книги из ГПНТБ / Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока

Рис. 4-24

w*n, (Ѳ) становится отрицательным. 2-й член — и%і (Ѳ), зависящий от знака и величины тока і* (Ѳ), положителен в течение всего пе­ риода проводимости, так как і* (0) положителен. 3-й член — u£i (Ѳ) интегрален и находится практически в противофазе к первому. Некоторое смещение объясняется нелинейностью тока і* (Ѳ). На рис. 4-23, б построена кривая суммы этих трех членов.

На рис. 4-23 тонкой линией дана синусоида питающего напряже­ ния, которая в о. е. равна V 2 sin Ѳ. Утолщенной линией показана на участке от Ѳ, до Ѳ2 геометрическая разность между синусоидой питающего напряжения и суммой трех первых членов правой части уравнения (4-13), равная и% (Ѳ).

4-й и 5-й члены выражения (4-13) — и*в\ (Ѳ) и и%ві (Ѳ) соответ­ ственно изменяются во времени так же, как 1-й и 2-й члены этого выражения: ы*„і (Ѳ) положителен в пределах от Ѳх до Ѳм и отри­ цателен от Ѳ м до Ѳ2 . Составляющая и%ві (Ѳ) положительна в тече­

і* (Ѳ) в периоде проводимости изображена на рис.4-23, в в пределах от Q1 до Ѳ2 и соответствует характеру формирования напряжения на

электровоза содержит два короткозамкнутых электрически не связанных контура — контуры цепей первичного и выпрямленного токов (рис. 4-24, б).

Состояние цепи контура первичного тока описывается урав­

111

синусоиды источника питания, равной в о. е. ]/2sin Ѳ, получаем напряжение на индуктивности питающей сети и*п2 (Ѳ), т. е. 1-й член правой части уравнения (4-14).

Баланс напряжений в первом контуре иллюстрируется непра­ вильным треугольником Ѳ2 — (я + Ѳх ) — а.

Напряжение и*хп2 (Ѳ) в течение всего периода коммутации отри­

цательно, так как производная —^jp- (см. рис. 4-23, б) в течение

этого периода отрицательна. Для большего удобства и сама синусо­ ида, и все составляющие падений и потерь напряжений периода коммутации изображены на рис. 4-23 с обратным знаком. Алгебраи­ ческая сумма всех напряжений в контуре первичного тока между узлами О—О' (см. рис. 4-24, б) равна нулю, что иллюстрируется на

ние всего периода коммутации отрицательная. Баланс напряжений в контуре выпрямленного тока в периоде коммутации иллюстри­ руется кривыми, приведенными на рис. 4-23, а. Потери напряже­

ющее лучше уяснить механизм формирования токов и напряжений при ПЕК. Как видно из рис. 4-24, б, напряжение на конденсаторе формируется таким образом, что участки кривой ис (Ѳ), примыкаю­ щие к амплитудным значениям (заштрихованы на рис. 4-23, б), приходятся на периоды коммутации и в формировании э. д. с. элек-

112

ся больше, чем это обусловлено введением в схему емкости ПЕК? Дело в том, что при введении ПЕК схема из R — L цепи превра­ щается в колебательный контур R — L — С. При этом заметно меняется форма кривой тока, сокращаются период коммутации и

Для иллюстрации сказанного выше на рис. 4-25 приведены кри­ вые формирования напряжений на анодной индуктивности в перио­ дах коммутации и проводимости при отсутствии (кривая 1) и наличии (кривая 2) ПЕК при практически одинаковых условиях. Кривые построены по данным расчета на БЭСМ-4. На рис. 4-25 индексом Е помечены величины естественного режима, а индексом С — режима при наличии ПЕК. Анализ кривых 1 и 2 показывает, что сокращение периода коммутации при ПЕК приводит к более искаженной форме кривой падения напряжения на анодной индуктивности. При этом мгновенные значения падения напряжения, особенно в началь­ ной зоне периода коммутации, оказываются существенно больше. Это объясняет повышенную степень искажения формы кривой напря­ жения при наличии ПЕК. Расчеты показывают, что дополнитель­ ное увеличение э. д. с. на величину, большую, чем это определяется, наличием емкости ПЕК, объясняется только увеличением периода проводимости при наличии ПЕК.

20. Схемы и места расположения ПЕК

Выбрать схему и место расположения ПЕК довольно сложно, так как от этого зависит степень ее воздействия на те или иные показа­ тели качества тяговой нагрузки.

1 1 *

ской удаленности тяговых подстанций очень эффективна и позволяет одновременно решать и задачи повышения напряжения не только в районных, но и в тяговых сетях. Схему замещения напряжений об­ ратной последовательности тяговой подстанции вне зависимости от конфигурации питающей сети всегда можно привести к трехлучевой звезде (рис. 4-26), у которой один из лучей — приведенное к ней­ трали звезды схемы замещения тягового трансформатора (узел А)

ной последовательности в узле А определяется практически сопро­ тивлением Хс2Если включить на первичной стороне тягового транс­ форматора ПЕК так, как это показано на рис. 4-26, то напряжение обратной последовательности в узле А по 1-й гармонике (если не учитывать изменение показателей качества энергии тяговой на­ грузки при включении ПЕК)

Следовательно, при таких схемах и местах установки ПЕК на­ пряжение обратной последовательности на районной обмотке тяго­ вого трансформатора линейно зависит от глубины компенсации сопротивления питающей сети лгс2 при помощи ПЕК. Именно поэ­ тому появились предложения о размещении ПЕК на вводах тяговых подстанций [45, 104].

