УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ АВТОБЛОКИРОВКИ В ЗОНАХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЛИЯНИЯ ТЯГОВЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к системе электроснабжения не тяговых потребителей электрифицированных участков магистральных железных дорог переменного тока, и может быть использована для снижения электромагнитного влияния тяговой сети на высоковольтные линии автоблокировки, расположенные на опорах контактной сети.
Известны технические решения по защите воздушных линий электропередачи (ВЛ) от электромагнитного влияния (в основном электрического) высоковольтных линий, принцип работы которых построен на снижении полного сопротивления их фазных проводов относительно земли [Л-1; Л-2]. В качестве устройства, существенно уменьшающего сопротивление провода относительно земли, часто используется блок конденсаторов, подключаемых непосредственно к проводам ВЛ 6; 10 или 35 кВ.
Однако упомянутые технические решения имеют недостатки.
Так, в последние годы провода ВЛ часто располагают на опорах контактной сети (к.с.), в непосредственной близости от несущего, контактного и усиливающего проводов. При работе преобразовательного электроподвижного состава (ЭПС) в проводах ВЛ 6; 10 и 35 кВ за счет магнитного влияния тяговой сети наводятся переменные э.д.с. ярко выраженного несинусоидального характера. Доля нечетных гармоник в составе этих э.д.с. (в основном, гармоник, кратных трем, достигает 30-40%. Включение емкостного сопротивления между фазой ВЛ и землей зачастую приводит к перенапряжениям, объясняемым возникновением феррорезонансных режимов (основной причиной таких режимов является нелинейность вебер-амперных характеристик стальных сердечников измерительных трансформаторов, применяемых в ВЛ автоблокировки при контроле фазных и линейных напряжений; при соответствующем включении конденсаторов и измерительных трансформаторов полное сопротивление фазы ВЛ относительно земли не уменьшается, а, наоборот, возрастает, что приводит к существенному увеличению наводимого за счет электрического влияния контактной сети напряжения), имеющиеся статические данные о повреждаемости изоляции высоковольтных обмоток измерительных трансформаторов, трансформаторов типа ОМ свидетельствуют, что за счет феррорезонансных явлений в проводах ВЛ наводятся напряжения, в результате сумма фазных напряжений источника питания и наведенных напряжений существенно превышает допустимые значения по условию надежной работы изоляции трансформаторов.
В устройстве, описанном в [Л-3], используется техническое решение, позволяющее практически исключить возникновение феррорезонансных перенапряжений, возникающих в ВЛ при однофазных замыканиях на землю.
Принцип работы устройства основан на шунтировании нелинейной индуктивности схемы замещения трансформатора активным сопротивлением.
Это устройства наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно и принято за прототип.
Известное устройство - прототип [Л-3] состоит из (см. фиг.1) трехфазного трансформатора (1), питающего воздушную линию (2), к фазам которой на передающем конце линии подключен трехфазный измерительный трансформатор (3) с обмотками, соединенными по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «звезда», а на приемном конце трехфазный понижающий трансформатор (4) с обмотками, соединенными по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «треугольник», при этом нулевая точка первичной обмотки указанного трансформатора заземлена на искусственный заземлитель (5) через резистор (6), а обмотки трехфазного трансформатора (1), питающего линию, соединены по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «треугольник».
Недостаток устройства-прототипа заключается в следующем.
В [Л-3] обоснована величина сопротивления резистора (более 1 кОм при которой обеспечивается работа устройства. Однако известно, что емкостное сопротивления между проводом ВЛ и контактной сетью с усиливающим проводом при длинах сближения более 35 км не превышает 20 кОм. При указанной длине сближения наведенное в проводах ВЛ за счет электрического влияния контактной сети напряжение достигает 1,2÷1,3 кВ. Это недопустимо для трансформаторов, применяющихся для электроснабжения ВЛ (в частности, электроснабжения высоковольтных линий автоблокировки) [Л-2]. Ограничить наведенное напряжение можно только резисторами с гораздо меньшим сопротивлением (не более 400 Ом на фазу). Однако при таких резисторах при однофазных замыканиях (возникающих при пробое изоляции) возможно протекание значительного тока по рельсовым цепям, что существенно снижает надежность их работы.
Таким образом, область применения устройства-прототипа ограничена. Устройство могло бы использоваться на электрифицированных участках с усиливающим проводом лишь при небольших длинах сближения ВЛ с контактной сетью (менее 35÷40 км чего явно недостаточно применительно к системам тягового электроснабжения переменного тока).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности электроснабжения высоковольтных линий автоблокировки, особенно на протяженных участках железной дороги переменного тока с усиливающим проводом, при одновременном выполнении требований нормативных документов к качеству электрической энергии.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Х
В известном устройстве для электроснабжения нетяговых потребителей, состоящем из трехфазного трансформатора (1), питающего воздушную линию (2), к фазам которой на передающем конце линии подключен трехфазный измерительный трансформатор (3) с обмотками, соединенными по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «звезда», а на приемном конце трехфазный понижающий трансформатор (4) с обмотками, соединенными по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «треугольник», нулевая точка первичной обмотки указанного трансформатора заземляется на искусственный заземлитель (5) не через резистор, а через электрический конденсатор (6) емкостью С, а обмотки трехфазного трансформатора (1), питающего линию, соединяются по схеме «треугольник» / «звезда» с нулевой точкой, заземляемой на заземлитель тяговой подстанции через высоковольтный резистор (7) сопротивлением R, причем емкостное сопротивление c, Ом конденсатора (6) на промышленной частоте и сопротивление R, Ом , высоковольтного резистора (7) функционально связаны между собой соотношением , где ℓ, км - длина сближения воздушной линии с контактной сетью.
