УСТРОЙСТВО ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к электротехнике, в частности к системам тягового электроснабжения переменного тока, и может быть использована для повышения напряжения в тяговой сети переменного тока.
Уровень техники
Система тягового электроснабжения (СЭ) переменного тока с вольтодобавочными трансформаторами (ВДТ) известна и достаточно подробно освещена в печати [1, 2]. На грузонапряженных участках железных дорог возможны ситуации, когда, например, у поста секционирования напряжение контактной сети может опускаться ниже нормируемых значений.
Дополнительными устройствами, применение которых приводит к усилению системы тягового электроснабжения за счет повышения напряжения на фидерной зоне, являются, в частности, установки продольной и поперечной емкостных компенсаций.
Установка продольной емкостной компенсации (УПРК) позволяет повысить и стабилизировать напряжение в контактной сети при резкопеременной нагрузке. Однако такие недостатки, как высокая стоимость силовых конденсаторов, недостаточная надежность их при работе в условиях значительной несинусоидальности тягового тока, препятствует широкому применению УПРК. Кроме того, включение УПРК в тяговую сеть при параллельной работе тяговых подстанций приводит к увеличению уравнительных токов и, следовательно, к возрастанию потери электроэнергии в тяговой сети.
Для повышения напряжения в контактной сети на всей фидерной зоне в работе [3] рекомендуется устанавливать на посту секционирования регулируемую поперечную емкостную компенсацию (УППК). Однако применение УППК не приводит к уменьшению колебания напряжения на шинах тяговой подстанции напряжением 27,5 кВ, особенно при питании тяговых подстанций от значительно удаленных источников питания. Работа регулируемых УППК ограничивается недостаточно высоким ресурсом переключений высоковольтной коммутационной аппаратуры, применяемой в УППК.
Представляется, что одним из возможных решений по повышению напряжения в тяговой сети на фидерной зоне является включение ВДТ на посту секционирования.
Известны технические решения для поддержания напряжения контактной сети переменного тока на многопутных участках [Л-1, Л-2]. Однако устройства [Л-1, Л-2] не могут быть использованы для повышения напряжения в тяговой сети на фидерной зоне.
В [Л-4] предложено устройство системы тягового электроснабжения переменного тока с МФВДТ, вольтодобавочная обмотка которого подключается в отсасывающую линию, а питающая обмотка для поддержания напряжения в контактной сети получает питание как от отстающей, так и от опережающей фаз силового тягового трансформатора. Оно и принято за прототип.
Прототип [Л-4] содержит силовые тяговые трансформаторы, получающие питание от системы внешнего электроснабжения. К тяговой обмотке силового тягового трансформатора одной из тяговых подстанций через коммутационные устройства подключена контактная сеть четного и нечетного путей. На посту секционирования через коммутационные устройства контактные сети включаются параллельно друг другу и далее посредством коммутационных устройств подключаются к силовому тяговому трансформатору другой тяговой подстанции, питающей также рассматриваемую фидерную зону. В отсасывающую линию включается вольтодобавочная обмотка вольтодобавочного трансформатора, питающая обмотка которого включена между контактной сетью и рельсовым путем.
Однако известное устройство-прототип при всех своих достоинствах имеет недостаток: ее внедрение ограничено необходимостью поддерживать напряжение на шинах тяговой подстанции не выше 29 кВ. Тем самым при установке ВДТ на территории тяговой подстанции на грузонапряженных участках возможны ситуации, когда, например, у поста секционирования напряжение контактной сети может достигать ниже нормируемых значений. Устранить указанный выше недостаток, присущий устройству-прототипу, при расположении ВДТ на посту секционирования возможно за счет э.д.с., обусловленной наличием взаимоиндуктивных связей между обмотками ВДТ и током, протекающим по его питающей обмотке.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является возможность повышения напряжения в системе тягового электроснабжения на фидерной зоне.
