Пояснительная записка (1190279), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Переходим к исследованию влияния компенсирущих установок (КУ) на несимметрию токов трансформаторов тяговых п/ст. В качестве компенсирующего устройства, как было сказано ранее, выступает статическая регулируемая батарея конденсаторов. Конденсаторные установки повышают энергетические показатели электрической энергии следующим образом [9]:

1) Снижение потерь активной мощности в трансформаторах и ЛЭП;

2) Улучшение режима напряжения;

3) Снижение несимметрии токов и напряжений;

4) Уменьшение несинусоидальности токов и напряжений.

На тяговых п/ст применяют конденсаторные установки однофазного исполнения и включают их, как правило, в отстающую фазу, однако при значительной разнице токов плеч питания целесообразнее включать КУ в две фазы: отстающую и опережающую, либо в отстающую и свободную. Также в таких установках предусматривается реактор, включенный последовательно с блоком конденсаторов, главная функция которого состоит в снижении токов высших гармонических составляющих и ограничении резонансных явлений.

Три схемы подключения КУ к обмоткам трансформатора тяговой п/ст изображены на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схемы включения КУ в тяговую сеть:

а) КУ включено в отстающую фазу; б) КУ включено в отстающую и

опережающую фазы; в) КУ включено в отстающую и свободную фазы

Объектом исследования, как и в предыдущем случае, выберем тяговую подстанцию I типа. Первым рассмотрим случай включения КУ только в одну фазу (рисунок 19, а) Проследим, какие изменения произойдут с токами в обмотках трансформатора при наличии КУ в отстающей фазе. Для того, чтобы наглядно увидеть эти изменения, подойдет векторная диаграмма токов и напряжений п/ст. Векторные диаграммы п/ст всех типов были рассмотрены в параграфе 2.1. Эти диаграммы возьмем за исходные, т.е. при отсутствии КУ. Далее добавим на диаграмму вектор тока конденсаторной установки, имеющий емкостной характер. На диаграмме это отобразится сдвигом на 90 градусов данного вектора против часовой стрелки относительно соответствующего ему напряжения. Затем произведем операции над векторами и построим токи в обмотках трансформатора при наличии КУ.

Соответствующая векторная диаграмма представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 – Векторная диаграмма п/ст I типа с учетом и без учета КУ

Штриховыми линиями на диаграмме обозначены векторы тока правого плеча (соответствующий сумме токов всех электровозов на участке) и токов в обмотках трансформатора без учета КУ. Сплошными линиями показаны эти же векторы после введения в диаграмму вектора тока, соответствующего работающему КУ. Диаграмма соответствует практически полной компенсации (ток I­_П почти совпадает с вектором напряжения U_A). Уже из диаграммы видно, что происходит с токами: уменьшается угол φ_п и модуль тока правого плеча, за счет этого меняются векторы токов обмоток – увеличивается ток в недогруженной обмотке и уменьшается в рабочих фазах, а также становятся другими углы сдвига фаз между этими токами, т.е. уменьшается их несимметрия. Данная векторная диаграмма дает наглядное объяснение, как КУ уменьшает потери мощности и снижает несимметрию.

Однако нам важно знать, как КУ повлияет на коэффициент несимметрии токов. Для этого следует построить график зависимости данного коэффициента от величины компенсационного тока батареи конденсаторов. Для этого в качестве переменной величины возьмем ток КУ и будем изменять его от 0 до 150% номинального тока трансформатора. Нагрузки плеч возьмем также равными номинальному току, а углы сдвига фаз примут значение 42⁰. Построенный с помощью Mathcad и Excel график изображен на рисунке 21.

Рисунок 21 – График зависимости функции K­_I2 = f(I_КУ)

Данная зависимость параболического вида имеет точку минимума (экстремум). На графике координаты данной точки отмечены штриховыми линиями. Ей соответствуют значение коэффициента несимметрии около 13-14% и значение тока КУ примерно 97-98% от номинального тока (т.е. тока плеча). Если сложить ток КУ и ток отстающего плеча, то получим следующий результат:

Следовательно, для достижения минимальной несимметрии токов требуется создать такой режим перекомпенсации, чтобы угол сдвига фаз φ_п был равен примерно 23⁰ и при этом ток будет иметь уже активно-емкостной характер (т.к. опережает напряжение). Соответствующая данному режиму векторная диаграмма представлена в приложении В.