Для лучшего симметрирования напряжений была предложена схема трехфазной несимметричной ПЕК. Наряду с несомненным симметрирующим эффектом такая схема ПЕК имеет и недостатки. При включении на вводах до тягового трансформатора ПЕК может компенсировать по условиям режима напряжений только сопротив­ ление питающей сети до вводов, т. е. примерно -^- —- -g- всей анодной

.114

индуктивности преобразовательного электровоза. Перемещение ПЕК на сторону тяговой обмотки трансформатора позволяет компенсиро­ вать не только питающую сеть, но и сам тяговый трансформатор, индуктивное сопротивление которого в зависимости от мощности эквивалентно сопротивлению 120—180 км питающей линии ПО кв. Следовательно, установка ПЕК на вводах позволяет глубокосимметрировать напряжение на обмотке районных потребителей, но не позволяет компенсировать потери напряжения в тяговом тран­ сформаторе, составляющие значительную долю потерь напряжения в анодной цепи электровоза. Кроме того, включение несимметрич­ ной трехфазной ПЕК в трехфазное звено питающей сети создает продольную несимметрию сопротивлений и вызывает появление на­ пряжений нулевой последовательности в этой сети [16]. Наконец, включение ПЕК на вводах связано с необходимостью выполнения изоляции ПЕК — земля на напряжение (ПО : У~3) кв и установки: шунтирующих выключателей повышенного напряжения, т. е. с до­ полнительными затратами.

Снижение степени несимметрии напряжений в сетях районных, потребителей с введением «винтовой» схемы присоединения тяговых подстанций к трехфазной питающей сети позволило отказаться от использования ПЕК в качестве средства снижения несимметрин в районных сетях и использовать ее в основном для повышения ка­ чества энергии в тяговой сети.

счет перемещения ПЕК со стороны вводов подстанции на тяговуюсторону глубина компенсации индуктивного сопротивления питаю­ щей сети может быть увеличена, что позволяет повысить такие пока­

несимметрию напряжений в системе ДПР. Однако трехфазная схема ПЕК связана со значительными капитальными затратами, так как требует установки конденсаторов во всех трех фазах и не обеспечи­

ПЕК, так как они связаны с меньшими затратами и позволяют при правильном выборе места установки и мощности одновременно ре­ шать две задачи — повышение качества тяговой нагрузки и сим­ метрирование напряжений в сетях ДПР и собственных нужд под­ станций.

В настоящее время предложено два варианта однофазных ПЕК.

Схема ПЕК в отсасывающем проводе (рис. 4-27) была предложена канд. техн. наук Б. М. Бородулиным, Л. А. Германом и инж. И. А. Шеломом [121]. Векторная диаграмма изображена на-

115

ПЕК от максимальных токов соответственно левого и правого плеч подстанции, то концы результирующих векторов напряжений этих плеч 0А и Ù'c могут находиться в зависимости от соотношения токов плеч в пределах параллелограммов соответственно S и S1. На век­ торной диаграмме эти параллелограммы заштрихованы.

Оценим степень несимметрии напряжений за ПЕК для такой схемы, так как это имеет существенное значение для потребителей

116

Предполагая питание тяговой подстанции от системы бесконеч­ ной мощности, когда хц = x-zi = xs, получаем после преобразо­ ваний:

Наиболее целесообразно выбирать значение хс исходя из ми­ нимума V AÏ- Беря от функции VА% частную производную по хс, получаем следующее выражение:

_ Ѵ З д с а ( 1 + я»)

(4-28)

' « - 2 ( l + n t + n?) *

Воспользовавшись методом получения моментов системы [98], полу­ чаем

117

значительно снижает несимметрию напряжений на шинах тяговой нагрузки. Симметрирования тяговой нагрузки схема не обеспечи­ вает, так как одновременно повышает примерно в одинаковой сте­ пени коэффициент мощности и cos ц>г тяговой нагрузки на обоих плечах. Следовательно, основное назначение этой схемы заклю­

тируемых — методом статистического моделирования на ЭВМ так,

118

тока ПЕКПри равноплечей нагрузке это означает, что при оди­ наковых хс ее мощность в 3 раза выше мощности, устанавливаемой на одном плече, и в 1,5 раза выше мощности двух ПЕК на обоих плечах.

Полученные выше данные расчетов влияния ПЕК на показатели качества энергии показывают, что введение ПЕК в отсасывающий провод повышает коэффициент мощности тяговой нагрузки прак­ тически одинаково на обоих плечах подстанции. При этом система токов плеч поворачивается в направлении вращения векторов, а фа­ зовый сдвиг между токами плеч остается таким же, как и при от­ сутствии ПЕК (рис. 4-30). Как видно из рис. 4-30, сдвиг между тока­ ми плеч питания и соответствующими напряжениями при данной

ПЕК и ее компенсирующему эффекту также незначительно повора­ чивается. При этом ТОП по модулю не меняется, следовательно, не меняется и режим несимметрии напряжений в питающей сети до ПЕК. Отсюда следует, что ПЕК в отсасывающем проводе не обеспечивает симметрирующего эффекта ни по токам, ни по напря­ жению в звене от источника энергии до ПЕК, но существенно сим­ метрирует напряжения на шинах тяговой нагрузки и определенным образом компенсирует систему ТПП тяговой нагрузки и обеспечи­ вает этим некоторое снижение потерь энергии в питающей сети.

Рис. 4-30

119