ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА
SWITCHING FILTER COMPENSATING UNIT

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ.
Известны регулируемые установки поперечной емкостной компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока [1, 2, 3]. В частности, в [4] представлена Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка (ФКУ) с двумя последовательно включенными нерегулируемой и переключаемой секциями (в каждой секции реактор с батареей конденсаторов, секции LC), причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором. Для изменения мощности Переключаемой ФКУ шунтируют или расшунтируют переключаемую секцию выключателем, при этом в [4] указано, что этот выключатель может выполняться синхронизированным, например, с использованием биполярного тиристора, как это сделано, в частности в [3]. При шунтировке ФКУ напряжение в тяговой сети повышается броском, что может неблагоприятно сказаться на работе электровозов в тяговой сети. В настоящее время нет нормативов на броски напряжения на электровоз, но по опытным данным специалисты считают, что броски напряжения до 500 В допустимы для электровозов. Однако с ростом тяговых нагрузок растут и мощности ФКУ. При включении ФКУ мощностью 5 - 6 Мвар напряжение в тяговой сети на посту секционирования повышается примерно на 1500 В. Если принять максимальный бросок напряжения, например, в 1500 В, то следовало бы повышать напряжение на ФКУ в три этапа по 500 В, то есть, поднять напряжение до 500 В, затем через некоторое время до 1000 В, и далее через некоторое время до 1500 В. Таким образом, формируется цель и идея изобретения: с помощью тиристора повышать напряжение поэтапно, например, не сразу до 1500 В, а с помощью фазового регулирования повышать поэтапно по 500 В. Возможно повышение напряжения и с другим шагом, например, 400 В.
Итак, принимаем за прототип предлагаемого изобретения [4] и рассматриваем: Переключаемую фильтрокомпенсирующую установку, содержащую последовательно соединенные главный выключатель, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и конденсаторной батареи, демпфирующий резистор, зашунтированный выключателем и трансформатор тока, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором.
Цель изобретения: повышение надежности электроснабжения тяговой сети с Переключаемой ФКУ путем недопущения повышенных значений бросков напряжения.
Для реализации цели изобретения выполнено следующее:
В Переключаемую фильтрокомпенсирующую установку, содержащую последовательно соединенные главный выключатель, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и конденсаторной батареи и трансформатор тока, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором
- введены последовательно соединенные блок измерения фазы тока Переключамой фильрокомпенсирующей установки, компаратор с первым входом и блок дифференцирования, подключенный выходом к управляющему электроду биполярного тиристора, а входом к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу блока измерения фазы тока, вход которого подключен к выходу трансформатора тока,
- введен блок задания углов задержки на фиксированные моменты включения биполярного тиристора, в котором подаются различные напряжения от потенциометра, подключенного к оперативному напряжению, через первый размыкающий контакт реле фиксации начального угла задержки и первые размыкающие контакты введенных реле времени, подсоединенных к анодам диодов, катоды которых соединены и подключены ко второму входу компаратора,
- введен блок реле времени, причем реле фиксации начального угла задержки включено к оперативному напряжению через последовательно соединенные размыкающим контактом кнопки ВЫКЛ и замыкающим контактом кнопки ВКЛ, который зашунтирован вторым замыкающим контактом реле фиксации начального угла задержки, причем первое реле времени подключено к оперативному напряжению через упомянутый замыкающий контакт кнопки ВКЛ, а второе реле времени подключено параллельно катушки первого реле времени через замыкающий контакт первого реле времени, и третье реле времени подключено параллельно к катушке второго реле времени через второй замыкающий контакт второго реле времени
Для пояснения работы изобретения представим схему (рис.1) со следующими обозначениями:
1 - главный выключатель;
2 - реактор первой секции;
3 - конденсаторная батарея первой секции;
4 - конденсаторная батарея второй секции;
5 - реактор второй секции;
6 - демпфирующий резистор;
7 - биполярный тиристор с управляющим электродом,
8 - выключатель, шунтирующий демпфирующий резистор;
9 - блок дифференцирования,
10 - компаратор,
11 - блок измерения фазы тока;
12 - трансформатор тока,
13 - кнопка ВКЛ шунтирования второй секции для увеличения емкости ФКУ,
14 - кнопка ВЫКЛ расшунтирования второй секции для уменьшения емкости ФКУ,
15 - реле фиксации начального угла включения 120 градусов,
15.1 и 15.2 - размыкающий и замыкающий контакты реле 15,
16, 17, 18 - первое, второе и третье реле времени с задержкой на срабатывание;
16.1, 17.1,18.1 - размыкающие контакты реле 16, 17 и 18 с задержкой времени на срабатывание;
16.2 и 17.2 - замыкающие контакты реле 16 и 17 с с задержкой времени на срабатывание;
19 - блок диодов
20 - потенциометр задания напряжений, определяющих углы задержки времени включения биполярного тиристора.
