Бурков А. Т., Сероносов В. В., Кудряшов Е. В., Степанская О. А. Физические основы проектирования электротяговых сетей высокоскоростных железнодорожных магистралей: текстовая версия

При повышении скорости движения поездов значит ельно увеличивается механическое и электриче ское воздействие на устройства инфраструктуры железных дорог. В нас тоящее время нет подтвержденных опытом проектных значений основных параметров системы тягового железнодорожного электроснабжения для скоростей до 400 км/ч. В с татье представлены обосновывающие материалы для принятия соответствующих норм и требований, которые использованы при разрабо тке специальных технических условий для проектирования высокоскоростной магистрали Москва – Казань – Екатеринбург.

Перед научным сообществом, проектировщиками и строителями нашей страны поставлена непростая задача по определению основных параметров устройств инфраструктуры будущих высокоскоростных магистралей (ВСМ). Сложность задачи обусловлена таким стратегическим показателем, как максимальная эксплуатационная скорость движения поездов – до 400 км/ч. В условиях коммерческой эксплуатации столь высокая скорость поездов не достигается ни в одной стране мира; предельные значения скорости на существующих ВСМ не превышают 350 км/ч. Как следствие, для скорости до 400 км/ч нет подтвержденных опытом проектных значений основных параметров устройств инфраструктуры, в том числе устройств железнодорожного электроснабжения. При повышении скорости высокоскоростного электроподвижного состава (ЭПС) увеличиваются механические и электрические воздействия на элементы системы железнодорожного электроснабжения, причем основные нагрузки от этих воздействий испытывает электротяговая сеть. В таких условиях обязательно выполнение требований безопасности, определенных в [1]. Приоритетными задачами определения проектных параметров электротяговых сетей становятся следующие:
• реализация режимов передачи требуемого объема электроэнергии к движущимся высокоскоростным поездам с заданным уровнем напряжения;
• обеспечение надежного токосъема без отрывов токоприемника и дугообразования, с заданными параметрами нажатия контактирующих элементов, нормируемыми отжатиями контактного провода.

Передача электроэнергии к движущимся поездам с заданным уровнем напряжения

Электропотребление высокоскоростного ЭПС существенно больше, чем традиционного состава, движущегося со скоростью до 160 км/ч. Дополнительная энергия требуется для интенсивного разгона до более высоких скоростей, а также для преодоления сил сопротивления движению на максимальных скоростях, при которых преобладает аэродинамическая составляющая. Для высокоскоростных линий с максимальной скоростью 250 км/ч и выше, характеризующихся малыми интервалами попутного следования поездов, удельная мощность электропотребления может достигать 2,5 МВт/км. Это более чем в два раза превышает электропотребление традиционных железных дорог [2].

Основные параметры электротяговых сетей определяют на основе известных воздействий на них электротяговой нагрузки. Последние можно получить с помощью расчетов электротяги. Эти расчеты представляют собой сложную инженерную задачу, для решения которой применяют специализированные программные комплексы. Один из наиболее распространенных − комплекс «КОРТЭС» (разработка ОАО «ВНИИЖТ»).

В результате электротяговых расчетов, выполненных в программном комплексе «КОРТЭС» методом математического моделирования движения ЭПС массой 700 т со скоростью около 400 км/ч установлено, что мощность его электропотребления может достигать 30 МВт (рис. 1). При этом особенность режима электропотребления на максимальной скорости до 400 км/ч состоит в мало зависящей от изменения профиля пути мощности электропотребления (см. кривую потребляемого ЭПС тока − около 1200 А − при питающем напряжении 25 кВ, 50 Гц).

То есть можно считать, что при такой высокой скорости режим электропотребления ЭПС близок к постоянному с мощностью, близкой к максимальной.

При таких нагрузках необходимо применять мощные системы тягового электроснабжения, чтобы обеспечить передачу требуемого объема энергии при поддержании заданного уровня напряжения на токоприемниках ЭПС [3]. В мировой практике высокоскоростного железнодорожного движения накоплен успешный опыт использования для таких целей подсистемы переменного тока 2×25 кВ, 50 Гц с автотрансформаторами. В частности, именно такая система использована на линии LGV EST (Франция), где был установлен действующий рекорд скорости на ВСМ − 574,8 км/ч.

Суммарная электрическая нагрузка на электротяговую сеть при движении на зоне питания нескольких высокоскоростных поездов определяется их интервалом попутного следования. От значения этого интервала зависит удельная мощность, приходящаяся на 1 км электрифицированной линии. Если принять мощность высокоскоростного ЭПС равной 30 МВт при движении со скоростью 400 км/ч, то с помощью расчетов для двухпутной ВСМ можно определить значения удельной мощности электропотребления в зависимости от интервалов попутного следования поездов (табл. 1).
Авторы:  Бурков А. Т., Сероносов В. В., Кудряшов Е. В., Степанская О. А.
Источник:  Транспорт РФ. 2015. № 2 (57). С. 36–41.
Ключевые слова:  железнодорожное электроснабжение, высокоскоростная магистраль, электротяговая сеть, тяговые подстанции, контактная сеть
Контакты:  elsnabgd@mail.ru, seronosov.vladimir@yandex.ru, kev@uks.ru, step_step@mail.ru