Forudsætningsnotat Øst, Simulering 1

Transkript

1 Forudsætningsnotat Øst, Simulering 1 The New Line Copenhagen Ringsted Alignment and Railway Technology Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 1 of 21

2 Forudsætningsnotat Øst, Simulering 1 The New Line Copenhagen Ringsted Alignment and Railway Technology Copenhagen Ringsted Team Arne Jacobsens Allé København S Version history of the document 2 Issued for first simulation ZMAJR XJGAD VPE 1 Issued for first distribution ZMAJR XJGAD VPE Ver. no. Description of revision or change Date Prepared Checked Approved Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 2 of 21

3 Content: 1 Ændringshistorik Indledning og formål Forudsætninger Trafikal og geografisk analyse omfang Geografiske forudsætninger Levering af geografiske data Fordelingsstationer og banetransformere Levering af data for fordelingsstationer og banetransformere Køreledningsanlæg Levering af data for køreledningsanlæg Rullende materiel Levering af data for rullende materiel Køreplan Levering af køreplan Resultater Annex Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 3 of 21

4 1 Ændringshistorik Version 2 Køreplan ændret til den modtagne d Der er benyttet matriel godkendt til 250 km/t på visse afgange. Godstogsstørrelsen er ændret til 2300 og 2500 t. Forsyningsstrækninger er ændret omkring IGF T26, KILF T25, RGF T25 og BJÆF T26. Transformer KT3D på Marslev Fordelingsstation medtages i simuleringen, da transformer T26 på Slagelse Fordelingsstation skal være backup for denne. Kystbanens forsyning, Kokkedal fordelingsstation, medtages i simuleringen, da transformer T25 på Vigerslev fordelingsstation skal være backup for denne. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 4 of 21

5 2 Indledning og formål I 2011 blev der gennemført to analyser på dele af fjernbanens kørestrømsanlæg i Danmark, dels på Kystbanen og dels på de elektrificerede strækninger i Vestdanmark fra Storebælt til Fredericia og Padborg, samt den fremtidige strækning fra Lunderskov til Esbjerg. Analyserne viste, at der var behov for tiltag for at forbedre kørestrømstilgængeligheden på disse strækninger. Analyserne skal nu videreføres til at dække de nuværende og fremtidige elektrificerede fjernbanestrækninger øst for Storebælt. Analysen skal afdække, om de tænkte løsninger for kørestrømsanlægget øst for Storebælt er tilstrækkelige, så den generelle stigning i togtrafikken og den mertrafik der må forventes efterhånden som flere fjernbanestrækninger overgår til eldrift, kan håndteres på tilfredsstillende vis. Dette notat skal beskrive forudsætningerne for opbygningen af simuleringerne. Det gøres ved at fastlægge nødvendige indgående data, samt hvem der forventes levere disse. Endvidere skal notatet fastlægge kravet til det efterfølgende resultat af kørestrømsanalysen. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 5 of 21

6 3 Forudsætninger 3.1 Trafikal og geografisk analyse omfang Det er besluttet, at de fremtidige effekt- og spændingsforhold skal simuleres for følgende strækninger: Lernacken Fordelingsstation til Marslev, herunder o Vigerslev til Ringsted via Køge Nord o den eksisterede Vestbane mellem København H og Ringsted via Roskilde Helsingør til Rødby, herunder o Ringsted til Rødby o Køge Nord til Næstved Det er valgt ikke at medtage strækningerne mellem Roskilde og Kalundborg, Roskilde og Køge samt Nykøbing Falster og Nakskov, da de hverken forventes elektrificeret foreløbigt eller bidrage til væsentlige spændings- eller effektændringer. Trafik mod Kalundborg vil dog blive simuleret med elektrisk traktion, da det har betydning for dimensionering af forsyningsstationerne mellem København og Roskilde. Strækningerne simuleres ad to omgange. Første simulering har til formål, at skabe en referencemodel de videre analyser kan baseres på (anden simulering). Med baggrund i erfaringerne fra simuleringen af Vestdanmark, forventes det at resultatet af simuleringen på referencemodellen vil vise, at dele af kørestrømsforsyningen ikke er tilstrækkelig til, at den forventede trafik kan opretholdes. Den anden simulering har til formål at eftervise at ændringerne er realiserbare og tilstrækkelige. Begge simuleringer skal vise effektbehovet og strømforbruget samt spændingskvaliteten under følgende driftsforhold: 1. Normal drift 2. Reservedrift (en transformer udkoblet) 3. Backup drift (hel fordelingsstation udkoblet) I den første simulering skal der som udgangspunkt kun udføres simulering af normal drift. Metode for vurderingen af simuleringsresultatet fremgår af afsnit 4 Resultater. Det forudsættes at der ikke indtræffer mere end en fejl i forsyningen til køreledningsanlægget ad gangen. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 6 of 21

