1.10. Система тягового электроснабжения 94 кВ с симметрирующими трансформаторами

Эта система появилась в 2004 году в России. В настоящее время идет электрификация участка в Забайкальской железной дороге по этой системе (более 1000км).

Как известно, наиболее существенным недостатком системы 27,5 кВ переменного тока является неравномерная загрузка фаз. Кроме того, наиболее капиталоемкими частями ТП являются РУ высшего напряжения (ОРУ-110 кВ или ОРУ-220 кВ). Эти два положения легли в основу создания новой системы тягового электроснабжения. В этой системе используются специальные симметрирующие трансформаторы (СТ), имеющие помимо вторичной обмотки еще симметрирующие приставки (СП). Расстояние между выходами общего назначения составляет 300-350км вместо существующих 45-70км. Питание тяговой сети организовано от однофазных трансформаторов, получающих питание от двухпроводных линий специального назначения, подключенных к обмоткам СТ.

Расстояние между подстанциями с однофазными трансформаторами составляет 30-45км, т.е. между опорными подстанциями (ОТП) с СТ расположено 7-9 промежуточных подстанций (ПТП) с однофазными трансформаторами. Мощность СТ ОТП равна 63-80 МВА. Мощность однофазных трансформаторов ПТП равна 16-25 МВА.

Как видно из векторной диаграммы вторичная обмотка СТ представляет собой две сочлененные и подобные друг другу симметрирующие структуры соединений обмоток. В первой структуре напряжение между выводами 1-5 и 3-5 равно 27,5 кВ и сдвинуты по фазе на 90. Вторая структура (2-4-5) подобна первой и имеет и имеет с ней общий вывод 5, соединяемый с рельсами и землей. Напряжение между выводами 2-5 и 4-5 равно 66,4 кВ . Напряжение между проводами двухпроводных линий специального назначения (между выводами 1-2 и 3-4) равно 93,9 кВ (94 кВ). Напряжения между выводами 1-2 и 3-4 сдвинуты по фазе на 90, что обеспечивает симметрирующий эффект трансформатора.

Таким образом, в системе 94 кВ переменного тока в тяговую сеть подается 27,5 кВ, т.е. используется тот же парк подвижного состава.

Преимущества системы:

1. Количество выходов в сеть общего назначения сокращается в 5 раз.

2. Несимметрия токов и напряжений в ЛЭП меньше в 3 раза (за счет применения СТ).

3. Питание тяговой сети происходит от необслуживаемых ПТП (без нейтральных вставок).

4. Сокращение потерь энергии.

Рис. 1.23 Расположение проводов на опорах.

Рис. 1.24 Система тягового электроснабжения 94кВ.

Рис. 1.25 Векторная диаграмма сети.

1.11. Система тягового электроснабжения с экранирующим и усиливающим проводом (эуп)

Из-за повышенного сопротивления стальных рельсов переменному току, а также относительного низкого переходного сопротивления рельсы - земля обратный тяговый ток стекает с рельсов в землю и протекает в земле. В результате ничем не скомпенсированное магнитное поле контактной подвески, где могут протекать токи до 1000 А, оказывает значительное влияние на окружающую среду. Например, даже в нескольких десятках метров от линии аудиоаппаратура будет издавать устойчивый фон переменного тока.

Система ЭУП разработана в 1975 году в РГУПС. В дальнейшем участие в ее совершенствовании принимали ВНИИЖТ, МИИТ, Трансэлектропроект. Всего этой системой в 1990 году было оборудовано 560 км на Северо-Кавказской н Горьковской ж.д. Опыт эксплуатации подтверждает достоинства системы.

За рубежом такая система стала использоваться с начала 90-х годов (Германия, Испания).

Система с экранирующим и усиливающим проводами (в германии ее называют системой с пассивным обратным проводом) достаточно проста (см.рис.1). С полевой стороны опор контактной сети на небольшом расстоянии (0,8 - 1 м) друг от друга подвешиваются два провода, один из которых (усиливающий) соединяется каждые 500 - 600 м с контактной сетью, а другой (экранирующий) - с рельсовой сетью (с интервалом 3 - 4 км).

Рис. 1.26 Схема расположения проводов в системе с ЭУП

Под действием магнитного поля усиливающего провода и контактной подвески в экранирующем проводе наводится ЭДС направленная в сторону, противоположную направлению тока в усиливающем проводе и контактной сети. Под действием этой ЭДС происходит перераспределение обратного тягового тока, часть которого (до 30%) протекает по экранирующему проводу и своим магнитным полем частично компенсирует магнитное поле контактной сети и усиливающего провода.

Добиться еще больше ослабления электромагнитного влияния позволяет схема с отсасывающими трансформаторами. Устроена она следующим образом: с полевой стороны опор контактной сети подвешивается обратный провод, для увеличения экранирующего эффекта его обычно выполняют расщепленным на два. Каждые 5 - 6 километров вдоль линии устанавливаются отсасывающие трансформаторы. Эти трансформаторы имеют коэффициент трансформации близкий к единице, их первичная обмотка включается в рассечку контактной сети, вторичная - в рассечку обратного провода. Посредине между двумя отсасывающими трансформаторами обратный провод соединяется с рельсовой сетью. Принцип действия во многом схож с ЭУП: ток контактной сети, протекая по первичной обмотке отсасывающего трансформатора наводит во вторичной обмотке ЭДС под действием которой возникает ток в обратном проводе. Подбором коэффициента трансформации добиваются, чтобы ток в обратном проводе был максимально близок к току в контактной сети. В этом случае достигается максимальный эффект ослабления электромагнитного влияния.

Достоинства:

• снижение потерь электроэнергии. Внедрение такой системы на Северо-Кавказской ж.д. обеспечило экономию электроэнергии в 1988 году более 25000 кВтч в год на один километр каждого пути;

• снижение опасных индуктивных влияний на смежные сооружения примерно в два раза;

• снижение потенциала рельсов (повышение электробезопасности) примерено в два раза;

• снижение сопротивления тяговой сети примерно в два раза (стабилизация уровня напряжения даже при больших токах, возможность увеличения расстояний между подстанциями при новом строительстве).

Недостатки:

• экранирующий эффект сильно зависит от расстояния между проводами и частоты соединения экранирующего провода с землей;

• при замене автоблокировки на систему с тональными рельсовыми цепями возникают сложности с подключением экранирующего провода из-за отсутствия дроссель-трансформаторов.