УДК
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ПРИ ПРОХОДЕ
ЧЕРЕЗ НЕЙТРАЛЬНУЮ ВСТАВКУ
Авторы:
Тельцова
Мария Дмитриевна, студент 5 курса
Нейтральная
вставка – это участок контактной подвески
между двумя воздушными промежутками (изолирующими сопряжениями), на
котором отсутствует напряжение. Нейтральная вставка выполняется так, что при
прохождении токоприемника электроподвижного состава (далее ЭПС), обеспечивается
электрическая изоляция сопрягаемых участков.
Нейтральная
вставка используется на участках, которые электрифицированы на переменном токе,
поскольку отдельные участки контактной сети питаются от разных фаз.
Чтобы
избежать замыкания между фазами, устанавливают нейтральные вставки такой длины,
чтобы помещался ЭПС со всеми поднятыми токоприемниками.
Но при эксплуатации участков переменного
тока существует проблема проследования ЭПС нейтральных вставок контактной сети.
Она особенно проявляется на затяжных подъемах, где невозможно смонтировать
нейтральную вставку требуемой длиной соответствующей правилам технической
эксплуатации (далее ПТЭ). Из-за этого электропоезда вынуждены проходить их с
опущенными токоприемниками. Увеличивать длину вставки нельзя, т.к. грузовые
поезда не преодолевают их в режиме выбега на подъеме.
Так
же основному технико-энергетическому показателю системы тягового
электроснабжения при пропуске поездов относят суммарный расход электрической
энергии (ЭЭ), который складывается из следующих показателей:
где
Атп – расход ЭЭ по
счетчикам тяговых подстанций, кВт∙ч; Аэпс
– расход ЭЭ по счетчикам электроподвижного состава, кВт∙ч; ΔАтс – потери ЭЭ в тяговой
сети, кВт∙ч; ΔАпт
– потери ЭЭ в головном понизительном трансформаторе, кВт∙ч; ΔАпр.т – потери ЭЭ в
преобразовательном трансформаторе, кВт∙ч. [2]
Для
решения такой проблемы предлагается применить следующие способы:
-
применение секционных изоляторов в
нейтральном вставке
-
применение устройства непрерывного
токосъема (далее УНТ) или управляемая нейтральная вставка
При
проследования нейтральной вставки электроподвижным составом с применением
секционных изоляторов одиночные ЭПС проходят это расстояние с отключением нагрузки
без опускания токоприемника.[1]
Устройство
непрерывного токосъема (УНТ), или управляемая нейтральную вставка (рис. 1 и 2)
разработанное ООО «НИИИЭФА – ЭНЕРГО». Позволяет проследовать нейтральные
вставки без отключения тяговой нагрузки любого ЭПС.
Рисунок 1 – Управляемая
нейтральная вставка
УНТ
обеспечивает подачу или снятие напряжения в нейтральные элементы контактной
сети последовательно, по мере приближения и проследования их ЭПС. Устройство
автоматически за 0,2с переключает нейтральный элемент на напряжение фазы, под
которым находится контактная сеть до или после нейтральной вставки [1] .
По
результатам анализа опытной эксплуатации УНТ выявлено, что оно работало
достаточно надежно и обеспечивало переключение секций нейтральной вставки в
заданном режиме. Время переключения выключателей можно регулировать от
минимально возможного 0,06 с до оптимально – необходимой величины [1] .
Что
касается проблем при проследовании нейтральной вставки, то произошли несколько
отказов из-за неправильных действий машинистов. Они нарушали местную инструкцию
порядка проследования нейтральной вставки, оборудованной УНТ-27,5 [1].
Рисунок
2 – Функциональная схема подключения УНТ:
1
и 2 – секции контактной сети; 3.1 и 3.2 – две части нейтральной вставки; 4 –
тяговая подстанция; 5,6,7 – секционные изоляторы; 8 – модуль УНТ; 9 – шина
подключения первой части нейтральной вставки; 10 и 11 – высоковольтные
вакуумные выключатели серии 3АН; 12,13 – датчики контроля переменного тока
ИТ-1; 14 – шкаф питания и управления; 15 – разъединитель с моторным приводов;
А,В,С – фазы напряжения питания 27,5 кВ.
