Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы и элементы теории автоматического регулирования напряжения в тяговом электроснабжении. Учебное пособие
.pdf
)(
5
+
+
УР
ОР
+
+
+
+
−
)(
)(
+
−
+
+
+
+
+
+
+
k
а
б
'
U
1
пс
'
U
d
'
U
пс2
U
пс1 з
−
U
в
U
d
f
3
k
f
3
рW
f
2
k
U
d з
U
пс2 з
)(1рW
рW
6
f
4
f
4
БАРН
f
2
)(2рW
рW
3
f
1
k
f
1
U
d
Рис. 9.12. Блок-схема (а) и структурная схема системы автоматического
регулирования напряжения в контактной сети (б)
Существующая система электроснабжения постоянного тока 3,0 кВ
накладывает ряд ограничений при увеличении транспортных потоков на элек трифицированных участках железных дорог.
141
Усиление системы тягового электроснабжения постоянного тока
3,0 кВ путем строительства промежуточных тяговых подстанций приводит к неоправ данным затратам, так как при пропуске тяжеловесных
грузовых и пассажир ских скоростных поездов, мощности соседних
подстанций недоиспользуются. Очевидно, что в этих условиях требуется согласованная совместная работа со седних тяговых подстанций,
т. е. создание системы управляемого тягового элек троснабжения.
Основными задачами управляемой системы тягового электроснабжения являются: повышение и регулирование напряжения в
контактной сети при тя говом режиме электровозов; обеспечение
надежного рекуперативного тормо жения при переходе электровоза в режим рекуперации и возможности приема избыточной энергии рекуперации инверторными агрегатами тяговых подстан ций;
контроль токов фидеров тяговых подстанций с целью недопущения
от ключения фидерных автоматов от перегрузки с одновременным ограничением допустимых токов нагрузки проводов контактной сети.
Технической основой для создания системы управляемого тягового электроснабжения служит тяговое трансформаторное оборудование с бескон тактным автоматическим 15—18%-ным диапазоном регулирования выпрямлен ного напряжения тяговых подстанций
(трансформаторы ТДПУ-20000/10(35), ТДП-16000/10(35), ТРДП16000/10(35), реакторы РТДП-6300/10(35) и шкафы автоматического регулирования напряжения типа ШАУН. Мощность трансформатора ТРДП-16000/10 на 15 % больше мощности нерегулируемого
транс форматора ТРДП-12500/10, что позволяет при номинальном
токе преобразова тельного агрегата (3150 А) получать на выходе выпрямленное напряжение 3800 В вместо 3300 В. Для автоматического
управления шкафами ШАУН и, соответ ственно, выпрямленным напряжением тяговых подстанций с целью поддержа ния напряжения
в контактной сети (например, около поста секционирования) не ниже
заданного уровня используется система регулирования напряжения в
контактной сети («Сирена»). При этом следует подчеркнуть, что стоимость управляющих и регулирующих устройств несоизмеримо меньше,
чем затраты на строительство дополнительных подстанций, принятого в
качестве основного способа усиления тягового электроснабжения 3,0кВ.
При нахождении поезда между подстанциями электровозом потребляется электрическая энергия от двух соседних подстанций, а при
нахождении поезда у тяговой подстанции электровозом потребляется электрическая энергия в основном только от этой подстанции.
Управляющим параметром приведения в действие принудительного перераспределения мощности является достижение номинально-
142
го тока тяго вой подстанции или предельно допустимого тока питающего фидера кон тактной сети этой подстанции, а также достижение
минимально допустимого напряжения в контактной сети.
Система управляемого электроснабжения на основе автоматического ре гулирования напряжения тяговых подстанций постоянного
тока может быть ре ализована на действующих подстанциях электрифицированного участка под ключением к нерегулируемым преобразователям регулируемых вольтодобавочных устройств и на вновь
электрифицируемых направлениях — установкой на подстанциях
регулируемых преобразователей.
Изменением уровней стабилизации напряжения тяговых подстанций, т. е. введением принудительного перераспределения установленных на подстанциях мощностей, может быть осуществлен
пропуск тяжеловесных и скоростных по ездов без строительства промежуточных тяговых подстанций.
Т П 1
ПС 1
U U U К С
Рис. 9.13. Функциональная схема управляемого электроснабжения
Т П 2
на участке
Т П 3
ПС 2
Функциональная схема системы управляемого электроснабжения представлена на рис. 9.13. Контро лируемая по напряжению точка контактной сети, например пост секционирования ПС, посы лает
на две соседние подстанции информацию о снижении напряже ния
в контактной сети менее установленной контролируемой величины.