7 3.2 Geografiske forudsætninger For at få skabt en referencemodel der afspejler de fysiske forhold, skal der indsamles data for gradienter på de strækninger, som skal simuleres. De indsamlede data skal med højst 1 meters unøjagtighed i længderetningen og højest 1 promilles afvigelse i gradient vise stigningsforholdene. Begge spor på dobbeltsporede strækninger fastsættes til samme gradienter. På de eksisterende baner hentes de nødvendige oplysninger om stigningsforhold fra Banedanmarks kurveregister. Da der bruges betragtelige mængder af effekt på at overvinde luftmodstanden i længere tunneller, skal der ligeledes indsamles data for tunneller på over 100 m. Data skal fastlægge tunnellernes start og slut km, med højest 1 meters afvigelse, og tunnelmundingernes areal (størrelse i m 2 ) med højest 5 procents afvigelse. Endvidere skal der findes information om hver enkelt tunnels opbygning med hensyn til trykudjævningsforbindelser mm. I forbindelse med simuleringerne er det besluttet at se bort fra kurveforhold for banen, da det tidsmæssigt er krævende at lægge oplysningerne ind i simuleringsmodellen, samtidig som de resultatmæssigt er af lille betydning. Data for eksisterende infrastruktur hentes fra TIB (gældende revision pr ). De nye stationer, fordelingsstationer og neutralsektioner forventes placeret som angivet i dokumentet "Lokalitetsforkortelser for kørestrømsanlæg", vers. 2, Der er udarbejdet en tegning TARTE_6_XXXXXX_002, vers. 2, som viser den tænkte fremtidige forsyning af Sjælland, Lolland og Falster. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 7 of 21

8 3.2.1 Levering af geografiske data Gradienter Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Gradienter for ny bane CRT / Arne Vedel H_Pr_Cph-Rg_RT- Thomsen 02_geometri.xlsx Gradienter for FBFL Gradienter for TIB 01 BDK/ Svend Brink SVBR_Længdeprofilr egister_ xls Gradienter for TIB 02 BDK/ Svend Brink SVBR_Længdeprofilr egister_ xls Gradienter for TIB 04 BDK/ Svend Brink SVBR_Længdeprofilr egister_ xls Gradienter for TIB 10 BDK/ Svend Brink SVBR_Længdeprofilr egister_ xls Gradienter for TIB 11 BDK/ Svend Brink SVBR_Længdeprofilr egister_ xls Tunneller Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Tunnel data for Ny CRT / Arne Vedel H_Pr_Cph-Rg_RT- bane Thomsen 02_geometri.xlsx Tunnel data for Øresund ( sbron.com/page/1 130) Infrasturkturregister Tunnel data for Simuleres med samme data som Øresund Storebælt Infrastruktur Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Stationering af ny infrastruktur på Ny Bane CRT / Arne Vedel Thomsen H_Pr_Cph-Rg_RT- 02_geometri.xlsx Stationering af ny infrastruktur på FBFL Stationering af infrastruktur på TIB 01 Stationering af infrastruktur på TIB 04 Stationering af infrastruktur på TIB 10 Stationering af infrastruktur på TIB 11 FBL / Bo Serholt Syd_P206 Rapport Trin 2 - Projektforslag_Rapp ort - Udtræk vedr kørestrøm.docx FLN A_Kørestrøm_EXTR ACT.PDF BDK TIB(Ø) BDK TIB(Ø) BDK TIB(Ø) BDK TIB(Ø) Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 8 of 21

