ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к тяговому электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к установкам фильтрации гармоник и компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока (ФКУ).
Необходимость и схемные решения по фильтрокомпенсирующим установкам в системе тягового электроснабжения железных дорог рассмотрены в [1-6]. В настоящее время в тяговых сетях переменного тока применяют двухрезонансные ФКУ [4]. Недостаток их - значительные затраты в связи с тем, что установленная мощность превышает полезную в 2,25 раз. Более экономичны ФКУ, содержащие две секции, настроенные на 150 и 250 Гц.
Принимаем за прототип схему ФКУ с двумя секциями [6, рис. 2, б], см. Приложение. Фильтрокомпенсирующая установка тягового электроснабжения переменного тока, содержащая две секции, причем первая настроена на резонансную частоту 150 Гц, а вторая - на 250 Гц, включенные параллельно между шинами 27,5 кВ и рельсом, в каждой из которых последовательно соединены выключатель, конденсаторная батарея и реактор, подключенный к рельсу, причем конденсаторная батарея секции, настроенной на 150 Гц, разделены на два блока так, что между ними образована точка с нулевым потенциалом относительно рельса на основной частоте 50 Гц, и между этой точкой и рельсом подключена первая цепь из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего резистора.
Как видно, в этой схеме для расширения функциональных возможностей введен демпфирующий резистор с конденсатором в первой секции, настроенной на 150 Гц, формирующий широкополосный фильтр и позволяющий дополнительно демпфировать гармоники выше 350 Гц для предотвращения резонансных явлений в тяговых сетях [1, 6].
Однако при работе двухсекционных КУ происходят нежелательные явления, связанные с усилением гармоник тока 150 Гц между секциями, настроенными на 150 и 250 Гц, и сопровождающиеся протеканием повышенных токов в этих секциях. Это объясняется тем, что для гармоники 150 Гц первая секция представляет индуктивное сопротивление, а вторая - емкостное сопротивление. О нежелательном перераспределении токов в секциях фильтров указано в [3].
Итак, недостаток прототипа: повышенные значения токов в секциях в связи с усилением гармоник, что ведет к повышенному износу конденсаторов.
Цель полезной модели: уменьшение величин токов, протекающих в секциях за счет дополнительного включения цепи из конденсатора и демпфирующего резистора в секцию 250 Гц.
Для реализации цели в установку поперечной емкостной компенсации введена вторая цепь из последовательно соединенного конденсатора и демпфирующего резистора, а конденсаторная батарея второй секции, настроенной на резонансную частоту 250 Гц, также делится на два блока так, что между ними образована точка с нулевым потенциалом относительно рельса на основной частоте 50 Гц, между которой и рельсом подключена вторая цепь из последовательно соединенных конденсатора и демпфирующего резистора.
Справедливость указанного решения доказана путем расчетных экспериментов, результаты которых приведены в табл. 1, где рассмотрено распределение токов для схемы двухсекционной ФКУ с демпфирующими цепями.
Таблица 1.
Распределение токов между секциями ФКУ
f, Гц
Ток ∗, А
ФКУ с демпфером в секции 150 Гц
ФКУ с демпферами в обеих секциях
I1, А
I2, А
I1, А
I2, А
50
203
143
60
143
60
150
133
241,9
108,9
158,5
25.
250
80
1,6
78,4
7,2
75,6
350
57
15,5
72,5
12,24
63,9
∗ - Токи высших гармоник ФКУ взяты максимальными на основании натурных экспериментов
Как видно, если по прототипу (с демпфирующим резистором и конденсатором только в первой секции, настроенной на 150 Гц) в первой и второй секциях токи частотой 150 Гц - 241,9 А и 108,9 А, то в предлагаемой установке с демпфирующими резисторами в обеих секциях токи 150 Гц существенно уменьшились и равны 158,5 А и 25 А. Максимальные токи в секциях уменьшаются и на других частотах.
Фильтрокомпенсирующая установка представлена на рисунке, на котором обозначены:
1 - шина 27,5 кВ.
2 - рельсы.
3, 4 - первая и вторая секции ФКУ.
5, 6 - однофазные выключатели первой и второй секций ФКУ.
7, 8 - конденсаторные батареи первой и второй секций ФКУ.
9, 10 - реакторы первой и второй секций ФКУ.
11, 12 - конденсаторы первой и второй секций ФКУ.
13, 14 - демпфирующие резисторы первой и второй секции ФКУ.
Схема работает следующим образом. При включенной первой секции усиление гармоник тока отсутствует. При подключении второй секции с демпфирующим резистором, который шунтирует индуктивное сопротивление реактора, а также в связи с введением активного сопротивления во вторую секцию распределение токов по секциям - удовлетворительное (158,5 А и 25 А).
Технико-экономический эффект определяется упрощением конструкции КУ за счет уменьшения установленной мощности конденсаторов и реакторов ввиду уменьшения токов секций.
Источники информации
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. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог: монография / Монография - М. МИИТ, 2012. - 211 с.
3. Иванов В.С, Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятия. М.: Энергоатомиздат, 1987 - 336 с
4. Черемисин В.Т., Кващук В.А., Бренков С.Н. Двухрезонансные фильтрокомпенсирующие устройства электрифицированных железных дорог, Наука и транспорт, Модернизация железнодорожного транспорта, 2008, с. 48-51.
5. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергия, 1974. - 184 С
6. Ермоленко Д.В. Повышение электромагнитной совместимости системы тягового электроснабжения с тиристорным электроподвижным составом. Автореферат диссертации на соискание уч. степени кандидата технических наук. М.: ВНИИЖТ, 1991, 22 с.
7. Силовое оборудование тяговых подстанций железных дорог (сборник справочных материалов). ОАО РЖД, филиал «ПКБ по электрификации железных дорог» - М.: «Трансиздат», 2006.