Моделирование электромагнитных полей сложной структуры, возникающих в местах пересечения тяговых сетей и линий электропередачи

Receipt date: 
19.09.2020
Bibliographic description of the article: 

Буякова Н. В. Моделирование электромагнитных полей сложной структуры, возникающих в местах пересечения тяговых сетей и линий электропередачи / Н. В. Буякова, А. В. Крюков, Д. А. Середкин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2020. –№ 4 (68). – С. 93–102. – DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).93-102

Year: 
2020
Journal number: 
УДК: 
621.311: 621.331
DOI: 

10.26731/1813-9108.2020.4(68).93-102

Article File: 
Pages: 
93
102
Abstract: 

В местах пересечения трасс электрифицированных железных дорог переменного тока с высоковольтными воздушными линиями электропередачи возникают электромагнитные поля сложной структуры, отличающиеся повышенным уровнем напряженностей. Такие поля могут создавать помехи, нарушающие функционирование электронного оборудования и систем телекоммуникаций. Кроме того, возможно негативное воздействие на персонал, обслуживающий объекты железнодорожной инфраструктуры. В статье представлены результаты компьютерных исследований, выполненных применительно к сложной тяговой сети 25 кВ, параллельно которой проходила линия электропередачи 220 кВ. В состав тяговой сети входила линия с заземленной фазой, провода которой были смонтированы на опорах контактной сети. Проведено моделирование электромагнитного поля в месте ортогонального пересечения описанной многопроводной тяговой сети с линией электропередачи 500 кВ. Рассматривались две режимные ситуации: нормальный режим работы линии электропередачи 220 кВ с передачей мощности 25+j16 МВ·А и обрыв одной фазы на отправном конце с передачей той же суммарной мощности. Расчеты напряженностей электромагнитного поля выполнены в программном комплексе «Fazonord». По результатам моделирования построены объемные диаграммы, наглядно иллюстрирующие сложную структуру возникающих электромагнитных полей. Такие диаграммы помогут принимать обоснованные решения по защите персонала и электронного оборудования (в частности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики) от негативного воздействия электромагнитного поля. При нормальном режиме работы максимумы напряженностей электрического поля для рассмотренного пересечения превышают допустимые значения для электротехнического персонала. Напряженности магнитного поля находятся в допустимых пределах. При обрыве фазного провода линии электропередачи 220 кВ наблюдается увеличение напряженностей магнитного поля для координат, расположенных на оси, перпендикулярной трассе дороги и лежащих в диапазоне 0–30 м. Исследования выполнены при финансовой поддержке по гранту государственного задания Минобрнауки России на тему «Повышение качества электрической энергии и электромагнитной безопасности в системах электроснабжения железных дорог, оснащенных устройствами Smart Grid, путем применения методов и средств математического моделирования на основе фазных координат».

List of references: 
  1. Buchholz B.M., Styczynski Z. Smart Grids – Fundamentals and Technologies in Electricity Networks. Springer Heidelberg New York Dordrecht London, 2014. 396 p.
  2. Сидоров А.И., Окраинская И.С. Электромагнитные поля вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения. Челябинск: ЮУрГУ, 2008. 204 с.
  3. Буякова Н.В., Закарюкин В.П., Крюков А.В. Электромагнитная безопасность в системах электроснабжения железных дорог: моделирование и управление. Ангарск: АнГТУ, 2018. 382 с.
  4. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения ЖД транспорта. М.: Интекст, 2008. 480 с.
  5. Аполлонский С.М., Каляда Т.В., Синдаловский Б.Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. СПб: Политехника, 2006. 263 с.
  6. Аполлонский С.М., Горский А.Н. Расчеты электромагнитных полей. М.: Маршрут, 2006. 992 с.
  7. Устинов А.А. Расчет электрических полей аналитическим методом по мгновенным значениям // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. Иркутск: ИрГТУ, 2005. С. 517–525.
  8. Альтернативные варианты обеспечения электромагнитной безопасности линий электропередачи / Н.Б. Рубцова, М.Ш. Мисриханов, В.Н. Седунов, А.Ю. Токарский // Изв. Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 5(3). С. 839–845.
  9. Kircher R., Klühspies J., Palka R. et al. Electromagnetic Fields Related to High Speed Transportation Systems // Transportation Systems and Technology. 2018. No. 4(2). Pp. 152–166.
  10. Ogunsola A., Mariscotti A. Electromagnetic Compatibility in Railways. London: Springer, 2013, 529 p.
  11. Ogunsola A., Reggiani U., Sandrolini L. Modelling Electromagnetic Fields Propagated from an AC Electrified Railway Using TLM // International Symposium on Electromagnetic Compatibility, EMC’09. Kyoto, 2009. Pp. 567–570.
  12. Sheilah Frey. Railway Electrification Systems & Engineering. White Word Publications, Delhi 2012. 145 p.
  13. Закирова А.Р., Буканов Ж.М. Исследования электромагнитных полей на рабочих местах персонала, обслуживающего контактную сеть // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2016. № 2 (30). С. 73–83.
  14. Закирова А.Р. Защита электротехнического персонала от вредного воздействия электромагнитных полей. Екатеринбург: УрГУПС, 2018. 171 с.
  15. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Иркут. ун-т, 2005, 273 с.
  16. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Электромагнитная безопасность в местах пересечения высоковольтных ЛЭП и электрифицированных железных дорог // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. В 2-х т. Т. 1. Иркутск, 2018. С. 641–650.
  17. Buyakova N.V., Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Electromagnetic safety in points of overhead power lines and electrified railroads crossing // International Scientific Electric Power Conference – 2019 IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 643 (2019) 012018IOP Publishing. doi: 10.1088/1757-99X/643/1/012018.
  18. Buyakova N., Zakaryukin V., Kryukov A. Imitative Modelling of Electromagnetic Safety Conditions in Smart Power Supply Systems // Advances in Intelligent Systems Research. Vol. 158. Vth International workshop “Critical infrastructures: contingency management, intelligent, agent-based, cloud computing and cyber security” (IWCI 2018), 2018. Pp. 20–25.
  19. Electromagnetic Safety Enhancing in Railway Electric Supply Systems / Natal'ya Buyakova, Vasiliy Zakaryukin, Andrey Kryukov, Tu Nguyen // E3S, Web of Conferences 58, 01006(2018) RSES 2018. Pp. 1–6.
  20. Buyakova N.V., Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Modeling of electrical fields in railway engineering structures // Advances in Engineering Research. Vol. 158. International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport (AviaENT 2018). 2018. Pp. 219–225.
  21. Примеры анализа и расчетов режимов электропередач, имеющих автоматическое регулирование и управление / Н.Д. Анисимова, В.А. Веников, В.В. Ежов [и др.]. М.: Высшая школа, 1967. 297 с.
  22. Ивакин В.Н., Магницкий А.А., Шульга Р.Н. Применение установок тиристорно-управляемой продольной компенсации на линиях электропередачи переменного тока // Электротехника. 2006, № 9. С. 42–49.
  23. Шамардин А.О. Исследование влияния установки продольной компенсации на режимы дальней электропередачи // современные научные исследования и инновации. 2016, № 6 (62). С. 164–173.
  24. Финоченко Т.Э. Исследование режимов работы и качества электроэнергии в линиях ДПР // Вестник РГУПС. 2002, № 3. С. 60–62.