Исследование системы переменного тока 27,5 кВ

Цель работы: исследовать работу системы тягового электроснабжения переменного тока на примере участка с тремя тяговыми подстанциями.

Краткие теоретические сведения

В 50-е годы XX века в СССР и Франции были начаты работы по созданию новой более экономичной системы электрической тяги переменного тока промышленной частоты 50 Гц с напряжением в тяговой сети 25 кВ. В этой системе, как и в системе постоянного тока, тяговые подстанции питаются от общепромышленных высоковольтных трехфазных сетей. Но на них нет выпрямителей. Трехфазное напряжение переменного тока линий электропередачи преобразуется трансформаторами в однофазное напряжение контактной сети 25 кВ, а ток выпрямляется непосредственно на электроподвижном составе. Легкие, компактные и безопасные для персонала полупроводниковые выпрямители, которые пришли на смену ртутным, обеспечили приоритет этой системы. К основным преимуществам данной системы по сравнению с системой постоянного тока можно отнести увеличение расстояния между тяговыми подстанциями, уменьшение площади сечения проводов контактной сети и сокращение потерь электроэнергии.

К настоящему времени по системе переменного тока промышленной частоты электрифицировано около половины электрифицированных железных дорог России и Франции, все электрифицированные железные дороги Китая. Во всем мире электрификация железных дорог развивается по системе переменного тока промышленной частоты.

Можно объединить все достоинства и недостатки этой системы следующим образом /5/.

Преимущества:

1. Основным преимуществом этой системы по сравнению с системой постоянного тока является возможность использования более высокого напряжения в контактной сети с понижением его с помощью трансформатора, установленного на электровозе (меньшие тяговые токи и, следовательно, меньшие потери энергии).

2. Простота тяговых подстанций (тяговые подстанции являются обычными трансформаторными подстанциями).

3. Небольшая площадь сечения контактной сети (100 – 250 мм² в медном эквиваленте).

4. Большое расстояние между тяговыми подстанциями (40 – 60 км).

5. Применение тех же тяговых двигателей постоянного тока, обладающих хорошими тяговыми характеристиками.

6. Возможность регулирования напряжения на электровозе.

7. Малое разъедающее влияние на металлические сооружения.

8. Электровозы переменного тока мощнее, т.к. двигатели постоянно соединены параллельно.

Недостатки:

1. Большое электромагнитное влияние на линии связи (приходиться заменять воздушные линии связи кабельными).

2. Несимметричная загрузка фаз внешней системы.

3. Низкий коэффициент мощности (падает до 0,8).

4. Электровозы переменного тока сложнее и, следовательно, дороже (менее надежны).

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется на базе ЭВМ в лаборатории «Электроснабжение железных дорог» кафедры ЭСЖТ СамГАПС.

1. Загрузить файл «27,5_кВ.xls». Размещение указанного файла на жестком диске компьютера необходимо уточнить у преподавателя. После загрузки появится схема расчетного участка, состоящая из 3-х тяговых подстанций переменного тока (рис.12). Реализовать схему подключения тяговых подстанций к одноименным фазам ЛЭП, т.е. не чередовать подключение менее загруженной фазы («В») к фазам ЛЭП.

Рис.12. Схема расчетного участка

2. Сгенерировать нагрузку в тяговой сети. Для этого необходимо нажать кнопку «Нагрузка ТС» и в появившемся окне нажать кнопку «Генерировать значения». После этого произойдет генерация токовых нагрузок на всех участках схемы в течение суток. После этого необходимо вернуться к расчетной схеме, нажав кнопку «Схема».

3. Выбрать схему питания ЛЭП (одностороннее или двухстороннее). Для этого необходимо нажать кнопку «Амперметр» - появится окно (рис.13,а). На схеме установить одностороннее питание ЛЭП (т.е. питание ЛЭП с одной стороны). Далее выбрать точку замера возле того питающего центра, питание от которого осуществляется.

4. Построить временную диаграмму по выбранной точке (диаграмму токовых нагрузок фаз ЛЭП в течение суток). Для этого надо нажать кнопку «Временная диаграмма» (рис.13,б).

5. Повторить пункт 3 и 4 для двустороннего питания ЛЭП.

6. Вернуться к расчетной схеме и установить подключение трансформаторов тяговых подстанций к фазам ЛЭП таким образом, чтобы происходило чередование подключения менее загруженной фазы («В») к ЛЭП.

7. Повторить пункты 3, 4 и 5.

8. Построить векторные диаграммы работы всех 3-х тяговых подстанций.

9.Сделать выводы по работе.

а)

б)

Рис.13. Вид экрана: а - форма для задания схемы питания ЛЭП

и места установки амперметров; б - пример построения диаграммы

токовых нагрузок фаз ЛЭП в течение суток

Порядок оформления работы

1. Название и цель работы.

2. Схема расчетного участка.

3. 4 временные диаграммы.

4. 3 векторные диаграммы.

5. Выводы по лабораторной работе.

Вопросы для защиты лабораторной работы

1. Какие достоинства имеет система переменного тока 27,5 кВ по сравнению с другими системами?

2. Какие недостатки имеет система переменного тока 27,5 кВ по сравнению с другими системами?

3. Каково назначение нейтральной вставки?

4. При каком варианте подключения тяговых подстанций к энергосистеме внешняя система будет загружена равномерно? Почему?

5. По какому принципу необходимо подключать тяговые подстанции к фазам ЛЭП? Почему?

Лабораторная работа № 7