Режим напряжения в тяговой сети

Электромагнитная совместимость электроподвижного состава с системой тягового электроснабжения обеспечивается при соблюдении следующих показателей качества электроэнергии: действующее напряжение на шинах тяговых подстанций и на токоприемниках ЭПС в нормальном и вынужденном режимах работы системы электрической тяги должно соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.5. Наименьшее напряжение 21 кВ определяется за время 3 мин, а напряжение 24 кВ на токоприемнике локомотива скоростного пассажирского поезда (скорость выше 160 км/ч) определяется за 1 мин.

Для соблюдения требований табл. 1.5 следует при проектировании и в эксплуатации выполнять следующие условия: модуль входного сопротивления системы тягового электроснабжения на основной частоте при напряжении 25 кВ от токоприемника ЭПС переменного тока до шин бесконечно большой мощности не должен превышать в нормальном режиме работы системы тягового электроснабжения при двусторонней и узловой схеме питания тяговой сети 15 Ом, а в вынужденном режиме работы при односторонней схеме питания тяговой сети — 30 Ом.

Опыт эксплуатации современного ЭПС «Сапсан» подтверждает необходимость строгого соблюдения нормативов по напряжению в контактной сети. При напряжении свыше 29 кВ токоприемник

Таблица 1.5

Нормы напряжения в системе тягового электроснабжения

Режим работы системы тягового электроснабжения

Напряжение

Действующее значение напряжения, кВ

На шинах подстанции

В контактной сети и на токоприемниках

эпс

Все режимы

Номинальное

27,5

25,0

Нормальный на железнодорожных участках со скоростями движения до 160 км/ч

Наибольшее

Наименьшее

28,0

  • 28,0
  • 21,0

Нормальный на железнодорожных участках со скоростями движения свыше 160 км/ч

Наибольшее

Наименьшее

28,0

  • 28,0
  • 24,0

Нормальное на слабозагруженных железнодорожных участках

Наибольшее

Наименьшее

28,0

  • 28,0
  • 19,0

Вынужденный

Наибольшее

Наименьшее

29,0

  • 29.0
  • 19.0

«Сапсана» автоматически опускается, а при напряжении ниже 24 кВ у него блокируется система управления.

В соответствии с Правилами на тяговых подстанциях должно быть предусмотрено автоматическое регулирование напряжения (АРПН), хотя известно, что работа АРПН трехфазных трансформаторов затруднена из-за несимметрии напряжения. Устройства РПН трансформаторов имеют достаточно широкие диапазоны регулирования напряжения: для трансформаторов 220 кВ они составляют ±12 % (8x1,5 %) и для трансформаторов ПО кВ ±16 % (9x1,78 %) номинального напряжения. В связи со значительной стоимостью РПН (для мощных трансформаторов она составляет 22—25 % стоимости трансформатора) и, следовательно, со значительными затратами на его ремонт эксплуатационный персонал старается ограничить работу РПН. Тем не менее опыт Горьковской ж.д., где на ряде подстанций уже более 40 лет успешно работают устройства РПН с включенной автоматикой регулирования напряжения, подтверждает, что при интенсивном использовании АРПН (до 15—20 переключений в сутки) и умелой его эксплуатации надежность РПН практически не снижается. Устройства

РПН постоянно совершенствуются, на дорогах уже работают РПН на вакуумных камерах. Ресурс РПН трансформаторов тяговых подстанций около 100 тыс. переключений, но современные РПН уже допускают 400—500 тыс. переключений. Известны разработки РПН на 800 тыс. переключений по механическому и электрическому ресурсу со сроком ревизии до 15 лет. Указанное свидетельствует о значительном прогрессе надежности устройств РПН.

Потери напряжения в трансформаторах практически полностью определяются передаваемой реактивной мощностью. На большинстве тяговых подстанций с устройствами АРПН напряжение на шинах в среднем равно 26,5—28 кВ и, как правило, не выходит за пределы 25—29 кВ.

Исследования показывают, что распределение на шинах 27,5 кВ достаточно хорошо описываются нормальным законом, чем можно пользоваться в практических расчетах. Среднее квадратичное отклонение напряжения, характеризующее его колебание, в зависимости от удаленности подстанции от энергосистемы составляет, как правило, 0,5—1,2 кВ. Следовательно, наибольшие отклонения напряжения от среднего значения на шинах подстанции равны 1,5-3,6 кВ.

