Badania symulacyjne wpływu sytuacji ruchowych pociągów na rozkład potencjału szyn względem ziemi w sieci powrotnej układu zasilania prądu stałego Simulation research of the influence of the train traffic situations on the rail potential in the power suppl

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 111. Transport. 2016. &# ! "/ !

(2) Y + G # + "G _ " . 6)'>%_48>"6&(9>&_'>_8") _8q=&>8q(=8)<`&6=3*9 (=68"9_'3>6&34?%3)%)&')8) (=&=6"_*9_3')46)(<_ '9= \

(3) : marzec 2016. Streszczenie: (

(4) $ "

(5)

(6) !

(7) ! [

(8) ' ^ $

(9) & )V-

(10)

(11) '

(12)

(13)

(14) ' @ "

(15) ! "

(16) } G ! % - ' " } "

(17) ! " )+Y- %

(18) ! "' ^ +Y

(19) "

(20) !

(21) ! ' '#

(22) Q _ G

(23) $ G "

(24) !. ^ &'?( { " " & "

(25)

(26) .

(27)

(28)

(29) $ 1, 6, 10, 11, 12, 7 ! % !

(30) z innymi systemami [10' * "

(31)

(32) } 1, 13, 2, 7' ^ " &

(33) } % [

(34)

(35) ! "G ! [

(36) }

(37) " !

(38) "G ! %

(39)

(40) "

(41) ! "

(42) "

(43)

(44) %

(45)

(46) ' .

(47) &

(48) [

(49) [

(50) .

(51)

(52) ! %

(53) % " ' ^ % [

(54) G !

(55) % " .

(56) 204. & . G

(57) !G

(58) " " } przewidzianym charakterze.

(59)

(60) "

(61) !

(62) } ! 17 ! %

(63) $ } " &

(64)

(65)

(66) " %

(67) ! 1, 11, 12, 13, 2, 7, 14' (

(68) $

(69)

(70) ! " "

(71) !

(72) G ! % [

(73)

(74)

(75) } ! "G ! % " " G

(76)

(77)

(78) '. ^ ')POWROTNA @ [

(79)

(80) ! "G

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86) "

(87) ! " ' _

(88) & G refie podstacji )\ /-G &

(89) 6' }

(90) -

(91)

(92)

(93) &

(94) !

(95) & ' [

(96) !

(97) %

(98) $ " ! %

(99) ' [

(100) !

(101) " G ! % [

(102) ! % % rsz È=G -ziemia rszz ÈÉ' @

(103)

(104) "

(105)

(106) } G

(107)

(108) !

(109) ! ' B! !

(110)

(111) w [6]:. M sz ( x ). Ae Dx Be Dx . m 1 D x [ D x [ i ([ )e d[ ³ e([ )e sign[d[ 2 (l ) 2 (³l ). (1). Rys. >

(112) ! "

(113)

(114)

(115)

(116) ' \'

(117)

(118) } !

(119) rys. 2 przy równomiernym roz % % '.

(120) Q

(121) " "

(122) !

(123) …. 205. \' /' @" !

(124)

(125)

(126) !

(127) . \' >' @"

(128) 15. 10. 5. U szyn [V]. 0. -5. -10. -15. -20. -25. 0. 0.5. 1. 1.5 > ?#@. 2. 2.5. 3 x 10. 4. \' '

(129)

(130) rys. > :

(131) ! % %

(132) .

(133) 206. & . 3. MODEL SYMULACYJNY @

(134)

(135)

(136)

(137) Matlab. Ogólny schemat blokowy programu symulacyjnego przedstawiono na rys. 4. Pro %

(138) ! } tryfikowanej linii kolejowej (ZLK). F (v(t ), U (t )) W (v (t ), s (t )) m(1 K ) dv(t ) dt P (t ) F (t ) v(t ). dv(t ) ° dt ° ° ® ° ° ° ¯. (2).

