Устройство измерения напряжения на активном посту секционирования переменного тока

Полезная модель относится к электрифицированному железнодорожному транспорту, а именно к системе тягового электроснабжения, содержащей регулируемое устройство компенсации реактивной мощности и систему накопления энергии, измерительные трансформаторы и аналогово-цифровые преобразователи, блок преобразования сигналов, блоков дискретных входов и выходов, блок контроля и регулирования.
Целью полезной модели является повышение энергетической эффективности работы системы тягового электроснабжения переменного тока, содержащей активный пост секционирования контактной сети.
Предлагаемое устройство позволяет повысить энергетическую эффективность работы системы тягового электроснабжения путем регулирования внешней характеристики регулируемых устройств компенсации реактивной мощности и систем накопления энергии на основе измерения напряжения на шинах активного поста секционирования переменного тока.
Измерение напряжения на шинах поста секционирования с учетом признака наличия тяговой нагрузки позволяет скорректировать характеристики работы регулируемых устройств компенсации реактивной мощности и системы накопления электроэнергии с целью соответствия данных характеристик внешним характеристикам смежных тяговых подстанций.
Известны устройства измерения тока и напряжения с различным составом оборудования. Недостатком данных устройств является отсутствие возможности одновременного контроля суммы токов, протекающих по тяговой сети, и высших гармонических составляющих тока, обусловленные режимами работы системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава.
Известно устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети, содержащее первичные масштабные преобразователи тока и напряжения, аналого-цифровые преобразователи с оптическим выходом для сигналов измеренного тока и напряжения, приемное устройство, с оптическим выходом для сигнала тока аналого-цифрового преобразователя, подключенного на стороне высокого потенциала и получающего питание от быстронасыщающегося трансформатора тока, и аналого-цифрового преобразователя с оптическим выходом ля сигнала напряжения на стороне низкого потенциала и питанием от внешнего источника [1]. Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности одновременного измерения нескольких значений токов на различных присоединениях в режимах отсутствия нагрузки.
Известно устройство цифрового измерения электрического тока [2]. Указанное устройство позволяет производить измерения электрического тока в цифровом виде на основе преобразования вращения подвижной катушки первичного преобразователя с дальнейшим его преобразованием в электрический сигнал с учетом масштабирования и цифрового кодирования с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения электрического тока. Недостатком устройства является отсутствие возможности измерения напряжения, автоматизации процесса измерения и необходимость привлечения оператора для проведения автоматизированных измерений.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство измерения напряжения регулируемой установки компенсации реактивной мощности на посту секционирования [3], содержащее трансформаторы тока и напряжения, масштабные усилители, измерительные преобразователи, компараторы, логический элемент «ИЛИ», соленоид промежуточного реле и измеритель напряжения.
В прототипе технический результат измерения напряжения в режиме отсутствия нагрузки обеспечивается за счет использования измерительных преобразователей, сигнализирующих об отсутствии тяговой нагрузки на межподстанцинной зоне.
Недостатками данной схемы являются:
1) отсутствие возможности определения режима отсутствия нагрузки по анализу коэффициента высших гармонических составляющих;
2) использование в устройстве аналоговых компонентов.
Система тягового электроснабжения электрифицированных участках переменного напряжения 25 или 2×25 кВ получает питание от сети внешнего электроснабжения напряжением 110 (220) кВ. В виду того, что режимы работы энергосистемы изменяются, наблюдается изменение уровня высшего напряжения тяговых подстанций как в течение суток, так и более длительного времени. В данном случае колебания уровня напряжения на шинах тяговой подстанции 25 или 2×25 кВ и в контактной сети могут достигать 4-5 кВ, или около 20% от номинального напряжения. Изменение напряжения в нагрузочных режимах и режиме холостого хода необходимо учитывать при определении внешней характеристики регулируемых устройств, с целью исключения дополнительных потерь от перекомпенсации реактивной мощности при работе устройств компенсации реактивной мощности и обеспечения рациональных режимов заряда-разряда систем накопления электроэнергии.
Определение режима холостого хода тяговых подстанций автоматически осуществляется на основе анализа контролируемых величин: суммы токов, протекающих по секциям контактной сети, и по наличию высших гармонических составляющих, генерируемых выпрямительными установками преобразователей электрического подвижного состава.