9 3.3 Fordelingsstationer og banetransformere I simulering af referencemodellen benyttes principperne for den allerede gennemførte elektrificering, undtagen at der nu regnes med to returskinner per spor. Det vil sige at hver fordelingsstation forsynes af to banetransformere som leverer 25 kv 50 Hz til forsyning af fjernbanen. Undtagelserne er Kastrup Fordelingsstation hvor der opstillet en enkelt banetransformer, og Rødby Fordelingsstation hvor der opstilles 3 banetransformere. Fordelingsstationer og tilhørende banetransformere, som skal simuleres, fremgår af Annex 1: Kørestrømskapacitet ØST-DK, vers. 2, Følgende forudsætninger gælder for fordelingsstationer og banetransformere: Der enten allerede forefindes eller kan etableres forceret køling på samtlige eksisterende banetransformatorer. Nye banetransformeres mærkeeffekter er baseret på oplysninger fra programfaserapporter fra respektive projekter. Alle banekabler mellem banetransformere og fordelingsstationer er udlagt som 2x1x800/50 mm 2 PEX-M-AL. Banetransformernes data simuleres efter datablad for 18/23 MVA ABB Strömberg Power transformator. Data for de øvrige transformerstørrelser beregnes ud fra dette datablad. Der simuleres efter viklingskoblertrin 8 for alle transformere, hvilket er midterpositionen. Det forudsættes at der er tilstrækkeligt effekt i det overliggende 132 kv forsyningsnet. På Haslev fordelingsstation, hvor der ikke på nuværende tidspunkt, er fastlagt eller forslået nogen transformerstørrelser, simuleres der med en ONAF transformer på 12 MVA. I Annex 1: Kørestrømskapacitet ØST-DK, vers. 2, er følgende data for banetransformere og fordelingsstationer oplistet: Banetransformer og fordelingsstation placering Banetransformer størrelse Afstand mellem banetransformere og fordelingsstationer Forsyningsafsnit for banetransformerne Maksimale og minimale kortslutningseffekter for banetransformerne Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 9 of 21

10 3.3.1 Levering af data for fordelingsstationer og banetransformere Fordelingsstation og banetransformer Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Bjæverskov Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Haslev Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Kastrup Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Kildebrønde Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Lov Fordelingsstation FBL / Bo Serholt FLN A_Kørestrøm_EXTRA CT.PDF Masnedø Fordelingsstation Ringsted Fordelingsstation FBL / Bo Serholt FBL / Bo Serholt FLN A_Kørestrøm_EXTRA CT.PDF FLN A_Kørestrøm_EXTRA CT.PDF Roskilde Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Rødby Fordelingsstation FBL / Bo Serholt Syd_P206 Rapport Trin 2 - Projektforslag_Rappor t - Udtræk vedr kørestrøm.docx Slagelse Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Toreby Fordelingsstation FBL / Bo Syd_P206 Rapport Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 10 of 21

11 Serholt Trin 2 - Projektforslag_Rappor t - Udtræk vedr kørestrøm.docx Vigerslev Fordelingsstation BDK _v1_Maksimale og Minimale kortslutningseffekter for Banedanmark.pdf Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 11 of 21

