Пояснительная записка (Анализ совместной работы систем тягового и внешнего электроснабжения), страница 5
Описание файла
Файл "Пояснительная записка" внутри архива находится в следующих папках: Анализ совместной работы систем тягового и внешнего электроснабжения, Корбут. Документ из архива "Анализ совместной работы систем тягового и внешнего электроснабжения", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "дипломы и вкр" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве ДВГУПС. Не смотря на прямую связь этого архива с ДВГУПС, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "Пояснительная записка"
Текст 5 страницы из документа "Пояснительная записка"
Полное содержание программы «NesimmTPst» со всеми ее блоками показано в приложении Б.
2.3 Исследование влияния тяговых нагрузок на показатели работы тяговых подстанций
Двигатели электровозов являются однофазной нагрузкой для трансформаторов тяговых п/ст и для системы внешнего электроснабжения. Чтобы оценить, какой вклад вносит эта нагрузка в несимметрию системы напряжений, необходимо оценить степень несимметрии токов в обмотках трансформатора, т.к. ранее указывалось, что главной причиной является как раз несимметрия токов.
Рассмотрим участок тяговой сети, изображенный на рисунке 15.
Рисунок 15 – Схема исследуемого участка тяговой сети
На данном рисунке изображены три тяговых подстанции (условно, в виде трехобмоточных трансформаторов), межподстанционные зоны, обозначенные на рисунке i-1 и i соответственно, электровозы в виде условных графических изображений электродвигателя постоянного тока, а также компенсирующие устройства в роли статических регулируемых батарей конденсаторов, которые наиболее распространены.
Исследуем данный участок, а именно: выясним, какое влияние оказывает величина тяговой нагрузки (токов электровозов) и соотношение токов правого и левого плеч питания на величину несимметрии токов в обмотках трансформатора, а также проследим, какой эффект оказывают компенсирующие установки на этот же показатель.
В качестве объекта нашего исследования выбираем наиболее часто встречающийся на практике трехфазный трехобмоточный трансформатор для электрифицированных железных дорог ТДТНЖ-40000/220 с принудительной циркуляцией воздуха (с дутьем) и естественной циркуляцией масла, оборудованный устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН). Каталожные данные трансформатора, взятые из справочника [8], представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Каталожные данные трансформатора ТДТНЖ-40000/220
| Sном, МВА | Регулирование напряжения | Uном обмоток, кВ | uk,% | ΔPk, кВт | ΔPх, кВт | Iх, % | ||||||
| ВН | СН | НН | ВН- СН | ВН- НН | СН- НН | |||||||
| 40 | РПН в нейтрали ВН ±12%, 8 ступеней ПБВ СН ±2×2,5% | 230 | 27,5 38,5 | 6,6 11 27,5 | 12,5 | 22 | 9,5 | 240 | 66 | 1,1 | ||
Определим номинальный (фазный) ток тяговой обмотки трансформатора согласно известной формуле:
, (14)
где Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА; Uт – номинальное напряжение тяговой обмотки, кВ.
Производим вычисления по формуле (14), используя данные таблицы 3:
Первым будет исследование влияния тяговой нагрузки на показатель коэффициента несимметрии токов в обмотках трансформатора. При этом будут иметь место следующие положения:
1) Влияние компенсирующих установок не учитывается;
2) Углы сдвига фаз токов левого и правого плеч неизменны (φл = φп = const);
Будем исследовать подстанцию I типа. В роли переменных возьмем токи левого и правого плеч и будем варьировать их числовые значения в пределах 0…100% номинального тока трансформатора, рассчитанного выше. При этом меняются соотношения нагрузок плеч питания, например: на левое плечо приходится 25% от номинального тока, а на правое 75%. Варианты таких сочетаний могут быть самыми различными. Углы сдвига фаз токов обоих плеч примем равными 40⁰.
В качестве вычислительного инструмента выступает рассмотренная ранее программа (см. параграф 2.1) по расчету токов тяговых п/ст «NagruzkaTPst», дополненная блоком вычисления несимметрии токов, который выполнен на основе соответствующей блок-схемы (см. параграф 2.2, рисунок 10).
