Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E Jz. 111 Transport 2016
&# ���!����"�/�! ���� �������Y������+���������G����������#������+����������"G�_ ���"��������������
����6)��'>%_4�8>"6��&(9>&_�'>�_�8")��_8q=&>8q�(=8)<�`&�6���=3*9���
(=��68"�9_�'3>6�&3�4?��%�3)�%)�&�')�8)�(=&�=�6�"�_*9��_�3�')4�6)��(�<�_�
'��9��=�
\�� ���� ������ � : marzec 2016
Streszczenie: (������� ���������� �� ����� � ����� ����$� � ��������"� ������� � ������� ������� �������!��� ���!��������� �[� � �������� ����� �������� ��'� ^ �����$� ���� ��� � � ��������������� ������&� ����� ��� � �� ��� )�V�-� �� ������ ������ ����� � ����� �� � ��������������� �� ���'������������������� � ���� ���� ��� ���� ��������������� '�@��������� ��������������� ������"��������!��� ��������"����������� �������� ��������������}����G������!��%���� ����������������-���'���� �� ��� ������������" �������������}��������"���� �!������������"�)+�Y-������%��� ���!��� ��� ���"'�^���+�Y������� ����������� ������"��� ���!��������� ���� ������!�����������������''# ������� ��Q _ �����������G������$��� G��������������"��� ���!�
�^ &'�?(
{������"�� �� ���"�������&� �����"�������������������� ���������������������� ��� � �� ���� ���� ��� �� ��� �������� �� ������� ������ �����$����� ������ ������� �1, 6, 10, 11, 12, 7�� ���� �!��%� � ���!�� ���������� ��� � � �������� ���z innymi systemami [10�'�*������������"����������������������� ����� ��� }���������������������1, 13, 2, 7�'�^ ����������������"���&����� � ��������� }�� �������%��������[������� ��������!�����������"G���!��� �����[������������ }� ���� ������"�����!������ ������"G������!��%�� �����������������"�� ������!�������������"������������� � �������"�� ���������������� ��%�������������������������� ����'������������ ������������&� ��������� �� ����� ������� ��������� ��������� ��[�� ����������� � ������ ��[�������������� ���������������������������������������������������� �� ���������!��%��� � � ��� ������ ���%��� ���" �� � ��� � �� ��'� ^ � ������� � %��� ������[���� ������� � �� � ��� ��G� �� �����!�� ��� ��� ��% �� � �� ������� � � "�� �����
204 �� �������&� ���
����� �� G�������� �������������� ���!�G������� ���������������" ���"� ��}przewidzianym charakterze. ��������������������������������������������" ����������� ���!������ ������� }������!�� ����� �������� ��� �17�� ���� �!��%� ����� ���� ��$� � ��� ���������}���"�&����� � ��������� �� ������������������"���%��������� ���!���1, 11, 12,13, 2, 7, 14�'�(��������������������������$���������������!�����" ���"�� ���!����������������� �� ���G���!�����%�����[�� ������������ ����� ��� ���������}�!�������������� �� ���"G������!��%��������������� �� ���"������ �����������������"������G�� �������������������������� ������'
�^ ')���POWROTNA
@�������������� ����[�� �� ������������!������������"G������������������������������������������� � ���������� ���������"�� ������!������������"�����������'�_ �������� �������������������&� �� ��G���� ���������������refie podstacji ����������)\���/-G����&��������������� �� ��� ��� � ������� � ����6�'��������}��� ��� ������ ��� ����������� �������� �����-���� ��������� ������ ������ �� ����� � ���������&��� � ��� �� ��!�������������� �����������&���� � ��'���� �[�����!�� ������� ���%�� �� ������ ����� � � ����$� ���� ���"� ���� �!��%� ������� �� ���'���� �[� ����!�� ��������"� ���G� ���� �!��%� ���� �[� � ������!�� ����� ��������������%�� �� ���������������%��� ����� szr �È=���G� ���� �� ���������� �����-ziemia