12 3.4 Køreledningsanlæg Eksisterende køreledningskoncept benyttes, dog med den ændring at begge skinnestrenge indgår i returstrømskredsen. Det betyder at der simuleres med et køreledningsanlæg system BT-RC (dvs. med sugetransformer og returledning) med køretråds- og bæretovstværsnit på 100/50 mm 2 (TFZF160st) eller 120/70 mm 2 (TFZF200st) og returleder på 327 mm 2 stål-aluminium. Undtagelser er Storebælt, Øresund og i hovedstadsområdet hvor der ikke er opsat sugetransformatorer. Hovedstadsområdet skal i denne sammenhæng forstås som området mellem Klampenborg, Hedehusene, Vigerslev og Kalvebod. Sugetransformerne er placeret med en indbyrdes afstand på tre km. På Storebælt, Øresund Landanlæg og i hovedstadsområdet er kørestrømsanlægget system RR-RC (returskinne og returledning). På Storebælt og Øresund landanlæg er køreledningsanlægget opbygget med tværsnittet 120/70 mm 2 i køretråd/bæretov. Returlederen er i alle tilfælde 327 mm 2 stål-aluminium. Typecertifikaterne for henholdsvis TCZ F160 St og TCZ F200 St benyttes. Figur 1 viser de anvendte køreledningssystemer i Østdanmark. Figur 1: De anvendte køreledningssystemer i Østdanmark Følgende forudsætninger benyttes ved simuleringerne: returstrømmens afledning til jord er sat til nul sliddet på køreledningen er sat til nul begge skinner bruges til returstrøm - de regnes om en skinne der ligger i spormidt og køretrådens "resulterende" zig-zag er nul konstant køreledningshøjde på 5500 mm på eksisterende anlæg konstant køreledningshøjde på 5300 mm på ny bane Kh-Rg samt Sydbanen (Rg-Rf) og Lille Syd (KjN-Næ) systemets kapacitanser medregnes ikke ingen gensidig påvirkning fra nabospor Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 12 of 21

13 kun grundtonen indgår i beregningerne nedledere regnes som impedansløse De i Tabel 1 givne impedanser benyttes i simuleringen. Tabel 1: Impedanser for køreledningsanlægget Komponent AnlægsID Impedans TIB strækning 31 MVA Banetrafo 0,31+j2,443 Ω 25 MVA Banetrafo 0,31+j2,443 Ω 23 MVA Banetrafo 0,36+j4,656 Ω 18 MVA Banetrafo 0,36+j4,656 Ω 12 MVA Banetrafo 0,41+j6,869 Ω Tilgangskabel 0,037+j0,104 Ω/km 800mm² Al Køreledning med sugetrafo (TFZF160st) BT-RC 0,2371+j0,676 Ω/km TIB 1, TIB 4, TIB 5, TIB10 Køreledning med BT-RC 0,2102+j0,676 Ω/km TIB 2 sugetrafo (TFZF200st) Køreledning uden sugetrafo (TFZF160st) Køreledning uden sugetrafo (TFZF200st) Levering af data for køreledningsanlæg RR-RC 0,172+j0,355 Ω/km TIB 1 (Hovedstadsområdet), TIB 11, (Øresundsbanen) RR-RC 0,142+j0,342 Ω/km Storebælt km 109,9-129,8 Øresund fra km 12,9 TIB 6 (Ny bane Kh-Rg) Køreledningsanlæg data Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Impedans for 31/25 MVA Banetransformer Atkins Beregnet fra datablad på 10/18 MVA trafo () Impedans for 18/23 Atkins mva transformer.pptx MVA Banetransformer Impedans for 10/12 MVA Banetransformer Atkins mva transformer.pptx Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 13 of 21

