СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 25 КВ
ALTERNATING CURRENT SUPPLY SYSTEM PER 25 KV FOR ELECTRIFIED RAILROADS

Заявляемое изобретение относится к области электрифицированных железных дорог и может быть использовано для питания как тяговой, так и нетяговой нагрузки.
Характерной особенностью работы трехфазных трехобмоточных тяговых трансформаторов является резко неравномерная тяговая нагрузка, в результате чего трансформаторы во время эксплуатации испытывают неоднократные толчки тока. Кроме того, в тяговой сети, особенно на больших станциях, на которых расположены электровозные депо, наблюдается большое количество коротких замыканий, осложняющих эксплуатацию трансформаторов.
Общеизвестно, что отказ тяговых трансформаторов существенно возрастает после 8-12 лет эксплуатации и в 19% случаев обусловлен повреждением их обмоток [Бардушко В.Д. Контроль остаточного ресурса тяговых трансформаторов [Текст] / В.Д. Бардушко, В.П. Закарюкин, А.В. Крюков // Вестник Иркутского Государственного Технического Университета. - 2010. - №3. - С.104-110].
Проблема тяговых трансформаторов, работающих в системе тягового электроснабжения железной дороги переменного тока 25 кВ, заключается в сниженной надежности работы вследствие термического повреждения изоляции обмоток тяговых трансформаторов.
Известна система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ [Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог [Текст]: учеб. для вузов ж.д. трансп. / К.Г. Марквардт - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.].
Система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ содержит линии электропередач, тяговые подстанции, конденсаторные установки продольной и поперечной емкостной компенсации, тяговую сеть, посты секционирования, тяговые нагрузки, линии связи, а также диспетчерский пункт.
Тяговые подстанции содержат трехфазные трехобмоточные трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой и датчиками контроля температуры трансформаторного масла и распределительные устройства.
Тяговая сеть содержит контактную сеть, разделенную на секции нейтральными вставками и изолирующими сопряжениями, а также рельсовую сеть.
Диспетчерский пункт содержит поездного и энергодиспетчеров.
Каждый пост секционирования выполнен в виде двух секций шин с фидерными выключателями, которые разделены шинным выключателем.
Тяговые трехфазные трехобмоточные трансформаторы подстанций электрически объединены между собой посредством линии электропередач и тяговой сети.
Обмотки высшего напряжения каждого тягового трансформатора подключены к линии электропередач, а тяговые обмотки - к распределительному устройству напряжением 27,5 кВ, которое соединено с секциями контактной сети и рельсовой сети через конденсаторные устройства продольной емкостной компенсации. Секции контактной сети объединены между собой посредством постов секционирования через их фидерные и шинные выключатели.
Каждая конденсаторная установка поперечной емкостной компенсации одним выводом подключена к незаземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ, а другим выводом - к заземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ.
Тяговые нагрузки подключены одним выводом к контактной сети, а другим - к рельсовой сети.
Поездной и энергодиспетчера связаны между собой при помощи линий связи. Причем энергодиспетчер соединен через линии связи с тяговыми подстанциями, с каждым фидерным и шинными выключателями постов секционирования, а также с конденсаторными установками продольной и поперечной емкостной компенсации.
Каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла соединен посредством линии связи с системой сигнализации и управления устройств тяговой подстанции.
Система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ работает следующим образом.
По линиям электропередач, обмоткам тяговых трансформаторов, распределительным устройствам тяговых подстанций и тяговой сети протекают токи тяговых нагрузок. Причем от каждого распределительного устройства 27,5 кВ через конденсаторные установки продольной емкостной компенсации и секции контактной сети протекают токи к тяговым нагрузкам, возвращаясь к распределительным устройствам 27,5 кВ через рельсовою сеть и конденсаторные установки продольной емкостной компенсации. При этом каждый участок тяговой сети получает питание от соответствующей ему тяговой подстанции, по крайней мере, через один тяговый трансформатор подстанции, а, при необходимости, и через несколько трансформаторов.