(139) . Dane taboru: FKDUDNWHU\VW\NLWUDNF\MQHFKDUDNWHU\VW\NLVSUDZQRĞFLPDV\ZVS PDVZLUXMąF\FKFKDUDNWHU\VW\NLRSRUyZUXFKX Dane infrastruktury: 3URILOSLRQRZ\LSR]LRP\OLQLLRJUDQLF]HQLDSUĊGNRĞFL miejsca postojów. 'DQHXNáDGX]DVLODQLD 3RáRĪHQLDSRGVWDFMLWUDNF\MQ\FKLNDELQVHNF\MQ\FK rezystancje wew. podstacji trakcyjnych,rezystancje jednostkowe sieci trakcyjnej LSRZURWQHMUH]\VWDQFMDSU]HMĞFLDV]\Q\]LHPLD 5R]NáDGMD]G\SRFLąJyZ. 1. Jednoczesne przejazdy teoretyczne F,W. v. TAK. !

(140)

(141) "# dU 1 dU 2. dU n. PT. }. KS. } }. PT. NIE. U(i) < 0,9Un. Epods. Ii I pods x. U(i)-U(i-1) < dU. NIE. TAK. $

(142) ! %&'(

(143) "#) powrotnej Epods. }. dx. rsz rszz. Ii. I i+1. I i+2. t i=t i-1+dt NIE. t i=t sim TAK KONIEC. Rys. 4. Ogólny schemat blokowy programu symulacyjnego.

(144) Q

(145) " "

(146) !

(147) …. 207. _ % ! "

(148) ! " )/-G } "

(149) ! "

(150) 11, 12, 15]

(151) )>-' (

(152)

(153) %

(154) zególnych pojazdów. { "

(155)

(156)

(157) [

(158) &"

(159) } !"

(160) !' (

(161)

(162)

(163)

(164) G

(165) " " 5, 11, 12, 2, 7, 14 %

(166) } !" " % $

(167) " "

(168) } !" "

(169) ! "' [ !

(170) tej analizy obwodu.

(171) ! %

(172) ! } "

(173)

(174) G

(175)

(176) &

(177)

(178)

(179) % :GD

(180) G a warto

(181)

(182)

(183)

(184) G _{ +{ :<<' ^ } $

(185)

(186) [

(187) &"

(188) !

(189) } mowany jest uproszczony model systemu powrotnego, opisywany jednym parametrem – rezyst % ' \

(190)

(191) !

(192) ! .

(193) %

(194) G % ' B

(195) ! %

(196)

(197)

(198) " "

(199) " !G " " .

(200)

(201)

(202) [ ' _}

(203) !

(204)

(205)

(206) [ !G %

(207)

(208) %

(209)

(210) szyna- G

(211) "

(212) "

(213)

(214) } biorów. Uproszczenie skraca jednak czas wykonywania symulacji. Opracowany model symulacyjny nie % " } skowego pojazdów, jest to kierunek dalszych prac autora. Jak wynika z [14 }

(215) ! m ziemi bez zastosowania w pojazdach hamowania

(216) % " G % %[ %

(217)

(218)

(219)

(220) $' Pobór mocy poszczególnych pojazdów trakcyjnych zal % "

(221) !

(222) "

(223)

(224) !G ! " "

(225) G

(226) !G ! %

(227) !G

(228)

(229) &

(230) trasy. Na rys. 5 przedstawiono profil pionowy mode : ' Tablica 1

(231)

(232) # Linia kolejowa %

(233) !F />::G:::G <:::G 12000, 15243, 21000, 24003,43043]. _

(234) # %

(235) "F :G />::G 25000, 37500, 50000] % "F ;:::G >/:::G 32000, 43000].

(236) 208. & . 40. 35. 30. .F?#@. 25. 20. 15. 10. 5. 0. 0. 5. 10. 15. 20. 25 > ?#@. 30. 35. 40. 45. 50. Rys. 5. Profil pionowy modelowanej trasy. 4. WYNIKI SYMULACJI W badaniach zamodelowano ruch dwóch rodzajów taboru: 1. _%

(237) - cztero- .

(238) }

(239) " " % "' 2. Towarowe -

(240) G

(241) >: '. £^^_8q(''*)(=%)"'*) " $

(242)

(243)

(244) !

(245) !

