователь напряжения дополнительной линии с повышенным входным напряжением;12 - voltage converter auxiliary line with high input voltage;
13 - накопитель энергии.13 - energy storage.
На фиг. 4 приведены кривые, характеризующие напряжения для различных систем питания.In FIG. Figure 4 shows the curves characterizing the voltage for various power systems.
14 - кривая напряжения при двухпутной системе 2×25 кВ;14 - voltage curve with a two-
15 - кривая напряжения при двухпутной системе 25+35 кВ;15 - voltage curve with a two-track system 25 + 35 kV;
16 - кривая напряжения при двухпутной системе 25+(±35) кВ.16 - voltage curve with a two-track system 25+ (± 35) kV.
Описание предпочтительных воплощенийDescription of preferred embodiments
В схеме примера выполнения тягового электроснабжения по способу на фиг. 1, для однопутного участка железной дороги, имеются тяговая станции 1, источник переменного напряжения 2 для контактной линии, для примера с величиной выходного напряжения 25 кВ, подключенный одним выходом к рельсовой цепи 3 и другим выходом к контактной линии 4. Тяговая нагрузка, в виде электроподвижного состава 5, получает питание от контактной линии 4 и рельсовой цепи 3. Также на тяговой станции 1 имеется источник постоянного напряжения 6, подключенный своим положительным выходом к дополнительной линии 7, своим отрицательным выходом подключенный к рельсовой цепи 3.In a diagram of an exemplary embodiment of traction power supply according to the method of FIG. 1, for a single-track railway section, there is a
Для работы системы тягового электроснабжения не имеют значения особенности выполнения источников переменного и постоянного напряжений. Например, выполнение источника переменного тока в виде трансформаторов или в виде трехфазного преобразователя в однофазное напряжение, с помощью силовой электроники, питаемой от первичной сети общего пользования, в случае применения тяговой подстанции. В случае использования тяговой электростанции источник переменного напряжения будет являться однофазным генератором, с трансформатором или автотрансформатором, для нормализации выходного напряжения до стандартной величины в контактной линии. Постоянное напряжение на тяговой электростанции может быть получено от вентильного генератора. Поэтому в формуле изобретения тяговая подстанция или тяговая электростанция как объекты не присутствуют, а важны лишь их существенные части, в виде источников напряжения. Тяговые электростанции известны (Беньяш Ю.Л. «Способ энергоснабжения тяговой сети», патент РФ №2651382, оп. 19.04.2018 г.) [5]. Далее в описании тяговые подстанции и тяговые электростанции объединены термином тяговые станции.For the operation of the traction power supply system, the features of the implementation of alternating and constant voltage sources do not matter. For example, the implementation of an alternating current source in the form of transformers or in the form of a three-phase converter into a single-phase voltage, using power electronics powered from a primary public network, in the case of a traction substation. In the case of using a traction power plant, the AC voltage source will be a single-phase generator, with a transformer or autotransformer, to normalize the output voltage to a standard value in the contact line. Constant voltage at a traction power plant can be obtained from a valve generator. Therefore, in the claims, traction substation or traction power plant as objects are not present, and only their essential parts are important, in the form of voltage sources. Traction power plants are known (Benyash Yu.L. “Method of power supply to the traction network”, RF patent No. 2651382, op. 19.04.2018) [5]. Further in the description, traction substations and traction power plants are combined by the term traction stations.