Поездной диспетчер поддерживает заданный график движения поездов на участке железной дороги и при необходимости отсылает запрос по линиям связи энергодиспетчеру на изменения технических параметров работы системы. Для этого энергодиспетчер управляет фидерными и шинными выключателями постов секционирования, конденсаторными установками продольной и поперечной емкостной компенсации, устройствами регулирования напряжения под нагрузкой, тяговыми трансформаторами, изменяя параметры работы системы, и тем самым обеспечивает напряжения тяговой сети в рациональных приделах и бесперебойное электроснабжение тяговых нагрузок. Также по запросу уже энергодиспетчера, поездной диспетчер корректирует график движения поездов на участке железной дороги.
Одновременно с этим, каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла подает сигнал на систему сигнализации и управления, которая, при необходимости, управляет коммутационным оборудованием тяговых подстанций.
Известная система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ обеспечивает двустороннее питание тяговых нагрузок и распределяет потребляемую ими электроэнергию между смежными тяговыми подстанциями, что снижает потери электроэнергии в тяговой сети по сравнению с одностороннем питанием. Благодаря возможности управления выключателями поста секционирования, обеспечивается переход к различным смехам питания тяговых нагрузок. Например, возможен переход к схеме двустороннего питания - узловой, одностороннего - петлевой, консольной и встречно консольной. Такая гибкость в выборе схем питания позволяет исключить уравнительные токи в тяговой сети и, соответственно, потери электрической энергии, вызываемые ими. Включения конденсаторных установок продольной и поперечной емкостной компенсации уменьшает реактивное сопротивление тяговой сети и снижает величину перетоков реактивной мощности, от источников питания до тяговых нагрузок, благодаря чему повышается коэффициент мощности на тяговых подстанциях.
Недостатком известной системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ является то, что данная система ограничивает выполнение заданных графиков движения поездов при условии несоответствия минимальным значениям расхода электрической энергии и поддержания рационального уровня напряжения в тяговой сети.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ [Патент №2427484, МПК B60M 3/02, Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока / Н.П. Григорьев, А.А. Крикун; ДВГУПС (РФ) - 2009119621/11; Заявлено 17.05.2010; Опубликовано 27.08.2011, Бюл. №24. - 10 с.].
Система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ содержит линии электропередач, тяговые подстанции, конденсаторные установки продольной и поперечной емкостной компенсации, тяговую сеть, посты секционирования, тяговые нагрузки, линии связи, а также диспетчерский пункт.
Тяговые подстанции содержат трехфазные трехобмоточные трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой и датчиками контроля температуры трансформаторного масла и распределительные устройства.
Тяговая сеть содержит контактную сеть, разделенную на секции нейтральными вставками и изолирующими сопряжениями, а также рельсовую сеть.
Диспетчерский пункт содержит поездного и энергодиспетчеров, блок анализа и блок выбора схем питания тяговых нагрузок.
Каждый пост секционирования выполнен в виде двух секций шин с фидерными выключателями, которые разделены шинным выключателем.
Тяговые трехфазные трехобмоточные трансформаторы подстанций электрически объединены между собой посредством линии электропередач и тяговой сети.
Обмотки высшего напряжения каждого тягового трансформатора подключены к линии электропередач, а тяговые обмотки - к распределительному устройству напряжением 27,5 кВ, которое соединено с секциями контактной сети и рельсовой сети через конденсаторные устройства продольной емкостной компенсации. Секции контактной сети объединены между собой посредством постов секционирования через их фидерные и шинные выключатели.
Каждая конденсаторная установка поперечной емкостной компенсации одним выводом подключена к незаземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ, а другим выводом - к заземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ.
Тяговые нагрузки подключены одним выводом к контактной сети, а другим - к рельсовой сети.
Поездной и энергодиспетчера связаны между собой и соединены с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок при помощи линий связи. При этом энергодиспетчер также связан и с блоком выбора схем питания тяговых нагрузок. Блоки выбора и анализа схем питания тяговых нагрузок объединены между собой посредством линий связи.
Энергодиспетчер соединен через линии связи с тяговыми подстанциями, с каждым фидерным и шинным выключателем постов секционирования, а также с конденсаторными установками продольной и поперечной емкостной компенсации.
Каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла соединен посредством линии связи с системой сигнализации и управления устройств тяговой подстанции.
Система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ работает следующим образом.
