СПОСОБ ПЕРЕВОДА УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ, ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ 3,3 кВ, НА ПЕРЕМЕННЫЙ ОДНОФАЗНЫЙ ТОК 27,5 кВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF TRANSFER OF RAILWAYS ELECTRIFIED WITH DIRECT CURRENT OF 3,3 kV TO ALTERNATING SINGLE-PHASE CURRENT OF 27,5 kV AND RELEVANT DEVICE

Изобретение относится к способам перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный ток 27,5 кВ и может быть использовано при переводе всех существующих участков ж.д. постоянного тока.
Существуют три известных альтернативных способа перевода участков ж.д. с постоянного на переменный ток.
При первом из них [1], заново (с нуля) сооружают более мощные, но более редко расположенные тяговые подстанции переменного тока 27,5 кВ, а действующие подстанции постоянного тока демонтируются.
При втором [2], еще только разрабатываемом и рекомендуемом в основном для вновь электрифицируемых участков ж. д., сооружаются мощные опорные тяговые подстанции с симметрирующими трансформаторами с напряжение на вторичной стороне 94 кВ, с прокладкой продольной двухфазной линии 94 кВ между опорными подстанциями, размещенными на расстоянии 150-200 км друг от друга, и сооружается ряд типовых стандартных подстанций вдоль ж.д. линии, питающихся от продольной двухфазной линии электропередачи 94 кВ.
При третьем [3] способе, также еще только разрабатываемом и также рекомендуемом для вновь электрифицируемых участков ж.д., предлагается строительство мощных опорных подстанций, осуществляющих выпрямительно-инверторное преобразование переменного трехфазного тока в однофазный напряжением 110 кВ, прокладка двухфазной линии электропередачи 110кВ между опорными подстанциями и на консольных участках и размещение типовых стандартных тяговых подстанций вдоль ж.д. линии, питающихся от продольной линии электропередачи.
Последний способ наиболее близок к предложенному, поэтому он и взят за прототип.
Перевод участков постоянного тока на переменный ток по всем указанным выше способам требует полного демонтажа существующих подстанций постоянного тока, колоссальных затрат на сооружение мощных тяговых подстанций переменного тока, а при втором и третьем способах еще и сооружения продольных двухфазных ЛЭП 94-110 кВ.
Перевод на переменный ток становится менее затратным, а полученный эффект более значимым если его осуществлять нижеприведенным способом, при котором сохраняется вся инфраструктура действующих тяговых подстанций постоянного тока (до преобразовательных агрегатов и линии 3,3 кВ включительно), дополняемая блоками автономных инверторов напряжения, повышающими выходными однофазными трансформаторами и ЗРУ - 27,5 кВ. При этом сохраняется возможность питания всех нетяговых потребителей.
Заявляемое изобретение иллюстрируется на чертеже, где приведена принципиальная схема устройства.
Устройство состоит из:
1 - трехфазная ЛЭП 110(220) кВ внешнего питающего напряжения
2 - ОРУ 110(220) кВ
3 - понижающие трансформаторы 110 (220)/10 кВ
4 - преобразовательные трансформаторы 10/3,3 кВ
5 - выпрямительные агрегаты
6 - сохраняемая инфраструктура действующей подстанции постоянного тока
7 - блоки автономных инверторов напряжения
8 - повышающие однофазные трансформаторы -
9 - ЗРУ-27,5 кВ
10 - устройство, дополняющее сохраненную инфраструктуру подстанции
11 - контактная сеть первого пути
12 - контактная сеть второго пути
13 - рельсы
14 - изолирующее сопряжение контактной сети
Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемый способ перевода участков железных дорог, электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ, на переменный однофазный ток 27,5 кВ заключается в предварительном выпрямлении трехфазного переменного тока и последующем его преобразовании с помощью автономного инвертора напряжения в однофазный переменный ток для питания электроподвижного состава, отличается тем, что для выпрямления переменного трехфазного тока используют существующую инфраструктуру подстанций постоянного тока, начиная от вводов первичного питающего напряжения и до шин постоянного тока 3,3 кВ включительно.
Устройство работает следующим образом: напряжение от ОРУ - 110(220) кВ 2 поступает на вводы понижающих трансформаторов 3, где понижается до 10 кВ, вторичные обмотки понижающих трансформаторов подключены к первичным обмоткам преобразовательных трансформаторов 4, где напряжение понижается до 3,3 кВ;
полученное напряжение подается на вводы выпрямительных агрегатов 5, где преобразуется в постоянное напряжение 3,3 кВ; полученное постоянное напряжение поступает на вводы автономных инверторов напряжения 7, где преобразуется в переменное однофазное напряжение с амплитудой 3,3 кВ; с выходов инверторов переменное напряжение поступает на вводы повышающих однофазных трансформаторов 8, где повышается до 27,5; напряжение 27,5 кВ поступает на вводы ЗРУ - 27,5 кВ 9, от которого питаются бывшие участки сети постоянного тока.
Устройство может быть выполнено с трансформацией трехфазного напряжения внешней питающей сети как в две ступени, так и в одну, в зависимости от схемы существующей подстанции постоянного тока.
Техническим результатом применения устройства являются: снижение расходов за счет отсутствия необходимости в демонтаже существующих тяговых подстанций постоянного тока и последующего строительства новых, исключение в необходимости устройства нейтральных вставок в контактной сети; полная симметрия загрузки фаз линии внешнего электроснабжения на всем протяжении, что снижает потери энергии; снижение потерь в контактной сети за счет уменьшения длин зон питания между подстанциями по сравнению с типовыми тяговыми подстанциями переменного тока 27,5 кВ.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
1. Фукс Н.Л. Перевод электротяги магистрального участка Зима - Слюдянка с постоянного тока 3,3 кВ на переменный 27,5 кВ. Железные дороги мира, 1997. - №2 - С.3-13.
2. А.М.Василянский, Р.Р.Мамошин, Г.Б.Якимов, Совершенствование системы тягового электроснабжения железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц / Железные дороги мира, 2002. - №8 - С.40-45.
3. Бурков А.Т., Гришин Я.С. Симметрирующий трехфазно-однофазный преобразователь системы тягового электроснабжения переменного тока / Международное транспортное обозрение. Транс. Евразия, февраль 2001. - 7-8 С.