Внутри системы тягового электроснабжения между тяговыми станциями 1 появляется своя подсистема распределенного питания, состоящая из тяговых министанций, с основным оборудованием в виде преобразователей напряжения 8 дополнительной линии, аналогично министанциям прототипа с преобразователями в виде автотрансформаторов. Внутри минизон, образованных миинстанциями, распределение токов между контактной линией и рельсовой цепью соответствует распределению токов в обычной системе электроснабжения переменного тока. Электроподвижной состав получает питание с двух сторон по контактной линии и отдает ток по рельсовой цепи в обе стороны к министанциям.Inside the traction power supply system between
В прототипе дополнительная энергия подается через дополнительную линия 7 под переменным напряжением в 50 кВ относительно контактной линии 4. В результате сложного электромагнитного взаимодействия обоих указанных выше линий и удвоенного напряжения в дополнительной линии относительно контактной линии, по дополнительной линии передается две доли мощности, по отношению к передаваемой мощности по контактной линии, принятой за одну долю. Уменьшение мощности и тока в контактной линии 4 приводит и к уменьшению падения напряжения в ней. что дало этой системе тягового электроснабжения преимущества перед обычной системой электроснабжения.In the prototype, additional energy is supplied through an
Другое выполнение преобразователей в изобретении изменяет соотношение долей передаваемых мощностей электроподвижного состава, передаваемых по контактной и дополнительной линиям за пределами минизон. Для дополнительной линии нужно учитывать ее сопротивление постоянному току, а для контактной линии ее сопротивление переменному току. Для оценки эффекта изобретения, возьмем в качестве примера расчета, дополнительную линию с проводом А-185, часто используемого для этих линий. Ее сопротивление постоянному току, с учетом сечения провода 185 мм2 и материала провода - алюминия, равно r=0,17 Ом/км. Сопротивление контактной линии по изобретению можно принять равным сопротивлению обычной контактной линии 25 кВ. Это сопротивление, согласно данным в (Фигурнов Е.П. «Релейная защита». Учебник. В 2 ч. Ч. 2. «Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог». М.: 2009. с. 28-31) [6] можно принять в среднем около 0,4 Ом/км.Another embodiment of the converters in the invention changes the ratio of the shares of the transmitted capacities of the electric rolling stock transmitted along the contact and additional lines outside the minibands. For an additional line, its resistance to direct current must be taken into account, and for a contact line, its resistance to alternating current. To assess the effect of the invention, take, as an example of calculation, an additional line with a wire A-185, often used for these lines. Its resistance to direct current, taking into account the cross section of the wire 185 mm 2 and the material of the wire - aluminum, is r = 0.17 Ohm / km. The resistance of the contact line according to the invention can be taken equal to the resistance of a conventional contact line of 25 kV. This resistance, according to (Figurnov EP “Relay protection.” Textbook. At 2 h.
Примем первоначально постоянное напряжение в дополнительной линии 7 величиной в 25 кВ. Тогда доли по прототипу передачи энергии по контактной линии и по дополнительной линии и доли передачи энергии по изобретению будут примерно одинаковыми, а именно 1 к 2. В пользу прототипа служит передача части энергии нагрузке под напряжением 50 кВ в дополнительной линии относительно контактной линии. Повышение же напряжения в дополнительной линии по изобретения до величины 25 кВ⋅√2=35,3 кВ, до уровня амплитуды напряжения в контактной линии, повышает ее долю в (√2)2=2 раза, и соотношению долей будет уже 1 к 4. Преимущество в распределении токов способ по изобретению получает после увеличения величины напряжения в питающей линии со значения, превышающим величину действующего значения переменного тока в контактной линии.We initially accept a constant voltage in an
Преобразование тока в дополнительной линии из переменного в постоянный ток, исключает появление неблагоприятных изменений формы потребляемого тока нагрузкой в дополнительной линии и накопления этих изменений с ростом числа нагрузок. Увеличение сечения провода дополнительной линии даст эффект уменьшения ее сопротивления больший, чем в способе по прототипу, что сделает эффективным использование усиливающего провода для дополнительной линии, особенно в ее начале.Converting the current in the additional line from alternating to direct current eliminates the appearance of adverse changes in the shape of the current consumed by the load in the additional line and the accumulation of these changes with an increase in the number of loads. Increasing the cross section of the wire of the additional line will give the effect of reducing its resistance more than in the method of the prototype, which will make it efficient to use the reinforcing wire for the additional line, especially at its beginning.
При напряжении в 35 кВ постоянного тока изоляция дополнительной линии будет соответствовать изоляции дополнительной линии по прототипу, поскольку напряжение в дополнительной линии по прототипу, находясь в противофазе относительно контактной линии, относительно самой опоры имеет только 25 кВ переменного тока.At a voltage of 35 kV DC, the insulation of the additional line will correspond to the insulation of the additional line according to the prototype, since the voltage in the additional line according to the prototype, being in antiphase relative to the contact line, has only 25 kV AC relative to the support.
Снижение доли тока в контактной линии снижает величину падения напряжения в ней, это и позволяет увеличить токовые нагрузки и/или увеличить расстояние между тяговыми станциями.Reducing the proportion of current in the contact line reduces the magnitude of the voltage drop in it, this allows you to increase current loads and / or to increase the distance between the traction stations.
