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

X

Рис. 5-49

можно еще более сократить. Схема такого РРБ и поле формируе­ мых напряжений приведены на рис. 5-48, г, д. Как видно из этой схемы, мощность трансформаторов РРБ

и составляет всего 0,955 мощности РРБ . При этом необходимо не­ значительное изменение сечения тяговых обмоток тягового транс­

190

Следует, однако, отметить, что если в первом случае блоки РРБ могут быть выполнены на любом напряжении, то во втором случае напряжение блоков 27,5 кв.

В [34] рассмотрен вариант схемы трехфазно-двухфазной РРБ , собранной по схеме двух двухлучевых зигзагов. Для этой схемы (см. рис. 5-49, а) мощность трансформаторов РРБ в отличие от схемы на двух открытых треугольниках

Как и однофазная, трехфазно-двухфазная РРБ может быть вы­ полнена с использованием части обмотки отстающей фазы тягового трансформатора в качестве базисного трансформатора РРБ . Схема такой трехфазно-двухфазной РРБ изображена на рис. 5-49, б. Для этой схемы мощность трансформаторов

Несмотря на значительную мощность трансформаторов, эта схема выгодно отличается от схемы двух открытых треугольников без ба­ зисного трансформатора тем, что блоки РРБ в этой схеме могут быть выполнены на любом напряжении, и требует только выполнения дополнительного вывода и изменения сечения части обмотки от­ стающей фазы тягового трансформатора.

В отличие от однофазной трехфазно-двухфазная РРБ выполняется на нерегулируемых трансформаторах и поэтому вообще может быть выполнена [33] без трансформаторов (рис.5-49, е). Для этого доста­ точно предусмотреть только два дополнительных вывода на тяговых трансформаторах, а блоки РРБ присоединить так, как это изображе­ но на рис. 5-49, в, без дополнительной переделки обмоток тягового трансформатора. Другие варианты схем трехфазно-двухфазных РРБ рассмотрены в [33].

25.Регулируемый цифровой трансформатор

иэлементы схемы управления РРБ

Цифровой трансформатор на вторичной стороне выполняется из; нескольких потенциально изолированных секций с неодинаковым; числом витков, но с соотношением чисел витков в секциях, пропор­ циональным соответствующему весовому коэффициенту системы ис­ числения.

191

При таком исполнении число секций п для реализации Nm сту­ пеней равно

(5-340)

lg Ô

где b — основание принятой системы исчисления.

При этом в РЦТ необходимо предусмотреть в р раз меньше сек­

При выборе системы цифрового регулирования рассматривались варианты использования естественного двоичного и рефлексного двоичного кода (кода Грея). При применении естественного двоич­ ного кода не удается снизить число переключений при переходе с од­ ной ступени на другую, что, конечно, отражается на надежности пе­ реключающего устройства, которая зависит от числа переключений при переходе с одной ступени на другую. Например, при переходе с 15-й ступени (1111—в двоичном естественном коде) на 16-ю [1000] необходима коммутация пяти секций.

Эти недостатки естественного двоичного кода можно устранить, если использовать код Грея, так как последовательные числа в ко­ де Грея отличаются друг от друга только одним разрядом. Следо­ вательно, если работу компенсирующего устройства РЦТ подчинить коду Грея, то можно выполнить трансформатор, у которого переход с одной позиции регулирования напряжения на другую осуществ­ ляется коммутацией только одного коммутирующего (контактного или бесконтактного) элемента. На рис. 5-50, а приведена принци­ пиальная схема такого РЦТ. Для большей наглядности переклю­ чающее устройство в схеме выполнено на ключах. При этом правое положение ключа переключателя соответствует нулю, а левое — единице в /-м разряде кода Грея.

192

В зависимости от того, как используются пары выходных зажимов РЦТ, можно полу­ чить три регулировочные характеристики (рис. 5-50, б). При включении нагрузки на напряжения £/2 ц) или £/2(2> ступень регулирования на­ пряжения РЦТ

В качестве примера на рис. 5-51 приведена схема РЦТ с четырьмя секциями и с токоограничивающими со­ противлениями.