Предлагаемое устройство может быть использовано на постах секционирования контактной сети переменного тока системы тягового электроснабжения железной дороги напряжением 25 или 2×25 кВ.
Технический результат обеспечивается за счет регулирования внешней характеристики регулируемого устройства компенсации реактивной мощности и системы накопления электроэнергии, подключенных к шинам поста секционирования контактной сети с использованием устройства определения режима холостого хода тяговой сети.
На фиг. 1 представлена схема устройства измерения напряжения на активном посту секционирования переменного тока.
Заявленное устройство состоит из трансформаторов тока 1-4 (фиг. 1), трансформатора напряжения 5, аналого-цифрового преобразователя 6, блока уставок 7, блока регистрации токов и напряжений 8 и блока контроля и регулирования 9. На активном посту секционирования находятся регулируемое устройство компенсации реактивной мощности 10 и система накопления электроэнергии 11.
Реализация работы предлагаемого устройства осуществляется с помощью блока контроля и регулирования 9, который анализирует уставки и текущее состояние источника энергии (регулируемого устройства компенсации реактивной мощности и системы накопления энергии) на основе информации от блока уставок 7 и аналогово-цифрового преобразователя 6, определяющего коэффициент несинусоидальности по гармоникам тока (1), на основании выполнения условия (2), и затем формирует команды на управление режимом работы регулируемого устройства компенсации реактивной мощности 10 и системы накопления электроэнергии 11 от блока регистрации 8.
Контролируемые параметры системы тягового электроснабжения:
1
2
3
4
1) токи, протекающие по присоединениям контактной сети I, I, I, I, А;
ш25
2) напряжение на шинах поста секционирования контактной сети U, кВ;
г(i)
3) коэффициент i-й гармонической составляющей К %, определяется по формуле:
1
где I - величина тока промышленной частоты в тяговой сети, А;
i
I - величина тока i-й гармоники, А.
Режим холостого хода в тяговой сети определяется следующим условием:
1, 2, 3, 4
_
где I ток протекающий через фидера контактной сети, А;
12
34
ΔΙ, ΔΙ - погрешности измерения токов, А;
г уст
К - уставка коэффициента гармонической составляющей, %.
Путем суммирования токов, протекающих по присоединениям контактной подвеске, с учетом погрешности, обусловленной точностью измерительных приборов и наличия переходных сопротивлений в узлах контактной сети, можно определить отсутствие электроподвижного состава на межподстанционной зоне.
За счет контроля гармонических составляющих тока повышается точность определения отсутствия электроподвижного состава с выпрямительными установками.
Блок контроля и регулирования 9 предназначен для анализа уровня напряжения на шинах активного поста секционирования, передачи значений тока и напряжения в блок дискретных выходов и регистрации 8 и далее на регулируемое устройство, для корректировки внешней характеристики. В случае, если информация, поступающая от аналогового-цифрового преобразователя 6 на блок контроля и регулирования 9 сигнализирует о выполнении условия (2), то на блок 8 подается команда на корректировку напряжения режима холостого хода.
Предлагаемый подход к управлению режимом разряда позволяет повысить энергетическую эффективность регулирования внешней характеристики активных постов секционирования контактной сети.
Достоинством предлагаемого устройства является возможность регулирования внешней характеристики устройства системы накопления электроэнергии и регулируемого компенсирующего устройства с учетом показателей режима работы системы тягового электроснабжения, на основе анализа данных суммы токов, протекающих в контактной подвеске, и высших гармонических составляющих, направленных на повышение энергетической эффективности.
Библиографический список
1. Пат.RU (11) 166063 (13) U1 МПК G01R 19/25 Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети / С.И. Марценюк, А.С.Медведев №2016118189/28; Заявлено 10.05.2016; Опубл. 10.11.2016. Бюл.№31.
2. Пат. RU (11) 2680988 (13) С1 МПК G01R 27/00 Цифровой измеритель электрического тока / Г.Н. Ахобадзе №2018106657; Заявлено 22.02.2018; Опубл. 01.03.2019. Бюл. №7.
3 Пат. RU (11) 193828 (13) U1 МПК В60М 7/00 Устройство измерения напряжения регулируемой установки компенсации реактивной мощности на посту секционирования / В.Л. Незевак, В.Т. Черемисин, А.В. Никонов №2019118945; Заявлено 17.06.2019; Опубл. 18.11.2019. Бюл. №32.