Введение экранирующего провода даст заметный эффект в начале линий тягового электроснабжения, считая от места установки источников напряжения, то есть от тяговых станций, поскольку там в обоих линиях будут наибольшие токи.The introduction of a shielding wire will give a noticeable effect at the beginning of the traction power supply lines, counting from the place of installation of voltage sources, that is, from traction stations, since there will be the highest currents in both lines.
Дополнительно, преобразование тока из переменного в постоянный исключает неблагоприятные воздействия различных искажений формы переменного тока нагрузки, улучшая электромагнитную совместимость.Additionally, the conversion of current from AC to DC eliminates the adverse effects of various distortions in the shape of the AC load, improving electromagnetic compatibility.
Дополнительные линии предпочтительно, как и в прототипе, размещать на опорах контактной линии, для упрощения конструктивного выполнения. Предпочтительность размещения дополнительной линии на опорах контактной сети упрощает конструктивное выполнение этой линии. Размещение дополнительных линий на отдельно стоящих опорах допустимо, так как это не влияет на наличие основного эффекта изобретения - уменьшение тока в контактной линии и связанного с ним падения напряжения в контактной линии.Additional lines are preferably, as in the prototype, placed on the supports of the contact line, to simplify the design. The preference for placing an additional line on the supports of the contact network simplifies the design of this line. The placement of additional lines on separate supports is permissible, since this does not affect the presence of the main effect of the invention — a decrease in the current in the contact line and the associated voltage drop in the contact line.
Преобразователь напряжения 8 может быть выполнен в виде автономного инвертора, с синхронизацией выходного напряжения с напряжением в тяговой сети. Вывод преобразователя напряжения дополнительной линии 8, подключенный к рельсовой цепи 4 играет роль входа для постоянного напряжения и выхода для переменного напряжения.The
Схема системы тягового электроснабжения по фиг. 2 выполнена для двухпутной ж.д. Она отличается от схемы по фиг. 1 появлением контактной линии другого пути 9. Преобразователи напряжения дополнительной линии 8 подают напряжение на одну и другую контактные линии, получая свое питание от одной дополнительной линии.The diagram of the traction power supply system of FIG. 2 is made for a double-track railway. It differs from the circuit of FIG. 1 by the appearance of the contact line of the
На фиг. 3 представлен другой вариант выполнения системы тягового электроснабжения для двухпутной ж.д. В нем преобразователи напряжения дополнительных линий 8 получают входное напряжение от одной 7 и другой 10 дополнительных линий, соответственно своим путям, одному и другому пути. Это приводит к принципиальной возможности резервирования дополнительных линий и уменьшению токовой нагрузки, по отношению к варианту выполнения системы тягового электроснабжения по фиг. 2.In FIG. 3 shows another embodiment of a traction power supply system for a double-track railway. In it, voltage converters of
Кроме того, на фиг. 3 представлен вариант системы тягового электроснабжения для двухпутного участка ж.д., при котором на дополнительную линию другого пути 10 подают напряжение противоположного знака, чем на дополнительную линию 7 одного пути и выполнении источника постоянного тока 11 на тяговой станции 1 с биполярными выходами. Причем преобразователь напряжения 12 дополнительной линии подключают своими входами постоянного напряжения между обоими дополнительными линиями 7 и 10, на сумму их напряжений. В приведенном примере выполнения, соответственно со схемой на фиг. 1, входное напряжение на преобразователе дополнительной линии будет 35 кВ + 35 кВ = 70 кВ постоянного напряжения. Этим преобразователь дополнительной линии 11 отличается от преобразователя дополнительной линии 8. Такое подключение существенно повышает энергетические возможности передачи дополнительной энергии нагрузкам 6 через преобразователи дополнительной линии 11, снижая эквивалентное сопротивления тяговой сети, зависящее от квадрата соотношения напряжений. Уровень изоляции дополнительных линий 7 и 10 относительно опор остаются на уровне постоянного напряжения 35 кВ.In addition, in FIG. Figure 3 shows a variant of the traction power supply system for a double-track railway section, in which the opposite line voltage is applied to an
Систему тягового электроснабжения по этому варианту выполнения можно охарактеризовать обозначением 25±35 кВ.The traction power supply system according to this embodiment can be characterized by the designation 25 ± 35 kV.