На тяговой подстанции выполнение задачи управляемого электроснабжения производится по алгоритму, представленному функциональной схемой на рис. 9.14 с выполнением следующих операций алгоритма.
143
Ud
= 3600 В
= 3000 A
= 2800 В
U
= 2800 В
Управляемый
преобразова-
тельный
агрегат
От соседних
постов
секциониро-
вания
з
Ud
Id
з
Id
U
псз
U
пс
слева
псз
U
пс
справа
нет
> 2800
> 2800
> 3600
> 3000
нет
нет
да
нет
да
1
1
1
(или)
&
(и)
Ud
Ud
Рис. 9.14. Функциональная схема алгоритма работы системы управляемого
электроснабжения тяговой подстанции и двух постов секционирования
1. Регулирование выходного напряжения тяговой подстанции на
любом исходном стабилизированном уровне в диапазоне от 3400
до 3700 В (3500—3800 В).
2. При повышении рекуперирующим электровозом напряжения,
превышающего уровень стабилизированного напряжения на шинах
тяговой подстанции, преобразовательными агрегатами производится автоматическое снижение уровня стабилизированного напряжения. Это способствует пе редаче энергии рекуперации через шины
подстанции на соседнюю межподстанционную зону, и при нулевом
значении тока тяговой подстанции включается инверторный агрегат для приема избыточной энергии рекуперации. После сброса или
снижения тока рекуперации система возвращается в исходное состояние с установленным ранее уровнем стабилизации. Такое действие
алгоритма направлено на повышение эффективности рекуперации.
Если в середине фидерной зоны находятся рекуперирующий элек-
тровоз и другой электровоз, работающий в тяговом режиме, то пи-
144
тание тягового режима другого электровоза будет осуществлено от
тяговой подстанции и рекупери рующего электровоза или только от
рекуперирующего электровоза.
3. При поступлении сигнала о напряжении на посту секционирования менее, например 2800 В, а токи тяговой подстанции или фидера не достигли предельной величины, то система плавно повышает
выходное напряжение на подстанциях до возможного предельного уровня 3700 В (3800 В), независимо от наличия на фидерной зоне
электровоза с рекуперативным режимом работы, обеспечивая приоритет тягового режима.
При превышении током нагрузки предельной величины (например, номинального тока преобразователя 3150 А или предельно допустимого тока фидера) производится ограничение тока понижением напряжения на регулируемых преобразовательных агрегатах
тяговых подстанций, в районе которых находится скоростной или
тяжеловесный поезд.
Рассмотрим результаты выполнения задач алгоритма управляемой системы тягового электроснабжения.
1. В 1979 г. на межподстанционной зоне Арамиль (25 км) — Колюткино (43 км) направления Екатеринбург — Каменск-Уральский
на ниболее тяжелом по профилю пути участке с руководящим подъемом 6,7 ‰ проведена 91 опытная поездка с поездами при работе
электровозов в режиме тяги. Среднее значение напряжения на токоприемнике электровозов при естественных характеристиках тяговых подстанций с напряжением холостого хода 3550 В (рис. 9.15, а)
равно 3220 В с диапазоном изменения 900 В; при работе систем БАРН
со стабилизацией напряжения на шинах подстанций на уровне 3500 В
(рис. 9.15, б) равно 3430 В (500 В) и со стабилизацией напряжения на
уровне 3800 В (рис. 9.15, в) равно 3680 В (450 В). Погрешность стабилизации напряжения на шинах тяговых подстанций при этом составляла ± 1 %.
145
а
∆U
э, кВ
3,5
Ū
= 3,22 кВ
э
σ
= 156 В
U
э
∆Uэ = 900 В
3,3
3,1
2,9
2,7
∆U
25
э, кВ
б
3,9
29
27
Ū
= 3,429 кВ
э
σ
= 110 В
U
э
35
31
33
37 39
3,7
∆U
41
= 500 В
э
43 l, км
3,5
3,3
3,1
25
∆U
в
э, кВ
4,1
27
Ū
σ
U
29
31
= 3,68 кВ
э
= 111 В
э
35
33
37 39
∆U
= 450 В
э
41
43 l, км
3,9
3,7
3,5
3,3
25
29
27
31
35
33
37 39
41
43 l, км
Рис. 9.15. Изменение напряжения на токоприемнике электровозов
с поездами различной массы: а — работа тяговых под станций
по естественным характеристикам; б — работа тяговых подстанций
по стабилизированным характеристикам на уровне 3,5 кВ;
в — на уровне 3,8 кВ
На рис. 9.16 показаны графики изменения напряжения на токоприемнике электровоза при движении в нечетном направлении на
более протяженном участке пс Марамзино — тп Колюткино — пс
Хризолитовый — тп Арамиль с поездами массой 5300 т при работе
электровоза в режимах тяги, выбега и рекуперативного торможения.
