ПОСТ СЕКЦИОНИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ЕМКОСТНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к системам тягового электроснабжения, а именно к системе тягового электроснабжения железнодорожного транспорта, в частности к посту секционирования контактной сети постоянного тока.
Целью полезной модели является повышение эффективности использования энергии рекуперативного торможения, сглаживание графика электрической нагрузки тяговых подстанций, а также повышение минимального напряжения на шинах поста секционирования.
В настоящее время посты секционирования на полигонах постоянного тока реализуют две функции - повышение надежности электроснабжения контактной сети в аварийных режимах, а также снижение потерь электроэнергии за счет электрического соединения контактных подвесок смежных путей (на двухпутных и многопутных участках). На сегодняшний день накопители электрической энергии в системе тягового электроснабжения железнодорожного транспорта, в частности, на постах секционирования не нашли применения. Однако, как показывают результаты многочисленных исследований, применение накопителей электрической энергии на постах секционирования позволяет решать задачи снижения потерь электрической энергии и выравнивания графика электрической нагрузки.
Для реализации данных возможностей предложено устройство поста секционирования постоянного тока с накопителем электрической энергии емкостного типа.
Известно устройство - пост секционирования контактной сети, содержащий высоковольтное оборудование, аппаратуру управления, датчики тока, блок определения направления тока, блок уставок релейной защиты и исполнительный блок [1]. Данное устройство не содержит накопителя электрической энергии и не может реализовать указанные возможности по повышению эффективности применения рекуперативного торможения и выравниванию графика электрической нагрузки тяговых подстанций.
Наиболее близким к заявленному устройству является тяговая подстанция постоянного тока с емкостными накопителями энергии [2]. Подключение емкостного накопителя электроэнергии (ЕНЭ) на тяговой подстанции к шинам постоянного тока осуществляется с помощью ограничителя тока и главный контактор.
Недостатком указанного устройства тяговой подстанции является:
1) подключение ЕНЭ на тяговой подстанции с помощью контактора и ограничителя тока без возможности реализации режимов заряд/разряд;
2) отсутствие в цепи ЕНЭ сглаживающего реактора, не позволяющего устранить броски тока при изменении режимов заряда/разряда;
Одним из преимуществ применения ЕНЭ на посту секционирования является возможность поддержания минимального уровня напряжения в середине межподстанционной зоны, где падение напряжение достигает максимальных значений.
Технический результат, достигаемый благодаря заявленному устройству, заключается в следующем:
1) появление дополнительной возможности приема избыточной энергии рекуперации в середине межподстанционной зоны обеспечивает повышение эффективности рекуперативного торможения;
2) снижение неравномерности тяговой нагрузки подстанций за счет отдачи накопленной энергии рекуперативного торможения на посту секционирования позволяет сократить потери электроэнергии в системе тягового электроснабжения;
3) повышение минимального уровня напряжения в середине межподстанционной зоны в период пиковых нагрузок обеспечивает условия для увеличения пропускной способности участка.