По линиям электропередач, распределительным устройствам тяговых подстанций, обмоткам тяговых трансформаторов и тяговой сети протекают токи тяговых нагрузок. Причем от каждого распределительного устройства 27,5 кВ через конденсаторные установки продольной емкостной компенсации и секции контактной сети протекают токи к тяговым нагрузкам, возвращаясь к распределительным устройствам 27,5 кВ через рельсовою сеть и конденсаторные установки продольной емкостной компенсации. При этом каждый участок тяговой сети получает питание от соответствующей ему тяговой подстанции, по крайней мере, при помощи одного тягового трансформатора, а при необходимости и через несколько тяговых трансформаторов.
Поездной диспетчер управляет движением поездов на участке железной дороги и по линии связи взаимодействует с энергодиспетчером, который обеспечивает электроснабжение тяговых нагрузок. При этом от поездного и энергодиспетчеров на блок анализа схем питания тяговых нагрузок по линиям связи поступает информация, которая анализируется по технико-экономическим показателям работы системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ. Далее полученные в результате анализа данные, по выбору возможных схем питания тяговых нагрузок, из блока анализа схем передаются на блок выбора схем, в котором выбирается рациональная сема питания тяговых нагрузок. Только после вышеописанного процесса, необходимые сведения о рациональной схеме питания на расчетный период времени передаются к энергодиспетчеру, который реализует рациональную схему питания тяговых нагрузок.
Одновременно с этим, каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла подает сигнал на систему сигнализации и управления, которая, при необходимости, управляет коммутационным оборудованием тяговых подстанций.
Таким образом, достоинством данной системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ является выполнение заданных графиков движения поездов при условии минимального расхода энергии и рациональных уровней напряжения в тяговой сети, повышение качества электрической энергии в линиях электропередач питающих систему электрифицированных железных дорог за счет выбранной схемы питания тяговых нагрузок, которая является рациональной для рассматриваемого периода времени.
Недостатком такой системы является то, что при резком увеличении нагрузки и коротком замыкании температура обмоток тягового трансформатора может превысить предельно допустимые значения. Контроль температуры масла не гарантирует защиту от превышения предельно допустимых температур обмоток трансформаторов, при которых изоляция обмоток трансформатора может быть повреждена, что приведет к аварийному отключению тяговой подстанции и нарушению графика движения поездов.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в разработке системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ, позволяющей повысить ее надежность за счет выбора рациональных схем питания тяговых нагрузок с учетом допустимой температуры обмоток тяговых трансформаторов.
Для решения поставленной задачи система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ, содержащая линии электропередач, тяговые подстанции, включающие трехфазные трехобмоточные тяговые трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой и датчиками контроля температуры трансформаторного масла, распределительные устройства, тяговую сеть, образованную рельсовой сетью и контактной сетью с нейтральными вставками и изолирующими сопряжениями, посты секционирования с шинными выключателями и фидерные выключатели контактной сети, конденсаторные установки продольной и поперечной емкостной компенсации, тяговую нагрузку, диспетчерский пункт с поездным и энергодиспетчерами, блоком анализа схем питания тяговых нагрузок и блоком выбора схем питания тяговых нагрузок, при этом тяговые трансформаторы электрически объединены между собой посредством линии электропередач и тяговой сети, тяговые трансформаторы подключены к линиям электропередач через распределительные устройства тяговых подстанций, тяговая сеть соединена с распределительным устройством напряжением 27,5 кВ тяговых подстанций, контактная сеть разделена на секции при помощи нейтральных вставок и изолирующих сопряжений, секции контактной сети соединены между собой посредством фидерных и шинных выключателей постов секционирования, а также подключены к распределительным устройствам 27,5 кВ тяговых подстанций через конденсаторные установки продольной емкостной компенсации, конденсаторные установки поперечной емкостной компенсации подключены к шинам распределительных устройств 27,5 кВ тяговых подстанций, рельсовая сеть подключена к распределительному устройству 27,5 кВ через конденсаторные установки продольной емкостной компенсации, поездной и энергодиспетчера связаны друг с другом при помощи линии связи, энергодиспетчер связан посредством линий связи с тяговыми подстанциями, выключателями поста секционирования и конденсаторными установками продольной и поперечной емкостной компенсации, блок анализа схем питания тяговых нагрузок соединен через линии связи с поездным и энергодиспетчерами, блок выбора схем связан с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок и посредством линий связи - с энергодиспетчером, тяговые нагрузки подключены одним выводом к контактной сети, а другим - к рельсовой сети, дополнительно снабжена датчиками контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчиками контроля температур воздуха окружающей среды, датчиками контроля атмосферного давления, датчиками контроля влажности воздуха окружающей среды, которые расположены на территориях тяговых подстанций, блоком сбора статистических данных, блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, расположенными на диспетчерском путнике, при этом датчики контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчики контроля температуры воздуха окружающей среды, датчики контроля атмосферного давления, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды связаны посредством линий связи с блоком сбора статистических данных, который связан с блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, а блок учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов - с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что оно дополнительно снабжено датчиками контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчиками контроля температур воздуха окружающей среды, датчиками контроля атмосферного давления, датчиками контроля влажности воздуха окружающей среды, которые расположены на территориях тяговых подстанций, блоком сбора статистических данных, блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, расположенными на диспетчерском путнике, при этом датчики контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, датчики контроля температуры воздуха окружающей среды, датчики контроля атмосферного давления, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды связаны посредством линий связи с блоком сбора статистических данных, который связан с блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов, а блок учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов - с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок.
