Автоматизация Аржанников Б.А

Цифровой регулятор (ЦР) системы «Сирена» (рис. 5.2) позволяет осуществить сравнительно несложное согласование с системой АСНТп. При изменении тока нагрузки в контактной сети изменяется напряжение постов секционирования Uпс 1, Uпс 2, которые через датчики напряжения ДН поступают по каналам связи (цепь обратной связи) на элементы сравнения логического блока цифрового регулятора, на которые поступает также задающее воздействие Uз, определяющее установку уровня напряжения в контактной сети у постов секционирования. Сигналы рассогласования с элементов сравнения поступают в блок управления БУ, который формирует управляющее воздействие в зависимости от уровня и соотношения между собой напряжений постов секционирования.

На выходной блок ВБ цифрового регулятора поступает сигнал, пропорциональный отклонению напряжения постов секционирования от заданного. Выходной блок вырабатывает сигнал, являющийся дополнительным задающим воздействием Ud з для системы автоматической стабилизации напряжения на шинах тяговой подстанции АСНТп. Система стабилизации напряжения с учетом задающего начального сигнала Ud з изменяет уровень напряжения на шинах тяговой подстанции с целью компенсации изменения напряжения на постах секционирования, поддерживая его уровень неизменным.

Такой режим (обозначим его первым режимом) регулирования реализован в системе «Сирена». (прил. П.3) Решая задачу по поддержанию напряжения на постах секционирования на заданном уровне, имеем динамически устойчивый характер изменения напряжения тяговых подстанций на взаимосвязанных фидерных зонах. В результате регулирования появляется разность мгновенных и средних значений регулируемых напряжений соседних тяговых подстанций, а на фидерных зонах — «уравнительные токи» и вызванные ими дополнительные потери электрической мощности.

При работе системы «Сирена» по поддержанию среднего уровня напряжения на посту секционирования потери мощности на зоне повышаются в 3–4 раза.

Поэтому разработан более экономичный по потерям мощности от «уравнительных токов» второй режим работы системы «Сирена», при определении алгоритма которого заложен следующий принцип его построения: возможность автоматического

31

повышения или понижения напряжения при режимах тяги и рекуперации; минимально-возможное по времени и по величине отклонение напряжения на шинах соседних тяговых подстанций.

Алгоритм второго режима определяет следующую последовательность работы системы электроснабжения с модернизированной системой «Сирена». В исходном (нормальном) положении на шинах всех тяговых подстанций система АСНТп поддерживает стабилизированные характеристики на уровне 3600 В. Изменение уровня стабилизации 3600 В в сторону увеличения напряжения происходит по сигналу датчика напряжения хотя бы одного из постов секционирования. Если напряжение в точке контроля снизилось ниже уставки (наименьшего длительного для электровоза 2800 В или номинального 3000 В), то система АСНТп двух соседних тяговых подстанций (рис. 5.1) плавно повышает напряжение на шинах подстанций вплоть до максимального уровня 3800 В. При повышении напряжения на посту секционирования до уставки система АСНТп возвращает исходный уровень напряжения на тяговых подстанциях 3600 В. При появлении на зоне рекуперирующего электровоза и повышении им напряжения свыше 3600 В напряжение на шинах соседних с зоной рекуперации тяговых подстанциях понижается до минимального уровня стабилизации 3500 В. Этим обеспечивается переток энергии рекуперации через шины подстанции на соседнюю фидерную зону.

Рис. 5.3. Схема алгоритма системы управляемого электроснабжения с использованием системы «Сирена»

32

Алгоритм работы системы электроснабжения с системой «Сирена», представлен на рис. 5.3. Этим алгоритмом предусматривается стабилизация напряжения на тяговой подстанции на заданном уровне и контроль минимального напряжения на соседних постах секционирования. При поступлении с поста (постов) информации о снижении напряжения менее уставки, например 3000 В, на тяговой подстанции напряжение повышается. При повышении напряжения на тяговой подстанции от рекуперирующего электровоза система понижает напряжение преобразовательного агрегата, приводящее к сбросу его тока нагрузки.