Произведем расчет коэффициента несимметрии токов в обмотках трансформатора как функции двух переменных – токов левого и правого плеч, выраженных в % номинального тока, для различных сочетаний этих переменных (пары составлены из следующих значений: 0, 20, 40, 60, 80 и 100 %). Результаты расчета представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Значения функции KI2 = F(IЛ,IП), %
| IЛ / IП | 0% | 20% | 40% | 60% | 80% | 100% |
| 0% | – | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 20% | 100 | 50 | 57,735 | 66,144 | 72,111 | 76,376 |
| 40% | 100 | 57,735 | 50 | 52,915 | 57,735 | 62,27 |
| 60% | 100 | 66,144 | 52,915 | 50 | 51,508 | 54,486 |
| 80% | 100 | 72,111 | 57,735 | 51,508 | 50 | 50,918 |
| 100% | 100 | 76,376 | 62,27 | 54,486 | 50,918 | 50 |
В приведенной таблице-сетке на пересечениях столбцов и строчек находятся численные значения коэффициентов несимметрии, каждый из которых соответствует определенному соотношению токов левого и правого плеч. Анализируя полученную таблицу, можно сделать определенные выводы:
1) Если рассматривать таблицу как квадратную матрицу, то сразу бросается в глаза, что она является симметричной (элементы симметричны относительно главной диагонали). Это означает, что если поменять нагрузки плеч местами, то величина KI2 не изменится. Следовательно, левое и правое плечи абсолютно равноправны в отношении коэффициента несимметрии тока.
2) Наибольшее значение коэффициент несимметрии тока принимает при отсутствии нагрузки на одном из плеч питания независимо от того, какую нагрузку несет рабочее плечо, и принимает значение, равное 100%. Можно предположить, что тяговые п/ст, образующие межподстанционную зону, при отсутствии движения поездов по этой зоне будут вносить значительный вклад в несимметрию напряжений внешней сети за счет большей несимметрии токов.
3) Наименьшее значение, равное 50%, коэффициент принимает при равенстве токов левого и правого плеч независимо от их величины. Это обуславливает необходимость планирования графиков движения поездов с целью минимизировать несимметрию токов в обмотках трансформаторов.
Более наглядное представление зависимости коэффициента несимметрии токов от соотношения нагрузок плеч питания может дать ее графическое отображение в трехмерном пространстве. Оно представляет собой совокупность значений (точек) данной функции при всех возможных вариациях ее переменных. В математике такая задача называется «построение поверхности функции».
Для построения поверхности используем Mathcad – он имеет встроенную панель инструментов по созданию трехмерных графиков. Задаем функцию, начальные значения переменных, шаг приращения и число итераций.
Получившаяся поверхность представлена в трех различных ракурсах на рисунках 16, 17 и 18.
Рисунок 16 – Поверхность функции KI2 (вид 1)
Рисунок 17 – Поверхность функции KI2 (вид 2)
Рисунок 18 – Поверхность функции KI2 (вид 3)
Вышеуказанные выводы, сформулированные с помощью таблицы 4, полностью подтверждает представленная трехмерная модель. Более того, при внимательном анализе данной модели можно заметить одну особенность: при малых нагрузках скорость уменьшения коэффициента несимметрии от 100% до 50% с выравниванием нагрузки довольно высокая (на модели это видно по крутизне экспонент, образующих поверхность). При нагрузках равных или близких к номинальным отрицательный прирост коэффициента несимметрии с выравниванием нагрузкок не так заметен, при этом незначительное расхождение величин токов плеч (до 10-30%) не оказывает заметного влияния на увеличение коэффициента несимметрии. Исходя из этого можно сделать заключение, что чем больше отличаются токи плеч от номинального тока трансформатора, тем становится заметнее влияние различий нагрузок этих плеч на несимметрию. При номинальных нагрузках даже расхождения до 30% несильно отклоняют показания коэффициента выше его минимальной отметки в 50%.
Из формулы (5) с учетом вышесказанного можно вывести простое неравенство:
. (15)
Соотношение (15) говорит о том, что доля тока обратной последовательности в обмотках трансформаторов тяговых п/ст лежит в пределах от 50 до 100% от тока прямой последовательности.
Влияние токов обратной последовательности трансформаторов тяговых п/ст на генераторы электростанций и трансформаторы мощных районных подстанций едва заметно, т.к. нагрузка электрической тяги составляет небольшую долю их общей нагрузки. Наибольшее влияние этих токов наблюдается у потребителей местных сетей, подключенных к тем же линиям, что и тяговые п/ст, а также у потребителей, питающихся от районной обмотки тяговых трансформаторов. Токи обратной последовательности вызывают дополнительные потери мощности и нагрев элементов энергосистемы, по которым они протекают. Но наиболее чувствительны к таким токам асинхронные двигатели: даже незначительная несимметрия напряжений на его зажимах вызывает протекание значительных токов обратной последовательности, т.к. сопротивление обратной последовательности асинхронного двигателя составляет около 0,2-0,35 его реактивного сопротивления прямой последовательности. Токи обратной последовательности значительно перегревают обмотки, что приводит к сокращению срока службы изоляции, а также создают встречный вращающий момент, тормозя двигатель. Численность асинхронных двигателей преобладает над остальными типами электродвигателей, поэтому ущерб от несимметрии напряжений может быть существенным.