(246) !%" % } " "' % [ "

(247) ! } "

(248) !' { r' ;

(249) % [ " "

(250) &

(251) &

(252)

(253) ! ! D '

(254) } dem ziemi na r' ;

(255)

(256) >::-2750 s, tak jak zaznaczono na rys. 6. Rysunki 8, D

(257) "

(258)

(259) !%" "

(260) !' " ! !%" "' Na wyk " " ¬

(261)

(262) !G

(263) % G ! [

(264)

(265) ' \' <

(266) dodatnie, natomiast r' D ujemne, przebieg na rys. D !

(267)

(268) '.

(269) Q

(270) " "

(271) !

(272) …. 5. x 10. 209. 4. 4.5 4 3.5. Droga [m]. 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0. 0. 250. 500. 750. 1000. 1250. 1500 Czas [s]. 1750. 2000. 2250. 2500. 2750. 3000. \' ' X&

(273) !

(274)

(275) D . \' ;' _

(276)

(277) 2500-2750 s. # % %[G % ' D

(278)

(279) "

(280) %

(281)

(282)

(283) } _{-EN 50122-1, co oznacza konie [ " ' ! "

(284) % G

(285)

(286) $ " )

(287)

(288) -

(289) -G }

(290) %

(291) % !'

(292) ! -ziemia w sta" " % [

(293)

(294) F

(295)

(296)

(297)

(298)

(299) ) >:: - 400 m.) ! %

(300)

(301) '.

(302) & . #q q " _ ?v@. 210. 100 80 60 40 20 0 5 4.5 4. 2. 3.5. 3. 3. 4. 2.5. 5. 2 x 10. 6. 1.5. 4. 7. 1. 8. 0.5. 9. 0. 10 +_""

(303) `p?# @. > ?#@. \' <' % [ "

(304) ! &

(305)

(306) !. #q q " _ ?v@. 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 5. 4.5. 4. x 10. 3.5. 3. 2.5. 2. 1.5. 4. 1. 0.5. 0. 10. 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2. +_""

(307) `p?# @ > ?#@. \' D' % [ "

(308) ! &

(309)

(310) ! )

(311) ! % -.

(312) Q

(313) " "

(314) !

(315) …. 211. 4.2. RUCH TOWAROWY "

(316) ! "

(317) >: ' } wej o parametrach przedstawionych w Tablicy 2. Na rys. 10 przedstawiono modelowany

(318) !' 5. x 10. 4. 4.5 4 3.5. S [m]. 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0. 0. 1000. 2000. 3000. 4000. 5000 Czas [s]. 6000. 7000. 8000. 9000. \' /:' #

(319) ! ych. Na rys. // />

(320)

(321) " .

(322) !

(323) !'. #q .F" $ ?v@. 120. 100. 80. 60. 40. 20. 0. 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5 Czas [s]. 3. 3.5. 4. 4.5. 5 x 10. 4. \' //' #

(324)

(325) ! towarowych.

(326) 212. & . #q $# .F" $ ?v@. 0. -20. -40. -60. -80. -100. -120. -140. 0. 0.5. 1. 1.5. 2. 2.5 Droga [m]. 3. 3.5. 4. 4.5. 5 x 10. 4. \' /> #

(327)

(328) ! towarowych. 5. WNIOSKI Opracowany program symulacyjny wraz z modelem sieci powrotnej pozwala na wyzna

(329) !

(330)

(331)

(332) !%} " " " "

(333) "

(334) !' *

(335)

(336)

(337) G ! % } .

(338) G

(339) ad z powodu zmiany parametrów elektrycznych

(340) G % " ' ^

(341) $} G _{ +{ :/>>-/G [

(342) ' Opracowany model symulacyjny pozwala na

(343) ! "

(344) ! %

(345) .

(346) ' " "

(347)

(348)

(349) !

(350) $G " _{ +{ :/>>-1 przy danych warunkach rucho"

(351) " "

(352) ' . G ! " "

(353) % G .

(354) !'

(355) ! % "

(356) ! " ! %

(357) !G

(358) [

(359) "

(360) " " ' }

(361) ! %

(362)

(363) sowych sytuacji ruchowych

(364) ! ' # % ! % ! " )

(365)

(366) !"