Как видно, эффект компенсации значительно уменьшает несимметрию токов (с 50% до 13%). Для достижения такого результата, следует выбрать такие параметры батареи конденсаторов, чтобы емкостной ток был приблизительно равен току отстающего плеча (для п/ст I типа – правое плечо). Стоит отметить, что при отличии токов плеч от номинального тока трансформатора, данное правило остается в силе. Это можно доказать, уменьшив длины векторов токов правого и левого плеч на диаграмме (см. рисунок 21) и при этом уменьшится лишь масштаб токов, а углы и пропорции сохранятся. Главным условием здесь является равенство токов плеч питания или их незначительная разница.

Далее рассмотрим случай включения КУ в отстающую и опережающую фазы (рисунок 19, б). Объектом исследования остается п/ст I типа. Как было сказано, такое включение используется при значительной разнице токов плеч, при этом нагрузка опережающей фазы должна превосходить нагрузку отстающей фазы [9]. Чтобы проследить, что происходит с токами в данном случае, опять вернемся к построению векторной диаграммы. Зададимся следующими масштабами: ток левого плеча (опережающая фаза) равен номинальному току трансформатора, то правого плеча (отстающая фаза) равен 30% тока левого плеча. Углы сдвига фаз сохраняют значение 42⁰.

Построенная по данным условиям векторная диаграмма представлена на рисунке 22 (были убраны некоторые обозначения, чтобы не загромождать чертеж).

Рисунок 22 – Векторная диаграмма (КУ включено в фазы ОТ и ОП)

Как видно, механизм действия КУ в этом случае аналогичный: уменьшаются модули токов плеч и токов в обмотках и меняются углы между векторами. Чтобы наглядно представить, как будет зависеть коэффициент несимметрии от токов компенсации, следует построить зависимость величины данного коэффициента от двух переменных – токов КУ левого и правого плеч. Иными словами, требуется построить поверхность, как это делалось ранее для случая неравных токов плеч (см. рисунки 16, 17, 18). Условия построения следующие: I_п = 0,5I_ном , I_л = I_ном , диапазон изменения токов КУ берем от 0 до 200% номинального тока, углы сдвига фаз остаются равными 42⁰.

Получившаяся поверхность представлена в двух ракурсах на рисунках 23, 24.

Рисунок 23 – Поверхность функции K_I2ку (вид 1)

Рисунок 24 – Поверхность функции K_I2ку (вид 2)

Данная зависимость имеет ярко выраженную точку экстремума. Определить ее координаты графически достаточно сложно. Поэтому целесообразнее использовать встроенную в Mathcad функцию minimize. Она осуществляет поиск минимального значения функций двух и более переменных. Определим с ее помощью координаты точки минимума. Они приблизительно равны: I_лку = 67%, I_пку = 98%, K­_I2ку = 0,125%. Токи левого и правого плеч и их углы при этом станут:

Векторная диаграмма, соответствующая данным требованиям, представлена в приложении Г.

Делаем вывод: при правильном подборе токов КУ можно практически полностью избавиться от несимметрии токов в обмотках трансформатора, и соответствующая тяговая подстанция не будет вносит искажений в симметрию токов и напряжений внешней сети. Помимо этого, очевидно, что установка КУ в две фазы позволяет добиться большего эффекта снижения несимметрии: 0,125% против 13% (при установке КУ только в отстающую фазу) и 50% (при отсутствии КУ и соблюдении равенства токов плеч). Однако для обоснования установки двух КУ требуются соответствующие технико-экономические расчеты.

Чтобы окончательно подтвердить вышесказанное, составим таблицу значений функции коэффициента несимметрии от токов КУ левого и правого плеч (аналогично таблице 4). Диапазоны токов возьмем следующие: I_лку = 0…120%, I_пку = 0…180%. Шаг по току КУ левого плеча – 20%, правого плеча – 30%. Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Значения функции K­_I2ку = F(I_лку,I_пку), %

Наконец рассмотрим третий вариант подключения КУ к тяговой сети – в отстающую и свободную фазы (рисунок 19, в). Соответствующая этому режиму векторная диаграмма представлена на рисунке 25.

Рисунок 25 – Векторная диаграмма (КУ включено в фазы ОТ и СВ)

Далее построим зависимость функции коэффициента несимметрии от токов КУ отстающей и свободной фазы в виде поверхности. Условия построения аналогичны предыдущему случаю, меняются местами лишь соотношения токов плеч, т.к. КУ включается в отстающую и свободную фазы, когда нагрузка отстающей фазы превосходит опережающую [9]. Данная поверхность имеет форму схожую с рассмотренной в предыдущем случае. Построенная поверхность представлена на рисунке 26.

Характеристики

Список файлов ВКР