В качестве выходного принято напряжение U2(3). Количество основных пози­ ций равно 2" = 16 (позиции О, 2, 4, ... ) . Дополнительные позиции (1, 3, 5, ...) получа­ ются для этого выходного на­ пряжения включением ключа токоограничивающего сопро­ тивления и параллельной этому сопротивлению пары четного и нечетного ключей данного переключателя. Схе­ ма с контакторами вместо

ключей неприемлема для режима работы РРБ, но может быть использована на электровозах переменного тока, где минимум сек­ ций вторичной обмотки может существенно упростить коммутацию, удешевить стоимость оборудования и улучшить пусковые характе­ ристики за счет более плавного регулирования напряжения.

Для целей РРБ наиболее приемлемы в настоящее время тиристо­ ры (в дальнейшем возможно использование вакуумных выключате­ лей). Схема РЦТ на тиристорах представлена на рис.5-52, а, а на рис. 5-52, б построена зависимость коэффициента установленной мощности тиристоров Ат от числа секций п РЦТ для m = const. Здесь m — отношение максимального тока регулирования к мак­ симальному току нагрузки (0 ^ m ^ 1,0).

Как видно из рис. 5-52, б, установленная мощность тиристоров схемы в таком исполнении для п = 5 ~ 7 колеблется от 4,5 до 6, 8, т. е. установленная мощность тиристоров существенно выше проход­ ной мощности трансформатора РРБ . На кафедре «Энергоснабжение железных дорог» МИИТа рассматривалось несколько вариантов схемы РЦТ, из которых наиболее перспективными оказались схемы с гибридными переключателями. На рис. 5-53, а показана схема од­ ного переключателя с гибридными переключателями, а на рис. 5-53, б — кинематическая схема самого переключателя. Идея пере­ ключателя заключается в том, что контакты контакторов 1 и 2 при отсутствии напряжения на переключателе под воздействием пружин 3 контакторов замыкаются. Так как контакторы включены последо­ вательно с тиристорами, а их катушки управления 4 — параллель­ но, наличие на переключателе напряжения возбуждает катушки кон­ такторов, сердечник 5 втягивается, и контакты разрываются, меха­ нически снимая с тиристоров обратные напряжения. Если тиристо­ ры открыты или. пробиты, катушки контакторов не возбуждены и цепь тиристоров замкнута. Применение таких гибридных переклю­ чателей РЦТ позволяет резко снизить расход тиристоров. Так, при

Рис. 5-53

194

На основании выведенных выше законов регулирования парамет­ ров РРБ была разработана и экспериментально исследована функ­ циональная схема автоматики одного блока РРБ [33]. В настоящее время эти работы продолжаются.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие ос­ новные выводы:

1. Средства повышения качества энергии должны одновременно симметрировать тяговую нагрузку и исключать реактивную мощ­ ность прямой последовательности в звене питающей сети, стабили­ зировать напряжение на шинах тяговых подстанций и резко повы­ шать напряжение в тяговой сети, разгружать тяговые трансформато­ ры от потоков реактивной мощности и снижать их установленную мощность и связанные с этим потери в их стали.

2.Наиболее полно отвечают поставленным выше требованиям трехфазные, однофазные или трехфазно-двухфазные статические реактивные регулируемые батареи.

3.Трехфазные РРБ обеспечивают возможность работы тяговых

подстанций в режимах полного симметрирования тяговой нагрузки и полного симметрирования и полной компенсации реактивной мощ­ ности прямой последовательности. Последний режим назван идеаль­ ным.

4. Трехфазные РРБ отличаются от остальных РРБ тем, что зако­ ны регулирования ТПП и ТОП независимы.

5 . Однофазная РРБ предельно несимметрична. Она обеспечивает при одинаковой с симметричной трехфазной батареей мощности фор­ мирование равных ТПП и ТОП. При этом мощности прямой после­ довательности симметричной трехфазной и однофазной батарей ока­ зываются одинаковыми.