146
а
б
U
,кВ
э
3,4
3,2
3,0
2,8
V, км/ч
,кВ
U
э
3,8
СП
35
С
Q = 5344 тс
238 осей
35
4570
Направление
движения
естественная
характеристика
= 3,5 кВ)
т.п.с.(U
dxx
40
СП
Ос т.
55
С
55
75
Р
65 50
55
П
Направление
движения
65 50
П
V, км/ч
в
V, км/ч
Профиль
3,6
3,4
3,2
U
,кВ
э
3,8
3,6
3,4
3,2
Режим
Станции
20 65 70 80
35
С
СП
Q = 5300 тс
26
СП
Арамиль
–0,3
–1,8
Q = 5320 тс
240 осей
236 осей
45
Р
30
+6,6
60
70
Р
0,1
40
50
34
Хризолитовый Колюткино
+6,2
–1,3
60
60
П
38
–4,1
Ос т.
42
СП2
Направление движения
характеристкиа т.п.с.
АСНТп Ud
60
35
40
СП3
«Сирена» U
–1,1
–4,2 0,3
–2,5
стабелизированная
= 3,8 кВ
ст
30
35
15
СП2
СП
= 3,5 кВ
пс
46
П
50
Марамзино
+5,0
–2,7
50
СП2
Ос т.
СП2
–1,1
Рис. 9.16. График изменения напряжения на токоприемнике электровозов
на участке от Марамзино до Арамиля — режим тяги; — режим выбега;
--- режим рекуперативного торможения
При естественных характеристиках тяговых подстанций Колюткино и Арамиль с U
= 3500 В напряжение на токоприемнике элек-
dхх
тровоза в режимах тяги изменялось в диапазоне от 3300 В до 2900 В,
при стабилизации на уровне 3800 В — от 3800 В до 3400 В.
147
2. Работа системы БАРН по сигналам с постов секционирования
(система «Сирена»). Первоначально (в 1970-х и в 1980-х годах) алгоритмом работы си стемы «Сирена» предусматривалась стабилизация
напряжения на постах сек ционирования на задаваемом уровне от
3000В до 3500 В. В дальнейшем алго ритм работы системы «Сирена»
был изменен и заключался в поддержании напряжения в контактной
сети в контролируемой точке (например, у поста сек ционирования)
не ниже заданного уровня. То есть система «Сирена» вступала в работу, если только напряжение в контактной сети стало меньше заданного уровня, например 2700 В, 2800 В или 3000 В. Алгоритм работы системы рассмотрен ранее на примере рис. 9.13.
На графике рис. 9.16, в представлено изменение напряжения на
токоприем нике электровоза при работе системы БАРН по поддержанию напряжения на постах секционирования Марамзино и Хризолитовый на уровне 3500 В. Действительно, при прохождении поезда по зоне наблюдается по сравнению с графиками рис. 9.16, а
и 9.16, б меньший диапазон изменения напряжения. На постах секционирования поддерживается напряжение в пределах 3500 В—3600 В.
Повышение напряжения на электровозе около тяговой подстанции
Ара миль вызвано работой системы БАРН по сигналам с поста Хризолитовый или с другого поста (19 км) в соседней межподстанционной зоне.
Работа систем БАРН и «Сирена» по поддержанию напряжения
на по стах секционирования Арамиль и Марамзино на уровне 3500 В
также представ лена в табл. 9.1.
Из табл. 9.1 видно, что в 14 часов 44 минуты, при появлении тяговой нагрузки на зоне Арамиль — Колюткино (по фидерам 4,5 —1000 А;
1,2 — 1200 А) и на зоне Ко люткино — Храмцовская (по фидерам
3,4 — 1350 А), система «Сирена» повышает напряжение одновременно на шинах тп Арамиль до 3,76 кВ и на шинах тп Колюткино
до 3,75 кВ. При этом напряжение на пс Хризолитовый поддерживается на уровне 3,5 кВ, а на пс Марамзино равно 3,47 кВ. Увеличение напряжения на тп Колюткино зафиксировано увеличением
тока управления Iу2 второго реакто ра РТДП-6300/10 до 30 А. В режиме холостого хода U
= 3,54 кB ток Iу2 равен 1— 2А. Режим, близ-
dxx
кий к холостому ходу преобразователя на тп Колюткино, имел место в 14 часов 52 минуты.
