СПОСОБ СИММЕТРИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ ТЯГОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
METHOD OF BALANCING OF TRACTION-FEEDING TRANSFORMER LOAD

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для использования в системах электроснабжения электрифицированного транспорта и, в частности, на тяговых подстанциях переменного тока, а также для симметрирования трансформаторов общего назначения.
Известен способ включения тяговых трансформаторов, заключающийся в распределении нагрузки контактной сети на две фазы тяговой обмотки трансформатора, подключенные соответственно к опережающей и отстающей фазам сети (см. К.Г.Марквард. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1982, с.23-25).
Основным недостатком известного способа является несимметричный режим работы тягового трансформатора, так как одна фаза на стороне тяговой обмотки является ненагруженной, а две другие нагружены неравномерно соответственно нагрузкой опережающей и отстающей фазами контактной сети. Таким образом, может быть использовано только 66,6% мощности тягового трансформатора. В таком режиме работы тяговой подстанции возрастают объемы генерации активной энергии по обратной последовательности и активной энергии высших гармоник, что ведет к ухудшению качества электрической энергии и недоучету электрической энергии в точках общего присоединения.
Техническим результатом заявляемого способа является повышение эффективности использования мощности тягового трансформатора, а также снижение объемов генерации мощности искажения в виде активной мощности по обратной последовательности и активной мощности по высшим гармоникам.
Это достигается тем, что в способе симметрирования нагрузки тягового трансформатора, заключающемся в распределении нагрузки контактной сети на две фазы трансформатора, предварительно измеряют нагрузку на фазах контактной сети и наибольшую нагрузку одной из фаз контактной сети распределяют дополнительно на третью, ненагруженную, фазу трансформатора, напряжение, снимаемое с этой фазы, выпрямляют и преобразуют с помощью инвертора, ведомого сетью той фазы контактной сети, в которой нагрузка больше, в синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте основной гармоники, и через однофазный трансформатор подают указанное напряжение в ту фазу контактной сети, где нагрузка больше.
Сущность способа заключается в распределении наибольшей нагрузки отстающей или опережающей фаз контактной сети на ненагруженную фазу тягового трансформатора, при этом определяют наибольшую мощность одной из фаз контактной сети, напряжение, снимаемое с ненагруженной фазы тягового трансформатора, выпрямляют и преобразуют с помощью инвертора, ведомого соответствующей фазой контактной сети, и повышающего трансформатора в синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте основной гармоники сети, и подают указанное напряжение на соответствующую фазу контактной сети. Загрузка ненагруженной фазы тягового трансформатора осуществляется через выпрямитель и инвертор только на одну фазу контактной сети, что позволяет передавать электрическую мощность в ту фазу контактной сети, в которой блок сравнения мощностей контактной сети определил наибольшую мощность.
На фиг.1 приведена схема одного их устройств, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 - схема моделирования данного способа.
На фиг.1: 1, 2, 3 - ненагруженная, отстающая и опережающая фазы тягового трансформатора; 4 - рельс; 5 - понижающий трансформатор ненагруженной фазы тягового трансформатора; 6 - выпрямитель; 7 - инвертор; 8 - повышающий трансформатор; 9, 10 - вакуумные выключатели на левом и правом плечах контактной сети; 11, 12 - трансформаторы тока на левом и правом плечах контактной сети; 13, 14 - трансформаторы напряжения на левом и правом плечах контактной сети; 15, 16 - измерители мощности в левом и правом плечах контактной сети; 17 - схема сравнения мощностей в контактной сети; 18 - схема управления коммутациями вакуумных выключателей.
Способ осуществляется следующим образом.
После включения тягового трансформатора с ненагруженной фазы 1 на вход понижающего трансформатора 5 поступает напряжение, которое подается на выпрямитель 6, выпрямленное напряжения передается на вход инвертора 7, ведомого соответствующей фазой контактной сети, которое повышается при помощи трансформатора 8. Мощности в контактной сети определяются измерителями мощности 15, 16 в левом и правом плечах сети, значения которых подаются на блок 17 сравнения мощностей, который, сравнивая измеренные значения мощностей, подает сигнал на схему 18 управления коммутациями вакуумных выключателей, вследствие чего включается соответствующий вакуумный выключатель 9, 10 на левом или правом плечах контактной сети; переменное синусоидальное напряжение с частотой, равной частоте основной гармоники с выхода инвертора 7, ведомого сетью посредством однофазного трансформатора 8, подается в соответствующую фазу контактной сети и рельсовое полотно 4.
Заявляемый способ обеспечивает более равномерное распределение нагрузки контактной сети по трем фазам тягового трансформатора, а тем самым обеспечивается симметрирование за счет выпрямления и последующего инвертирования ненагруженной фазы тягового трансформатора в переменное синусоидальное напряжения с частотой, равной частоте основной гармоники питающего напряжения, и подача его в соответствующую фазу контактной сети, а также снижение уровня высших гармоник за счет их выпрямления, а их энергия с помощью инвертора будет подаваться в контактную сеть в виде энергии основной гармоники и использоваться на тягу.
Моделирование способа производилось по схеме фиг.2, где: 19, 21, 20 - соответственно нагруженные и ненагруженная фазы трансформаторов; 22, 23 - реостаты нагрузок; 24 - однофазный выпрямитель; 25 - инвертор, ведомый сетью; 26, 27 - выключатели; 28 - токовые клещи для измерения фазных токов; 29 - концы для измерения фазных напряжений; 30 - заземление; 31 - ИВК «ОМСК-М».
При соотношении мощности нагрузок 5:1, которые задаются реостатами 22,23, анализатор качества электрической энергии 31 дал следующие значения: коэффициент асимметрии напряжения по обратной последовательности равен 5,8%, затем с помощью переключателя 26 к нагрузке 22 подключался инвертор 25, ведомый сетью, который обеспечивал подвод электрической энергии к нагрузке 22 от ненагруженной фазы 20 путем последовательного выпрямления выпрямителем 24 и преобразования постоянного напряжения в переменное синусоидальное напряжение с промышленной частотой инвертором 25, ведомым сетью, при этом коэффициент асимметрии напряжения по обратной последовательности снизился до 0.9%, а соотношение между мощностями во всех трех фазах составило 2,5:2,9:1 соответственно.
Заявляемый способ позволяет устранить главные недостатки, присущие известному способу, что связано с симметричной работой трех фаз тягового трансформатора. Это обеспечивается главным образом тем, что определяется, в какой из двух загруженных фаз тягового трансформатора нагрузка максимальна, и часть этой нагрузки передается на третью ненагруженную фазу тягового трансформатора. И, как следствие этого, режим работы тягового трансформатора становится симметричным, при этом улучшается такой показатель качества электрической энергии, как коэффициент несимметрии по обратной последовательности, а также увеличивается надежность работы тягового трансформатора. Значительно уменьшается генерация активной мощности по обратной последовательности и активной мощности по высшим гармоникам.