УСТАНОВКА ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ В СИСТЕМЕ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к тяговому электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности, к компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока с помощью установок поперечной емкостной компенсации (КУ).
При включении-отключении КУ происходят нежелательные броски тока и напряжения на время переходного периода. Для их ограничения обычно в цепь КУ включают демпфирующие устройства на резисторе, которые значительно снижают броски тока и напряжения и, в частности, при включении КУ в амплитуду напряжения перенапряжения снижаются до значения 1,2-1,4 Uном. Широкое применение в системе тягового электроснабжения получили демпфирующие устройства, при которых происходит двухэтапное включение КУ [1, рис.1,а, 2, рис.65, 3, 4]. В этом варианте установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока содержит последовательно соединенные первый выключатель, конденсаторную батарею, реактор, демпфирующий резистор с параллельно включенным вторым выключателем. На первом этапе включается первый выключатель, на втором этапе включается второй выключатель, шунтирующий демпфирующий резистор.
В настоящее время в современных КУ [1, 2] к указанной установке (первая ступень) параллельно подключается такая же установка (вторая ступень). Причем обычно первая ступень настроена на третью гармонику частотой 150 Гц (точнее на 140-145 Гц), а вторая ступень - на пятую гармонику частотой 250 Гц (точнее на 225-240 Гц). Сначала всегда включается первая ступень на 150 Гц, а к ней подключается вторая ступень 250 Гц. [2, рис.33].
В полезной модели рассматривается двухступенчатая КУ с переключаемой, или точнее сказать, с отключаемой второй ступенью. По принятой терминологии в системе тягового электроснабжения ступень или вся установка КУ называется отключаемой, если по условиям ее надежности она допускает в течение суток произвести несколько операций включение-отключение. Для КУ в тяговой сети количество отключений в сутки принято равным 5.
При подключении второй ступени к работающей первой ступени включается первый выключатель второй ступени и тем самым включается вторая ступень на резистор. Затем этот резистор шунтируется вторым выключателем.
Принимаем за прототип схему [1, рис.1,а], работающей в двухступенчатой КУ с отключаемой второй ступенью.
Таким образом, в полезной модели рассмотрена установка поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения переменного тока с двумя параллельно соединенными первой и второй ступенями, подключенными между шиной 27,5 кВ и рельсом, каждая ступень которой содержит последовательно соединенные первый выключатель, конденсаторную батарею, реактор и демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем с блок-контактами.
Недостаток такой схемы. В момент включения второй ступени на резистор броски тока и напряжения во второй ступени увеличиваются по сравнению с вариантом включения одиночной ступени. Кроме того, возникают броски тока и напряжения на элементах первой ступени КУ. Это объясняется тем, что в первый момент включения второй ступени КУ в переходном процессе накладывается разряд конденсаторной батареи первой ступени на вторую в создавшемся контуре: «первая ступень - вторая ступень».
Как указано в [2], «…коммутационные процессы усложняются, если вблизи включаемой установки компенсации имеется другая КУ». Наличие реакторов в цепи конденсаторных батарей существенно снижают броски тока и напряжения. Однако опыт работы с КУ в системе тягового электроснабжения свидетельствует, что в реальных условиях напряжение на конденсаторах при включении второй ступени при работающей первой ступени повышается на 10..20%, а токи на 20..40% по сравнению с вариантом включения одиночной КУ. Поэтому частые переключения второй ступени приводят к повышенному износу конденсаторов и снижению их эксплуатационной надежности.
Цель полезной модели: повышение надежности КУ за счет уменьшения бросков тока и напряжения при включении второй ступени КУ.
Для уменьшения бросков тока и напряжения при включении второй ступени необходимо предварительно расшунтировать демпфирующий резистор первой ступени. Другими словами, поставленная цель достигается тем, что в установку поперечной емкостной компенсации в системе тягового электроснабжения переменного тока с двумя параллельно соединенными первой и второй переключаемой ступенями, подключенными между шиной 27,5 кВ и рельсом, каждая ступень которой содержит последовательно соединенные первый выключатель, конденсаторную батарею, реактор и демпфирующий резистор, зашунтированный вторым выключателем с блок-контактами, введен блок управления второй ступенью с кнопками включения «Пуск» и отключения «Откл», причем:
- в цепь отключения второго выключателя первой ступени включен первый замыкающий контакт кнопки «Пуск» второй ступени;
- в цепь включения первого выключателя второй ступени включена цепь из последовательно соединенных второго замыкающего контакта кнопки «Пуск» и первых размыкающих блок-контактов вторых выключателей первой и второй ступеней;
- в цепь включения второго выключателя второй ступени включен первый замыкающий блок-контакт первого выключателя второй ступени;
- в цепь включения второго выключателя первой ступени включена цепь из последовательно соединенных замыкающих блок-контактов первого выключателя первой ступени и второго выключателя второй ступени;
- в цепь отключения второго выключателя второй ступени включен первый замыкающий контакт кнопки «Откл» второй ступени;
- в цепь отключения первого выключателя второй ступени включена цепь из последовательно соединенных второго замыкающего контакта кнопки «Откл» второй ступени и размыкающего блок-контакта второго выключателя второй ступени.
