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

Вводя те же обозначения, что и выше, получаем следующее вы­ ражение для напряжения обратной последовательности в момент времени t:

Воспользовавшись методом получения моментов системы, получаем математическое ожидание

120

тающей сети. Если не рассматривать проблемы уравнительных токов, связанной с параллельной работой подстанций при наличии ПЕК, исследование которой сейчас выполняется в МИИТе, то схемы по влиянию на показатели качества примерно равноценны.

Остается оценить капитальные затраты для обоих вариантов расположения ПЕК.

При п = 1 приближенные значения оптимальных значений хс для ПЕК в отсасывающем проводе и в плече отстающей фазы равны соответственно 0,607 xz и 0,78 х^.

При равноплечей максимальней нагрузке мощность ПЕК для этих вариантов:

т. е. вариант с ПЕК в отсасывающем проводе требует в 2,34 раза больших капитальных затрат. Так, например, при / п л м = 600 а и *2 = 8 ом мощности ПЕК равны 52Е0 и 2250 квар. С учетом удель­ ной стоимости установленной мощности ПЕК около 7 рубіквар дополнительные расходы на ПЕК при сооружении ее в отсасываю­ щем прсводе составляют около 21 тыс. руб. на каждую подстанцию.

Такие дополнительные затраты могут быть оправданы только при серьезном экономическом обосновании. По-видимому, приме­ нение ПЕК в отсасывающем проводе целесообразно в тех случаях, когда на шинах тяговой нагрузки появляются недопустимые напря­ жения обратной последовательности и основное назначение ПЕК заключается в симметрировании напряжений за ПЕК. Во всех остальных случаях предпочтительна схема ПЕК в отстающем плече. Возможно, что исследования уравнительных токов при наличии ПЕК, проводимые в настоящее время в МИИТе, внесут дополни­ тельные коррективы в приведенные выше расчеты. При этом одно­ временно будут решаться вопросы целесообразности параллельной работы тяговых подстанций по тяговой сети.

* * •*

Полученные результаты расчета позволяют сделать следующие

ЕЫВОДЫ:

1.Исследования электромагнитных процессов в цепи преобразо­ вательного электровоза при наличии ПЕК в установившихся ре­

жимах работы невозможны без учета активных сопротивлений.

2. Глубина компенсации индуктивного сопротивления анодной цепи емкостным сопротивлением ПЕК q — — не является произ-

вольной величиной и в любых случаях не должна превышать 0,5 к по условиям режима напряжения в тяговой сети.

3. Сокращение периода коммутации приводит к увеличению производной -—à и к увеличению степени искажения напряжения

122

за]ПЕК. При этом 3-я гармоника напряжения за ПЕК может дости­ гать значений 15% и более, что, несомненно, сказывается на режиме работы потребителей системы ДПР. Это обстоятельство следует учитывать при расчетах производительности и сроков службы этих потребителей.

4. Введение ПЕК оказывает существенное влияние на режим на­ пряжения в тяговой сети и на скорость движения поездов, особенно в вынужденных и аварийных режимах, и это также следует учиты­

ровоза следует различать собственный коэффициент мощности электровоза / э с , представляющий собой отношение активной мощ­ ности, реализуемой электровозом, к кажущейся мощности за ПЕК, и коэффициент мощности электровоза по отношению к источнику питания X, представляющий собой отношение активной мощности электровоза к кажущейся мощности источника питания. В % сос­ тавной частью входит %д с . Расчеты показывают, что %ас при нор­ мальных условиях работы меняется на несколько сотых долей и влияние ПЕК на %э с можно не учитывать в технико-экономических расчетах. Влияние ПЕК на % оказывается более существенным, и это влияние должно учитываться в технико-экономических расче­ тах. Однако при помощи ПЕК не удается повысить коэффициент мощности на шинах тяговых подстанций до приемлемых значений, так как при к = 0,03-f-0,20 и q = 0,1 к ~ 0,5 к коэффициент мощ­ ности X увеличивается незначительно, а при к = 0,304-0,40 он хотя и заметно возрастает, но колеблется в пределах 0,55—0,78 и для его повышения все равно необходимы дополнительные меро­ приятия.