Причинами
возникновения отказов стали результатом реакции тяговых машин электровозов при
кратковременном (0,2 с) исчезновении напряжения в контактной сети, во время
разборки схемы электровоза и отключения ГВ из-за несовершенства системы
автоматического управления локомотивом. [5]
При
потере напряжения на время 0,2 с для переключения УНТ секций исчезало
напряжение синхронизации системы управления выпрямительно–инверторными
преобразователями (далее ВИП) у электровозов, оборудованных системой плавного
регулирования напряжения на тяговых двигателях.[1]
При
снятии синхронизации исчезали штатные импульсы управления ВИП, а при повторной
подаче напряжения возникали переходные процессы, при которых отмечались броски
импульсов тока и срабатывание защиты. Это происходило на электровозах типа:
ВЛ80Р, ВЛ80ТК, ЭП1 и других локомотивах, оборудованных микропроцессорной
системой управления электровозом (далее МСУЭ) [4].
Случаи
отсутствия напряжения в элементах нейтральной вставки стали причиной либо
полного отключения нагрузки из-за ошибок машинистов, либо ложного срабатывания
датчиков тока. А также было в работе оборудования УНТ. отказ телемеханики
произошел по причине неисправности тумблера моторного привода УМП-2 и пробоя
диода в цепи управления разъединителями С-1-2 из-за недостаточного уровня
сигнала на устройстве.
После
всестороннего анализа опытной эксплуатации УНТ было разработано устройство,
дополняющее аппаратуру управления локомотивом. Были выполнены опытные поездки с
электровозом ВЛ80СК, оснащенным МСУЭ устройством, позволяющим изменять
параметры настройки в диапазоне 0,5 – 1,0 с. Испытания дали положительный
результат. При настройке аппаратуры УНТ с временем переключения 0,4 с ЭПС могут
проследовать нейтральную вставку, оборудованную УНТ без отключения тяговой
нагрузки.
Основным критерием оптимальности является
минимизация затрат на поддержание максимального срока службы объектов, при
создании которых заключается контракт жизненного цикла. Для сокращения
количества отказов необходимо внедрять усовершенствованные узлы и детали
контактной сети, но не все производители заинтересованы в этом, так как
продление срока службы конструкции приводит к ее редкой покупке [3].
Реализовать
алгоритм системы МСУЭ для локомотивов со ступенчатой регулировкой мощности в
условиях депо невозможно. Необходимы доработки аппаратной, программной части
блоков управления ВИП электровозов, оборудованных системами МСУЭ.
Применение
защит ЦЗА-Ф27,5, установленных сейчас на подстанциях и постах секционирования,
позволяет произвести автоматическое повторное включение фидера контактной сети
в пределах 0,4 – 0,5 с. Режим работы электроподвижного состава не изменится с
параметрами настройки после модернизации МСУЭ, БУВИП, МСУД в пределах 0,5 – 1,0
с при кратковременном исчезновении напряжения (до 0,5 с) в контактной сети.
Схема электровоза разбираться не будет.
Необходимость
доработки программной части блоков управления электровозов является насущным условием
не только для обеспечения проследования нейтральных вставок, но и для улучшения
взаимодействия ЭПС с системой тягового электроснабжения в целом.
Можно
отметить, что эффективность работы устройства УНТ в системе тягового
электроснабжения переменного тока, очевидна. Оно позволяет повысить
безопасность движения поездов, снизить вероятность ошибки локомотивной бригады,
уменьшить время следования по участку с нейтральной вставкой, повышает экономию
электроэнергии.
Список используемых источников
1.
Цыбанов В.А. «Как пройти нейтральную
вставку, не отключая ток» / Локомотив – 2010 - №2 – 42-43.
2.
Баева И.А. «Учет потерь электрической мощности в трансформаторах тяговых подстанций
постоянного тока» / Инновационный транспорт. – 2016. - № 3 (21). – 60-64
3.
Галкин А.Г., Ковалев А.А., Микава А.В.,
Окунев А.В. «Разработка метода расчета жизненного цикла контактной подвески» //
Транспорт Урала. – Екатеринбург, 2013. – № 3 (28). – С. 99-103
4.
Якунин В.И. Стратегические направления
научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до
5.
Аржанников Б. А. Концепция усиления
системы тягового электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ : монография / Б. А.
Аржанников, И. О. Набойченко. – Екатеринбург : УрГУПС, 2015. – 258 с. – ISBN
978-5-94614-337-0.