148
Таблица 9.1
,
м
кВ
U
,
ф4
кА
I
,
ф3
I
кА
,
у2
I
А
,
d
кВ
U
,
d
кА
I
,
ф2
кА
I
,
ф1
Схема питания
I
кА
,
хр
кВ
U
,
ф4
I
Изменение токов и напряжений на тяговых подстанциях
и постах секционирования при работе системы «Сирена»
Ф5 Ф1 ФЗ
Ф4 Ф2 Ф4
тп Арамиль пс Xризолитовый тп Колюткино пс Марамзино
кА
,
ф5
I
кА
,
d
U
кВ
,
d
кА
I
14.44 2,2 3,76 0,5 0,5 3,5 1,2 0 2,55 3,75 30 1,0 0,35 3,47
45 2,1 3,71 0,3 0,4 3,5 0,7 0 2,0 3,65 15 0,9 0,2 3,47
46 1,6 3,66 од 0,5 3,53 0,4 0 1,5 3,6 12 0,9 0,1 3,53
47 1,6 3,61 0,15 0,75 3,53 0,4 0 1,7 3,6 10 1,1 0,1 3,53
Время,
мин
48 1,4 3,61 0,1 0,6 3,5 0,4 0 0,9 3,62 6 0,1 0,05 3,53
149
49 1,5 3,66 0,25 0,7 3,51 1,0 0 1,7 3,71 14 0,1 0,1 3,6
50 1,4 3,61 0,2 0,8 3,51 0,9 0 1,2 3,63 8 0,05 0 3,57
51 1,8 3,66 0,3 0,8 3,5 1,0 0 1,1 3,6 10 0 0 3,6
52 2,4 3,71 0,5 0,8 3,47 0,7 0 0 3,7 - 3,75 1 0,1 - 0,8 3,6
53 2,3 3,71 0,5 0,7 3,49 0,7 0 0,9 3,62 4 0,1 0,05 3,53
В 14 часов 51 минуту наличие значительной тяговой нагрузки на
зоне Арамиль — Колюткино по фидерам 4,5 — 1100 А и 1,2 — 1000 А
позволило системе «Сире на» повысить напряжение на тп Арамиль
до 3,66 кВ, поддержав тем самым напряжение на пс Хризолитовый
на заданном уровне 3,5 кВ. Отсутствие тяго вой нагрузки на зоне
Колюткино — Храмцовская вызвало повышение напряже ния на
пс Марамзино до уровня напряжения, равного напряжению на шинах
тп Колюткино 3,6 кВ. Таким образом, система «Сирена» обеспечивает регулиро вание напряжения на шинах постов секционирования
с одновременным учетом тяготой нагрузки (поездной ситуации) на
смежных межподстанционных зонах.
3. Проверка алгоритма системы АСНТп по обеспечению надежного реку перативного режима электровоза произведена на участке
Екатеринбург — Каменск-Уральский по результатам поездок с динамометрическим вагоном.
На графиках рис. 9.16, а и рис. 9.16, в штриховой линией показа-
но напряжение на токоприемнике при работе электровоза в режиме рекуперативного торможе ния на спуске с уклоном 6,7 ‰ от поста секционирования Хризолитовый в сто рону тяговой подстанции
Арамиль. Переход в режим рекуперации произведен машинистами
при напряжениях в контактной сети на рис. 9.16, а 3200 В при скорости 75 км/ч и на рис. 9.16, в — 3500 В при скорости 30 км/ч. При
стабили зации напряжения на тяговых подстанциях на уровне 3800 В
напряжение в кон тактной сети при движении на выбеге со скоростью
65 км/ч перед спуском со ставляло 3800 В, график — на рис. 9.16, в.
Машинист из-за высокого напряжения в контактной сети не применил электрического торможения, хотя на спуске ско рость достигла
80 км/час, а применил механическое торможение с понижением скорости перед входом на станцию Арамиль до 20 км/ч. Станцию Арамиль все три поезда прошли без остановок со скоростью 26—35 км/ч.
Таким образом, дополнительно подтверждается одна из задач
управляемой системы тягового электроснабжения — повышение напряжения на тяговых под станциях в тяговом режиме работы электровозов и снижении напряжения на тяговых подстанциях при введении рекуперативного режима.
Надежное рекуперативное торможение обеспечивается наличием на меж подстанционных зонах электровозов с тяговым режимом
или (и) наличием на тяговых подстанциях инверторных агрегатов
для приема энергии рекуперации (без электровозов с тяговым режимом) или избыточной энергии рекупера ции. С этой целью в шкафу
ШАУН-5 по сигналам о величине напряжения и то ка тяговой под-
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]