При двухпутной системе электроснабжения использование биполярного напряжения на дополнительных линиях относительно рельсовой цепи приводит к тому, что токи в рельсовой цепи будут направлены встречно друг другу и компенсируют друг друга. Полная компенсация наступает при питании преобразователей напряжения дополнительной линии одинаковыми по абсолютной величине биполярных напряжений в дополнительных линиях. В этом случае блуждающие токи от постоянной составляющей в рельсовой цепи будут сведены на нет. Учитывая этот эффект и описанное выше двойное увеличение напряжения питания преобразователей напряжения, биполярные дополнительные линии будут предпочтительны.With a two-way power supply system, the use of bipolar voltage on additional lines relative to the rail circuit leads to the fact that the currents in the rail circuit will be directed opposite each other and cancel each other out. Full compensation occurs when the voltage converters of the auxiliary line are supplied with the same absolute value of bipolar voltage in the auxiliary lines. In this case, stray currents from the DC component in the rail circuit will be nullified. Given this effect and the double increase in voltage of the voltage converters described above, bipolar extension lines will be preferred.
Выполнение дополнительного провода в виде самонесущего изолированного провода (Ларин Ю.Т., Пронин Г.И., Фомичев В.Ю. «Комбинированный электрооптический самонесущий изолированный провод». ПМ №80278) [8] облегчает выполнение его подвесных изоляторов и препятствует появлению короткого замыкания, например, при падении деревьев на них. Изолированность провода дополнительной линии улучшает и условия обслуживания этой и контактной линий. Выполнение этого провода комбинированным с электрооптической жилой позволяет ввести информационные каналы для работы телемеханики и релейной защиты линейного пункта питания, основным элементом которого является преобразователь напряжения дополнительной линии.The implementation of an additional wire in the form of a self-supporting insulated wire (Larin Yu.T., Pronin GI, Fomichev V.Yu. “Combined electro-optical self-supporting insulated wire.” PM No. 80278) [8] facilitates the execution of its suspended insulators and prevents the appearance of a short faults, for example, when trees fall on them. Insulation of the additional line wire improves the service conditions of this and contact lines. The implementation of this wire combined with an electro-optical core allows you to enter information channels for telemechanics and relay protection of a linear power point, the main element of which is an additional line voltage converter.
На фиг. 3 показано также возможное подключение накопителей энергии 12 на напряжение контактных линий. Накопители энергии 12 позволяют снять пиковые токи с контактной и дополнительных линий при близких пусков нагрузок 6. Это улучшает режим напряжения на контактной линии при пусках нагрузок 6. Накопители энергии кратковременно, на время пусков, уменьшают сопротивление системы тягового электроснабжения.In FIG. 3 also shows the possible connection of
Выполнение всех источников переменного напряжения на тяговых станциях и установленных на линии преобразователей напряжения дополнительной линии с одинаковой фазировкой их выходного переменного напряжения позволит выполнить контактную сеть без нейтральных вставок, как и в аналогах [1], [2].The implementation of all AC voltage sources at traction stations and additional line voltage converters installed on the line with the same phasing of their AC output voltage will allow the contact network to be made without neutral inserts, as in the analogs of [1], [2].
Уменьшение эквивалентного сопротивления тяговой сети и возможность инверсии тока преобразователем дополнительной линии позволяет передать энергию рекуперирующей нагрузки другим, отдаленным нагрузкам в режиме тяги, что увеличивает число потребителей.Reducing the equivalent resistance of the traction network and the possibility of inverting the current by the converter of the additional line allows you to transfer the energy of the recovery load to other, remote loads in traction mode, which increases the number of consumers.
Передача большей части энергии поездам через дополнительную линию постоянного тока уменьшает величину переменного тока в контактной линии, что, в свою очередь, уменьшает переменную составляющую магнитного поля. Это способствует снижению индуктивного влияния железной дороги переменного тока на смежные линии связи и линии электропередач. Для дополнительного уменьшения электромагнитного влияния переменного тока контактной линии может быть использован экранирующий провод в начале участка, где будет наибольший ток в контактной линии.The transfer of most of the energy to trains through an additional direct current line reduces the magnitude of the alternating current in the contact line, which, in turn, reduces the alternating component of the magnetic field. This helps to reduce the inductive effect of the AC railway on adjacent communication lines and power lines. To further reduce the electromagnetic effect of the alternating current of the contact line, a shielding wire can be used at the beginning of the section where there will be the greatest current in the contact line.