szzr �ÈÉ���'�@�����������������������"��� ���� �������������������������� }
�� ���G�� ��������������������������������� ������!������������������ ��������!�� ��'� B�!���� ��!�� ��� ��������� � �������� ����� �������� ��� � ��� �w [6]:
' ' ����� ����)( )(
)(2
1)(
2)(
l l
xxxxsz dsigneedeimBeAex ((((() (�(��� (1)
Rys. >����������� �!������"����������������������������� �������� �� ���������������������� ���������������������'�\��'�������������� ������� �����}�!������������������������������������� �� ����rys. 2 przy równomiernym roz-� %��� ���%������������ '�
Q�����������������������������������" ���"�� ���!������ ������� �������������… 205
\��'�/'�@�"���� �!�����������������!�������� �� �������
\��'�>'�@�"����������������������������
\��'��'�������� ������������������������������������������� �� ����rys. >� ����� ����:����������!�� ����� �� % ���� ���%�������������������
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
x 104
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
����>���?#@
U s
zyn
[V]
206 �� �������&� ���
3. MODEL SYMULACYJNY
@����������� ��� ������� � ����� ����������������� � ���� ���� ����� � �����Matlab. Ogólny schemat blokowy programu symulacyjnego przedstawiono na rys. 4. Pro-��������������������������������%������ ���������������������!�������������}tryfikowanej linii kolejowej (ZLK).
���
���
�
��
��
�
)()()(
)()1(
))(),(())(),(()(
tvtFtPdt
tdvm
tstvWtUtvFdt
tdv*
(2)
��� �� ������ �Dane taboru: ������������������ ������������������������������������������ ��������������������������������Dane infrastruktury: �����������������������������������������������������miejsca postojów.������������� ��� �� �� �!����������� ������� ��������"������ ����rezystancje wew. podstacji trakcyjnych,rezystancje jednostkowe sieci trakcyjnej���������� ��������� ������ �������#��������������������� �����
1. Jednoczesne przejazdyteoretyczne
�� ����������������!������ �����"#
U(i)-U(i-1) < dU
U(i) < 0,9Un
NIE
TAK
NIE
ti=ti-1+dt
ti=tsim
TAK
NIE
$� ��!�����%&'(��������"#���)� ��powrotnej
rszz
Epods
rsz }dx
Ii I i+1 I i+2
PT PTKS
Epods
dU2
x
}dU1} dUn}
Ipods
I i
TAK
KONIEC
v
F,W
Rys. 4. Ogólny schemat blokowy programu symulacyjnego
Q�����������������������������������" ���"�� ���!������ ������� �������������… 207
_� ������� % ������������ ����!�� �����"��������!��� ��������"�)/-G���������}���"� �� ������ � �!����� ���"�� � ����� �11, 12, 15] ���� ��� ��� � ������� � ��� )>-'�(�� �������������� � ������� ����������� � %�� �� ��� ���zególnych pojazdów. {���"�� �������������������� ������� ��� �������� �������[�������� ���&��"�� }�����!����"�� ����!�'�(�� ����� � �������� ��� ���� ����������� ��� ����� ����G�� � �������������"�� ��������"��5, 11, 12, 2, 7, 14�� ���%�������������� ����}�!����"� ������"� ������� ���������� ���� ��� � ����� ���%$� � �" ������"� �� � }�����!����"� ����������"� � ����!�� ����������"'� �� ����� ��� ��� � �[� �� �!����� ������� ��� ����������� �tej analizy obwodu.
