УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕВОДА УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ, ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ 27,5 кВ, НА ПОСТОЯННЫЙ ТОК 25 кВ

Полезная модель относится к устройствам для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ и может быть использована для перевода всех существующих участков железных дорог переменного тока.
Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока имеет существенные недостатки в передаче электрической энергии по контактной сети. Контактная сеть переменного тока является по существу «длинной линией» из-за своей протяженности и в ней действуют волновые процессы падающих и отраженных волн, а также возникают вопросы устойчивости работы сети при резких изменениях активных и реактивных нагрузок. При переменном токе в контактной сети из-за нелинейности в системе передачи-приема электрической энергии, как известно, возникают третьи, пятые, седьмые и т.д. нечетные гармоники, отсчитываемые от основной гармоники частоты, поэтому растет сопротивление переменному току, увеличивая потери в линии, уменьшая ее пропускную способность, сокращая реальное значение диаметра провода линии, что приводит к необходимости снижения плотности тока в линии передачи электрической энергии.
Анализ пропускной способности контактной сети и потерь в ней, при питании сети переменным или постоянным током, показывает, что контактная сеть на постоянном токе обладает неоспоримым преимуществом перед контактной сетью на переменном токе, ибо пропускная способность контактной сети постоянного тока превосходит в несколько раз пропускную способность контактной сети переменного тока при одинаковых мощностях тяговых подстанций постоянного и переменного тока. Тяговые подстанции постоянного тока располагаются на больших расстояниях друг от друга. Электрические потери в контактной сети постоянного тока до двух и более раз меньше, чем потери в сети переменного тока.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением является устройство для перевода, участков железных дорог электрифицированных на постоянном токе 3,3 кВ на переменный ток 27,5 кВ по патенту РФ на изобретение №2372218, В60М 1/00, 10.11.2009, содержащее трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ, к которому подключены понижающие трансформаторы 110(220)/10 кВ, вторичные обмотки понижающих трансформаторов подключены к первичным обмоткам преобразовательных трансформаторов, понижающих напряжение до 3,3 кВ, которое подведено к вводам дополнительно введенных автономных однофазных инверторов напряжения, выходы которых подключены к однофазным трансформаторам, повышающим напряжение до уровня 27,5 кВ, которые через дополнительно установленное распределительное устройство и фидеры контактной сети подключены к участкам контактной сети, изоляция которых соответствует рабочему напряжению 27,5 кВ.
Основным недостатком известного устройства является сложность перевода, обусловленная многократным преобразованием переменного и постоянного напряжения: тяговые подстанции железной дороги вначале переводятся на трехфазный переменный ток напряжением 10,0 кВ, которое далее преобразуется в трехфазный переменный ток напряжением 3,3 кВ, которое, в свою очередь, преобразуется в постоянный ток напряжением 3,3 кВ. Далее постоянный ток напряжением 3,3 кВ преобразуется в однофазный переменный ток напряжением 3,3 кВ, которое преобразуется в однофазный переменный ток напряжением 27,5 кВ.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является упрощение перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ, содержащем трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ, к которому подключен понижающий трансформатор 110(220)/27,5 кВ, понижающий напряжение до 27,5 кВ, подводимое через вторичные обмотки понижающего трансформатора к преобразователю переменного напряжения в постоянное, преобразующему его в постоянное напряжение 25,0 кВ, согласно предлагаемой полезной модели, указанное выходное постоянное напряжение 25,0 кВ положительной полярности подведено через дополнительно введенные сглаживающий фильтр и распределительное устройство постоянного напряжения 25,0 кВ к контактной сети, выполненной с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ, а выходное постоянное напряжение 25,0 кВ отрицательной полярности через указанное дополнительно введенное распределительное устройство постоянного напряжения 25,0 кВ - к ходовому рельсу, при этом преобразователь переменного напряжения в постоянное выполнен с возможностью преобразования трехфазного переменного напряжения в шестипульсное постоянное напряжение 25,0 кВ с малыми значениями пульсации постоянного напряжения, выделения положительной и отрицательной полярности постоянного напряжения, выпрямления высших нечетных гармоник переменного напряжения, создания разности потенциалов для обеспечения движения электроподвижного состава.