Для уменьшения падения напряжения в дополнительной линии, эффективно ее выполнение с большим сечением, особенно в начальной части, считая от источника постоянного напряжения до первого преобразователя напряжения дополнительной линии. Возможно и многоступенчатое увеличение сечения дополнительной линии, приближаясь к источнику постоянного напряжения. В прототипе подобное увеличение сечения практически не уменьшает падение напряжения в дополнительной линии, так как в прототипе индуктивное сопротивление этой линии преобладает над активным сопротивлением.To reduce the voltage drop in the auxiliary line, its implementation with a large cross section is effective, especially in the initial part, counting from the DC voltage source to the first voltage converter of the auxiliary line. A multistage increase in the cross-section of the additional line is also possible, approaching a source of constant voltage. In the prototype, such an increase in the cross section practically does not reduce the voltage drop in the additional line, since in the prototype the inductive resistance of this line prevails over the active resistance.
Накопители энергии выполняют известную функцию - снятие кратковременной пиковой нагрузки, например при пуске подвижного состава, позволяющей улучшить режим напряжения в контактной линии.Energy storage devices perform a well-known function - removing short-term peak loads, for example, when rolling stock starts, which improves the voltage mode in the contact line.
При поэтапном системы тягового электроснабжения облегчается последующий переход с переменного напряжения в контактной линии на повышенное постоянное напряжение, так как источники постоянного напряжения уже имеются на тяговых станциях и менять изоляцию обоих линий не нужно.With a phased traction power supply system, the subsequent transition from an alternating voltage in the contact line to an increased direct voltage is facilitated, since constant voltage sources are already available at traction stations and it is not necessary to change the insulation of both lines.
На фигуре 3 приведены примеры напряжений в контактной линии и позволяющие дать качественную оценку. Уровень напряжения по прототипу показан кривой 14, кривой 15 - при уровне напряжения в дополнительной линии в 35 кВ и кривая 16 - при биполярном напряжении в дополнительных линиях ±35 кВ и подключение к нему преобразователей напряжения дополнительной линии. Самый высокий уровень напряжения в последнем случае.The figure 3 shows examples of voltages in the contact line and allowing to give a qualitative assessment. The voltage level according to the prototype is shown by
Список использованных источников:List of sources used:
1. Бурков А.Т., Гришин Я.С., Кузнецов А.В. «Система тягового электроснабжения переменного тока», описание полезной модели к патенту РФ №2867, заявл. 08.02.2002 г., оп. 10.04.2003 г;1. Burkov A.T., Grishin Ya.S., Kuznetsov A.V. "AC traction power supply system", a description of a utility model for RF patent No. 2867, decl. 02/08/2002, op. 04/10/2003 g;
2. Мамошин P.P., Василянский A.M. «Система распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги с трехфазными симметрирующими и однофазными трансформаторами», патент РФ №2258994, заявл. 20.12.2001 г.2. Mamoshin P.P., Vasilyansky A.M. "The system of distributed AC power supply of a railway with three-phase balancing and single-phase transformers", RF patent No. 2258994, declared December 20, 2001
3. Кисляков В.А., Семенчук В.П. Андреев В.В., «Схема перевода электрифицированных линий постоянного тока 3 кВ на переменный ток 25 кВ» в межвузовском сборнике научных трудов, вып. 788, «Повышение эффективности и надежности устройств электроснабжения» МИИТ, 1988 г.3. Kislyakov V.A., Semenchuk V.P. Andreev VV, “Scheme for the transfer of electrified
4. Чернов Ю.А. «Электроснабжение железных дорог». Учеб. Пособие. - М.: ФГБУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2016. с. 127;4. Chernov Yu.A. "Power supply of the railways." Textbook Allowance. - M .: Federal State Budgetary Institution Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport, 2016. p. 127;
5. Беньяш Ю.Л. «Способ энергоснабжения тяговой сети», патент РФ №2651382, оп. 19.04.2018 г.5. Benyash Yu.L. "The method of power supply to the traction network", RF patent No. 2651382, op. 04/19/2018
6. Фигурнов Е.П. «Релейная защита». Учебник. В 2 ч. Ч. 2. «Релейная защита устройств тягового электроснабжения железных дорог». М.: 2009. с. 28-31.6. Figurnov EP "Relay protection". Textbook. In 2 hours,
7. Ларин Ю.Т., Пронин Г.И., Фомичев В.Ю. «Комбинированный электрооптический самонесущий изолированный провод». ПМ №80278, оп. 2009 г.7. Larin Yu.T., Pronin G.I., Fomichev V.Yu. "Combined electro-optical self-supporting insulated wire." PM No. 80278, op. 2009 year