Наличие в заявляемом изобретении существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря существенным отличительным признакам заявляемая система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ позволяет повысить ее надежность за счет выбора рациональных схем питания тяговых нагрузок с учетом допустимой температуры обмоток тяговых трансформаторов. Это обусловлено тем, что по линиям связи от датчиков контроля наиболее нагретых точек обмоток тягового трансформатора, датчиков контроля температур воздуха окружающей среды, датчиков контроля атмосферного давления, датчиков контроля влажности воздуха окружающей среды, поступает информация на блок сбора статистических данных, а оттуда данные о температуре наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов поступают на блок ее учета. Далее эти данные поступают на блок анализа схем питания тяговых нагрузок. Одновременно с этим необходимая информация для анализа схем питания тяговых нагрузок подается по линиям связи от поездного и энергодиспетчеров на блок анализа схем питания тяговых нагрузок. После чего, блок анализа схем питания тяговых нагрузок для заданного расчетного периода времени на основании полученной информации анализирует по технико-экономическим показателям возможные варианты схем питания тяговых нагрузок. Данные по возможным схемам питания тяговых нагрузок из блока анализа поступают в блок выбора схем питания, в котором выбирается рациональная схема питания тяговых нагрузок. Затем необходимые сведения о рациональной схеме питания на расчетный период времени передаются к энергодиспетчеру, который реализует рациональную схему питания тяговых нагрузок.
Неожиданным результатом является то, что заявляемая система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ помимо выполнения заданных графиков движения поездов при условиях минимального расхода электрической энергии, рациональных уровней напряжения в тяговой сети и допустимых температурных режимов работы тяговых трансформаторов позволяет определять термический износ изоляции обмоток тягового трансформатора, а также определять эмпирические зависимости от размеров движения, профиля пути, веса поездов, температуры окружающей среды и других факторов, которые влияют на термический износ изоляции обмоток каждого тягового трансформатора. Это обусловлено тем, что благодаря контролю температуры наиболее нагретых точек тяговых трансформаторов, по известным формулам, можно определить термический износ их изоляции и, кроме того, по результатам полученных данных можно прогнозировать термический износ изоляции обмоток каждого тягового трансформатора, а также принимать соответствующие меры для увеличения ресурса тяговых трансформаторов, что дает существенный экономический эффект.
Такая причинно-следственная связь не известна из уровня техники. Следовательно, она является новой, и заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
На фигуре 1 представлена система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ и на фигуре 2 - блок-схема алгоритма выбора рациональных схем питания тяговых нагрузок.
Заявляемая система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ (фиг.1) содержит линии электропередач 1, тяговые подстанции 2, конденсаторные установки продольной 3 и поперечной 4 емкостной компенсации, тяговую сеть 5, посты секционирования 6, тяговые нагрузки 7, линии связи 8, а также диспетчерский пункт 9.
Тяговые подстанции 2 содержат трехфазные трехобмоточные трансформаторы 10 с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, датчиками контроля температуры трансформаторного масла 11 и датчиками контроля наиболее нагретых точек обмоток трансформатора 12, датчики контроля температур воздуха окружающей среды 13, датчики контроля атмосферного давления 14, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды 15, а также распределительные устройства 16.