33

Лекция 6

Регулятор системы автоматической стабилизации напряжения тяговой подстанции на микропроцессорной базе

Регулятор — шкаф автоматического управления напряжением ШАУН5-У4 входит в систему автоматической стабилизации напряжения тяговой подстанции АСНТп.

Функциональная схема системы автоматической стабилизации напряжения со шкафом ШАУН5-У4 представлена на рис. 6.1. В качестве регулирующего органа (РО) используется, рассмотренные в лекции 4, реакторы УР1-УР2 или НР1-УР2. Объектом регулирования является преобразовательный агрегат (преобразовательный трансформатор и выпрямительный блок).

Шкаф автоматического управления напряжением состоит из следующих основных частей:

—силовой блок включает большой (В) и малый (S) тристорные мосты,

—блок управления — контроллер CPU.

Датчик напряжения ДН измеряет выпрямленное напряжение и посылает сигнал измерения в контроллер шкафа, образуя отрицательную обратную связь замкнутой системы автоматического регулирования.

Датчик тока ДТ преобразовательного агрегата измеряет ток нагрузки агрегата и предназначен только для контроля максимальнодопустимой величины тока, используемой в режиме работы системы «Ограничение тока преобразовательного агрегата».

Таким образом, система относится к классу замкнутых систем автоматического регулирования, рассмотренных в лекции 1.

Токи управления реакторов УР1-УР2 подаются от тиристорных мостов шкафа. Малый тиристорный мост («малый мост», S) предназначен для установки фиксированных токов управления реактора УР1 от 2 до 12 А (в зависимости от уровня стабилизации и от схемы выпрямления) с целью получения максимальных значений коэффициента мощности. При работе системы в режиме главного изменения напряжения от 3500 В до 3800 В (режим «Сирена») ток «малого моста» принимается постоянным, равным 8 А. При

34

этом значения коэффициента мощности отличаются от максимальной величины незначительно.

Ток большого тиристорного моста (большой мост» В) изменяется от 0 до максимального значения 45 А, обеспечивая подмагничивание магнитопровода реактора УР2 и в конечном итоге — регулирование выпрямленного напряжения преобразовательного агрегата.

Датчики тока «малого» ДТS и «большого» ДТВ тиристорных мостов используются только для контроля и отображения на дисплее контроллера величин токов мостов.

При использовании реакторов НР1-УР2 канал «малого моста» S не используется.

Рис. 6.1. Регулируемый преобразовательный агрегат системы управляемого электроснабжения:

УР1, УР2 — реакторы, S — канал «малого моста», В — канал «большого моста», ДН — датчик напряжения, ДТ− датчик тока преобразовательного агрегата, ДТ В — датчик тока «большого моста», ДТ S — датчик тока «малого моста», CPU — контроллер

Шкаф ШАУН5-У4 выполняет следующие режимы работы системы АСНТп:

1.Стабилизация выпрямленного напряжения тяговой подстан-

ции на уровнях от 3500 до 3800 В с возможностью установки уровней через 20−40 В.

2.Ограничение тока преобразовательного агрегата или питающего фидера контактной сети.

35

3.Регулирование напряжения в контактной сети, например

упоста секционирования («Сирена») с обеспечением работы электровозов в режиме тяги и рекуперативного торможения.

4.Обеспечение параллельной работы двух или трех преобразовательных агрегатов с равномерным распределением токов между агрегатами, не превышающим 100 А.

5.Резервирование работы датчиков напряжения преобразовательных агрегатов, обеспечивающее автоматическое регулирование напряжения всех агрегатов от одного исправного «рабочего» датчика напряжения.

6.Согласование коммутационного режима работы шкафа со схемой управления и защиты преобразовательного агрегата.

Рассмотрим подробнее режимы работы шкафа.

Основным режимом работы шкафа является стабилизация напряжения на шинах тяговой подстанции. ДН измеряет напряжение на шинах подстанции и передает сигнал в контроллер шкафа. Контроллер сравнивает измеренное напряжение с заданным. По результату сравнения формируются сигналы управления мостом «В», стабилизации задается соответствующими кнопками управления шкафа.