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120218A RU2703925C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of amplification of alternating current traction power supply system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018120218A RU2703925C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of amplification of alternating current traction power supply system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2703925C1 true RU2703925C1 (en) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018120218A RU2703925C1 (en) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | Method of amplification of alternating current traction power supply system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2703925C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726498C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-07-14 | Юрий Леонидович Беньяш | Method of traction power supply system strengthening |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62227828A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-06 | Fuji Electric Co Ltd | Direct current electric-car feeding method |
WO2000020246A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-13 | Balfour Beatty Plc | Traction power supply systems |
RU28657U1 (en) * | 2002-02-08 | 2003-04-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | AC traction power system |
RU34905U1 (en) * | 2003-09-09 | 2003-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения | DC Rail Power Supply System |
RU2258994C2 (en) * | 2001-12-20 | 2005-08-20 | Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Railway ac power distribution system using three-phase balancing and single-phase transformers |
-
2018
- 2018-05-31 RU RU2018120218A patent/RU2703925C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62227828A (en) * | 1986-03-31 | 1987-10-06 | Fuji Electric Co Ltd | Direct current electric-car feeding method |
WO2000020246A1 (en) * | 1998-10-06 | 2000-04-13 | Balfour Beatty Plc | Traction power supply systems |
RU2258994C2 (en) * | 2001-12-20 | 2005-08-20 | Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) | Railway ac power distribution system using three-phase balancing and single-phase transformers |
RU28657U1 (en) * | 2002-02-08 | 2003-04-10 | Петербургский государственный университет путей сообщения | AC traction power system |
RU34905U1 (en) * | 2003-09-09 | 2003-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Петербургский государственный университет путей сообщения | DC Rail Power Supply System |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726498C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-07-14 | Юрий Леонидович Беньяш | Method of traction power supply system strengthening |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10850637B2 (en) | Electrified railway power grid system without negative sequence in whole process and without power supply networks at intervals | |
US20140160811A1 (en) | Railway power conditioner for co-phase traction supply system | |
CN107962982B (en) | Three-phase traction power supply system and vehicle-mounted power supply system | |
CN111361462B (en) | Split-phase-free traction power supply device for electrified railway substation | |
RU2703925C1 (en) | Method of amplification of alternating current traction power supply system | |
CN109347099B (en) | In-phase power supply system of electrified railway | |
CN108599161B (en) | Through traction power supply system | |
RU2658675C1 (en) | Method and three-wire dc power supply system (options) | |
CN106992534A (en) | A kind of Modularized parallel redundant railway power line cleaner | |
RU2492074C1 (en) | Electric power supply system of electrified ac railways | |
CN108202644B (en) | AC traction substation in-phase power supply system | |
CN109435783B (en) | Negative sequence management system for AT power supply mode of electrified railway traction power supply system | |
Hosseini et al. | Power quality improvement of DC electrified railway distribution systems using hybrid filters | |
RU2687335C1 (en) | Method for amplification of power supply system of double-track section of traction ac network | |
CN113852070B (en) | Traction and power hybrid power supply system for alternating current electric rail transit engineering | |
CN213676388U (en) | Train three-phase power supply structure and system | |
RU28657U1 (en) | AC traction power system | |
SU691996A1 (en) | Arrangement for power supply of regional and traction networks | |
Griffin | Methods of improving the voltage regulation on 25 kV electric railways | |
He et al. | Research on the Effect of Traction Return Current on Locomotive Signal Equipment | |
SU366995A1 (en) | aoESOg ^^ liloi adk. G. MarquardtPyT? YTiS-TEHSH1 ^ 'E1 (A ^ | LIBRARY' ^ \ i | |
RU2714196C1 (en) | Device for limitation of equalizing current in alternating current contact network | |
RU46979U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRIC SUPPLY OF NON-TRAFFIC CONSUMERS OF ELECTRIFIED RAILWAYS | |
SU1643226A1 (en) | Alternating current railway power transmission line | |
RU42484U1 (en) | DEVICE FOR ELECTRIC SUPPLY OF NON-TRAFFIC CONSUMERS ON ELECTRIFIED SECTIONS OF RAILWAYS OF AC |