6. Применение ПЕК заметно сказывается на реализации элект­

7. При необходимости симметрирования системы напряжений на ДПР электрически удаленных подстанций наиболее целесооб­ разной оказывается схема ПЕК в отсасывающем проводе. В этом

ного воздействия на энергетические характеристики преобразова­ тельного электровоза наиболее целесообразным оказывается вклю­ чение в ПЕК в рассечку отстающей фазы.

8. В настоящее время МИИТом совместно с ХабИИЖТом про­ водятся исследования технико-экономической эффективности трех­ фазной несимметричной ПЕК, включаемой на стороне 27,5 кв и представляющей собой гибрид трехфазной симметричной ПЕК и однофазной ПЕК в отсасывающем проводе. Такое включение ПЕК дает возможность симметрирования системы напряжений на ДПР при одновременном существенном воздействии на показатели каче­ ства энергии у шин тяговых подстанций.

123

Г Л A B A V

ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕАКТИВНЫХ РЕГУЛИРУЕМЫХ

БАТАРЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ НА ДОРОГАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

21. Трехфазные регулируемые реактивные батареи

Расчеты, выполненные для участка Восточно-Сибирской дороги (см. главу I), показали, что режим системы внешнего электроснаб­ жения при наличии УК и ПЕК далек от идеального, т. е. от режима передачи только активной мощности, равномерно распределенной по фазам. Годовые потери энергии в питающей сети в естественном режиме составили на этом участке 24,5 млн., при наличии УК — 18,5 млн., а в идеальном режиме— 11,5 млн. квт-ч в год. Такие преимущества идеального режима работы питающей сети вызывают необходимость исследовать возможности применения статических средств повышения качества энергии, способных поставить работу тяговых подстанций в условия идеального или близкого к нему режима. Эта задача сложна с электротехнической точки зрения, а ее практическая реализация связана пока с отсутствием достаточно надежных и дешевых статически регулируемых источников реак­ тивной мощности.

Исследования и разработки последних лет в области регулируе­ мых статических реактивных установок [56, 57, 58, ПО, 111] дают обнадеживающие результаты. Первые образцы этих установок по­ казали достаточно высокую надежность. Их стоимость, пока высо­

Всетях энергосистем, питающих симметричные нагрузки, ком­ пенсирующие устройства выполняют симметричными с трехфазным регулированием параметров. Они должны в той или иной степени компенсировать передаваемую по сети реактивную мощность пря­ мой последовательности. В зависимости от потребности такие устрой­ ства могут работать в режиме U = const или Q = const либо в про­ межуточном режиме между этими двумя.

Втяговых сетях, где, помимо мощности прямой последователь­ ности, существует, как было показано выше, непроизводительная мощность обратной последовательности, компенсирующее устрой­

124

ванием, ибо для симметрирования необходимо искусственно гене­ рировать особую систему симметрирующих ТОП компенсирующего устройства. Такая задача может быть решена только пофазным и несимметричным регулированием параметров компенсирующего устройства. При этом компенсирующее устройство должно обеспе­ чивать формирование системы ТПП, компенсирующей в необходи­ мой степени реактивную систему ТПП тяговой нагрузки, а также системы ТОП, уравновешивающей систему ТОП тяговой нагрузки. Необходимость совмещения этих двух функций в одном устройстве делает более понятными предложения, которые рассмотрены в на­ стоящей главе.

Для совмещения в одном РРБ этих двух функций во всех рас­ смотренных ниже схемах необходимо либо регулировать по модулю и аргументу напряжение, подаваемое на РРБ (однофазные РРБ), либо регулировать мощность блоков РРБ (трехфазно-двухфазные РРБ). В обоих случаях статический силовой регулятор (CP) дол­ жен надежно, глубоко и плавно регулировать большую емкостнуюмощность при достаточном быстродействии.