Тяговая сеть 5 содержит контактную сеть 17, разделенную на секции нейтральными вставками 18 и изолирующими сопряжениями 19, а также рельсовую сеть 20.
Диспетчерский пункт 9 содержит блок анализа схем питания 21 и блок выбора схем питания 22 тяговых нагрузок, блок сбора статистических данных 23 и блок учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов 24, а также поездного 25 и энерго- 26 диспетчеров.
Каждый пост секционирования 6 выполнен в виде двух секций шин с фидерными выключателями 27, связанных посредством шинного выключателя 28.
Тяговые трехфазные трехобмоточные трансформаторы 10 подстанций 2 электрически объединены между собой посредством линии электропередач 1 и тяговой сети 5.
Датчики контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов 12, датчики контроля температуры воздуха окружающей среды 13, датчики контроля атмосферного давления 14, датчики контроля влажности воздуха окружающей среды 15 связаны посредством линий связи 8 с блоком сбора статистических данных 23, который связан с блоком учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов 24, а блок учета температуры наиболее нагретых точек обмоток тяговых трансформаторов 24 - с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок 21.
Обмотки высшего напряжения каждого тягового трансформатора 10 подключены к линии электропередач 1, а тяговые обмотки - к распределительному устройству напряжением 27,5 кВ 16, которое соединено с секциями контактной сети 17 и рельсовой сети 20 через конденсаторные устройства продольной емкостной компенсации 3. Секции контактной сети 17 объединены между собой посредством постов секционирования 6 через их фидерные 27 и шинные 28 выключатели.
Каждая конденсаторная установка поперечной емкостной компенсации 4 одним выводом подключена к незаземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ 16, а другим выводом - к заземленной фазе распределительного устройства 27,5 кВ 16.
Тяговые нагрузки 7 подключены одним выводом к контактной сети 17, а другим - к рельсовой сети 20.
Поездной 25 и энерго- 26 диспетчера связаны между собой и соединены с блоком анализа схем питания тяговых нагрузок 21 при помощи линий связи 8. При этом энергодиспетчер 26 также связан и с блоком выбора схем питания тяговых нагрузок 22. Блоки выбора 22 и анализа 21 схем питания тяговых нагрузок объединены между собой посредством линий связи 8.
Энергодиспетчер 26 соединен через линии связи 8 с тяговыми подстанциями 2, с каждым фидерным 27 и шинным 28 выключателем постов секционирования 6, а также с конденсаторными установками продольной 3 и поперечной 4 емкостной компенсации.
Каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла 11 соединен посредством линии связи 8 с системой сигнализации и управления устройств тяговой подстанции 2.
Заявляемая система электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ работает следующим образом.
По линии электропередач 1, обмоткам тягового трансформатора 10, распределительным устройствам 16 тяговых подстанций 2 и тяговой сети 5 протекают токи тяговых нагрузок 7. Причем от каждого распределительного устройства 27,5 кВ 16 через конденсаторные установки продольной емкостной компенсации 3 и секции контактной сети 17 протекают токи к тяговым нагрузкам 7, возвращаясь к распределительным устройствам 27,5 кВ 16 через рельсовою сеть 20 и конденсаторные установки продольной емкостной компенсации 3. При этом каждый участок тяговой сети 5 получает питание от соответствующей ему тяговой подстанции 2, по крайней мере, при помощи одного тягового трансформатора 10, а при необходимости и через несколько трансформаторов 10.
Поездной диспетчер 25 управляет движением поездов на участке железной дороги и по линии связи 8 взаимодействует с энергодиспетчером 26, который обеспечивает электроснабжение тяговых нагрузок 7. В это же время с датчиков контроля температуры наиболее нагретых точек обмоток тягового трансформатора 12, датчиков контроля температуры воздуха окружающей среды 13, датчиков контроля атмосферного давления 14, датчиков влажности воздуха 15 поступает информация в блок сбора статистических данных 23. Далее с блока сбора статистических данных 23 загружает данные о температуре наиболее нагретых точек обмоток тягового трансформатора 10 блок учета температур наиболее нагретых точек обмоток 24. Затем блок учета температур 24 передает информацию о температуре наиболее нагретых точек обмоток тягового трансформатора 10 на блок анализа схем питания тяговых нагрузок 21. Одновременно с этим от поездного 25 и энерго- 26 диспетчеров на блок анализа схем питания тяговых нагрузок 21 поступает по линиям связи 8 информация, которая анализируется по технико-экономическим показателям работы системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ. Поле чего полученные при анализе данные по выбору возможных схем питания тяговых нагрузок из блока анализа схем 21 передаются на блок выбора схем 22, в котором выбирается рациональная сема питания тяговых нагрузок 7. И только после вышеописанной операции необходимые сведения о рациональной схеме питания на расчетный период времени передаются к энергодиспетчеру 26, который и реализует рациональную схему питания тяговых нагрузок 7.