�������� ��� � �!��%� ��� ����� �������� � ��� ������� �������!�� � �}�������"������������������� ���������������G������������������ ���&����� �� ������������� �%������ ���:GD������������ � �� G��������������a warto-���������� ����� ������� ����G�� ������������ ���� ����_{�+{��:�<<'�^ � ��}��$� � ������� � ��� �� ������ �������� ���� ����[� ��� ���� ���&��"� � ����!�� �����}mowany jest uproszczony model systemu powrotnego, opisywany jednym parametrem –rezyst������ �����%��� ����'� \ ������ ����!�� ���� ���������� � ������!�� �� ��������������� �� ��� ��������������������%�� ��� �������� ������������������G�������������%������ ������� ���'�B�����������!��%������ �������� ����������������"� ���������"� ���� ���"� �� �!�G� � ���� ����"� ������� ���"� �� �� ����������� ��������� ������ �������� ���� ������������[�����������������'�_���}����������� �!����� ���������� ����������������� ����� �[�����!�G����%�������������� �� ����� ���������� �����%��� ��� � �� ���� � � ����������� ����������szyna-���G����� ������������������� ����"��������"�������� ��� �������� � �}biorów. Uproszczenie skraca jednak czas wykonywania symulacji.Opracowany model symulacyjny nie ��� � %�� ��� ��������� ������ "�� ����� ���}skowego pojazdów, jest to kierunek dalszych prac autora. Jak wynika z [14������ ������}������� � ������!�� ����� ������m ziemi bez zastosowania w pojazdach hamowania ����� �� ���������������������������� ����%���"�� ����� ����� ���G������� %������ %�[�%������ ��������������� ����������������������$����'�Pobór mocy poszczególnych pojazdów trakcyjnych zal%�� �� �"� �������!�� � �����"�������� �����!�G��������!�� ��� ���"����������������������"�������� ��G� �������� ����!�G������!��%�� ��������������� �� �!�G������ ������������ &���� � �� �trasy. Na rys. 5 przedstawiono profil pionowy mode� ����������� ����� ����:���'�
Tablica 1������������ ��� ��������#�������������
Linia kolejowa _�#�������������� ����%�� �� �!�F��/>::G�:::G�<:::G�12000, 15243, 21000, 24003,43043]
�� ����%�� �����������������"F��:G�/>�::G�25000, 37500, 50000]
�� ����%��������������"F��;:::G�>/:::G�32000, 43000]
208 �� �������&� ���
Rys. 5. Profil pionowy modelowanej trasy
4. WYNIKI SYMULACJI
W badaniach zamodelowano ruch dwóch rodzajów taboru: 1. _���%����� ������- cztero-��� � �������������� ����������������������}
��������� �� ���"����� ���"��������� ������������%������"�'2. Towarowe - ��������� �� ������������������G��������������>:���'
£^�^��_8q�(�'����'*)�(=�%)�"'*)
�������"�����$������ ���� � �����������������!��� ���!������� �!%���"�����%}���"����"�'������� ����%� �[����� ��������������"�� ������!����������������}�� ������ ������"��� ���!�'�{��r��'�;��������� � ����%� �[����� ����"�� ���"�� ������� ����� �������� ��� �� &������ �� � ������ ����� ��� ����� ���� ��� ��������&���������������������������� ���!���!��� �D���'����� ���� ������������������}dem ziemi na r��'�;��������� � ������������������>�::-2750 s, tak jak zaznaczono na rys. 6.
Rysunki 8, D��������������������������� ����"�� ��� ���������������������������������������������� ���������������������!%���"����� ������"��� ���!�'�������������������"�����!����� ��� ��������������������!%���"����� ������"�'�Na wyk����"� ���"� ������ ��� �� ¬� ���� ����� ����������� � ���!�G� ��� ����� ��� �� ��� � %����� ���� �� ��G������!��������������� ������������������� �[�� ������������������������������������� ���� � ����������'�\��'� <� ���������� ���� ��� ��������� dodatnie, natomiast r��'� D� ������� ���� ���ujemne, przebieg na rys. D�� ����������� ���!� �������� ������������ ��'�
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
5
10
15
20
25
30
35
40
����>���?�#@
� �
���.