Выбор CP достаточно подробно рассмотрен в [33]. Остановимся кратко на основных CP и тех причинах, которые побудили кафедру «Энергоснабжение железных дорог» МИИТа исследовать новые схе­ мы СР.

Наиболее простой является схема непосредственного включения конденсаторов на напряжение 27,5 кв с последующим введением пофазной мощности РРБ ступенями. Из-за необходимости соединять последовательно большое количество конденсаторов в каждой ступе­ ни на 27,5 кв мощность ступени оказывается равной 1000—1400 квар и плавного регулирования мощности РРБ не обеспечивается. Кроме того, частые переключения ступеней на полное напряжение, неиз­ бежные в условиях тяговых нагрузок, неприемлемы с точки зрения надежной работы конденсаторов и перенапряжений на них. Поэ­ тому от такой схемы регулирования мощности РРБ пришлось отказаться.

При существующем уровне техники в условиях тяговых нагру­ зок конкурентоспособными оказались два типа CP: реакторы с по­ перечным подмагничиванием (РПП) системы ЭНИН им. Г. М. Кржи­ жановского [58] и регулируемые цифровые трансформаторы (РЦТ), предложенные автором совместно с канд. техн. наук А. В. Ефи­ мовым.

Анализ технико-экономических данных реакторов с поперечным подмагничиванием показывает, что эти реакторы благодаря специ­ фике поперечного подмагничивания обладают хорошими регулиро­ вочными характеристиками и приемлемым для тяги быстродей­ ствием. Однако им присущи некоторые недостатки:

РПП не могут быть использованы в наиболее перспективных схемах однофазных РРБ;

РПП обеспечивают кратность глубины регулирования 7—8, что означает необходимость увеличения мощности РРБ на 12—16%;

125-

стоимость РПП по ряду технологических причин в 2,0—2,5 раза выше стоимости трансформаторов;

общие потери РПП составляют 1—2% его реактивной мощности, что сказывается на технико-экономических показателях РРБ .

Эти недостатки РПП требуют поиска новых, более экономичных мощных плавно-регулирующих средств с глубиной регулирования

обычный трансформатор, должен иметь 50—70 отпаек, что тех­ нически неосуществимо.

Этот недостаток устраняется, если вторичную регулируемую обмотку трансформатора выполнить из определенного числа потен­ циально изолированных секций с неодинаковым числом витков. Соотношение чисел витков в секциях должно быть пропорционально соответствующему весовому коэффициенту системы исчисления. При таком исполнении вторичной обмотки РЦТ обеспечивается возможность глубокого (0—100%) регулирования напряжения при количестве секций обмотки не более шести-семи.

126

на вводах подстанции должна при помоши Р Р Б претерпеть конформное пре­ образование.

В общем случае система токов (5-2) может быть получена из системы токов (5-3) конформным преобразованием вида

где к — положительное число, зависящее от нагрузок плеч питания тяговой подстанции;

а— действительное число;

г— преобразуемый вектор; (й — преобразованный вектор.

Ы/^COs(60 — ф л , ) + 2 / ш С 0 8 ф п (

Дополнительные нагрузки фаз, которые конформно преобразуют систему? токов (5-3) в систему (5-2):

12Г

компенсируют реактивную составляющую ТП П и уравновешивают ТОП тя­ говой нагрузки, т. е. обеспечивают формирование заданного идеального ре­

128

Схема присоединения реактивных элементов к тяговой обмотке трансфор­ маторов приведена на рис. 5-1, а векторная ориентация токов Р Р Б — на рис. 5-2.

Следует особо отметить, что законы регулирования ТПП и ТОП трех­ фазной Р Р Б развязаны, так как они задаются отдельными уравнениями, по­ этому трехфазная Р Р Б может работать не только в идеальном, но и в любых других режимах ТП П и ТОП. Так, приравнивая к нулю правую часть урав-