Обзор решений по усовершенствованию систем тягового электроснабжения железных дорог | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 марта, печатный экземпляр отправим 10 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (347) январь 2021 г.

Дата публикации: 30.01.2021

Статья просмотрена: 12 раз

Библиографическое описание:

Карсанов, А. А. Обзор решений по усовершенствованию систем тягового электроснабжения железных дорог / А. А. Карсанов, И. П. Афанасьев, Ю. Л. Беньяш. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 5 (347). — С. 30-33. — URL: https://moluch.ru/archive/347/78236/ (дата обращения: 25.02.2021).



В статье рассматриваются примечательные решения по улучшению технико-экономических показателей электрических железных дорог.

Ключевые слова: транспорт, железная дорога, улучшение показателей, усовершенствование систем электроснабжения.

В наши дни огромная часть грузов доставляется посредством железнодорожного транспорта, который нельзя представить без электрифицированных железных дорог, являющихся крайне эффективным и выгодным средством доставки фактически любых товаров, оборудования, техники, полезных ископаемых. Несмотря на наличие кризисных явлений в экономике, совершенствование тягового электроснабжения необходимо. По этой причине представляют интерес ранее известные идеи по улучшению их показателей для создания новых проектов для улучшения технико-экономических показателей. С этой целью произведен краткий обзор некоторых решений, связанных одновременно, тем или иным образом, с электроснабжением как постоянного, так и переменного тока.

Рассмотрение проектов начнём с патента № 366995 «Тяговая сеть трёхфазно-постоянного тока» К. Г. Марквардта (1973 год). Его целью является увеличение пропускной способности железных дорог постоянного тока. Это достигается подачей электроэнергии тяги поездов одновременно по тяговой сети постоянного тока и по продольной линии переменного тока. Здесь продольная трёхфазная линия 10,5 кВ играет роль дополнительного провода, усиливая тем самым тяговую сеть. Нужно отметить, что прототипом для него послужило решение по патенту № 118106 от 1958 г., касающееся обычных линий электропередач, в котором совмещалось одновременное протекание как переменного тока, так и постоянного тока.

Как показано на рис.1, линия 1 трёхфазно-постоянного тока, объединяющая функции усиливающего провода и продольной трёхфазной линии электропередач питается от шин 2 тяговой подстанции 10,5 кВ. От этих же шин 2 запитаны тяговые трансформаторы 3 и выпрямители 4, которые через контактную подвеску 5 и рельсовую цепь питают электровоз 7. Кроме того, локомотив получает питание от шин 2 через пункт подпитки 9.

При усилении действующих железных дорог данная тяговая сеть позволяет отказаться от питания промежуточной подстанции от ЛЭП 110 (220) кВ, а при электрификации новых — увеличить расстояние между подстанциями.

Схема питания электрической железной дороги, включающая линию трёхфазно-постоянного тока и пункт подпитки

Рис.1. Схема питания электрической железной дороги, включающая линию трёхфазно-постоянного тока и пункт подпитки

В 60–70 годах прошлого века бурно развивалась новая система тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ, применение которой позволило передавать электроподвижному составу энергию с меньшими потерями и существенно увеличить расстояние между тяговыми подстанциями. В связи с этим возникла необходимость перевода существующих электрифицированных постоянным током участков ж. д. на переменный ток.

Рассмотрим идею, предложенную в статье В. А. Кислякова, В. П. Семенчука и В. В. Андреева «Схема перевода электрифицированных линий постоянного тока 3 кВ на переменный ток 25 кВ» (1986 г.). Суть состоит в подключении к шинам постоянного тока 3 кВ инвертора, а далее — повышающего трансформатора 25 кВ. Как видно на рис.2, элементы системы постоянного тока остаются, а преобразование происходит за счет применения дополнительных устройств, подключающихся к шинам 3.3 кВ, что позволяло совершить быстрый переход к новой системе питания, не перестраивая полностью существующие тяговые подстанции постоянного тока.

Схема перевода подстанции постоянного тока на переменный

Рис.3. Схема перевода подстанции постоянного тока на переменный

Также обратим внимание на патент № 2 351 487 «Способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ и устройство для его осуществления» В. Н. Пупынина и А. С. Телюкова (2009 г.), в котором более подробно описан перевод на переменный ток.

Устройство на рис. 3 работает следующим образом: от шин 3,3 кВ идёт дополнительный вывод на инвертор (преобразователь постоянного напряжения в переменное) и повышающие трансформаторы.

Можно сделать вывод, что данный способ перевода достаточно быстр и прост в реализации относительно дополнения действующей подстанции. Сохраняется вся инфраструктура действующей тяговой подстанций постоянного тока 3,3 кВ и дополняется системой переменного тока.

Схема тяговой подстанции с дополнительной структурой переменного тока

Рис.3. Схема тяговой подстанции с дополнительной структурой переменного тока

В дальнейшем система переменного тока по разным стала исчерпывать свои возможности поддерживать возрастающие размеры движения. Постепенно возник вопрос о замене системы переменного тока постоянным током, но более высокого напряжения, чем 3 кВ. Поэтому рассмотрим следующее предложение — патент № 125937 «Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25 кВ» Ш. И. Вафина, И. Ш. Вафина и В. В. Кардашова (2013 г.), предлагающим уже обратный переход, от переменного тока к постоянному току, также использующим имеющуюся инфраструктуру подстанции.

Схема предложения по патенту125937

Рис.4. Схема предложения по патенту125937

Подводя итоги, можно сказать, что в данный момент в виду достаточно малого финансирования железнодорожной отрасли и ряда экономических потрясений наиболее актуальными являются идеи, преимущество которых заключается в невысокой сложности и стоимости их реализации — они не требуют капитального ремонта и крупных денежных вложений.

Литература:

  1. А.с. № 118106, H02J 3/02, «Устройство для передачи электрической энергии по двухцепной линии», заявл. 1955 г., оп. 1958 г.
  2. А.с. № 366 995, H02J 3/02 «Тяговая сеть трёхфазно-постоянного тока» К. Г. Марквардт, заявл. 1969 г., оп. 1973 г.
  3. А.с. № 125937, B60M 1/00 «Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25 кВ» Ш. И. Вафин, заявл. 2011 г., оп. 2013 г.
Основные термины (генерируются автоматически): переменный ток, ток, тяговая сеть, дорога, пункт подпитки, тяговая подстанция, тяговое электроснабжение, шина.


Ключевые слова

транспорт, железная дорога, улучшение показателей, усовершенствование систем электроснабжения
Задать вопрос