Файл: Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока.pdf

Эффективное значение п-й гармоники напряжения в узле присое­ динения УК

Отношение действующих значений напряжения в узле присое­ динения УК при наличии и отсутствии УК и одинаковых значе­ ниях £ д электровоза

17.Рациональные схемы

иместа установок нерегулируемых УК

Наличие в цепи нерегулируемой УК существенно влияет на коэффициент мощности в звене «источник питания — узел присое­ динения УК» и, следовательно, на потери энергии, напряжения и амплитуды спектра гармоник тока в питающей сети. Если бы тяго­ вая нагрузка по отношению к питающей энергосистеме была сим­ метричной, то наиболее рациональной схемой УК оказалась трех­ фазная симметричная схема, собранная в звезду (треугольник). Однако наряду с повышением коэффициента мощности в узле при­ соединения однофазных тяговых нагрузок к питающей энергосис­ теме появляется необходимость симметрирования токов (напряже­ ний) в трехфазной питающей сети. Именно поэтому при выборе схе­ мы УК вне зависимости от места ее расположения целесообразна ставить задачи компенсации реактивной мощности прямой после­ довательности и симметрирования тяговой нагрузки, экономиче­ ская эффективность которых очевидна. Следует особо подчеркнуть, что задачу симметрирования тяговой нагрузки можно решить толь­ ко применением несимметричных УК. Именно поэтому все предло­ женные к настоящему времени УК для дорог переменного тока ха­ рактеризуются той или иной степенью несимметрии.

Наибольшее распространение получила схема однофазной УК (рис. 3-1), предложенная в [80].

Данная УК является предельно несимметричной, генерирует в таком исполнении наибольший ТОП на единицу установленной мощности УК. При установке на отстающую фазу она обеспечивает, с одной стороны, частичную компенсацикГреактивной составляю-

86

щей ТПП тяговой нагрузки, а с другой стороны, формирует ТОП, находящийся в противофазе к параллелограмму S, в пределах ко­ торого может формироваться ТОП тяговой нагрузки. От воздейст­ вия УК результирующие ТПП и ТОП тяговой нагрузки сни­ жаются (см. рис. 3-1, б). На симметрирующую особенность одно­ фазных УК указывалось, например, в [37, 39, 55, 87], а также в ряде других работ. В работе [39] рассматривались схемы двухфазные, трехфазные, с индуктивными и емкостными элементами. Эти схемы представляют определенный интерес, но в силу больших капиталь­ ных затрат по сравнению с однофазной до настоящего времени не нашли применения.

Работниками ОМИИТа [3] была предложена схема трехфазной несимметричной батареи для одной из подстанций Восточно-Сибир­ ской дороги, где наблюдалась резкая неравномерность распределе­ ния нагрузок по плечам питания. По данным ОМИИТа, применение этой установки существенно снизило несимметрию токов, а также потери энергии в питающей сети. Такие трехфазные установки, как одно из средств симметрирования тяговых нагрузок на подстан­ циях с неравномерным потреблением энергии по плечам питания, могут найти применение. Однако в качестве устройства компенса­ ции реактивной мощности для всех подстанций такая схема не­ приемлема вследствие большей стоимости и худшего использования установленной мощности, чем для однофазной установки.

Таким образом, оптимальной следует считать схему однофаз­ ного УК. Наиболее целесообразно размещать такие УК при рав­ номерной загрузке плеч питания на отстающих фазах подстанций, так как при этом (рис. 3-1, б) обеспечивается наивысший симмет-

87

рирующий эффект УК и минимизируются потери энергии в пи­ тающей сети.

При выборе мест размещения однофазной УК конкурентоспо­ собными оказываются два варианта: на шинах подстанций в плече «отстающей» фазы и в наиболее удаленной точке тяговой сети — на песту секционирования [15, 66]. Размещение УК на шинах под­ станций в плече отстающей фазы преследует несколько целей. Основная цель — обеспечить наибольший симметрирующий эф­ фект, а следовательно, и связанные с этим наименьшие потери на­ пряжения и энергии в питающей сети. Это положение нуждается в пояснении. При одной и той же мощности однофазная УК обес­ печивает неизменную глубину компенсации реактивной составляю­ щей тока прямой последовательности тяговой нагрузки независимо от того, к какой фазе она подключается. Это объясняется тем, что по модулю ток прямой последовательности УК определяется только модулем напряжения и сопротивлением УК, а по аргументу в силу реактивного емкостного характера тока УК ток прямой последо­ вательности УК всегда опережает на 90° эл. напряжение соот­ ветствующей фазы. Следовательно, если бы УК не использовали для обеспечения симметрирующего эффекта, то было бы безразлично, в какую фазу ее включать. Для получения наибольшего симметрирую­ щего эффекта целесообразно включать УК в отстающую фазу, ибо только в этом случае к эффекту компенсации реактивной мощности прямой последовательности добавляется наибольший симметри­ рующий эффект (см. рис. 3-1, б). Присоединение УК к шинам под­ станции обеспечивает также наиболее эффективное использование самих УК и РПН на тяговых трансформаторах.