F�?#
@
Q�����������������������������������" ���"�� ���!������ ������� �������������… 209
\��'��'�X��&������ ������������� ���!�����������������D���
\��'�;'�_��������� ������� ���� �������������������������������������������2500-2750 s
# %��������%�[G�%�������'�D�����������������"�� �%������������������ �����������}���������� ����� ��������� �� � ���� _{-EN 50122-1, co oznacza konie��� �[� �"���������'� ���� � � �����!��� �� ��� ���� ��� �� ���� ������� ���"�� ����%����G� � ��������������������$���������������"�)� ���������� �-� ����-G����������}���� ��%�� ������� ����%�!�'� ��������� ���� ��� � ������!�� �����-ziemia w sta-���"�� �������"�� %���[�� � ������ ����F����� � ����� ���� �� ������������� �� ������ �� ��� ���������� �������� ������������������)� �>:: - 400 m.) �����!��%�������������� ���� ���������� ��������'
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 30000
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5x 10
4
Czas [s]
Dro
ga [m
]
210 �� �������&� ���
\��'�<'����%� �[������������� ���������� ����"�� ���� ������!���������&������������������������ ���!�
\��'�D'����%� �[������������������� ����"�� ���� ������!���������&������������������ ���!��)������ ���!� ��������%� ���-
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
x 104
23
45
67
89
10
0
20
40
60
80
100
+���_"�����"���`p��?#@����>���?#@
���
� #
�q�
����
q���
��"
_��
���
�?v
@
00.511.522.533.544.55
x 104
2345678910
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
+���_"�����"���`p��?#@����>���?#@
���
� #
�q�
����
q��
���
"_�
���
� �
?v@
Q�����������������������������������" ���"�� ���!������ ������� �������������… 211
4.2. RUCH TOWAROWY
��� ��� �������������"��� ���!��� ��� ���"��������������>:���'�������� �� }wej o parametrach przedstawionych w Tablicy 2. Na rys. 10 przedstawiono modelowany � ������������� ���!�'��
\��'�/:'�# �� ������ ������������� ���!��� ��� �ych
Na rys. //��/>��������� � � �� ��� ����������������������� ����"�� ��� ������!������������������������������������������� ���!�'
\��'�//'�#������������� ���� ����������������������������� �������������� ���!��towarowych
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 90000
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5x 10
4
Czas [s]
S [m
]
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
0
20
40
60
80
100
120
Czas [s]
���
� #
�q�
����
��
����
���.F
�"��
���
��$�
��
�?v@
212 �� �������&� ���
\��'�/>�#���������� ���� ����������������������������� �������������� ���!��towarowych
5. WNIOSKI
Opracowany program symulacyjny wraz z modelem sieci powrotnej pozwala na wyzna-������ ������!��������������������� � ��������������� �� ����������!%}���"����������"����" ���"� �������������"�� ���!�'�*��������� ������ �������� ������������������������ ��� ��� �������������������G������!��%�������}������ ������ ���� �� ��G����������ad z powodu zmiany parametrów elektrycznych ����������� �� ���G����������� ���%������" �� ����� �� ��'�^��������$}����� ����� � ������G� ���� �������� � ���� _{� +{� �:/>>-/G� ������� ��� ���� �[� ��������������������������������������' Opracowany model symulacyjny pozwala na �����������!������ ���"�� ������!�� ��������������������%�������������� �� ���'����������������"������"�� �������������������������������!�������$����G� ����������"� �� � ���� _{� +{� �:/>>-1 przy danych warunkach rucho-���"� �������������"�����������"��������������������� �� ���'������ ��������� ��G� �����!��� ��� ����"� � ������� ���"�� ����%����G� �� �������� ��� ������ ������� � � ��� � ����� �!�'� ����� ������������ �!��� ���%� ��� ����� ���� �������"��� ���!��� �"�����������!��%�� ���������� �!�G������� ���������[����������������������������"����������"�����������"�������'����� ������ �������}��������� ������ �!��%��������������������������� � sowych sytuacji ruchowych ��� � ������ � ������!�� ����� �������� ��'� # %���� ���� �!��%� ������� ������!�����������"�)��������������������� �����!����"�� �����������������"��������� ��}������!��������������-���"�������������� �[�����������������������'
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
x 104
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
Droga [m]
���
� #
�q�
�$��
#�
����
��.F
�"��
���
��$�
��
�?v@
Q�����������������������������������" ���"�� ���!������ ������� �������������… 213
Bibliografia
1. Andres Ramos G., Felipe Leal A., A Rios M. and Fernando Roa L., "Grounding Model in Multi-TrainDC Traction Systems," in IEEE Latin America Transactions, vol. 12, no. 2, pp. 169-175, March 2014.doi: 10.1109/TLA.2014.6749534.