6. Наиболее целесообразна однофазная Р Р Б , собранная по схе­ ме трехлучевого зигзага и по схеме с использованием части обмотки отстающей фазы тягового трансформатора в качестве нерегулируе­ мой части базисного трансформатора Р Р Б .

7. Наиболее целесообразны два режима работы однофазной Р Р Б : полного симметрирования и минимума потерь.

8 . В отличие от трехфазной РРБ в однофазной РРБ режимы фор­ мирования ТПП и ТОП связаны между собой жестко — ТПП и ТОП по модулю всегда равны друг другу. Поэтому оба режима по показа­ телям качества энергии близки друг другу.

9. Для лучшего использования установленной мощности одно­ фазной РРБ и наиболее эффективного воздействия на показатели качества энергии целесообразно выбирать параметры РРБ по режиму I с последующим использованием РРБ при меньших нагрузках в ре­ жиме I I , а при больших — в режиме I .

10. При внедрении централизованной АСУ режимами энерго­ снабжения мощности РРБ могут быть еще больше снижены, а сами законы должны быть откорректированы с учетом взаимодействия подстанций в общей системе внешнего электроснабжения.

Г Л А В А V I

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ТЯГОВЫХ СЕТЯХ

26. Принципы оценки технико-экономической эффективности

источников реактивной мощности

Регулируемые, авторегулируемые и нерегулируемые статические источники реактивной мощности, проектируемые и серийные, уста­ навливаемые в тяговых сетях, должны рассматриваться как новая техника, дающая экономический эффект.

Подход к выбору оптимальной мощности любого источника реак­ тивной мощности исходя из наперед заданных, нормированных зна­ чений тех или иных показателей качества энергии у шин тяговых под­ станций, недопустим, так как он нарушает прямую связь между ка­ питальными затратами и экономическим эффектом новой техники.

В качестве экономического критерия в соответствии с [93, 94, 27, 66, 95] используют приведенные затраты. Оптимальными пара­ метрами обладает такое устройство, для которого соблюдается условие

гулируемой или нерегулируемой компенсации общим критерием оп­ тимальности параметров должно быть соблюдение условия (6-1). Выбор параметров того или иного устройства повышения качества энергии в соответствии с уравнением (6-1) означает только тот факт, что решена задача выбора оптимальных параметров устройства (устройств) данного типа. Однако решение этой задачи не может рас­ сматриваться как окончательное, так как в распоряжении проек­ тировщика имеется ряд средств повышения качества энергии с не­ одинаковыми капитальными затратами, по-разному воздействующих на эти показатели. Эти устройства могут быть установлены в различ­ ных узлах тяговой сети, при этом их технико-экономическая эффек­

тивность существенно меняется. Следовательно, выбор оптималь­ ных параметров данного типа устройства повышения качества энер­ гии — только первый этап, не дающий ответа на очень важный для проектировщика вопрос о том, какие средства повышения качества

196

энергии в данных условиях наиболее предпочтительны. На этот вопрос аргументированно можно ответить только после сравнения приведенных расходов по участвующим в сравнении типам уст­ ройств, каждое из которых выбиралось по условию (6-1).

При экономической оценке влияния статических источников ре­ активной мощности на показатели качества в расчеты необходимо включать всю тяговую сеть и питающую ее энергосистему, связанные в единое целое общим процессом производства, передачи и распреде­ ления электроэнергии, так как именно здесь сказывается экономи­ ческий эффект от этих устройств.

После выбора типа устройств повышения качества энергии, па­ раметры которых необходимо выбирать оптимальным образом для данной, автономной с точки зрения электроснабжения группы под­ станций, составляется уравнение приведенных расходов, куда в со­ ставляющую капитальных затрат ЕИК вводятся в общем виде затра­ ты на выбранные устройства исходя из предположения, что такие устройства монтируются на всех подстанциях или фидерных зонах данной группы подстанций. Во вторую часть уравнения (6-1) долж­ ны быть введены, также в общем виде, те составляющие эксплуата­ ционных расходов, на которые воздействует данный тип устройства. Минимизация полученного выражения определенным математичес­ ким методом обеспечивает отыскание параметров выбранных уст­ ройств, которые при заданном сроке окупаемости минимизируют при­ веденные расходы выбранной группы подстанций.