Одновременно с этим, каждый датчик контроля температуры трансформаторного масла 11 и подает сигнал на систему сигнализации и управления, которая при необходимости управляет коммутационным оборудованием тяговых подстанций 2.
Выбор рациональных схем питания тяговых нагрузок 7 на расчетный период времени производится в блоках анализа 21 и выбора 22 схем питания тяговых нагрузок по следующему алгоритму, представленному на фиг.2.
н.н.т
н.н.т
max
н.н.т
н.н.т
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>min</mi><mo>.</mo><mi>p</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>max</mi><mo>.</mo><mi>p</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>min</mi><mo>.</mo><mi>p</mi></mrow></msub><mo>></mo><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>max</mi><mo>.</mo><mi>p</mi></mrow></msub><mo><</mo><msub><mover accent="true"><mi>U</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow>
Исходные данные, необходимые для анализа схем питания тяговых нагрузок, вводятся в блок ввода данных 1. Вводимые в блок 1 данные представляют собой технические параметры работы элементов системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ. Параметры тяговых подстанций, включая контроль температуры и влажности воздуха окружающей среды и атмосферного давления, тяговых трансформаторов, включая температуры наиболее нагретых точек их обмоток T, тяговой сети, системы внешнего электроснабжения, железнодорожного пути, рациональных уровней напряжения
и
график движения поездов участка железной дороги, типы электровозов, профиля пути, а также масса ЭПС. Затем в блоке действий 2 на основании исходных данных блока ввода данных 1 определяется расчетный период времени, для которого будут анализироваться схемы питания тяговых нагрузок. Далее в блоке действий 3 производится выбор расчетной схемы питания тяговых нагрузок. В выбранной схеме питания блоком действий 4 выполняется расчет минимального уровня напряжения в тяговой сети
и максимального уровня напряжения в тяговой сети
. Блоком условия
5 и блоком условия
6 расчетные напряжения в тяговой сети проверяются на соответствие их предельно допустимым минимальным и максимальным значениям. В блоке условия T<T 7 температура наиболее нагретых точек обмоток трансформатора T проверяется на соответствие их предельно допустимым значениям. В случае невыполнения условий блоков 5 или 6, или 7 осуществляется переход к блоку действий 3, где выбирается другая схема питания тяговых нагрузок. После чего цикл работы блоков 4-7 повторяется и если расчетные напряжения и температура наиболее нагретых точек обмоток трансформатора Т удовлетворяют условия этих блоков, то в блоке действий 8 производится расчет потребления электрической энергии, приходящей на тягу электровозов за расчетный период времени. В логическом блоке 9 выполняется проверка того, все ли варианты схем питания тяговых нагрузок были рассмотрены, и если проанализированы не все возможные схемы питания тяговых нагрузок для выбранного расчетного периода времени, производится переход к блоку действий 3. После этого цикл работы блоков 3-8 повторяется. При анализе всех возможных схем питания тяговых нагрузок, блоком действий 10 выбирается рациональная схема питания, которая обеспечивает минимальное потребление электрической энергии, приходящуюся на тягу поездов и допустимые температуры работы обмоток тяговых трансформаторов. Блоком вывода данных 11 выводится информация о выбранной схеме питания тяговых нагрузок на расчетный период времени.
Таким образом, применение заявляемой системы электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ по сравнению с системой-прототипом позволяет повысить ее надежность за счет выбора рациональных схем питания тяговых нагрузок с учетом контроля температуры обмоток тяговых трансформаторов. Кроме того, заявляемая система решает актуальную проблему получения статистических данных, позволяющих определять эмпирические зависимости влияния факторов окружающей среды и выбранной схемы питания тяговых нагрузок на ресурс работы тяговых трансформаторов.