В известное устройство (прототип) - устройство тягового электроснабжения переменного тока с многофункциональным вольтодобавочным трансформатором при его расположении на посту секционирования и содержащее силовые тяговые трансформаторы (1), получающие питание от высоковольтной линии продольного электроснабжения (системы внешнего электроснабжения) (2), к тяговой обмотке (3) силового тягового трансформатора одной из тяговых подстанций через коммутационные устройства (4) подключены контактная сеть (5) четного и нечетного путей, которые на посту секционирования (6) через коммутационные устройства (7) поста секционирования соединяются параллельно друг другу и далее посредством коммутационных аппаратов (устройств) (4) подключаются к силовому тяговому трансформатору (1) другой тяговой подстанции, питающей также рассматриваемую фидерную зону. При расположении на посту секционирования ВДТ его вольтодобавочная обмотка, параллельно которой подключен секционный изолятор, включается в перемычку, соединяющую расположенные слева и справа от поста секционирования параллельно соединенные контактные сети. Питающая обмотка ВДТ подключена к дополнительно расположенному на опорах контактной сети питающему проводу (ПП), подключенному на тяговой подстанции на фазное напряжение одной из фаз (са либо вс) силового тягового трансформатора.
Отметим, что установленный дополнительно к устройству-прототипу секционный изолятор между зажимами вольтодобавочной обмотки ВДТ позволяет беспрепятственно осуществлять прохождение токоприемника электроподвижного состава при шунтировании токоприемником вольтодобавочной обмотки.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведена схема предлагаемого устройства.
Осуществление полезной модели
На фигуре 1 представлены следующие элементы, обозначенные нижеприведенными позициями:
1 - силовой тяговой трансформатор;
2 - высоковольтная линия продольного электроснабжения;
3 - тяговая обмотка силового тягового трансформатора;
4 - коммутационные аппараты;
5 - контактная сеть;
6 - пост секционирования;
7 - коммутационные аппараты поста секционирования;
8 - вольтодобавочный трансформатор;
9 - вольтодобавочная обмотка вольтодобавочного трансформатора;
10 - питающая обмотка вольтодобавочного трансформатора;
11 - рельсовый путь;
12 - секционный изолятор;
13 - питающий провод;
14 - электроподвижной состав.
Предложенное устройство работает следующим образом. При включенном на посту секционирования (6) ВДТ (8) напряжение в контактной сети (5) за счет трансформаторной связи между вольтодобавочной обмоткой (9) и питающей обмоткой (10) повышается на величину э.д.с., наводимой током (потокосцеплением) питающей обмотки ВДТ, получающей электропитание от силового тягового трансформатор по питающему проводу (13). Для исключения пережога контактного провода при перекрытии электроподвижным составом вольтодобавочной обмотки (9) параллельно ей включен секционный изолятор (12). Таким образом, при нахождении электроподвижного состава (14) на фидерной зоне он получает питание от тяговой обмотки (3) силового тягового трансформатора (1) и высоковольтной линии продольного электроснабжения (2) по контактной сети (5), находящейся на всей фидерной зоне под более высоким напряжением фидерной зоны, по сравнению с подключением ВДТ на тяговой подстанции.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания
1. Власов С.П. Схема замещения тяговой подстанции переменного тока с ВДТ М. Транспорт: наука, техника, управление. 1994. - №5. - С. 28-30.
2. Косарев А.Б., Косарев Б.И., Сербиненко Д.В. Электромагнитные процессы в системах электроснабжения железных дорог переменного тока. М.: ООО «ВМГ-Принт» - 2015. - 348 с.
3. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог. - М.: МГУПС (МИИТ) - 2012. - 211 с.
4. Патент на полезную модель №148425 Российская Федерация, B60M 3/00. Устройство тягового электроснабжения переменного тока с многофункциональным вольтодобавочным трансформатором [Текст] / Алексеенко М.В., Косарев А.Б., Косарев Б.И. Сербиненко Д.В.; Заявитель и патентообладатель - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ)). - 2 с. (прототип).