Установка ступенчатая поперечной емкостной компенсации
INSTALLATION OF STEPPED TRANSVERSE CAPACITIVE COMPENSATION

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ.
Регулируемые установки поперечной емкостной компенсации (включая ступенчатые установки) рассмотрены в [1], [2]. Известна установка поперечной емкостной компенсации (КУ) с шунтированием реактора пусковым резистором [1]. Наиболее близким техническим решением является переключаемая установка поперечной емкостной компенсации (КУ)   с двумя  последовательно  включенными нерегулируемой и переключаемой  конденсаторными  секциями,  описанная  в [3].При  небольших нагрузках обе конденсаторные секции включены последовательно и емкость КУ минимальная. При этом минимальна и генерируемая установкой реактивная мощность. При  увеличении нагрузки  переключаемая секция шунтируется выключателем  и в работе  остается  только одна первая нерегулируемая конденсаторная секция. В этом случае генерируемая мощность КУ максимальная.
Однако недостатком этой схемы  является то, что при использовании в качестве коммутирующих выключателей  биполярных тиристорных  ключей выключение последних в процессе коммутации секций происходит в момент перехода тока ключа через нуль, т.е.  в момент максимального напряжения на работающей секции конденсаторов, что вызывает появление постоянных составляющих напряжения на обоих конденсаторных секциях. Эти постоянные составляющие напряжения в установившемся режиме значительно повышают напряжения на конденсаторах по сравнению с расчетными значениями  и делают напряжения на конденсаторах несинусоидальными, что снижает эксплуатационную надежность  КУ [4].
Цель изобретения - повышение  надежности   электроснабжения тяговой сети  с  переключаемой  КУ путем  недопущения  возникновения постоянных составляющих напряжение на конденсаторах и повышенных  значений  бросков напряжения на них.
Принимаем за прототип схему [3]: установка ступенчатая поперечной емкостной компенсации, включенная между шинами 27,5 кВ и рельсом и содержащая первый выключатель на напряжение 27,5 кВ, первую и вторую секцию конденсаторной батареи, пусковой резистор, второй, третий и четвертый выключатели на  10 кВ, а также фильтровый реактор, причем первый вывод первого выключателя соединен с шиной 27, 5 кВ,  второй  его вывод соединен с первым выводом первой секции конденсаторной батареи, второй вывод которой соединен  с первым выводом второй секции конденсаторной батареи, второй вывод которой соединен с первым выводом третьего ключа, первый вывод четвертого ключа и первый вывод пускового резистора соединены с первым выводом второй секции конденсаторов, второй вывод реактора соединен с рельсом, второй вывод пускового резистора соединен с первым выводом второго ключа, а второй вывод второго ключа соединен с рельсом.
Для реализации цели изобретения в устройство-прототип   дополнительно введен демпфирующий резистор, первым вывод которого соединен с вторым выводом четвертого ключа, а второй вывод присоединен к рельсу, второй вывод третьего ключа соединен с первым выводом второй секции конденсаторной батареи, а  первый вывод реактора соединен с вторым выводом второй секции конденсаторной батареи.
Предлагаемая схема КУ представлена на фигуре 1, в которой приняты следующие обозначения:
1. Шины 27,5 кВ.
2. Рельсы.
3. Первый выключатель.
4. Первая секция конденсаторной батареи КУ.
5. Вторая секция конденсаторной батареи КУ.
6. Четвертый выключатель.
7. Третий выключатель.
8. Фильтровый реактор.
9. Пусковой резистор.
10. Второй выключатель.
11.Демпфирующий резистор.
Схема КУ работает следующим образом:
A. Последовательность включения КУ в  работу в режиме минимальной мощности с последовательно включенными  первой (4) и второй (5) секциями конденсаторов (исходная позиция - выключатели 3, 6, 7, 10 - отключены).
1. Включить выключатель 10.
2. Включить выключатель 3.
4. Отключить выключатель 10.
Б. Перевод КУ, работающей в режиме минимальной мощности,  в режим максимальной  мощности (шунтирование второй  секции 5 после включения КУ по  п. А).
1. Включить выключатель 10.
2. В момент времени, когда напряжение на первой секции конденсаторной батареи равно нулю, включить выключатель 7.
3. Отключить выключатель 10.
В. Перевод КУ, работающей  в режиме максимальной  мощности, в режим минимальной мощности (расшунтирование второй  секции 5 после  п. В).
1. Включить выключатели 6 и 10.
2. Отключить выключатель 7.
3. Отключить выключатель 10.
4. Отключить выключатель 6.
Г. Отключение КУ. Исходная позиция по п. В (включен выключатель 3, отключены выключатели 7, 10 и 6).
1. Включить выключатель 10.
2. Отключить выключатель 3.
Все проверочные и экспериментальные расчеты по определению постоянных составляющих и коммутационных перенапряжений на оборудовании выполнены для следующих реально существующих параметров:
, С2
L
Емкости конденсаторов первой и второй секций конденсаторной батареи С1=12 мкФ= 24 мкФ,  индуктивность реактора  =0,11 Гн,  сопротивление  пускового резистора R9=70 Ом и сопротивление демпфирующего резистора  R11=600 Ом.
Все выключатели – биполярные тиристорные ключи. Они замыкаются при подаче на управляющий электрод  сигнала управления и отключаются после снятия сигнала управления при переходе тока через нуль. Замкнутое состояние ключей 6, 7 и 10 на фигурах 2 и 3 показано затемненными полосками.
Как видно из фиг.2, при расшунтировании переключаемой секции 5 (конденсатор С2) без демпфирующего резистора 11 на конденсаторных секциях   4 и 5 в установившемся режиме возникают постоянные составляющие напряжения. При этом напряжения на конденсаторах становятся несинусоидальными. Напряжения на конденсаторах увеличивается по сравнению с расчетными значениями, что снижает эксплуатационную надежность КУ.
При расшунтировании переключаемой секции 5 (конденсатор С2) с  демпфирующим  резистором 11 (фигура 3)на конденсаторных секциях   4 и 5 в установившемся режиме постоянные составляющие напряжения не возникают. При этом напряжения на конденсаторах в установившемся режиме синусоидальные. Напряжения на конденсаторах  по сравнению с расчетными значениями не увеличиваются.  Таким образом, предлагаемое схемное решение обеспечивает переключения КУ без перенапряжений, что повышает эксплуатационную надежность КУ.
Литература
1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог. М.: Учебно-методический центр образования на железнодорожном транспорте, 2015. - 316 с.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983, 183 с.
3. Патент № 2 656 368 от 01.07.2016. Установка ступенчатая поперечной емкостной компенсации (Г ерман Л. А.,  Серебряков А.С. и др). : 05.06.2018 Бюл. № 16
4. Серебряков А. С. , Осокин В.Л.,  Дулепов Д.Е. Переходный процесс в установке компенсации реактивной мощности с последовательным включением конденсаторов при расшунтировании одного из них.  Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ»», 2021, №4.с.84-91.