Заявленные результаты достигаются за счет того, что ЕНЭ является аккумулирующим элементом, который позволяет принять энергию рекуперативного торможения поезда и впоследствии возвратить ее в тяговую сеть при увеличении нагрузки и падении напряжения на шинах поста секционирования. Появление ЕНЭ как дополнительного источника питания тяговой нагрузки в середине межподстанционной зоны и использование его при максимальных падениях напряжения на шинах поста секционирования в период пиковых тяговых нагрузок способствует выравниванию графика тяговой нагрузки подстанции и снижению потерь в системе тягового электроснабжения.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. К шинам поста секционирования 1 через быстродействующий выключатель и разъединитель 2 подключен ЕНЭ 5. Цепь подключения ЕНЭ включает в себя датчик тока 3, позволяющий измерять величину тока, а также IGBT-транзисторы 4, предназначенные для управления режимами работы ЕНЭ. Для измерения уровня напряжения на ЕНЭ подключен датчик напряжения 7, для измерения уровня напряжения в контактной сети - датчик напряжения 9. Управление IGBT-транзисторами осуществляется с помощью системы управления 8 на основе измерений, получаемых от датчиков тока и напряжения. Реактор в цепи подключения обеспечивает сглаживание тока при изменении режимов работы ЕНЭ. Для обеспечения безопасности эксплуатации ЕНЭ при выводе в ремонт предусмотрен разрядный контур, состоящий из разрядного резистора и выключателя 6, позволяющий безопасно рассеять накопленную энергию. Работа ЕНЭ в режиме приёма избыточной энергии рекуперативного торможения осуществляется путем соответствующего переключения IGBT-транзисторов системой управления СУ и перевода ЕНЭ из режима ожидания в режим заряда. Режим работы ЕНЭ определяется СУ на основе измерений токов и напряжений с помощью соответствующих датчиков 3 и 7,9. При падении напряжения в контактной сети СУ переводит ЕНЭ в режим ожидания для последующей отдачи накопленной энергии рекуперации в контактную сеть. Отдача накопленной энергии осуществляется при падении напряжения в контактной сети ниже минимального уровня, определяемого с помощью датчика напряжения 9, путем перевода ЕНЭ системой управления в режим разряда, до достижения величины тока в цепи ЕНЭ минимального значения. При достижении указанного значения тока, измеряемого датчиком тока 3, ЕНЭ с помощью системы управления, переводится в режим ожидания. Реализация работы ЕНЭ на посту секционирования постоянного тока по предложенной схеме позволяет достичь указанного технического результата.
Работу схемы рассмотрим на примере реализации (фиг. 2). В режиме покоя ЕНЭ отключен от поста секционирования ключами IGBT1 и IGBT2. При повышении напряжения на шинах поста секционирования выше напряжения холостого хода тяговых подстанций, обусловленного применением рекуперативного торможения поезда, ЕНЭ переходит из режима покоя в режим заряда путем открытия системой управления СУ транзистора IGBT1. При достижении полного заряда, определяемого по результатам измерений тока и напряжения с помощью датчиков ДТ и ДН соответственно, СУ закрывает IGBT1 и ЕНЭ переходит в режим покоя. При падении напряжения на шинах поста секционирования ниже заданного уровня СУ открывает транзистор IGBT2 и ЕНЭ переходит в режим разряда, сопровождающийся падением напряжения до уровня напряжения на шинах поста секционирования. При достижении указанного уровня СУ закрывает IGBT2 и ЕНЭ переходит в режим покоя до тех пор, пока на создадутся условиях для перехода в режим заряда и последующего разряда. На фиг. 3 и 4 представлены графики изменения токов и напряжений ЕНЭ в режиме заряда, где 1 - кривая тока при отсутствии на посту секционирования ЕНЭ, 2 - кривая тока при наличии ЕНЭ на посту секционирования. Перевод ЕНЭ в ремонтный режим осуществляется при помощи коммутационного аппарата К6 и разрядного резистора R.
На фиг. 3-5 представлены график поясняющий работу накопителя на ПС при появлении избыточной энергии рекуперации (1 - без ЕНЭ, 2-е ЕНЭ на посту секционирования). На фиг. 6-8 представлены графики поясняющие работу накопителя на ПС при появлении нагрузки, свидетельствующие о том, что реализация управления режимами разряда и разряда ЕНЭ позволяет снизить пиковые токи тяговой нагрузки и повысить напряжение на шинах поста секционирования.
Библиографический список
1. Пат. на изобретение 2139203 РФ. МПК B60M 1/00. Пост секционирования контактной сети / С.X. Дарчиев, В.Н. Пупынин, В.Л. Солдатов, А.А. Цернант. (РФ) - №97122070/28; Заявлено 29.12.1997; опубл. 10.10.1999.
2. Пат. на изобретение 2365017 РФ. МПК H02J 1/00, B60M 3/00. Тяговая подстанция постоянного тока с емкостными накопителями энергии / Е.Н. Алексеев, Т.П. Добровольские. (РФ) - №2008125602/09; Заявлено 26.06.2008; опубл. 20.08.2009. Бюл. №23.