Для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ, используют существующую инфраструктуру тяговых подстанций переменного тока, начиная от вводов первичного питающего напряжения и до шин переменного тока 27,5 кВ включительно, используют существующее оборудование рельсовой системы, контактной сети (рис.4.40 на стр.288 фундаментальной монографии «Основы электрического транспорта», изданной под редакцией профессора М.А.Слепцова, изд. ACADEMA, М., 2006). При этом сохраняется возможность питания всех нетяговых потребителей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема предлагаемого устройства для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - сеть внешнего электроснабжения,
2 - трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ,
3 - понижающий трансформатор 110(220)/27,5 кВ,
4 - преобразователь переменного напряжения в постоянное,
5 - сглаживающий фильтр,
6 - распределительное устройство постоянного напряжения 25,0 кВ,
7 - контактная сеть, выполненная с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ,
8 - ходовой рельс,
9 - электроподвижной состав (нагрузка),
10 - сохраняемая инфраструктура действующей тяговой подстанции переменного тока,
11 - устройство, дополняющее сохраненную инфраструктуру тяговой подстанции.
Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ, содержит трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ - позиция 2, к которому подключен понижающий трансформатор 110(220)/27,5 кВ - позиция 3, понижающий напряжение до 27,5 кВ, подводимое через вторичные обмотки понижающего трансформатора 2 к преобразователю 4 переменного напряжения в постоянное, преобразующему его в постоянное напряжение 25,0 кВ.
Отличием предлагаемого устройства для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ является то, что выходное постоянное напряжение 25,0 кВ положительной полярности подведено через дополнительно введенные сглаживающий фильтр 5 и распределительное устройство 6 постоянного напряжения 25,0 кВ к контактной сети 7, выполненной с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ, а выходное постоянное напряжение 25,0 кВ отрицательной полярности через указанное дополнительно введенное распределительное устройство 6 постоянного напряжения 25,0 кВ - к ходовому рельсу 8. Преобразователь 4 переменного напряжения в постоянное выполнен с возможностью преобразования трехфазного переменного напряжения 27,5 кВ в шестипульсное постоянное напряжение 25,0 кВ с малыми значениями пульсации постоянного напряжения, выделения положительной и отрицательной полярности постоянного напряжения, выпрямления высших нечетных гармоник переменного напряжения, создания разности потенциалов для обеспечения движения электроподвижного состава 9.
Устройство для перевода участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25 кВ работает следующим образом.
От сети 1 внешнего электроснабжения на трехфазное распределительное устройство 110(220) кВ - позиция 2 - подводится внешнее электрическое питание трехфазного переменного тока напряжением 110(220) кВ.
Трехфазное переменное напряжение 110(220) кВ от трехфазного распределительного устройства 110(220) кВ - позиция 2, поступает на вводы понижающего трансформатора 110(220)/27,5 кВ - позиция 3, где понижается до 27,5 кВ.
Трехфазное переменное напряжение 27,5 кВ поступает с вторичных обмоток понижающего трансформатора 2 на вводы преобразователя 4 переменного напряжения в постоянное, где трехфазное переменное напряжение 27,5 кВ преобразуется в шестипульсное постоянное напряжение 25,0 кВ с малыми значениями пульсации постоянного напряжения, при этом выделяются положительная и отрицательная полярности постоянного напряжения, выпрямляются высшие нечетные гармоники переменного напряжения, создается разность потенциалов для обеспечения движения электроподвижного состава 9. Положительная и отрицательная полярности преобразователя 4 проводами подводятся к шинам «+» и «-».
Выходное постоянное напряжение 25,0 кВ положительной полярности подводится через дополнительно введенные сглаживающий фильтр 5 и распределительное устройство 6 постоянного напряжения 25,0 кВ к контактной сети 7. Выходное постоянное напряжение 25,0 кВ отрицательной полярности через дополнительно введенное распределительное устройство 6 постоянного напряжения 25,0 кВ подводится к ходовому рельсу 8. Таким образом обеспечивается постоянство разности потенциалов между контактной сетью 7 и ходовым рельсом 8.
Контактная сеть 7, выполненная с возможностью формирования выходного постоянного напряжения 25,0 кВ, является источником питания постоянным током всех тяговых двигателей постоянного тока, установленных на электроподвижном составе 9 и подключенных к контактной сети 7.
Перевод, согласно предлагаемой полезной модели, существующих участков железных дорог, электрифицированных на переменном токе 27,5 кВ, на постоянный ток 25,0 кВ позволит упростить перевод и увеличить пропускную способность системы электроснабжения при одинаковых мощностях тяговых подстанций постоянного и переменного тока.