14 3.5 Rullende materiel For at få et retvisende billede af spændings- og effektforhold er det nødvendigt at fastlægge, hvilke materieltyper der vil trafikere det elektrificerede net. Der findes pt. en lang række materieltyper der må befare det danske fjernbanenet, men af hensyn til overskueligheden baseres analysen på tre grundtyper: Godstog: fremføres med BR 185. BR 185 forventes at køre i forspand. Passagertog: fremføres med litra ET. Lyntog: fremføres enten med litra ET eller ICE-3 Det er altså valgt at al trafik simuleres fremført med eltraktion. For godstogenes vedkommende regnes der med en togvægt på maximalt 2500 tons eksklusiv lokomotivernes egenvægt og en maksimal hastighed på 100 km/h. ET- togsættenes egenvægt er 133 t. I simuleringerne regnes der med en totalvægt pr. togsæt på 151,2 t. Maksimal hastighed er 180 km/h. Passagertog køres med 1 til 4 togsæt, sammensat i forhold til køreplanen. For at kunne skabe retvisende simuleringsmodeller for togene, skal der indsamles en mængde data for hver materieltype. Data er vedlagt som Annex 2: Togdata. Der antages følgende forudsætninger for hjælpekraft: Der regnes med et effektoptag på 300 kw til hjælpekraft for hvert ET togsæt Der regnes med et effektoptag på 1000 kw til hjælpekraft for hvert ICE-3 togsæt Der regnes med et effektoptag på 200 kw til hjælpekraft for hvert BR 185 lokomotiv. For at simulere afventende tog placeres der i simuleringen 3 ET togsæt på hver af stationerne Helsingør, København H og Nykøbing F. Togsættene står under hele simuleringen stille og bruger hjælpekraft. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 14 of 21

15 3.5.1 Levering af data for rullende materiel Rullende materiel data Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Togdata for ET DSB / Claus Thorsen Mail til ZMAJR togsæt Degn Togdata for BR 185 Lars Burkahl Mail til ZMAJR Togdata for ICE-3 DB Mail til Schütte/Atkins () Togsæt sammensætning Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Togsæt sammensætning BDK / John Thede Nielsen Papirudg. til ZMAJR Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 15 of 21

16 3.6 Køreplan Der simuleres efter køreplan modtaget fra BaneDanmark d Køreplanen afspejler en realistisk belastning af jernbanen i Køreplanen er afspejlet i Figur 2. Den komplette køreplan er gengivet i Annex 3: Køreplan, vers. 2, Figur 2; Køreplan modtaget fra BDK I den modtagne køreplan er en del af togene antaget fremført af dieselmateriel. I simuleringen er det kun tog mellem Roskilde og Køge, der skal simuleres som dieselmateriel, og der skal derfor i simuleringen vælges en elektrisk ekvivalent, der modsvarer dieselmateriellet i hastighed og passagerkapacitet. Tabel 2 viser hvilket elektrisk materiel der anvendes for hver enkelt togløb i køreplanen. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 16 of 21

17 Tog type i Tog type i Togløb Strækning køreplan simulering Bemærkning 11 Cph-Kjn-Od ICE ICE 12 Cph-Kjn-Od ICE ICE 14 Kk-Ro-Od 2 MF 3 ET 17 Kk-Ro-Od 2 ET 4 ET 18 Kk-Ro-Od 2 ET 4 ET 21 Kh-Kjn-DE ICE ICE Kk/Kh-Ro- 22 Nf 2 ET 4 ET 23 Kk/Kh-Ro- Nf 2 ET 4 ET 24 Kk-Ro-Rg 2 ET 4 ET 25 Kh-Ro-Næ 2 ET 4 ET 26 Kk-Ro 2 ET 4 ET 31 Kk-Ro-Lj 2 MF 3 ET 32 Kk-Ro-Lj 2 MF 3 ET 33 Kk-Ro-Lj 2 MF 3 ET 34 Kk-Ro-Lj 2 MF 3 ET 35 Kk-Kjn-Næ 2 ET 3 ET 36 Kh-Kjn-Næ 2 MF 3 ET 61 Kj-Ro 1 MF Diesel 62 Kj-Ro 1 MF Diesel 1490 So-Kjn-Kh 2 ET - kun en afgang (kl 0717) 3490 Ho-Ro-Kh 2 ET - kun en afgang (kl 0734) 3590 Kj-Kjn-Kh 2 ET - kun en afgang (kl 0700) 3594 Kj-Kjn-Kh 2 ET - kun en afgang (kl 0730) 121 Pe-Kjn-DE EG BR t Gods 122 Pe-Kjn-DE EG BR t Gods 131 Pe-Ro-Od EG BR t Gods 101 Hg-Dr 2 ET 3 ET 3 afgange pr. retning og time 102 Ni-Dr 2 ET 3 ET 3 afgange pr. retning og time 3 Hg-Kh 2 ET 3 ET 3 afgange pr. retning og time (myldretidsdtog) Pe=Peberholm Dr=Drogden Tabel 2; Elektrisk ekvivalent af dieseltog i køreplanen Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 17 of 21

