СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
METHOD OF VOLTAGE CONTROL AT AC TRACTION SUBSTATION

Изобретение относится к электроэнергетике для регулирования напряжения с помощью установки продольной емкостной компенсации (УПК), в частности к системе тягового электроснабжения переменного тока железных дорог.
Известен способ регулирования несимметричного напряжения на тяговых подстанциях с помощью установки продольной емкостной компенсации [1]. Недостаток этого способа - при изменении мощности короткого замыкания на шинах 110 т (220 кВ) (или, что то же самое, - входного сопротивления системы внешнего электроснабжения (СВЭ) до шин 110(220) кВ) эффективность регулирования снижается.
Известен другой способ регулирования напряжения тяговой подстанции переменного тока с трансформаторами со схемой соединения «звезда - треугольник» и установки продольной емкостной компенсации (УПК), состоящей из параллельно соединенных нерегулируемой (с сопротивлением Xсн) и регулируемой (с сопротивлением Хср) секций конденсаторных батарей, путем включения (отключения) регулируемой секции конденсаторной батареи [2, рис.16, а - прототип] разъединителем с моторным приводом. Недостаток: регулируемая секция включается (отключается) только при включении (отключении) второго трансформатора на подстанции и не реагирует на изменение входного сопротивления СВЭ.
Цель изобретения - повышение эффективности регулирования напряжения путем согласования сопротивления УПК входному сопротивлению тяговой подстанции.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования напряжения тяговой подстанции переменного тока с трансформаторами со схемой «звезда - треугольник» и УПК, состоящей из параллельно соединенных нерегулируемой и регулируемой секций конденсаторных батарей, путем включения (отключения) регулируемой секции конденсаторной батареи разъединителем с моторным приводом одновременно измеряют колебания линейного реактивного тока δIр фазы вторичной обмотки трансформатора и им соответствующие колебания напряжения δU этой же фазы вторичной обмотки трансформатора, при каждом колебании тока и напряжении рассчитывают входное сопротивление подстанции по формуле:
определяют среднее значение  за заданный промежуток времени и, если оно будет меньше 0,9 Хno,
где
Хсн - нерегулируемый блок конденсаторной батареи;
Хср - регулируемый блок конденсаторной батареи, то воздействуют на включение регулируемого блока УПК, а если оно будет больше 1,1 Хno, то воздействуют на отключение регулируемого блока.
Поясним формирование формул (1) и (2).
При включении в нагрузочном узле реактивной нагрузки Iр (например, при включении установки поперечной емкостной компенсации с током Ip напряжение в этом узле станет равным [2, (96)]
Uk=U+2I·Хn,
где Uk и U - напряжение в нагрузочном узле при включении и отключении реактивной (емкостной) нагрузки Iр.
Другими словами, при изменении нагрузки на δIр напряжение изменяется на δU=Uk-U.
Поэтому получаем Xn=δU/2δIp.
Формула (1) формирует основную идею изобретения.
Указанная формула получена при работе на тяговой подстанции трансформатора по схеме соединения обмоток «звезда - треугольник».
Значение Хn может быть получено и при единичном измерении, например при отключении и включении установки поперечной емкостной компенсации.
Что касается формулы (2), то она отражает ту границу сопротивления Xno, при которой эффект по напряжению будет одинаковым при включенной или отключенной регулируемой секции УПК.
При отключенной регулируемой секции сопротивление УПК равно Хсн, а при включенной - (Xсн·Xср)/(Xсн+Xср).
Если определили, что входное сопротивление равно Хnо, то при отключенной регулируемой секции сопротивление УПК превосходит Хnо на Xсн-Xno, а при включенной регулируемой секции сопротивление УПК меньше Xn на
Xno-(Xсн·Xср)/(Xсн+Xср).
Таким образом, граница переключения регулируемой секции определяется равенством
Xсн-Xno=Xno-(Xсн·Xср)/(Xсн+Xср),
отсюда получается формула Xno (2). Полученное Xno - величина постоянная и зависит только от сопротивления нерегулируемой и регулируемой секций УПК.
Для исключения «звонкового» эффекта при регулировании значение Xno умножают на коэффициент запаса: 1,1 - при отключении регулируемой секции и 0,9 - при включении регулируемой секции.
На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ регулирования напряжения с помощью продольной емкостной компенсации (УПК). Рассмотрен вариант включения УПК в контактную сеть, установленная мощность ее и номинальное сопротивление, а также параметры ее секций рассмотрены в [2].
Система внешнего электроснабжения (СВЭ) 1 подключается к тяговой подстанции с трансформатором 2, первичная обмотка у которого соединена по схеме «звезда», а вторичная - «треугольник». Один вывод вторичной обмотки трансформатора 1 подключен через первичную обмотку трансформатора тока 3 к первой шине 4 подстанции, второй вывод 5 подключен к рельсу 6, а третий вывод 7 идет на контактную сеть одного направления. Установка продольной емкостной компенсации (УПК) состоит из нерегулируемой 8 и регулируемой 9 секций, причем регулируемая секция 9 подключается через разъединитель 10. Вторая шина 11 подключается к контактной сети второго направления. Таким образом УПК включено в контактную сеть второго направления.
Трансформатор напряжения 12 подключается первичной обмоткой к первой шине 4 и рельсу для контроля напряжения соответствующей фазы. Расчетный блок 13 определяет входное сопротивление Xn, которое включает сопротивление трансформатора (трансформаторов) тяговой подстанции и сопротивление СВЭ (собственное узловое) и дает команду на включение или отключение регулируемой секции 9 с помощью разъединителя 10.
Согласно предлагаемому способу регулирования напряжения устройство работает следующим образом. Блок 14 измеряет реактивную составляющую линейного тока фазы с помощью измерительного трансформатора 3, а блок 15 измеряет напряжение этой же фазы.
Блок 14 выполняется известными методами, например путем выполнения программного измерительного преобразователя реактивной мощности [3] и затем реактивного тока Iр.
При колебании тока (а при тяговой нагрузке - это постоянное колебание тока) блок 16 измеряет каждое единичное колебание (изменение) реактивного тока δIp и одновременно изменение напряжения δU в блоке 17. Затем в блоке 18 выполняется расчет Xn при каждом колебании тока и далее в блоке 19 усредняется входное сопротивление -  (для исключения помех и получения устойчивого результата Xn) за заданный период времени (15…20 мин).
Если полученное  меньше 0,9 Xno (блок 20), то дается команда 21 на включение разъединителя 7 регулируемой секции 6, если же  больше 1,1 Xno, то дается команда на отключение разъединителя 7.
Для исключения повреждения разъединителя 7 и конденсаторов при коммутации секции конденсаторов 9 предварительно (перед включением и отключением разъединителя 10) УПК шунтируют вакуумным выключателем [2] (не показано).
Технико-экономический эффект определяется стабилизацией напряжения при более эффективном согласовании сопротивления УПК входному сопротивлению тяговой подстанции с помощью рассматриваемого изобретения.
Источники информации
1. АС 1160503. Герман Л.А. Способ регулирования несимметричного напряжения. 07.06.85. Бюл. №21.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 183 с.
3. Овчаренко Н.И. Аппаратные и программные элементы автоматических устройств энергосистем. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. - 512 с.