Установка поперечная емкостная компенсация представлена на рисунке, на котором обозначены:
1 - шина 27,5 кВ.
2 - рельсы.
3, 4 - первая и вторая ступени КУ.
5, 6 - первый выключатель первой и второй ступени КУ
7, 8 - конденсаторная батарея первой и второй ступени КУ.
9, 10 - реактор первой и второй ступени КУ.
11, 12 - демпфирующий резистор первой и второй ступени КУ.
13, 14 - второй выключатель первой и второй ступени КУ.
15 - блок управления второй ступенью КУ.
16, 17 - первый и второй замыкающие контакты кнопки «Пуск» включения второй ступени.
18, 19 - размыкающие первый и второй блок-контакты второго выключателя второй ступени.
20 - замыкающий блок-контакт первого выключателя второй ступени.
21 - замыкающий блок-контакт первого выключателя первой ступени.
22 - замыкающий блок-контакт второго выключателя второй ступени.
23, 24 - первый и второй замыкающие контакты кнопки «Откл» отключения второй ступени.
25 - размыкающий блок-контакт второго выключателя первой ступени.
Все выключатели выполняются вакуумными. Все блок-контакты выключателей выполнены с задержкой на срабатывание (с временем около 0,1 сек).
Полезная модель работает следующим образом. Исходное положение ступеней КУ: первая ступень 3 включена (первый выключатель 5 и второй выключатель 13 первой ступени включены), вторая ступень 4 отключена (первый выключатель 6 и второй выключатель 14 второй ступени отключены).
При подаче команды включения «Пуск» второй ступени КУ происходит переключения выключателей блоком управления 15 в следующей последовательности:
- Отключается второй выключатель 13 первой ступени 3 по цепи с первым замыкающим контактом 16 кнопки «Пуск» второй ступени. Тем самым вводится демпфирующий резистор в силовую цепь первой ступени КУ.
- Включается первый выключатель 6 второй ступени 4 по цепи с последовательно соединенными вторым замыкающим контактом 17 кнопки «Пуск», первым размыкающим блок-контактом 18 второго выключателя 14 второй ступени 4 и первым размыкающим блок-контактом 25 второго выключателя 13 первой ступени 3. Таким образом, включение выключателя 6 происходит при введенных демпфирующих резисторах 11 и 12 обеих ступеней. Это главное в Полезной модели.
- Включается второй выключатель 14 второй ступени 4 по цепи с с первым замыкающим блок-контактом 20 первого выключателя 6 второй ступени 4.
- Включается второй выключатель 13 первой ступени 3 по цепи из последовательно соединенных замыкающего блок-контакта 21 первого выключателя 5 первой ступени 3 и замыкающего блок-контакта 22 второго выключателя 14 второй ступени 4.
При подаче команды отключения «Откл» на отключение второй ступени 4 КУ происходят отключения выключателей блоком управления 15 второй ступени 4 в следующей последовательности:
- Отключается второй выключатель 14 второй ступени 4 КУ по цепи с первым замыкающим контактом 23 кнопки «Откл» второй ступени, тем самым вводится демпфирующий резистор 12 в силовую цепь второй ступени 4 КУ.
- Отключается первый выключатель 6 второй ступени 4 по цепи из последовательно соединенных второго замыкающего контакта 24 кнопки «Откл» второй ступени 4 и размыкающего блок-контакта 19 второго выключателя 14 второй ступени 4, тем самым происходит отключение второй ступени КУ.
Отключение второй ступени происходит без переключений в силовой цепи первой ступени. Это объясняется надежным отключением тока КУ второй ступени вакуумным выключателем (вторым выключателем 6).
Совершенно ясно, что при автоматическом регулировании КУ вместо кнопок «Вкл» и «Откл» включаются соответствующие выходные контакты системы регулирования КУ.
Технико-экономический эффект определяется повышением эксплуатационной надежности КУ в связи с уменьшением износа конденсаторов.
Источники информации.
1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемая установка поперечной емкостной компенсации для тяговых сетей переменного тока. Электро, №6 - 2009, с.29-36
2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.
3. Полезная модель №74860 Установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока (Герман Л.А., Козлов В.Н.). Заявка №2008107073 от 27 февраля 2008 г, опубл. 20.07.2008
4. Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции. - М.: Транспорт, 1986 - 319 с