Режим ограничения по току. Режим необходим на тяговых подстанциях с ограниченной мощностью, например, на подстанциях с одним преобразовательным агрегатом. При отсутствии режима ограничения по току при перегрузке преобразовательный агрегат отключается. В результате напряжение на электровозе, работающем в тяговом режиме с большим потреблением тока, подается от соседних тяговых подстанций низкого уровня, что ведет к остановке поезда или к ограничению движения. В режиме ограничения по току при превышении уставки по току шкаф понижает напряжение. Ток агрегата понижается, агрегат остается в работе. При этом повышается нагрузка на соседние подстанции (режим «перераспределения мощности»). Возможно аналогичное ограничение тока нагруженного фидера питания контактной сети.

Режим «СИРЕНА». На посту секционирования установлен блок «СИРЕНА», который измеряет напряжение на посту секционирования. При понижении напряжения ниже уставки сигнал с поста передается на смежные тяговые подстанции. В режиме «СИРЕНА» возможны три варианта:

Напряжение на посту выше уставки. Шкафы ШАУН5-У4 продолжают работать в режиме стабилизации напряжения на шинах

36

подстанции. Такой режим возможен при отсутствии на соседних с тяговой подстанцией фидерных зонах электроподвижного состава или его работе при выбеге (отсутствии тока), или работе в тяговом режиме с незначительным потреблением тока. Однако при наличии на фидерной зоне электровоза, работающего в режиме рекуперации, повышается напряжение не только на посту секционирования, но возможно также и на шинах тяговой подстанции. В этом случае шкафы ШАУН5 понижают напряжение на шинах тяговой подстанции вплоть до минимального уровня стабилизации. Если напряжение от рекуперирующего электровоза выше минимального уровня стабилизации, то преобразовательные агрегаты тяговой подстанции «сбрасывают» нагрузку до нуля

иобеспечивают передачу тока рекуперации через шины подстанции на соседнюю фидерную зону.

Напряжение на посту понизилось ниже уставки. Смежные подстанции повышают напряжение до тех пор, пока сигнал с поста секционирования о низком напряжении не будет снят.

Напряжение на подстанции шкафы ШАУН5-У4 повысили до максимальной величины 3800 В, но напряжение на посту ниже уставки. В этом случае шкафы ограничивают напряжение на шинах тяговой подстанции на уровне 3800 В.

Параллельная работа преобразовательных агрегатов На тяговой подстанции устанавливаются два или три преоб-

разовательных агрегата. У каждого агрегата имеется свой шкаф ШАУН5-У4. В нормальном режиме все шкафы включены, независимо от того, включен или нет соответствующий преобразовательный агрегат. Если агрегат включен, то его шкаф «подает» токи подмагничивания реакторов, если агрегат отключен — токи подмагничивания не протекают.

Когда одновременно включены несколько шкафов, то один из них является ведущим (М), остальные ведомые (S). Ведущий шкаф в зависимости от принятых сигналов (ДН, СИРЕНЫ, ДТ)

изаданным уровнем стабилизации напряжения формирует сигнал на повышение или понижение напряжения. На основе этого сигнала происходит управление не только своими мостами, а также этот сигнал передается ведомым шкафам. Ведомые шкафы управляют своими мостами на основе сигнала с ведущего шкафа. Шкаф может быть выведен из параллельной работы включением автономного режима соответствующим переключателем управления шкафа.

37

Библиографический список

К лекции 1 Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория автоматического регулирования. − М.: Наука, 1970. − 767 с.

А.В. Котельников.Основныетребованияксистемами устройствам тягового электроснабжения скоростных и высокоскоростных магистралей // Труды ВНИИЖТ. Новое в хозяйстве электроснабжения / Под ред. А. Б. Косарева. — М.: Интекст, 2003. С.16−23.