2. ^��%���'G�#�������V'G�@�����('����#� ��������������� �������� ���%$����������� ���'Technika Transportu Szynowego 2/2002, s. 66-76.
3. ^������'�Ê@[�� �� �����������������������������+���� ��"���– Warszawa 1995.4. Fotouhi R. and Farshad S., "A new novel power electronic circuit to reduce stray current and rail poten-
tial 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.
5. �� ����'�� �#'��@���������&����� � ����������&� ��������� �� ��� ��� % ������������������������'�\ �������� �� ����G�_ ���"��������������G����������>::<.
6. ËÌÍÎÏÌÍÐÑ' Ò'Ó'��ÔÕÍÌÏÖ×ØÙÎ�ÕÖ�ÚÛÚÎÑÍÖÜØÌÝÞÚØÙß�ÞÚÛÚàØÙá�ÐÖÍÖã�ÑÖå�>' ËÖÜÎÏÌ�/D<:.7. #������� V'G� @����� ('F� @�� � �� ��� ������&� ���� � ���� �� � ������ ���� ����� '
Technika Transportu Szynowego 11/2005, s. 56-65.8. PN-EN 50122-1:2011 - Zastosowanie kolejowe - *������������� �����- Q����$��� ���������G
�������[�� �� ����- ����[�/F�q� ��� �"� ��������� ��%�������������.9. PN-EN 50122-2:2003 (U) - ���� � ����� �� �'�*������������� ����'�����[�>F�q� ��� �"� ��
����� ���������������!�����������"���� �����"����������������������������������� '10. 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.2011.94253.11. @�����('G�#�������V'� � - Ground transportation systems. (w: The Encyclopedia of Electrical and
Electronic Engineering. Supplement I, John Wiley & Sons, Inc., NY, USA ,1999) s.169-194.12. @�����('��- ������������������� ��� ���������������������������������������� ������� � }
waniem technik modelowania i symulacji. Prace Naukowe PW, Seria ELEKTRYKA, s.178, z. 123,2002.
13. @�����('G�#�������V'�- Modelling and verification of simulation results in computer aided analy-sis of electric traction systems. VII Int. Conference „Computer in Railway” COMPRAIL’2000. 11-13IX,2000, Bologna, s.599-610.
14. @����G�('��#�� ��G�Y'��^��%�G��'���������� � �������� �����"�� ����� ����� ��������[� �� ����������&� ���� ������� ��������� �G�V ��������=>:/�G��'���;�-4682.
15. @�����('�-�������������������������������� DC na parametry energetyczno-trakcyjne zasilanychpojazdów”, Instytut Naukowo-Wydawniczy INW SPATIUM, Radom, 2013, s.1-158.
16. Tzeng Y. S. and Lee C. H., "Analysis of Rail Potential and Stray Currents in a Direct-Current TransitSystem," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, no. 3, pp. 1516-1525, July 2010. doi:10.1109/TPWRD.2010.204063.
17. Xu S. Y. Li W. and Q Y. Wang, "Effects of Vehicle Running Mode on Rail Potential and Stray Cur-rent 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 simula-tions 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