(367) " } . ! - "

(368) [

(369) '.

(370) Q

(371) " "

(372) !

(373) …. 213. Bibliografia 1.. 2. 3. 4.. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.. 13.. 14. 15. 16.. 17.. Andres Ramos G., Felipe Leal A., A Rios M. and Fernando Roa L., "Grounding Model in Multi-Train DC Traction Systems," in IEEE Latin America Transactions, vol. 12, no. 2, pp. 169-175, March 2014. doi: 10.1109/TLA.2014.6749534. ^% 'G # V'G @ (' # % $ ' Technika Transportu Szynowego 2/2002, s. 66-76. ^ ' Ê@ [

(374)

(375) + " – Warszawa 1995. Fotouhi R. and Farshad S., "A new novel power electronic circuit to reduce stray current and rail potential in DC railway," Power Electronics and Motion Control Conference, 2008. EPE-PEMC 2008. 13th, Poznan, 2008, pp. 1575-1580. doi: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635491. ' #' @ & & % ' \

(376) G _ " G >::<. ËÌÍÎÏÌÍÐÑ' Ò'Ó' ÔÕÍÌÏÖ×ØÙÎ ÕÖ ÚÛÚÎÑÍÖÜØÌÝÞÚØÙß ÞÚÛÚàØÙá ÐÖÍÖã ÑÖå >' ËÖÜÎÏÌ /D<:. # V'G @ ('F @

(377) &

(378) ' Technika Transportu Szynowego 11/2005, s. 56-65. PN-EN 50122-1:2011 - Zastosowanie kolejowe - * - Q

(379) $ G [

(380) - [ /F q "

(381)

(382) % . PN-EN 50122-2:2003 (U) - ' * ' [ >F q "

(383)

(384) ! " "

(385)

(386) ' Stell R. W. B., "Maximum Permissible Rail Potential," in IEEE Vehicular Technology Magazine, vol. 6, no. 3, pp. 99-105, Sept. 2011. doi: 10.1109/MVT.2011.94253. @ ('G # V' - Ground transportation systems. (w: The Encyclopedia of Electrical and Electronic Engineering. Supplement I, John Wiley & Sons, Inc., NY, USA ,1999) s.169-194. @ (' -

(387)

(388) } waniem technik modelowania i symulacji. Prace Naukowe PW, Seria ELEKTRYKA, s.178, z. 123, 2002. @ ('G # V' - Modelling and verification of simulation results in computer aided analysis of electric traction systems. VII Int. Conference „Computer in Railway” COMPRAIL’2000. 11-13 IX,2000, Bologna, s.599-610. @ G (' # G Y' ^% G '

(389) " [

(390) &

(391) G V =>:/G ' ;-4682. @ (' -

(392)

(393) DC na parametry energetyczno-trakcyjne zasilanych pojazdów”, Instytut Naukowo-Wydawniczy INW SPATIUM, Radom, 2013, s.1-158. Tzeng Y. S. and Lee C. H., "Analysis of Rail Potential and Stray Currents in a Direct-Current Transit System," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, no. 3, pp. 1516-1525, July 2010. doi: 10.1109/TPWRD.2010.204063. Xu S. Y. Li W. and Q Y. Wang, "Effects of Vehicle Running Mode on Rail Potential and Stray Current in DC Mass Transit Systems," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 62, no. 8, pp. 3569-3580, Oct. 2013. doi: 10.1109/TVT.2013.2265093.. SIMULATION RESEARCH OF THE INFLUENCE OF THE TRAIN TRAFFIC SITUATIONS ON THE RAIL POTENTIAL IN THE POWER SUPPLY SYSTEM 3 kV DC Summary: Article presents the methodology and results of investigation of the train timetable and train type on the rail to earth potential value. The investigation was based on the simulation model of electrified railway line in 3 kV DC system with multi-train performance calculation. The model of returning system with earth has been developed and combined with the power flow and train performance calculation model. The simulations has been done for different traffic situations and different train types. For suburban traffic with several train stops the maximum rail potential has been investigated as the function of headway time. As well the freight train traffic has been investigated. Keywords: Rail potential, safety, train traffic simulation.

(394)