Последнее положение объясняется тем, что вследствие симмет­ рирующего эффекта разность фазных напряжений снижается и при этом появляется возможность более полного использования трех­ фазных РПН. Более полное использование мощности УК связано с тем, что сопротивление УК — величина постоянная, поэтому сни­ маемая с УК мощность так же, как и вращающий момент асинх­ ронного электродвигателя, зависит от квадрата подаваемого на негонапряжения. При установке УК на подстанциях совместно с тя­ говыми трансформаторами с РПН напряжение на УК поддержи­ вается повышенным, что обеспечивает наиболее полное их исполь­ зование.

Размещение УК на постах секционирования преследует две цели: снижение потерь энергии не только в питающей, но и в тя­ говой сети и повышение напряжения на наиболее слабом звене системы электроснабжения — у постов секционирования. Наряду с несомненными достоинствами вариант с УК на постах секциониро­

ционирования одного из участков Горьковской дороги, построен­ ная по результатам непрерывных измерений напряжения на этом посту в течение 12 ч с интервалом в 3 мин. Измерения производи-

88

лись при отсутствии средств повышения качества энергии. Как видно из гистограммы, напряжение за период испытаний менялось в пределах от 19,25 до 28,875 кв. Диапазон изменения 9,625 кв, что составляет 38,5% по отношению к 25 кв. Оценки дисперсии напряжения и математического ожидания составили соответственно 2,27 кв2 и 25,2 кв.

Включение УК на данный пост секционирования практически не изменит дисперсии, гистограмма сместится вправо. Диапазон изменения напряжения останется прежним, если не учитывать от­ ключения УК при недопустимо высоких значениях напряжения на посту секционирования. При низких значениях напряжения на посту (когда фидерная зона будет наиболее загруженной), например при 20 кв, УК может генерировать всего (20 : 29)2 Qc max = = 0,477 Qcmax, т. е. менее половины от установленной мощности, хотя именно в этот период от нее требуется наибольшая мощность. Иными словами, электрическое удаление УК от узла стабилизации напряжения неблагоприятно сказывается на использовании его установленной мощности именно в те периоды, когда от УК тре­ буется наибольшая мощность.

При двустороннем питании подстанций только одна централь­ ная фидерная зона получает питание от отстающих фаз двух смеж­ ных подстанций. Остальные зоны получают питание от одной под­ станции по отстающей, а от другой — по опережающей фазе, например так, как это изображено на рис. 3-3. Ток УК практи­ чески наполовину будет проходить по плечу отстающей фазы под­ станции № 7, а наполовину — по плечу опережающей фазы под­ станции № 2. Векторная диаграмма токов и напряжений для под­ станции № / остается такой, как это показано на рис. 3-1, б, с той только разницей, что теперь на плечо отстающей фазы попадает ток УК, более чем в 2 раза меньший, чем в случае установки УК на подстанции. Пропорционально этому снижается симметрирующий и компенсирующий эффект УК для этой подстанции.

иср=25,2кв Сг(и)=2,27кдг

0,3

0,2

0,1

о

89

VT м

Рис. 3-4

На подстанции № 2, как видно из рис. 3-4, компенсирующий эффект УК оказывается таким же, как и на подстанции № /, а сим­ метрирующий эффект отсутствует, точнее, ток обратной последова­

емкостными, опережают напряжение фазы А на 90° эл. Формиро­ вание тяговых токов и их симметричных составляющих в пояснениях не нуждается. Параллелограмм 5 области формирования токов об­ ратной последовательности тяговой нагрузки на рис. 3-4 заштри­ хован. Результирующий ТОП ІА2х оказывается равным геомет­ рической сумме ІА2 + ІСА2 и по модулю намного превышает ТОП тяговой нагрузки. Результирующий ТПП благодаря положи­ тельному компенсирующему эффекту УК снижается по модулю, уменьшается и его аргумент. Однако результирующий ток IAZ фазы А практически не изменяется в данном случае по модулю и пере­ мещается благодаря наличию УК на опережающем плече из 4-го в 1-й квадрант.

Таким образом, наличие УК на плече опережающей фазы при равномерных нагрузках плеч питания повышает результирующий ток обратной последовательности данной подстанции и увеличи­ вает потери энергии в питающей сети и тяговых трансформаторах данной подстанции.

Изложенные выше соображения, связанные с размещением УК на постах секционирования, говорят о необходимости разработать методику выбора оптимальных параметров УК на посту секциони­ рования, а также сравнения эффективности УК на посту и подстан­ ции. В настоящее время такая методика разрабатывается на ка­ федре «Энергоснабжение железных дорог» МИИТа.

90