Способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока
AC TRACTION NETWORK VOLTAGE REGULATION METHOD

Изобретение относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности к системе автоматизации регулирования напряжения в тяговой сети.
Известна распределенная система компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока [1, рис. 2.11], причем установки компенсации реактивной мощности (КУ) установлены на тяговых подстанциях и на посту секционирования. Путем включения-отключения секций или всей КУ выполняют регулирование напряжения в тяговой сети [2]. Указанный рисунок в [1] принимаем за прототип по рассматриваемому способу регулирования напряжения.
Таким образом, рассматривается способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока двухпутного участка с телемеханизированным постом секционирования и двусторонним питанием от телемеханизированных тяговых подстанций, содержащий распределенную систему установок поперечной емкостной компенсации, размещенных на тяговых подстанциях и на посту секционирования, путем регулирования мощности системы установок поперечной емкостной компенсации включением-отключением ступеней секций КУ.
Для поддержания заданного режима напряжения включают-отключают секции КУ на тяговых подстанциях и посту секционирования.
Недостатки рассматриваемого способа регулирования напряжения следующие:
1) Напряжения на смежных подстанциях регулируются независимо друг от друга, а это приводит к неодинаковым значениям напряжения на смежных подстанциях, питающих рассматриваемую межподстанционную зону, и, как следствие, к повышенным значениям уравнительного тока и потерь мощности от них.
2) Контролируются напряжения только в точках подключения КУ, то есть у тяговой подстанции и у поста секционирования, однако на участках, где могут быть наибольшие потери напряжения, а именно - между подстанциями и постом секционирования, напряжение не контролируется.
3) С целью не превышения ресурса коммутационных аппаратов секций КУ переключения секций производят с задержкой в 3-8 мин, чтобы не реагировать на кратковременные изменения напряжения в тяговой сети. В этом проявляется недостаток указанного способа регулирования, определяемый тем, что в течение 3-8 мин и более напряжение в тяговой сети не соответствует заданному режиму.
Цель изобретения - повышение эффективности регулирования напряжения для поддержания заданного режима напряжения и снижения потерь мощности в системе тягового электроснабжения
TH1
TH3
TH5
cm
TH2
TH4
Для реализации цели изобретения параллельно установкам поперечной емкостной компенсации (КУ) включены тиристорно-реакторные группы, формирующие совместно с КУ статические тиристорные компенсаторы (СТК) [3], рис. 1, с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение на СТК U, U, U, причем все СТК поддерживают на выходе одинаковое напряжение U, а в тяговой сети введены телемеханизированные пункты параллельного соединения контактной сети (ППС), расположенные между подстанциями и постом секционирования с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение у ППС U и U, и информационно-управляющий блок (ИУБ), подключенный по системе телемеханики ко вторичным обмоткам измерительных трансформаторов напряжения, который рассчитывает среднее напряжение в контактной сети по формуле
TH1
TH2
TH3
TH4
TH5
где U, U, U, U, U - напряжения в тяговой сети по измерениям трансформаторов напряжения тяговых подстанций, поста секционирования и пунктов параллельного соединения,
TH2
TH4
и если U и (или) U≤Uмин (принимается Uмин=22-22,5 кВ), то дается команда на повышение выходного напряжения СТК на 1-2 кВ,
TH1
TH5
а если U и (или) U≥Uмакс (принимается Uмакс=28-28,5 кВ), то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на 1-1,5 кВ,
TH2
TH4
TH1
TH3
TH5
TH1
TH2
TH3
TH4
TH5
cp
и если U и U≥Uмин и U и U и U≤Uмакс, то по данным измерений U, U, U, U, U рассчитывается среднее напряжение в тяговой сети U и, если
cp
o
U>U,
o
o
cp
-
o
где U – напряжение, близкое к номинальному напряжению ЭПС, принимаемое равным U=26 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на (U-U), а при
cp
o
U<U
o
cp
дается команда на повышение выходного напряжения СТК на (U-U).