Полученные расчетом приведенные расходы при применении дан­ ных устройств являются исходным материалом для сравнения с при­ веденными расходами, получаемыми при применении для данной группы подстанций устройств другого типа. Наиболее приемле­ мым для данной группы подстанций следует считать такой тип уст­ ройств, которому соответствуют минимальные приведенные расходы.

Как видно из вышеизложенного, задача выбора оптимальных па­ раметров статических источников реактивной мощности связана с большим количеством расчетов и эту задачу при формализованном подходе к ее решению можно на стадии проектирования решать при помощи ЭВМ.

В настоящее время эта задача решается совместными усилиями

(6-1) наибольшие трудности возникают при оценке степени влияния различных статических источников реактивной мощности на пока­ затели качества энергии и выражении этого влияния в экономичес­ кой форме. Материал предшествующих глав позволяет оценить сте­ пень этого влияния и отобрать те показатели, на которые влияют эти устройства и которые экономически значимо влияют на эксплуата­ ционные расходы.

Анализ полученных в главе IV результатов расчета показателей качества показывает, что ПЕК наиболее существенно влияет на

197

э. д. с. электровоза, т. е. на его скорость. Влияние ПЕК на собст­ венный коэффициент мощности электровоза незначительно и может не учитываться в экономических расчетах. Изменение коэффициента мощности тяговой нагрузки по отношению к источнику энергии бо­ лее существенно, и этот показатель следует учитывать в расчетах потерь энергии в питающей сети. В экономических расчетах потерь энергии необходимо учитывать зарядные емкости питающей цепи [23]. При значительных нагрузках системы ДПР необходимо учиты­ вать ущерб от несинусоидальности кривой напряжения за ПЕК и до­ полнительной несимметрии трехфазной системы напряжений при включении ПЕК в рассечку фидеров контактной сети.

Таким образом, суммарное влияние ПЕК на эксплуатационные расходы можно представить так

на коэффициент мощности и связанные с ним потери энергии в пи­ тающей сети на участке между УК и источниками питания. Экономи­ ческий эффект от снижения несимметрии напряжения и некоторого увеличения напряжения (при установке УК на подстанциях) можно не учитывать. В случае установки УК на перегонах учет изменения режима напряжения при УК в балансе эксплуатационных расходов необходим. Жесткое включение УК на напряжение 27,5 кв и после­ довательно с ним реактора определяет необходимость учета актив­ ных потерь энергии в конденсаторах и реакторах. Как показали ис­ следования [63], эти потери соизмеримы с экономией потерь энергии в питающей сети.

198

Таким образом, уравнения приведенных расходов для УК на под­ станции и на перегоне соответственно получают следующий вид:

где Эс, Зр — стоимость потерь энергии соответственно в конден­

^ы> ^ с р І — максимально допустимое и среднее напряжения в узле присоединения УК, кв.

Несмотря на внешнюю простоту формул (6-4)—(6-6), выявить па­ раметры источников реактивной мощности, соответствующих усло­ вию (6-1), очень сложно. В зависимости от типа и места установки источника реактивной мощности эта задача решается либо простой минимизацией уравнения (6-1) по параметрам этих источников [38], либо методом статистических испытаний, либо методами оптималь­ ного планирования экстремальных экспериментов, либо более слож­ ными методами типа метода Кифера—Джонсона [103, 106, 118, 119].

Ниже показано, как эта задача решается применительно к УК на подстанциях1 .

27. Выбор оптимальной мощности УК на подстанциях2

Следует различать понятие установленной и используемой мощности У К . Под установленной подразумевается реактивная мощность У К при макси­ мальном напряжении на ней (в нашем случае при UM = 29 кв). Под исполь­ зуемой подразумевается мощность УК, соответствующая среднегодовому на­

199