Моченов И. Г. Результаты опытной эксплуатации устройств автоматического регулирования на подстанциях // Тр. ин-та / ЦНИИ МПС. Вып.250. — М.: Трансжелдориздат, 1963. — С. 56−80.

К лекции 2 Гуревич В. И., Савченко П. И. Регулирование напряжения в электрических сетях тиристорными устройствами РПН // Известия вузов. Энергетика. 1982. — № 8. — С. 30−34.

Патент РФ на изобретение № 2115212, МПК 6 Н02М 5/22, G05F 1/14. Устройство для регулирования переменного напряжения / Б. А. Аржанников, М. Б. Аржанников, А. А. Бегунов, В. С. Шлентов, Б. А. Аржанников (РФ) — N 96103316/09; заявлено 20.02.96; Опубл. 10.07.98, Бюл. № 19–6 с.: ил.

Свидетельство РФ на полезную модель № 9075, МПК 6 Н02М 5/22, G05F 1/14 на полезную модель. Устройство для регулирования переменного напряжения / Б. А. Аржанников, Л. А. Фролов, Б. А. Аржанников. (РФ). — № 98107262/ 20; заявлено 20.04.98; Опубл. 16.01.99, Бюл. № 1. — 6 с.: ил.

Патент РФ на изобретение № 2274945, МПК Н02Р 13/06, G05F 1/20. Способ переключения ответвлений обмотки трансформатора и устройство для его осуществления / Б. А. Аржанников, Л. А. Фролов, А. Н. Штин, Б. А. Аржанников (РФ) — № 2004127292; заявлено 13.09.2004; Опубл. 20.04.2006, Бюл. № 11. — 7с.: ил.

38

К лекции 3 Ветлугин Е. М., Урманов Р. Н. Плавное регулирование напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой с помощью дросселей насыщения // Тр. ин-та / УЭМИИТ, 1962. — № 5. — С.44−55.

Автоматическое бесконтактное регулирование напряжения на шинах тяговой подстанции постоянного тока / Р. Н. Урманов, Я. Л. Фишлер, М. И. Клейнерман, Б. А. Аржанников // Режимы регулирования напряжения в электрических сетях: Всесоюз. науч. конф. — Рига, 1968. — 20 с.

К лекции 4 А. С.838668 СССР, МКИ G 05 F 1/14 Н 02 Р 13/16. Устройство для регулирования переменного напряжения / Б. А. Аржанников, Р. Н. Урманов, Я. Л. Фишлер, В. С. Шлентов (СССР). — № 2815966/24–07; Заявлено 17.09.79; Опубл. 15.06.81, Бюл. № 22. — 2 с.: ил.

К лекции 5 A. C.1444I85 СССР. МКИ В 60 М 3/02. Устройство для автоматического регулирования напряжения в контактной сети / Л. А. Фролов, Б. А. Аржанников, В. И. Сипкин; УЭМИИТ (СССР). — № 4249107/27-II; заявлено 26.05.87; Опубл. 15.12.88, Бюл. № 46. — 6с.: ил.

Эксплуатационные испытания систем автоматического управления напряжением в контактной сети (САУНК) / Р. И. Мирошниченко, Б. А. Аржанников, Н. А. Соколов и др. // Повышение эффективности работы электрифицированных участков: Сб. научн. тр./ ВНИИЖТ. — М.: Транспорт, 1985. — С.25−38.

К лекции 6 Патент РФ на полезную модель № 75620 МПК В60М 3/02, Н02М 5/257. Устройство для автоматического регулирования напряжения на тяговой подстанции и в контактной сети / Б. А. Аржанников, Л. А. Фролов, Б. А. Аржанников (РФ) — № 208117053; заявлено 29.04.2008; Опубл. 20.08.2008, Бюл. № 23–2 с.: ил.

39

Приложение П.1

Основные параметры тяговых трансформаторов и управляемых реакторов

Таблица П.1.1

Основные параметры тяговых трансформаторов

Примечание: в скобках указаны параметры трансформатора с числом витков первичной обмотки w1β + w1α.

40