УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА

Полезная модель относится к системе автоматизации электроснабжения тяговой сети переменного тока железных дорог, а именно к регулированию напряжения в тяговой сети железных дорог с установкой поперечной емкостной компенсации.
Известно устройство регулирования напряжения с использованием трансформаторов с переключением под нагрузкой [1- прототип]. На рис.7.5 (структурная схема автоматического регулирования) и 7.9 (схема включения реле автоматики регулирования) в Прототипе [1] показан принцип регулирования напряжения. В настоящее время вариантов автоматики регулирования трансформаторов в электроэнергетике множество: наиболее распространены устройства АРТ-1 (изготовитель завод Латвэнерго) и началось внедрение с 2000 г устройства РКТ.01 (НЦП «Мирономика»)
Для регулирования напряжения в тяговой сети переменного тока железных дорог также используются трансформаторы с переключением под нагрузкой [2].
В тяговой сети для повышения уровня напряжения используются установки поперечной емкостной компенсации (КУ), включаемые на посту секционирования контактной сети [3]. Наиболее неблагополучное положение с режимом напряжения в межподстанционной зоне с односторонним питанием контактной сети. В этом случае КУ включают в конце указанной зоны [4].
В соответствии с указанным рассматриваем следующее устройство:
Устройство регулирования напряжения трансформатора с переключением под нагрузкой, питающего тяговую сеть переменного тока с установкой поперечной емкостной компенсацией, содержащее блок управления приводом переключения отпаек обмоток трансформатора (АРПН), трансформатор напряжения для контроля напряжения на шинах тяговой подстанции, трансформатор тока выключателя фидера тяговой сети, катушку реле понижения напряжения, подключенную к напряжению переменного тока 100 В от вторичной обмотки трансформатора напряжения, а замыкающий контакт реле понижения напряжения подключен к блоку управления приводом переключения отпаек трансформатора,
Недостаток устройства. При небольшой нагрузке в тяговой сети (или при ее отсутствии) напряжение у КУ повышается и может превзойти допустимые пределы. Особенно это опасно, когда КУ располагается вдали от подстанции (на расстоянии 25…50 км): на посту секционирования или при консольном питании тяговой сети на ее конце [4]. Напряжение может повышаться до 29 кВ и выше при допустимом 28 кВ [5].
В этом случае необходимо понизить напряжение на трансформаторе тяговой подстанции с помощью АРПН. Однако, как определить, что снизилась тяговая нагрузка? По амперметру на тяговой подстанции сделать это трудно, так как он будет показывать наряду с током тяговой нагрузки и ток КУ, а КУ включено на посту секционирования или в конце межподстанционной зоны при одностороннем питании контактной сети.
Поэтому, контролируя фазу тока тяговой сети, можно определить снижение тяговой нагрузки, так как тяговая нагрузка имеет индуктивный характер (обычно cosφ=0.7…0.8).
При уменьшении тяговой нагрузки уменьшается индуктивная составляющая нагрузки, фаза тока индуктивного характера (ток отстает от напряжения) уменьшается до нуля. Далее при дальнейшем уменьшении тяговой нагрузки фаза общего тока становится емкостного характера (ток опережает напряжение). При отсутствии тяговой нагрузки фаза емкостного тока равна 90°(емкостных).
Целью Полезной модели является повышение эффективности работы устройства регулирования напряжения трансформатора для нормализации напряжения у КУ, и следовательно, в тяговой сети.
Для реализации цели введены реле контроля фазы нагрузки тяговой сети и добавочное сопротивление, причем реле контроля фазы нагрузки подключено к трансформатору тока выключателя фидера тяговой сети и к трансформатору напряжения, а его выходной контакт шунтирует добавочное сопротивление, включенное последовательно с катушкой реле понижения напряжения.
Схема устройства представлена на рисунке.
1 - трансформатор с переключением под нагрузкой (РПН), с автоматикой регулирования - трансформатор с АРПН.
2 - тяговая сеть переменного тока,
3 - установка поперечной емкостной компенсации (КУ),
4 - трансформатор напряжения для контроля напряжения на шинах тяговой подстанции,
5 - трансформатор тока,
6 - выключатель фидера тяговой сети,
7 - катушка реле понижения напряжения,
8 - напряжение вторичной обмотки (100 В) трансформатора напряжения 4,
9 - замыкающий контакт реле понижения напряжения,
10 - блок управления приводом регулятора переключения отпаек,
11 - реле контроля фазы тока тяговой сети,
12 - замыкающий контакт реле контроля фазы 11,
13 - добавочный резистор в цепи катушки реле понижения напряжения.
Схема работает следующим образом.
При большой тяговой нагрузке напряжение на КУ 3 не превышает допустимый предел - 28 кВ, суммарный ток нагрузка, измеряемый трансформатором тока 5, имеет индуктивный характер, и поэтому реле 11 (подсоединенный к трансформаторам тока 5 и напряжения 4) не срабатывает и катушка 7 реле работает с добавочным сопротивлением 13. Это значит, что регулирование режима происходит в штатном режиме, когда уставка на реле с катушкой 7 понижения напряжения равна 28 кВ. При этом замыкающий контакт 9 воздействует на блок управления 10 приводом регулятора переключения отпаек трансформатора 1. Реле понижения напряжения с катушкой 7 подключено ко вторичной обмотке трансформатора напряжения 4. Замыкающий контакт 9 управляет приводом 10, т.е дает команду на понижение напряжения.
При снижении тяговой нагрузки напряжение на КУ повышается и может превысить допустимые 28 кВ. Тогда в токе трансформатора тока 5 начинает превалировать емкостная составляющая над индуктивной составляющей нагрузки, срабатывает реле 11 контроля фазы тока тяговой сети (обычно уставка реле - 5-10° емкостных) и замыкающий контакт его 12 шунтирует добавочный резистор 13.
В результате изменяется настройка реле с катушкой 7: его уставка снижается с 28 до 27 кВ (в зависимости от параметров тяговой сети 2 и мощности КУ уставка может снижаться и до 26 кВ). Это позволит снизить напряжение на КУ и держать его в допустимых пределах.
Режим работы устройства при необходимости повысить напряжение на трансформаторе не рассматривается, так как в этом случае работа устройства не изменяется.
Технико-экономический эффект состоит в повышении надежности работы контактной сети и КУ в связи с нормализацией напряжения в системе тягового электроснабжения.
Используемые источники
1. Порудоминский В.В. Трансформаторы с переключением под нагрузкой. М.: Энергия - 1965. - 264 с.
2. Бородулин Б.М. Регулирование напряжения трехфазных тяговых трансформаторов. / Вопросы энергоснабжения электрических железных дорог (Сборник статей), Труды ВНИИЖТ №256. М.: Трансжелдориздат, 1963, с 5-12.
3. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог М.: Транспорт, 1983, - 183 бс
4. Герман Л.А. Поперечная емкостная компенсация в тяговых сетях железных дорог. Промышленная энергетика №10 - 2009 г с.30-35.
5 ЦЭ-462. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. М.: ЦЭ МПС, 1997, 79 с.