Повышение напряжения в тяговой сети переменного тока установками продольной емкостной компенсации
1.Повышение напряжения в тяговой сети переменного тока установками продольной емкостной компенсации
1. 1.Общие положения
Тяговые нагрузки характеризуются значительной величиной реактивного электропотребления (tgφ = 1, Q = P) и резко переменным характером. Новые технологии в организации грузового движения с помощью тяжеловесных поездов весом 6000т, 9000т и 12000т приведут к значительному токопотреблению и низкому уровню напряжения. Организация такого движения поездов на ряде межподстанционных зон будет ограничена устройствами электроснабжения по уровню напряжения.
Эффективным средством повышения напряжения в тяговой сети является применение установок продольной емкостной компенсации реактивной мощности. (УПК).
При наличии УПК полное сопротивление сети за точкой её включения Z =RΣ + j( XΣ – Xупк), где Хупк – емкостное сопротивление УПК, ХΣ = Хс + Хтт – индуктивное сопротивление сети внешнего электроснабжения и тягового трансформатора. RΣ – активное е сопротивления.
Емкостное сопротивление УПК компенсирует индуктивное сопротивление сети и, следовательно, уменьшаются потери напряжения в сети.
Потеря напряжения при наличии УПК
∆U = Iн ХΣ sin φн + Iн RΣ cos φн – Iн Хупк sin φн,
где Iн – тяговый ток нагрузки, φн – угловой сдвиг между тяговым током и напряжением.
Вектор падения напряжения на емкостном сопротивлении УПК ∆Uупк = -j Iн Xупк сдвинут по фазе на 1800 от вектора падения напряжения на индуктивном сопротивлении сети ∆Uc = j Iн ХΣ.
Рекомендуемые материалы
УПК компенсирует реактивную составляющую потери напряжения. Поэтому применение УПК наиболее эффективно в тяговых сетях со значительным реактивным электропотреблением. При этом напряжение повышается и стабилизируется на уровне номинального. С помощью УПК можно повысить напря-жение до 4 – 5 кВ и обеспечить его стабилизацию.
УПК генерирует незначительную емкостную реактивную мощность пропорциональную квадрату тока Qупк = I2 Хупк, которая при больших нагрузках в зависимости от емкостного сопротивления УПК составляет 10 – 15 % от величины потребляемой реактивной мощности. Поэтому УПК целесообразно применять для повышения напряжения, а установки параллельной компенсации (КУ) - для компенсации реактивной мощности.
1.2. Схемы включения УПК на тяговой подстанции и их эффективность.
На тяговой подстанции возможны следующие схемы УПК на стороне 27,5 кВ тяговой подстанции (схема замещения рис.1):
1. Трёхфазная (1-я схема);
2.Однофазные: в заземлённой фазе С (2-я схема), в отстающей фазе (3-я схема), в опережающей фазе (4-я схема);
3.Двухфазные: в отстающей и опережающей фазах (5-я схема), в отстающей и заземлённой фазах (6-я схема), в опережающей и заземлённой фазах (7-я схема), не переключаемая в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и переключаемая в фазу с наибольшей нагрузкой (8 – я схема).
Анализ эффективности схем включения УПК в фазы 27,5 кВ тягового транс-форматора выполнен по минимуму напряжения обратной последовательности и потери напряжения на тяговых шинах подстанции 27,5 кВ. При этом выявлено, что схемы УПК с наибольшим эффектом симметрирования на стороне 27,5 кВ обеспечивают наибольший эффект по уменьшению потерь и стабилизации напряжения (рис. 4).
Наиболее эффективные схемы не регулируемых УПК по симметрированию, стабилизации и повышению напряжения:
1. Трёхфазная УПК с полной степенью компенсации (1-я схема) рис.1;
2. Однофазная двухступенчатая УПК в заземлённой фазе с трансформаторной связью ступеней и плеч питания тяги (10 –я схема) рис.2):
· Степень компенсации ступени УПК К = 0,61 и коэффициент трансформации трансформаторов Ктт = 0,045. При этом первичные обмотки трансформаторов подключены к источнику одной полярностью, а вторичные – другой;
· Степень компенсации ступени УПК К = 0,61 и коэффициент трансформации трансформаторов Ктт = - 0,73. При этом первичные и вторичные обмотки трансформаторов подключены к источнику одной полярностью.
3. Двухфазная УПК:
· Не переключаемая УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и переключаемая УПК в фазу с наибольшей нагрузкой с полной степенью компенсации (8 – я схема) рис.3;
· Не переключаемая УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации и в фазе с наиболее загруженной отстающей (6 – я схема) или опережающей с полной степенью компенсации (7 – я схема) рис.1.
4.Однофазная УПК в заземлённой фазе с полной степенью компенсации
(2-я схема) рис.1.
При этом 1- я схема УПК ( рис.1) и 10-я схема УПК (рис.2) идентичны по эффекту и обеспечиваю полное симметрирование на уровне номинального напряжения, но имеют наибольшие капитальные затраты .
Из двухфазных УПК наиболее эффективна 8 – я схема (рис.3), но она усложнена устройством переключения УПК в фазу с наибольшей нагрузкой. 8 - я схема УПК обеспечивает полное симметрирование напряжения на уровне номинального.
Из однофазных схем наиболее проста и эффективна 2 – я схема. Для равных токов в плечах питания 2 – схема УПК обеспечивает полное симметрирование напряжения на уровне номинального. При одноплечей нагрузке несимметрия напряжения снижается в два раза (рис.4).
Применение УПК на тяговых подстанциях обеспечивает стабилизацию напряжения на шинах тяговых подстанций на уровне номинального при полной степени компенсации К = Хупк/ ХΣ, где ХΣ = Хс + Хтт – суммарное индуктивное сопротивление до тяговых шин 27,5 кВ, приведенное к треугольнику 27,5 кВ трансформатора. Полная степень компенсации Хупк = 1/3(Хс +Хтт).
1.3. Использование УПК для повышения напряжения в тяговой сети.
На участках железных дорог с горным профилем и затяжными подъёмами (уклоны 10 – 20 ‰), с организацией движения тяжеловесных поездов, с вынужденными и аварийными схемами питания контактной сети пропускная и провозная способность ограничивается уровнем напряжения.
Повышение напряжения целесообразно рассматривать для двух схем питания контактной сети: одностороннего и двухстороннего. Следует различать одностороннее питание на всю длину межподстанционной зоны (МПЗ), на две межподстанционные зоны, до постов секционирования. Кроме того одностороннее питание может быть по одному плечу питания подстанции или по обеим плечам питания подстанции.
Вам также может быть полезна лекция "Анализ рынка труда".
При усилении устройств электроснабжения межподстанционных зон с двусторонним питанием по обоим плечам или по одному плечу тяговой подстанции следует учитывать влияние УПК на изменение токораспределения в МПЗ, уравнительный ток, транзит электроэнергии по контактной сети.
1.3.1Одностороннее питание контактной сети.
1.При одностороннем питании по одному плечу тяговой подстанции до поста секционирования.
УПК целесообразно включать на подстанции в плечо одностороннего питания (3 и 4 схемы УПК). У поста необходимо сооружать нейтральную вставку или работать по системе шунтирования воздушного промежутка при проходе токоприёмника.
Величина емкостного сопротивления УПК должна соответствовать полной степени компенсации индуктивного сопротивления питающей сети и тягового трансформатора. Возможно увеличение степени компенсации до 1,5 раза. Степень компенсации К = 1/3 ÷ 1/2 , Хупк = (1/3 ÷ 1/2) (Хс +Хтт).
Принципиальная схема включения УПК приведена на рис. 5.
