ДП Серкин Н.А. (1202789), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

На железных дорогах России, электрифицированных на переменном токе, как правило, применяется двустороннее питание. Преимущества схемы двустороннего питания достигаются при равных действующих значениях и отсутствии фазового сдвига напряжений на шинах смежных подстанций. В противном случае нагрузка распределяется между смежными подстанциями неравномерно, что ведёт к увеличению потерь энергии и напряжения. В отдельных случаях это может уничтожить все преимущества двустороннего питания и более того, создать заведомо недопустимые условия для применения такой схемы. В частности, такая ситуация может возникнуть при питании смежных подстанций от различных энергосистем. Тяговые подстанции электрических железных дорог работают параллельно, что позволяет наиболее равномерно нагрузить контактную сеть и значительно снизить потери электрической энергии и износ изоляции трансформаторов подстанций [1].

Специфика системы электроснабжения железных дорог заключается в резком изменении токов, протекающих в контактной сети, из-за поездной ситуации на электрифицированных железных дорогах. Неравномерная нагрузка тяговой сети вызывает разный наклон внешних характеристик соседних подстанций, следствием которого является неравенство напряжений на шинах подстанций, вызывающее появление уравнительного тока в контактной сети. Эти токи вызывают дополнительные потери электроэнергии в контактной сети независимо от того, имеются поезда на межподстанционной зоне или нет. Подобные потери увеличивают общий расход энергии в системе электрической тяги и снижают экономические показатели работы.

Если контактная сеть питается от трёхфазных трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда - треугольник», то помимо первичных напряжений, большое влияние на распределение нагрузок между подстанциями оказывает также наклон внешних характеристик [2]. При условии равенства напряжений на подстанциях уравнительный ток не будет равен нулю, из-за разных внешних характеристик отстающего и опережающего плеч питания плеч питания соседних подстанций. Поэтому при составлении математической модели расчёта уравнительных токов необходимо учитывать конкретный наклон внешних характеристик всех плеч питания подстанций.

Вследствие наклона внешней характеристики подстанций и неравенства напряжения на их вводах, определяемого системой первичного электроснабжения, в тяговой сети возникают уравнительные токи, которые увеличивают потери энергии, снижая её коэффициента полезного действия (КПД). Уравнительные токи изменяют нагрузки тяговых подстанций, что должно быть учтено при выборе установленной мощности их трансформаторов [3].

1.2 Методы определения уравнительных токов в системе тягового и внешнего электроснабжения

Существуют различные методы определения уравнительных токов в системе тягового и внешнего электроснабжения.

Большое внимание уделяется вопросам совершенствования условий сопряжения систем внешнего и тягового электроснабжения, снижению перетоков мощностей энергосистем по контактной сети, качеству электрической энергии.

Электрифицированная железная дорога переменного тока является спе­цифическим потребителем электрической энергии. Помимо того, что электротяговая нагрузка является несимметричным нелинейным потреби­телем с переменной нагрузкой, имеет место существенное отличие от других потребителей, которое заключается в том, что железная дорога является про­тяженным приемником электрической энергии, и питание ее тяговых подстанций не может быть осуществлено от одного узла энергосистемы.

В общем случае тяговые подстанции получают питание от различных узлов одной или нескольких энергосистем. Это приводит к тому, что пункты пита­ния, имеющие различные внешние характеристики, замыкаются через систе­му тягового электроснабжения. К тому же, наблюдается некоторое различие по модулю и фазе напряжений в узлах подключения тяговых подстанций к энергосистемам. Совокупность перечисленных факторов приводит к появлению потоков мощности в системе тягового электроснабжения между узлами питания даже при отсутствии нагрузки в тяговой сети. Эти потоки принято называть уравнительными. Такая специфика работы электротягового потребителя снижает энергетические показатели электрифицированной железной дороги и ОАО «Российские железные дороги» несут от несовершенства согласования систем внешнего и тягового электроснабжения значительный экономический ущерб, который связан с рядом недостатков. Например, одновременная электрификация железной дороги и населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных нагрузок в регионах приводит к определенным трудностям сопряжения систем электроснабжения и различной токовой загрузке внешней системы электроснабжения [2].

1.3 Схемы подключения тяговых подстанций к линии электропередачи

Существует несколько основных схем подключения тяговых подстанций к линии электропередач (ЛЭП) [3]. Наибольшее распространение получила схема, представленная на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Наиболее часто встречающаяся схема подключения

тяговых подстанций к ЛЭП

Протекающая по ЛЭП мощность транзита вызывает в тяговой сети протекание уравнительного тока, направление которого совпадает с направлением мощности транзита. При повышенном транзите электрической энергии по ЛЭП значительно увеличиваются перетоки по контактной сети. Данный вариант и схема являются типовыми.

Вторым вариантом подключения является случай, если на одной из тяговых подстанций (ТП-2) установлен трансформатор пониженной мощности с повышенным входным сопротивлением пониженной мощности с повышенным входным сопротивлением (рисунок 1.2). В данном случае тяговая подстанция ТП-2 имеет загрузку значительно ниже соседних, точка токораздела в межподстанционных зонах смещена ближе к тяговой подстанции с повышенным входным сопротивлением, что ведет к значительному повышению технологических потерь и уравнительных токов, протекающих по межподстанционным зонам.

Рисунок 1.2 - Вариант, когда на одной из тяговых подстанций установлен трансформатор пониженной мощности с повышенным входным сопротивлением

Третьим вариантом подключения является случай, если на одной из тяговых подстанций (ТП-2) применяется двойная трансформация, 220 кВ на 110 кВ - автотрансформатор (или трансформатор) и 110 кВ на 27,5 кВ - тяговый трансформатор (рисунок 1.3). Межподстанционные зоны питаются в основном от ТП-1 и ТП-3. Тяговая подстанция ТП-2 принимает нагрузку лишь вблизи от нее. Наблюдаются повышенные технологические потери электрической энергии и повышенные значения уравнительных токов в межподстанционных зонах.

Рисунок 1.3 - Вариант, когда на одной из тяговых подстанций применяется двойная трансформация

Четвертый вариант подключения - на ТП-2 установлен тяговый автотрансформатор. Это приводит к отсутствию регулирования напряжения на сторонах 220 и 27,5 кВ ТП-2 (рисунок 1.4).

Применение данного варианта систематически приводит к расхождению уровня напряжений на тяговых подстанциях, питающих межподстанционную зону. Особенно неудовлетворительный режим работы системы тя­гового электроснабжения наблюдается при высокой районной нагрузке ТП-2. При этом районная нагрузка частично получает питание от смежных тяговых подстанций через контактную сеть, что приводит к увеличению уравнительного тока.

Рисунок 1.4 – Вариант, когда на одной из тяговых подстанций установлен тяговый автотрансформатор

Пятый вариант подключения - смежные тяговые подстанции получают питание от ЛЭП различного класса напряжения, например ТП-1 от ЛЭП 110 кВ, а ТП-2 от ЛЭП 220 кВ. В данном случае межподстанционная зона ТП-1 - ТП-2 питается в основном от ТП-2 (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Смежные тяговые подстанции получают питание от ЛЭП различного класса напряжения

Точка токораздела смещена ближе к ТП-1, это приводит к повышенным технологическим потерям электрической энергии и повышенному значению уравнительного тока в межподстанционной зоне.

Шестой вариант подключения - группа тяговых подстанций получает питание от энергосистемы класса напряжения 220 кВ (110 кВ), а одна из тяговых подстанций (ТП-2) получает питание от районной подстанции напряжением 110 кВ (220 кВ). Это приводит к протеканию повы­шенного значения уравнительного то­ка по межподстанционной зоне от тяговой подстанции с более высоким классом напряжения к тяговой подстанции более низкого класса нап­ряжения, смещению точки токораздела к тяговой подстанции более низкого класса напряжения, а, следовательно, к увеличению технологических потерь в межподстанционной зоне (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Одна из тяговых подстанции получает питание от ЛЭП другого класса напряжения, чем смежные тяговые подстанции

Аналогичные явления имеют место в межподстанционных зонах, получающих питание от тяговых подстанций, питающихся от различных энергосистем (даже при одинаковом классе напряжения).

Седьмой вариант подключения - на одной из тя­говых подстанций (ТП-2) от районной обмотки тягового трансформатора по­лучает питание мощная нагрузка. Основная мощность районной нагрузки протекает от ЛЭП через сетевую обмотку тягового трансформатора (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - На одной из тяговых подстанций от районной обмотки тягового трансформатора получает питание мощная районная нагрузка

Но часть мощности районной нагрузки протекает от соседних тяговых подстанций через тяговую сеть и тяговую обмотку трансформатора. Это приводит к появлению уравнительных токов в тяговой сети, смещению точек токоразделов к тяговой подстанции с мощной районной нагрузкой, увеличению технологических потерь электрической энергии в тяговой сети и значительному возврату электрической энергии из контактной сети на данной подстанции.

Протекание уравнительных потоков мощности по контактной сети переменного тока в общем случае является нормальным режимом работы системы тягового электроснабжения. Однако чрезмерные потоки мощности наносят экономический ущерб, связанный как с повышенными потерями электрической энергии, так и со снижением пропускной способности.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА УЧАСТКА СПАССК-УССУРИЙСК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

2.1 Анализ схемы тягового электроснабжения

В общем случае уравнительный ток в межподстанционной зоне зависит от следующих составляющих:

1. транзит мощности по сети внешнего электроснабжения;

2. разность векторов напряжения смежных подстанций при отсутствии транзита (за счет неравенства коэффициента трансформации, районных нагрузок, протекания зарядных токов по ЛЭП и т.д.);

3. величина тяговой нагрузки и ряда других причин.

Первая составляющая рассматривается непосредственно как часть нагрузки и в дальнейшем рассматриваться не будет.

В качестве исходных данных, необходимых для расчета, использована схема внешнего электроснабжения тяговых подстанций (ТП), которые входят в участок Спасск - Уссурийск, присоединением к ней тяговой сети через трансформаторы тяговых подстанций.

Участок Спасск - Уссурийск относится к Дальневосточной дирекции по энергообеспечению (ЭЧ-3) Дальневосточной железной дороги (ДВЖД) – филиала ОАО «РЖД». Этот двухпутный участок с параллельной схемой соединения имеет протяженность 129,9 км.

Схема внешнего электроснабжения рассматриваемого участка представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема внешнего электроснабжения участка

Спасск - Уссурийск

Характеристики

Список файлов ВКР