Схема предлагаемого устройства приведена на фиг.2.
На фиг.3 приводится более подробная электрическая схема питания не тяговых потребителей (в том числе - высоковольтных линий автоблокировки) от трансформатора тяговой подстанции.
На фиг.2 и фиг.3 применены следующие обозначения:
1 - трансформатор, питающий ВЛ 6; 10 или 35 кВ;
2 - провода высоковольтной линии (линии автоблокировки);
3 - измерительный трансформатор;
4 - понижающий трансформатор, включенный по схеме «звезда» / «треугольник»;
5 - искусственный заземлитель, применительно к тяговым сетям в качестве искусственного заземлителя используется контурный заземлитель;
6 - электрический конденсатор;
7 - высоковольтный резистор;
8 - тяговый трансформатор тяговой подстанции, обмотки которого соединяются по схеме «звезда с заземленной нулевой точкой» / «треугольник» / «звезда»;
9 - контактная сеть с усиливающим проводом;
10 - электроподвижной состав;
11 - рельсовый путь;
12 - трансформатор собственных нужд, включенный по схеме «звезда» / «звезда с заземленной нулевой точкой».
Устройство работает следующим образом.
ВЛ автоблокировки питается от районной обмотки тягового трансформатора (8) через понижающий трансформатор собственных нужд (12), который каскадно соединяется с питающим трансформатором (1). К линейным проводам (2) ВЛ подключены измерительный трансформатор (3) и специальный понижающий трансформатор (4), высоковольтная обмотка которого включена в звезду, а низковольтная в треугольник. Между специально выведенной нулевой точкой вторичной обмотки питающего трансформатора (1) и искусственным заземлителем включен высоковольтный резистор R (7), а между нулевой точкой первичной обмотки понижающего трансформатора (4) и искусственным заземлителем (5) включен конденсатор (6) емкостью С.
Х
При нормальной работе ВЛ 6; 10 или 35 кВ электрическая составляющая напряжения нулевой последовательности в проводах ВЛ ограничена высоковольтным резистором R и емкостным сопротивлением c, включенными фактически параллельно.
Магнитная составляющая наведенного напряжения, определяемая спектральным составом тока преобразовательного электровоза (10), в месте установки питающего трансформатора (1) (на территории тяговой подстанции) также мала, так как емкостное сопротивление уменьшается в зависимости от номера гармоники тока в спектре тока электровоза по гиперболическому закону.
Анализ имеющихся экспериментальных данных и результаты аналитических расчетов показывают, что для эффективного ограничения коммутационных перенапряжений, возникающих в ВЛ 6; 10 или 35 Кв при однофазных замыканиях на землю, величина сопротивления высоковольтного резистора (7) должна быть связана с величиной емкостного сопротивления зависимостью , где ℓ, км - длина сближения ВЛ с контактной сетью. При указанном соотношении этих сопротивлений исключено появление перемежающейся дуги в месте замыкания на землю, поэтому существенных перенапряжений на изоляции подключенных к ВЛ трансформаторов не возникает.
Включение первичной обмотки питающего трансформатора (1) ВЛ в треугольник позволяет исключить появление на нагрузке собственных нужд напряжения нулевой последовательности, в том числе напряжений с частотами, кратными трем, обусловленных влиянием токов электроподвижного состава (в спектре тока ЭПС эти частоты превалируют над другими, исключая промышленную частоту).
Эффективность влияния сопротивления R (7) на снижение коммутационных перенапряжений повышается, когда первичная обмотка питающего ВЛ трансформатора (1) включена в треугольник. При указанном
включении резистора потери энергии в нем обусловлены лишь электрическим влиянием контактной сети на ВЛ, то есть напряжением нулевой последовательности. Величина сопротивления резистора (7) ограничивается, в основном, емкостью (6), включенной в цепь соединения нулевой точки специального понижающего трансформатора (4) с заземлителем (5).
Предлагаемое устройство электроснабжения высоковольтной линии автоблокировки в зонах электромагнитного влияния тяговых сетей переменного тока имеет существенное практическое значение.
Применением этого устройства обеспечивается возможность прокладки проводов по опорам контактной сети. Это позволяет отказаться от установки отдельных опор при прокладке ВЛ, практически исключает случаи обрыва (повреждения) проводов ВЛ при падении деревьев.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания.
1. Косарев Б.И. Электробезопасность в тяговых сетях переменного тока. - М.: Транспорт. - 1989. - 226 с.
2. Ратнер М.П., Могилевский Е.Л. Электроснабжение не тяговых потребителей железных дорог. - М.: Транспорт. - 1985. - 296 с.
3. Серов В.И., Шуцкий В.И., Ягудаев В.М. Методы и средства борьбы с замыканием на землю в высоковольтных системах горных предприятий. - М.: Наука. - 1985. - 136 с.