Таким образом, реализация цели изобретения основана на трех принципах регулирования напряжения:
- введение напряжения тяговой сети в допустимую область: по нормативным документам [4] допустимые предельные значения 21-29 кВ, для скоростного движения 24-29 кВ;
- после выполнения вышеуказанного принципа выполняется второй принцип: регулируются напряжения на всех СТК так, чтобы напряжение на токоприемниках было близко к номинальному напряжению ЭПС;
- на всех СТК поддерживается одинаковое напряжение с целью минимизации уравнительного тока.
Рассмотрим предлагаемый способ регулирования напряжения на примере межподстанционной зоны тяговой сети, рис. 1, где приняты следующие обозначения:
1, 2 - тяговые подстанции;
3 - пост секционирования контактной сети;
4, 5, 6 - статические тиристорные компенсаторы (СТК);
7, 8, 9 - установки поперечной емкостной компенсации;
10, 11, 12 - реакторы, управляемые тиристорами;
13, 14 - пункты параллельного соединения;
15, 16, 17, 18, 19 - трансформаторы напряжения 27,5 кВ;
20 - информационно-управляющий блок (ИУБ).
Межподстанционная зона тяговой сети питается от тяговых подстанций ТП1 - 1 и ТП2 - 2, в середине зоны расположен пост секционирования 3. На подстанциях и на посту секционирования включены статические тиристорные компенсаторы (СТК) - 4, 5, 6, содержащие установки поперечной емкостной компенсации (КУ) 7, 8, 9 и управляемые тиристорами реакторы - 10, 11, 12. На тяговых подстанциях, посту секционирования ПС и на пунктах параллельного соединения ППС включены трансформаторы напряжения ТН-27,5 кВ - 15, 16, 17, 18, 19. Для управления напряжением предусмотрен информационно-управляющий блок ИУБ - 20, в котором сосредотачиваются данные напряжения со всех трансформаторов напряжения 15, 16, 17, 18, 19 по системе телемеханики и выдаются команды на управление СТК 4, 5, 6 по вышеуказанному алгоритму.
Итак, в соответствии с изобретением и указанными принципами регулирования напряжения решаются следующие задачи.
Во-первых, на подстанциях 1 и 2 поддерживается одинаковое напряжение, что обеспечивает снижение уравнительных токов до минимума и снижение потерь мощности от них.
Во-вторых, вводится напряжение в допустимую область.
В третьих, в связи с контролем среднего напряжения на межподстанционной зоне управление СТК выполняется так, чтобы приблизить напряжение на токоприемниках к номинальному значению. Указанное будет способствовать режиму работы ЭПС, близкому к номинальному, а это приведет к повышению КПД и коэффициенту мощности ЭПС.
Регулирование напряжения по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.
TH2
TH4
TH1
5
TH3
Если по измерениям напряжения на ППС1 (13) U (16) и (или) на ППС2 (14) U (18)≤22-22,5 кВ, то дается команда от ИУБ (20) на повышение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2(5) и СТК3(6) на 1-2 кВ, а если на ТП1 (1) напряжения U и (или) на ТП2 (2) напряжения UTH≥28-28,5 кВ, а также на ПС (3) напряжение U≥28-28,5 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2(5) и СТК3(6) на 1-1,5 кВ.
TH2
TH4
TH1
TH3
TH5
TH1
TH2
TH3
TH4
TH5
cp
Если же по измерениям напряжения U и U≥22-22,5 кВ и U, U, U≤28-28,5 кВ, то по данным измерений на всех трансформаторах напряжения U, U, U, U, U рассчитывается среднее напряжение в тяговой сети U по формуле (1) и, если
cp
o
U>U,
o
cp
-
o
где U – напряжение близкое к номинальному напряжению ЭПС, принимаемое равным 26 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2 (5), СТК3 (6) на (U-U), а при
cp
o
U<U
o
cp
дается команда на повышение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2 (5), СТК3 (6) на (U-U).
Литература
1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015. - 316 с.
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
3. Статические компенсаторы реактивной мощности для электрических сетей: Сборник статей / под ред. В.И. Кочкина. - М.: ЭЛЕКС-КМ, 2010. - 296 с.
4. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. ЦЭ-426. М.: МПС РФ, 1997. - 77 с.