18 3.6.1 Levering af køreplan Køreplan Beskrivelse af data Ansvarlig Modtaget Filnavn Status Køreplan John T Nielsen / BDk køreplan kl 6-9 KH- RG med 250.xlsx Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 18 of 21

19 4 Resultater Funktionskravet til kørestrømsforsyningen skal som udgangspunkt opfylde EN og EN 50163, der angiver tilladte udsving i køretrådsspænding og frekvens. Endvidere skal kravene i Banedanmarks typecertifikater kunne overholdes. Funktionskravet til kørestrømsforsyningen skal opfyldes ved normale driftsforhold, hvor alle fordelingsstationer er indkoblet og aktive, ved reservedrift med en enkelt transformator udkoblet, samt ved udkobling (gennemkobling) af en vilkårlig fordelingsstation som følge af vedligehold, havari eller lign. uden at dette i øvrigt påvirker togdriften. Der skal foreligge simuleringsresultater for normaldrift for alle transformatorer. Simuleringsresultaterne præsenteres for hver transformer og de strækningsafsnit de forsyner. Endvidere skal transformerbelastningen (højeste 30 minutters værdi) og spændingskvaliteten (køretrådsspænding i endepunkt af forsyningsafsnit over 2 min) indplaceres på følgende skala: Transformerbelastning 1. Uacceptabel transformerbelastning > 50 % af installeret effekt 2. Acceptabel transformerbelastning < 50 % af installeret effekt Spændingskvalitet 1. Uacceptabel spændingskvalitet 17,5-0 kv 1 2. Kritisk spændingskvalitet 19,0-17,5 kv 3. Svingende spændingskvalitet 22,0-19,0 kv 4. Acceptabel spændingskvalitet 27,5-22,0 kv Såfremt analysen af en transformer ikke viser kritisk eller uacceptabel transformerbelastning og spændingskvalitet, skal simuleringen udvides til også at omfatte reserve- og backupdrift for transformeren, og følgende resultater indsamles for alle tre scenarier: transformerbelastning over 30 minutter (grundbelastning), transformerbelastning over 1 min (høj last) og størst forekommende transformerbelastning (momentan belastning i 1 sek) strøm i afgangsfelt over 30 minutter (grund belastning), strøm i afgangsfelt over 1 min (høj last) og størst forekommende strøm i afgangsfelt (momentan belastning i 1 sek) mindste køretrådsspænding ved samleskinne på fordelingsstation over 2 min, mindste køretrådsspænding ved samleskinne på fordelingsstation over 1 sek, mindste køretrådsspænding i endepunkt af forsyningsafsnit over 2 min, mindste køretrådsspænding i endepunkt af forsyningsafsnit over 1 sek, 1 Hvis der optræder spændinger under 17,5 kv, skal spændingskvaliteten registreres som uacceptabel, også selvom spændingen forekommer i mindre end 2 min. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 19 of 21

20 køretrådsspænding for udvalgte tog ved strømaftageren over togets samlede køretid. Alle værdier udregnes i henhold til EN som RMS-værdier. Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 20 of 21

21 5 Annex Annex 1: Kørestrømskapacitet ØST-DK, vers. 2, Annex 2: Togdata, vers. 2, Annex 3: Køreplan, vers. 2, Annex 4: TARTE_6_XXXXXX_002.pdf, vers. 2, Alignment and Railway Technology (ART-contract) Page 21 of 21