21 - блок задания углов задержки на фиксированные моменты времени включения биполярного тиристора;
22 - блок трех реле времени.
Переключаемая ФКУ по рис.1 работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии ФКУ работает с включенными двумя секциями 2-3 и 4-5, трансформатором тока 12, и при отключенном биполярном тиристоре 7. Принимаем максимальное повышение напряжения в 1600 В, будем поэтапно включать биполярный тиристор с повышением напряжения на ФКУ по 400 В. Тогда при установленных фиксированных задержках в 120°, 60°, 30° и 0° градусов напряжение на ФКУ будет повышаться на 400 В, 800 В, 1200 В и 1600 В
При подаче команды ВКЛ 13 через размыкающийся контакт ОТКЛ 14 срабатывает реле 15 и через замыкающийся контакт 15.2 встает на «самоподхват» реле 15 и при этом размыкается его контакт 15.1 и напряжение от потенциометра 20 через размыкающийся контакт 16.1 поступает на второй вход компаратора 10. На первый вход компаратора 10 поступает от блока измерения фазы тока 11 сигнал с напряжением, пропорциональным фазе тока ФКУ. Когда на первом входе компаратора напряжение будет превышать значение, соответствующее фазе тока 120° сработает компаратор 10 и через блок дифференцирования 9 включит биполярный тиристор 7. На реле времени 16 (а также на реле времени 17 и 18) устанавливаем выдержку времени 3 сек, поэтому в течение 3 сек биполярный тиристор 7 будет включаться с задержкой по фазе в 120°, и тогда напряжение на ФКУ повысится на 400 В.
Далее по истечении 3 сек от момента нажатии кнопки ВКЛ замкнется замыкающий контакт 16.2, будет подано напряжение на реле времени 17 и разомкнется размыкающий контакт 16.1. Напряжение от потенциометра 20, соответствующее фазе 60° поступает через размыкающий контакт 17.1 и через диод 19 на второй вход компаратора 10 и когда напряжение на первом входе компаратора будет превышать соответствующее напряжению при 60° блока измерения фазы тока 11 сработает компаратор 10 и через блок дифференцирования 9 включит биполярный тиристор 7. Напряжение на ФКУ повышается на 800 В и действует в течение 3 сек.
Далее замкнется замыкающий контакт 17.2, подается напряжение на реле 18 и размыкается контакт 17.1. Напряжение от потенциометра 20, соответствующее фазе 30° поступает через размыкающий контакт 18.1 и через диод 19 на второй вход компаратора 10 и когда напряжение первом входе компаратора 10 будет превышать соответствующее напряжению при 30° блока измерения фазы тока 11 сработает компаратор 10 и через блок дифференцирования 9 включит биполярный тиристор.
Напряжение на ФКУ повышается на 1200 В и действует в течение 3 сек, после чего размыкается размыкающий контакт 18.1 и напряжение, равноеи нулю от потенциометра 20, соответствующее фазе тока 0° поступает через диод 19 на второй вход компаратора 10 и когда напряжение на первом входе компаратора 10 будет превышать нулевое значение (фаза тока станет больше 0°) сработает компаратор 10 и через блок дифференцирования 9 включит биполярный тиристор 7 без задержки по времени. В итоге напряжение на ФКУ повышается на 1600 В. Таким образом, напряжение в тяговой сети повышается на 1600 В не броском, а поэтапно в течение 3х3=9 сек, что не нарушит нормальную работу электровоза.
Обычно переключение мощности ФКУ происходит автоматически при работе автоматики ФКУ, тогда запуск биполярного тиристора происходит не от кнопки ВКЛ, а от соответствующей автоматики (на схеме не указано).
Технико-экономический эффект состоит в том, что с помощью одной фильтрокомпенсирующей установки с одной мощной секцией LC повышается напряжение до требуемого значения и при этом исключаются опасные броски напряжения в тяговой сети.
Литература
1. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог. Монография. Княгинино НГИЭУ 2017, 402 с.
2. Герман Л.А., Серебряков А.С., Осокин В.Л., Якунин Д.В. Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка в тяговой сети переменного тока. Вестник ВНИИЖТ 2020, Т. 79 №2 с. 80-87.
3 Патент №2704023 от 21.03.2019. Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока (Герман Л.А. и др). Опубл. 23.10.2019. Бюлл. №30.
4. Патент № 2475912 от 09.03.2011. Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока.(Серебряков А.С. и др). Опубл. 10.02.2013. Бюлл. №5.