УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧАЕМОЙ ОДНОФАЗНОЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
SWITCHABLE SINGLE-PHASE TRANSVERSAL CAPACITIVE COMPENSATION DEVICE WITHIN TRACT DC NETWORK

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ.
Известно устройство однофазной поперечной емкостной компенсации (КУ) в тяговой сети переменного тока 25 кВ [1, рис.65, а; 2, рис.1, а].
Особенность работы КУ в тяговых сетях железных дорог - постоянное изменение напряжения на шинах КУ в связи с постоянным изменением тяговой нагрузки.
2
2
2
Поэтому недостатки непереключаемой КУ в тяговой сети следующие. При снижении напряжения в тяговой сети и, следовательно, на КУ генерируемая мощность и ток КУ снижаются: при снижении напряжения в тяговой сети до допустимого наименьшего для грузовых поездов 21 кВ [3] ток (мощность) КУ снижается с 27,5/Хку (27,5/Xкy) при номинальном напряжении до 21/Хку (21/Xкy) при напряжении 21 кВ (Хку - реактивное сопротивление КУ). Это значит, что ток КУ снижается в 27,5/21=1,3 раза, а мощность в (27,5/21)=1,7 раза.
В [4, рис.5-7, а] предлагается при снижении напряжения форсировка КУ. Однако в этом случае исключается из схемы реактор, что приводит к возрастанию бросков тока и напряжения при включении (отключении) КУ. После исключения реактора КУ теряет свое свойство фильтровать в тяговой сети третью гармонику, что вызывает ухудшение качества электроэнергии. Кроме того, в [4] отсутствует демпфирующий резистор, что также приводит к повышению бросков тока и напряжения при коммутации КУ.
Принимаем за прототип схему КУ по рисунку [2, рис.1, а] с демпфирующим резистором, включенным к рельсу, а реактором, включенным к высокому потенциалу КУ. Другими словами, реактор в КУ подключен к высокому потенциалу, например, как в схеме по рисунку [1, рис.12, г].
Таким образом, в прототипе рассматривается устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока, содержащее первый выключатель, подключенный первым полюсом к шине 27,5 кВ, а вторым полюсом через реактор к первому выводу конденсаторной батареи с последовательно соединенными секциями, демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем и подключенный между вторым выводом конденсаторной батареи и рельсом.
Цель изобретения - повышение эффективности устройства и расширение его функциональных возможностей.
Для достижения указанной цели необходимо, при снижении напряжения на шинах КУ поддерживать ток КУ близким к номинальному за счет переключения КУ, а для его надежного переключения следует использовать имеющийся демпфирующий резистор.
Указанное реализовано в Изобретении следующим образом. В прототип введен третий выключатель, подсоединенный первым полюсом к точке соединения двух секций конденсаторной батареи, а вторым полюсом - к рельсу.
Схема изобретения представлена на рисунке.
1 - шины 27,5 кВ КУ,
2 - первый выключатель,
3 - реактор,
4 и 5 - секции конденсаторной батареи,
6 - конденсаторная батарея,
7 - точка соединения секций 4 и 5 конденсаторной батареи,
8 - третий выключатель,
9 - второй выключатель,
10 - демпфирующий резистор,
11 - рельс.
Схема работает следующим образом.
Исходное состояние: КУ отключено, все выключатели (первый (2), второй (9) и третий (8)) отключены.
Включение КУ. Включается первый выключатель 2, подается напряжение на конденсаторную батарею 6 через демпфирующий резистор 10. Затем включается выключатель 9, шунтируя демпфирующий резистор 10. Таким образом, процесс включения КУ происходит при допустимых бросках тока и напряжения и КУ находится в нормальном режиме работы.
При снижении напряжения на шинах КУ до 21…22 кВ следуют переключить схему КУ в следующей последовательности:
- отключить второй выключатель 9,
- включить третий выключатель 8.
Таким образом, при снижении напряжения КУ работает в, так называемом, форсированном режиме [4] с увеличенной емкостью и соответственно уменьшенным емкостным сопротивлением, которое определяется по расчету. Обычно сопротивление уменьшается на 25…30% так, чтобы ток увеличился до номинального значения.
Чтобы выйти из форсированного режима, необходимо отключить выключатель 8 (при отключенном выключателе 9) и затем включить выключатель 9.
Отключение КУ происходит в следующей последовательности. Отключается выключатель 9 (при этом выключатель 8 отключен), тем самым вводится в цепь конденсаторной батареи 6 демпфирующий резистор 10 и затем отключается первый выключатель 2.
Таким образом видно, что демпфирующий резистор выполняет две функции: демпфирует броски тока и напряжения при включении (отключении) КУ, а также при переключении КУ в форсированный режим и обратно. Указанная последовательность переключения в КУ легко автоматизируется.
3
Покажем, что в принятой последовательности переключения КУ в форсированный режим не буду превышены допустимые броски тока шунтируемой секции конденсаторов. При шунтировании секции 5 конденсаторной батареи 6 напряжение на ней не будет превышать 7…8 кВ. При сопротивлении демпфирующего резистора 10, равного 80 Ом, ток разряда составит (7…8)10 /80=87…100 А. При мощности КУ 4…5,5 Мвар номинальный ток КУ составляет 145…200 А, что значительно больше рассчитанного разрядного тока 87…100 А, поэтому шунтирование секции конденсаторов 5 происходит спокойно, так как разрядные токи меньше номинальных значений.
Несомненно, что если выключатель 8 выполнить синхронизированным [2], то броски тока и напряжения еще в большей степени уменьшатся при его включении.
В форсированный режим КУ переходит только при снижении напряжения на шинах КУ. Поэтому все конденсаторы будут работать в допустимых режимах по току и напряжению. Как только напряжение на шинах повышается, следует переключение из форсированного в нормальный режим работы КУ.
Технико-экономический эффект проявляется в том, что при введении форсированного режима повышается напряжение на КУ и, следовательно, в контактной сети, и поэтому повышаются скорости движения электропоездов.
Литература
1. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1983, 183 с.
2. Герман Л.А., Серебряков А.С., Кващук В.А., Бренков С.Н. Синхронизированные выключатели для регулирования поперечной емкостной компенсации. Локомотив №1, 2011, с.41-43.
3. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации, ЦЭ-462, М.: МПС РФ, 1997, 79 с.
4. Берковский A.M., Лысков Ю.И. Мощные конденсаторные батареи. М.: Энергия, 1967, 168 с.