Напряжение на постах секционирования колеблется в более широких пределах, и его минимальные значения могут достигать 22—19 кВ. Пониженные напряжения бывают, как правило, в вынужденных режимах, но здесь следует помнить, что в этом случае допускается наименьшее напряжение 19 кВ. Кроме того, в вынужденном режиме допускается в случае необходимости ограничение (увеличение межпоездного интервала) на пропуск поездов. В ряде случаев именно эти режимы являются определяющими при выборе КУ и УПК.

Несимметрия напряжения на шинах 27,5 кВ зависит от тяговой нагрузки и от сопротивления подстанции и может достигать 6—7 % и более. На тяговых подстанциях контроль несимметрии а также несинусоидальности, по нормативным документам должен производиться в точке подсоединения тяговой подстанции к сети внешнего электроснабжения В Л -110 (220) кВ. Нормально и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии и несинусоидальности равны 2 и 4 %. В значительной степени указанные коэффициенты зависят от сопротивления сети внешнего электроснабжения ZBH. С увеличением удаленности подстанции от энергосистемы, т.е. с увеличением ZBH, растут коэффициенты несинусоидальности и несимметрии по обратной последовательности.

Для снижения несимметрии и несинусоидальности напряжений тяговых подстанций с трехфазными и однофазными трансформаторами необходимо при циклических присоединениях к линиям электропередачи подключать наиболее загруженные фазы тяговых подстанций к разным фазам ВЛ. Снижать несимметрию возможно также путем соответствующего размещения по фазам установок поперечной емкостной компенсации.

В ЭПС используются однофазные преобразователи, поэтому они являются источниками всех нечетных гармоник. Средние значения амплитуд токов гармоник 3, 5, 7, 9 соответственно равны: 25; 8,4; 3,04; 2,07. Несинусоидальность напряжения на шинах 27,5 кВ при больших нагрузках достигает 8—13 % и при рекуперации увеличивается до 12—16 %.

Наибольшие значения имеют гармоники 3, 5 и 7, причем вследствие резонансных явлений в ВЛ 110 кВ 5-я гармоника, как правило, соизмерима с 3-й и даже превышает ее.

Каждая гармоника несинусоидального тока, проходя по элементам системы электроснабжения, создает на них потери напряжения. В результате напряжение в различных точках системы оказывается несинусоидальным. При этом чем дальше (электрически) от электростанций и чем больше тяговый ток, тем искажение напряжения больше. Так, например, на шинах 110 кВ тяговой подстанции напряжение U искажено мало (рис. 1.5, в), а на тяговых шинах 27,5 кВ гармоники напряжения имеют уже ощутимое значение (рис. 1.5, б). Еще сильнее искажено напряжение на постах секционирования и электровозах (рис. 1.5, в).

Для предотвращения усиления токов высших гармоник при включении КУ последовательно с конденсаторами включен реактор.

Индуктивность реактора выбирают такой, чтобы для основной частоты КУ имела емкостное сопротивление и являлась бы источником реактивной мощности, а для высших гармоник, которые могут усилиться, — индуктивное сопротивление.

Ток и напряжение в различных точках системы электроснабжения

Рис. 1.5. Ток и напряжение в различных точках системы электроснабжения

переменного тока:

а и б — соответственно на первичных и тяговых шинах подстанции;

в — ток электровоза

Таким образом, задача реактора — предотвратить усиление гармоник и тем самым повысить надежность работы КУ.

В настоящее время существует набор регулирующих устройств, корректирующих режим системы тягового электроснабжения переменного тока и по схемам, и по тяговым нагрузкам с целью повышения напряжения в тяговой сети и снижения потерь мощности в оборудовании тягового электроснабжения. В условиях жесткого финансирования наибольшее применение нашли следующие устройства:

  • — трансформаторы (автотрансформаторы) с регулированием напряжения (с РПН и ПБВ);
  • — установки поперечной емкостной компенсации (намечен переход на ступенчатые регулируемые установки);
  • — установки продольной емкостной компенсации, включая переключаемые установки;
  • — устройство фильтрации и компенсации реактивной мощности для контактной сети переменного тока (ФКУ);
  • — реакторы на районной обмотке трансформаторов тяговой подстанции для компенсации зарядной мощности ЛЭП;
  • — посты секционирования с управляемым секционным выключателем;
  • — для снижения потерь напряжения и мощности производят усиление тяговых подстанций и контактной сети с увеличением мощности трансформаторов, с увеличением сечения проводов, с включением постов секционирования и пунктов параллельного питания с корректировкой числа включенных силовых трансформаторов и т.д.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >