|
|
Ответы (Электроснабжение железных дорог). 1. Проблема качества эл энергии. Показатели качества электроэнергии
18.Параллельная работа ТП АС
В общем случае U на шинах смежных ТП не бы вают одинаковыми и, следовательно, в ТС, как правило, дол жны возникать Iу.
На линиях I уравнительные токи определяются разно стью U на ТП по модулю и фазе и полным сопротив лением ТС и имеют место при отсутствии нагрузки на МПЗ. Неодинаковость U на шинах ТП определяется различием U на их вводах за счет потерь U в ЛЭП5, а также различными потерями U в тр-рах ТП. В некоторых случаях Iу при отсутствии нагрузки на МПЗ могут привести к большим потерям энер гии и перераспр-нию нагрузки м/у ТП
Рассмотрим метод определения Iу в ТС переменного тока, если на ТП установлены 3ф транс ф-ры, соединенные по схеме Y/Δ, при отсутствии нагрузки на рассматриваемой МПЗ6 и одинаковых коэффициентах трансформации у трансформаторов смежных ТП. Будем считать, что каждую фазу трансформатора при несимметрич ной нагрузке можно рассматривать независимо от другой, т. е. как одно фазный трансформатор.
 – токи в высоковольтной ЛЭП до ТП1 и после ТП2
 – токи ответвляющиеся из ЛЭП в 1обмотку тр-ра ТП1 и возвращающиеся в ЛЭП из 1 обмотки тра-ра ТП2. Zл – сопротивление одной фазы ЛЭП между ТП. Zтс – сопр-е всех ТС7 всех путей соед-х параллельно.
Ток в тяговой сети Iу распределяется между фазами тяговой обмотки трансформатора а и с вместе с b в отношении 
Если в тяговой сети будет протекать ток Iу, то в фазе а (на вторичной стороне) , в фазе А (на первичной стороне) ЛЭП между ТП ток  Для фазы А ЛЭП и трансформаторов тп1 и тп2 и ТС можно привести схемы замещения, где все сопр-я и токи приведены к U ЛЭП.  - сопротивление трансформатора подстанций 1 и 2 на фазу, приведенное к напряжению первичной обмотки;
Z'тс = к2ZTC - сопротивление ТС, приведенное к U 1 обмотки. Так как не весь ток ТС протекает по фазе а, а нас интересу ет только контур фазы А, то на рис. условно показано ответвление 1/3 тока Iу в другие фазы. Падение напряжения в замкнутом контуре схемы замещения равно нулю.
Полная сх.замещения для определения Iу
Упрощенная схема замещения
Из (*) получаем: 
Итак, уравнительный ток зависит от параметров первичной и вторич ной цепей и от тока  , распределяющегося по параллельным цепям в зависимости от их сопротивления. Из уравнения (*) видно, что 
Поэтому распределение тока между двумя параллельными ветвя ми происходит исходя из сопротивлений Zл и Zy, (см. упр.схему), где
Оценка уравнительного тока на ряде электрифицированных железных дорог показала, что величина его может достигать 100-120 А. Поэтому в ряде случаев опыт эксплуатации доказал эффективность перехода к од ностороннему питанию контактной сети с выполнением раздела питания где-то в середине межподстанционной зоны.
|
19.Работа ТП в режиме реализации избытка энергии рекуперации
Рекуперативное тор можение основано на использовании принципа обратимости электри ческих машин постоянного тока. На уклоне ТД могут работать в генераторном режиме, при котором кинетическая энергия поезда превращается в электрическую, передаваемую потребителям (в первую очередь локомотивам, работающим в тяговом режиме).
Условия рекуперации эл.энергии на участках пост- го тока зависят от режима U на шинах –I ТП. Он определяется внешней характеристикой ТП. Обычно на подстанциях участков с рекуперативным торможением устанавливают два вы прямительно-инверторных агрегата, которые в н.у. служат в качестве выпрямителей, а в режиме рекуперации переключаются на работу в инверторном режиме. Рассмотрим внешнюю характеристику подстанции в выпрями тельном и инверторном режимах. В выпрямительном режиме все агрегаты, включая выпрямительно-инверторный агрегат, имеют сопротивление (с учетом внешней питающей сети) Rв меньшее, чем сопротивление одного выпрями тельно-инверторного агрегата Rи в режиме инвертирования. Поэто му наклон характеристики 1 (в режиме выпрямления) меньший, чем наклон характеристики 2 в режиме инвертирования. Наклон ный характер характеристики 1 с ростом тягового Iт очевиден, так как источником энергии является подстанция, нагрузкой - электровозы. Подъем характеристики 2 с увеличением инвертируе мого тока Iр становится понятным, если учесть, что источником энер гии становится РЭ8, а потребителем - ТП с сопротивлением Rи. Следовательно, РЭ должен генерировать такую Едр, чтобы она уравновешивала напряжение холостого хода U’0 и потерю напря жения в Rи под действием тока Iр. Работа в инв-м режиме начинается с момента, когда под действием РЭ в ТС и на шинах ТП устанавлива ется напряжение х.х. Uо. Если нет тяговых нагрузок, то РЭ, вызывая работу подстанции в инверторном режиме, должен еще повысить напряжение до U’0. Напряжение U0' является устав кой для переключения выпрямительно-инверторного агрегата в ин верторный режим. Уставка U0' делается большей, чем Uо, во избе жание случайного переключения инвертора. Дальнейшее повышение э. д. с. РЭ ведет к увеличению рекуперируемого РЭ тока, проходя щего через инвертор.Рассмотрим схему взаимодействия РЭ с подстанцией (а) и схему замещения (б), здесь R- полное сопротивление цепи от РЭ до шин ТП, включая внутреннее сопротивление РЭ. Ток инвертора является линейной функцией э. д. с. РЭ и напряжения U0':  это выражение приводим к следующему виду:
 (*) Левая часть уравнения (*) представляет собой прямую 2 на рис.1. Если теперь построить кривую 2 (рис.3) и в этом же квадранте построить правую часть уравнения (*) для э. д. с. РЭ, равной ЕДР1, то пересечение прямых 2 и y1=Eдр1-IрR в точке а однозначно графически определяет то значение тока IР1 которое удовлетворяет уравнению (*). Ток Iр1 при данном значении EДР1 будет протекать через инвертор. Если необходимо повысить ток ин вертора, то следует с помощью тока возбуждения увеличить э. д. с. РЭ до Eдр2 (см. риc 3). При этом правая часть уравнения (*) будет характеризоваться уравнением прямой y2=Eдр2-IрR парал лельной прямой у1, а новым совместным решением левой и правой части уравнения (*) будет абсцисса точки а' т. е. новый ток ин вертора Iр2. При Eдрmax инвертор реализует наибольший ток Iрм.
|
20. Способы компенсации ΔU во внешней энергосистеме. Способы регулирования U
Самым эффективным способом усиления системы электроснабже ния на участках постоянного тока при расчетном U в КС 3 кВ является строительство дополнительной ТП на МПЗ. Применяется в том случае, когда другие способы усиления системы (увеличение сечения контакт ной подвески, ППС контактной сети, до полнительные выпрямительные агрегаты на существующих ТП, ВДУ на ТП и в КС, тяговые трансформаторы с плавным бесконтакт ным регулированием U) не позволяют улучшить показатели работы системы электроснабжения в необходимой мере. Однако такой способ усиления системы, улучшающий все показатели ее работы, яв ляется достаточно дорогим. Основные способы регулирования напряжения в систе ме электроснабжения постоянного(переменного) тока. 1. Ступенчатое контактное регулирование U трансформа торов.
Изменение коэффициента трансформации 3ф трансф-в осуществляется изменением числа витков первичной обмотки, соединенной в звезду. Регулирование U на первичной стороне необходимо для того, чтобы подводимое к первичной обмотке U не превосходило допустимых для каждого ответвления значений. В зависимости от способа переключе ния регулировочных ответвлений различают трансформаторы следую щих типов:
- не имеющие устройств для переключения ответвлений под нагруз кой. ПБВ (с пере ключением без возбуждения);
- снабженные встроенными устройствами для регулирования на пряжения под нагрузкой (РПН). /может быть автоматизировано АРН/
2. Плавное бескон тактное регулирование U с помощью управляемых реакторов. На эл.фицированных участках жд РФ применяется бескон тактное регулирование выпрямленного U, основанное на плавном из менении коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора (рис.) В регулирующую часть первичной обмотки трансформато ра W1 включаются 2 управляемых реак тора УР1 и УР2. УР имеет 2 об мотки, рабочую, включенную в цепь тока первичной обмотки трансформатора, и обмотку управления, питаемую от источника DC. Изменяя I управления реактора, изменяется ин дуктивное сопротивление рабочей обмотки. В процессе автоматического регулирования производят подмагничивание одного и размагничивание другого P за счет их I управ ления. Если УР1 размагничен, то Zур1= max. Если в это вре мя УР2 намагничен, т. е. Iупр2 = mах и Zyp2 = min, то в формировании тока первичной обмотки участвуют все витки первичной обмотки (W1β+ Wl). Главное достоинство тако го вида регулирования: воз можность реализации любой внешней характеристики при плавном и безынерционном регулировании, отсутствие ме ханических переключателей в системе регулирования, что повышает надежность рабо ты данного устройства. Одна ко при этом снижается КПД за счет потерь в реакторах, уменьшается cosφ за счет введения дополнительного реактивного сопротивления реакторов, увеличивается состав гармонических составляющих во вторичном (анодном) U. 3. Вольтодобавочные устройства (ВДУ).
Регулируемые вольтодобавочные устройства -для повышения и регулирования U как на шинах ТП, так и в отдельных точках ТС. За счет установки на подстанции ВДУ со стабили зацией выходного U предусматривается улучшение режи ма U на токоприемниках ЭВ, находящихся в зоне работы ВДУ. Для питания ВДУ используются ВЛПЭ9 10,5 кВ. На МПЗ могут быть установлены 1 или 2 ВДУ. Питание ВДУ осуществляется от ближайшей ТП. Радикальным способом усиления и модернизации системы ЭС DC является увеличение U в КС до 12-24 кВ.
|
21.Ступенчатое регулирование U
Ступенчатое контактное регулирование напряжения трансформа торов.
Изменение коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов осуществляется изменением числа витков первичной обмотки, соединенной в звезду. Для регулирования трансформаторы снабжаются специальными ре гулировочными ответвлениями. В зависимости от способа переключе ния регулировочных ответвлений различают трансформаторы:
- не имеющие устройств для переключения ответвлений под нагруз кой ПБВ (с пере ключением без возбуждения);
- снабженные встроенными устройствами для регулирования на пряжения под нагрузкой (РПН).
Для изменения коэффициента трансформации с ПБВ трансформато ры необходимо отключать от сети. Такие переключения делаются редко, при сезонном изменении нагрузки (1-2 раза в год).
Трансформаторы с РПН позволяют изменять коэффициент транс формации несколько раз в сутки. Обмотка высшего напряжения (ВН) состоит из двух частей: основ ной нерегулируемой и регулируемой. Последняя выполнена с рядом от ветвлений к неподвижным контактам 1—5. При Uном на обмотке ВН ис пользуется средний вывод 3-основной вывод обмотки Переход на ответвления 1 и 2 увеличивает число витков первичной обмотки, а следовательно, коэффициент трансформации и уменьшает U на обмотке низшего напряжения (НН). Использование ответвлений 4 и 5 уменьшает число витков первичной обмотки, а следовательно, коэффици ент трансформации и увеличивает U на 2-ой обмотке.
Переключающее устройство для регулируемой части обмотки состоит из подвижных контактов П1 и П2 кон такторов K1 и К2 и реактора Р. Середина реактора соединена с нерегулируемой частью обмотки. В нормальном режи ме работы I обмотки ВН распреде ляется поровну между полуобмотками реактора. Поэтому магнитный поток реактора мал и падение напряжения в нем незначительно. Значительная L реактора ограничивает Iуравн-й при переключении между секциями.
Регулирование напряжения изменением коэффициента трансфор мации может быть автоматизировано (АРН).
Внешняя характеристика трансформатора при автоматическом регулиро вании напряжения представлена на рис.
Внешние характеристики трансформатора
1-5 – естественные, 6 – автоматическая, Ррег – ступень регулирования
Современные трансформаторы с РПН имеют 18 дополнитель ных ответвлений. Диапазон регулирования ±16%.
В устройствах электроснабжения железных дорог трансформаторы с ПБВ используются на подстанциях постоянного тока для питания вы прямительных агрегатов.
|
22.Принцип плавного регулирования U
Плавное бескон тактное регулирование U с помощью управляемых реакторов.
На эл.фицированных участках жд РФ применяется бескон тактное регулирование выпрямленного U, основанное на плавном из менении k трансформации преобразовательного трансформатора. Регулирование U всегда осу ществляется с высокой стороны трансфор матора, что приводит к меньшим затратам активных материалов. В регулирующую часть 1й обмотки трансформато ра W1 включаются 2 управляемых реак тора УР1 и УР2. УР имеет две об мотки, рабочую, включенную в цепь тока первичной обмотки трансформатора, и обмотку управления, питаемую от источника DC. Изменяя I управления реактора, ин дуктивное сопротивление рабочей обмотки изменяется по закону, пред ставленному на рис. 
В процессе автоматического регулирования производят подмагничивание одного и размагничивание другого реактора за счет их токов управ ления. Если УР1 размагничен, т. е. Iупр1 = 0, то Zур= max. Если в это вре мя УР2 намагничен, т. е. Iупр2 =mах и Zyp2= min, то в формировании тока первичной обмотки участвуют все витки первичной обмотки (W1β + Wl). И тогда имеет место максималь ный k трансформа ции kтmax и минимальное значение U на вторичной обмотке U2
При полном размагничивании УР2 и одновременном намагни чивании УР1, т.е. Zyp2=max, a Zyp1=min, U питающей сети прикладывается к наименьшему числу витков первичной обмотки  , поэтому  и U2 = mах.
Главное достоинство тако го вида регулирования: воз можность реализации любой внешней характеристики при плавном и безынерционном регулировании, отсутствие ме ханических переключателей в системе регулирования, что повышает надежность рабо ты данного устройства. Одна ко при этом снижается КПД за счет потерь в реакторах, уменьшается cosφ за счет введения дополнительного реактивного сопротивления реакторов, увеличивается состав гармонических составляющих во вторичном (анодном) напряжении.
|
23.Факторы, определяющие необходимость усиления устройств ЭС
На эл.фицированных участках проблема усиления систем ЭС возникает, когда из-за возрастающей тя говой нагрузки на зонах питания показатели работы системы не соответствуют установленным нормативам. К таким показателям, как правило, относят:
средний уровень U на токоприемнике ЭПС10 за время хода 3 мин (по наиболее тяжелому, с точ ки зрения уровня U на токоприемнике, отрезку пути МПЗ), который должен быть не менее 21 кВ на участках I и 2,7 кВ на участках -I
max эффективные I фидеров ТП за интервалы времени 20, 3 и 1 мин, которые не должны превы шать допустимых по нагреву токов для существующего на участ ке типа контактной подвески;
max рабочие I фидеров ТП и ПС11 и минимальные U в ТС, ко торые не должны нарушать условие, по которому были выбраны действующие уставки защит от токов КЗ, ис пользуемые на фидерах;
перегрузки выпрямительных агрегатов на ТП постоянного тока.
Увеличение тяговой нагрузки на зонах питания может иметь место из-за увеличения суточных размеров движения в связи с возрастанием грузопотока, внедрением более мощного ЭПС, по явлением на участках тяжеловесных поездов.
Появление тяжеловесных поездов на двухпутных участках, движе ние которых, как правило, имеет место по одному из путей, значительно увеличивает нагрузку, приходящуюся на все элементы системы. Очень важно знать, сумеет ли система ЭС участка при ее суще ствующих параметрах выдержать возрастающие перегрузки. Это можно сделать, применяя метод расчета системы электроснабжения с исполь зованием имитационной модели ее работы, так как он позволяет учесть действительные условия эксплуатации, в том числе и с точки зрения ор ганизации движения поездов.
|
24.Способы усиления устройств ЭС
Самым эффективным способом усиления системы ЭС на участках -I при расчетном U в КС 3 кВ является строительство дополнительной ТП на МПЗ. Применяется в том случае, когда другие способы усиления системы (увеличение сечения контакт ной подвески, пункты параллельного соединения контактной сети, до полнительные выпрямительные агрегаты на существующих ТП, ВДУ на ТП и в КС, тяговые трансформаторы с плавным бесконтакт ным регулированием U) не позволяют улучшить показатели работы системы ЭС в необходимой мере. Однако такой способ усиления системы, улучшающий все показатели ее работы, яв ляется достаточно дорогим.
С экономической точки зрения предпочтительнее установка на МПЗ одноагрегатного тягового блока. Его питание осущест вляется от распредустройства РУ-10 кВ (ОРУ-35 кВ) ближайшей ТП.
Еще один вариант усиления системы ЭС –I - использование пункта повышенного U ППН-6,6 кВ. На ближайшей ТП дополнительно устанавливается специальный преобразовательный агрегат с выходным U по стоянного тока 6,6 кВ. Преобразовательный агрегат со стороны переменного I подключается к РУ-10 или ОРУ-35 кВ, а со стороны постоянного I - к РУ-6,6 кВ через разъединители и быстродействую щий автомат на 6,6 кВ с установкой индивидуального фильтр-устройства и реактора в тяговых шинах агрегата. В ППН-6,6 кВ напряжение 6,6 кВ преобразуется в напряжение 3,3 кВ постоянного тока и подается через РУ-3,3 кВ в тяговую сеть.
Если в эксплуатации требуется улучшить отдельные показатели рабо ты системы, то применяют менее затратные способы усиления. Следует отметить, что такие методы усиления, как увеличение сечения контакт ной подвески, применение ППС КС, установка дополнительных выпрямительных агрегатов, которые применялись ранее, на начальных этапах решения проблемы усиления системы, себя практически исчерпали. Чаще для улучшения отдельных показателей работы системы применяют регулирование напряжения на ТП или непосредственно в тяговой сети.
Традиционные способы усиления системы ЭС, та кие как строительство дополнительных ТП, проклад ка дополнительного усиливающего провода, переход с раздельной схе мы питания КС на узловую, а с узловой на параллельную для улучшения режима U и уменьшения потерь эл.энергии в ТС, применимы и для системы ЭС переменного тока. Один из способов - регулирование U за счет частичной компенсации индуктивного сопротивления, питающей цепи установками ПДЕК.
Дальнейшее повышение пропускной и провозной способности эл.фицированных жд может быть достигнуто при напря жении 50 кВ в КС и на ЭПС (по ана логии с тем, что имеет место в ЮАР, Канаде, США), а при реализации системы электроснабжения 2x50 кВ вообще снимаются какие-либо огра ничения пропускной способности по устройствам ЭС, открывается возможность существенно увеличить (до 150-200 км) МПЗ.
|
25. Основные понятия, связанные с компенсацией Q в системе ЭС
Основным средством компенсации на промышленных предприятиях являются батареи силовых конденсаторов (КБ), подключаемые параллельно к электросети, т. е. поперечная компенсация. КБ устанавливаются вблизи от места потребления Q, при необходимости снабжаются автоматическим регулированием для изменения присоединенной мощности при разных режимах нагрузок.
Распределение мощности КУ12 в сетях производится в основном из условия наибольшего снижения потерь P от реактивных нагрузок. Установка конденсаторов относительно большей мощности производится в местах наибольших реактивных нагрузок и сопротивлений питающих линий.
Схемы. В зависимости от того, как элементы емкостной компенсации включаются по отношению к нагрузке (параллельно или последовательно), различают поперечную (параллельную) емкостную компенсацию (ПЕК) и продольную (последовательную) емкостную компенсацию (ПДЕК).
Наиболее распространены схемы присоединения КБ через отдельные выключатели при напряжении 6—10 кВ или через рубильники и предохранители или автоматы при напряжении 380 В.
Защита. Для конденсаторных батарей 6-10 кВ применяется общая для всей установки максимальная токовая защита от КЗ и от перегрузок без выдержки t. Уставка защиты принимается примерно вдвое большей Iном батареи для отстройки от I включения и I разряда батареи.
Так как конденсаторы 6-10 кВ не имеют встроенной индивидуальной защиты, то у каждого конденсатора, устанавливаются быстродействующие токоограничивающие предохранители необходимой разрывной мощности, рассчитанные на броски тока при включении конденсатора, на максимальный разрядный ток, протекающий от неповрежденных конденсаторов к поврежденному, и на обычные колебания нагрузки при работе конденсаторной установки.
Разряд. Для быстрого разряда конденсаторов после их отключения применяются индуктивные или активные разрядные сопротивления, подключаемые параллельно конденсаторной батарее.
| |
|
|
Скачать 1.4 Mb.