УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ ГАРМОНИК ТОКА И КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ 27,5 КВ, 50 ГЦ Российский патент 2002 года по МПК H02J3/01 H02J3/18 

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог, электрифицированным на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц и может быть использовано для эффективной фильтрации высших гармоник тяговых токов на стороне 27,5 кВ при одновременной компенсации реактивной мощности, потребляемой тягой переменного тока. Устройство предполагает снижение выхода высших гармоник тока тяги в сетях общего назначения до уровня, предполагающего соблюдение норм на такие показатели качества электрической энергии (ПКЭ), как коэффициенты n-ой гармонической составляющей напряжения и искажения синусоидальной формы кривой напряжения в точках общего присоединения (ТОП) при одновременной компенсации реактивной мощности на частоте 50 Гц.

Известно устройство поперечной компенсации с резонансным реактором /1/, настраиваемое с батарей конденсаторов на частоту 135-142 Гц и устройство с резонансным реактором и активным звеном фильтрации высших гармоник /2/.

Устройство /2/ наиболее близко к предлагаемому устройству и оно принято, в качестве прототипа.

В устройстве /2/ батарея конденсаторов разбивается на основную и резонансную батареи. Резонансная батарея, включаемая последовательно к основной, настроена в резонанс напряжений с резонансным реактором, последовательно включенным с ней, на частоту 50 Гц.

Между крайними выводами резонансной части батареи и реактора на частоте 50 Гц разность потенциалов с точностью до настройки равна нулю. Параллельно этим выводам подключается резистор со значительным сопротивлением порядка 80-100 Ом, чтобы ограничить потери активной энергии на частоте 50 Гц. вследствие неточной настройки реактора и батареи в резонанс напряжений на этой частоте.

В результате фильтрация гармоник устройство по /2/ при такой схеме с апериодическим активным шунтом увеличивает свое шунтирующее действие по высшим гармоникам, но это действие не является достаточным для приведения значений коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжения и искажения синусоидальной формы кривой напряжения, создаваемых тягой переменного тока в точках общего присоединения, к допустимым величинам.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение его фильтрующего действия по отношению к высшим гармоникам тяговых токов плеч питания тяговых подстанций и снижение активных потерь энергии в шунте на частоте 50 Гц
Сущность заявленного изобретения состоит в том, что в известное устройство дополнительно включены шунтирующая батарея, выключатель и резистор.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Вся батарея конденсаторов разбивается на основную 1 и резонансную 2 батареи. Резонансная батарея 2 настраивается в резонанс напряжений с резонансным реактором 3 на частоту 50 Гц. В результате с точностью до настройки напряжения между выводами 4 и 5 разность потенциалов на частоте 50 Гц равна нулю. Параллельно выводам 4 и 5 включается шунтирующая цепь, состоящая из выключателя шунтирующей батареи 7 из пяти конденсаторов типа КЭК1-I, 05-63-2УI и резистора 8 сопротивлением 20 Ом, выполненного металлическим высокоомным проводом.

Полное сопротивление этой цепи составляет 89,8 Ом. Между выводом 9, соединяющим резонансный реактор и резонансную батарею и выводом 10, соединяющим резистор 8 и шунтирующую батарею 7, включается выключатель 11 и бетэловый резистор 12, сопротивлением 60 Ом.

Схема /2/ отличается от данной схемы отсутствием элементов 7, 11 и 12. При этом в /2/ резистор 8 выполняется сопротивлением порядка 80 Ом для ограничения тока частотой 50 Гц, протекающего по этой цепи за счет рассогласования резонанса напряжений частотой 50 Гц между выводами 4 и 5. В результате, при максимальном рассогласовании напряжений между выводами 4 и 5 в 525 В (половина номинального напряжения одной банки конденсатора), активные потери мощности в резисторе 8 прототипа на частоте 50 Гц составляют 3,45 кВт, а годовые потери энергии 30,2 тыс. кВт•ч (13 тыс. руб./год).

В схеме предлагаемого изобретения включение в шунтирующую ветвь батареи 7 позволяет снизить сопротивление резистора 8 до 20 Ом, увеличив на частоте 50 Гц сопротивление этой ветви до 89,8 Ом за счет емкостного сопротивления батареи 7.

В результате потери мощности в резисторе 8 снижаются до 0,68 кВт, а годовые потери энергии до 5990 кВт•ч (2575 руб./год).

Наличие конденсаторов в батарее 7 заметно ограничивает сопротивление шунтирующей ветви только на частоте 50 Гц. Уже на частотах 150, 250, 350 Гц и т. д. сопротивлении этой ветви снижается до 35, 26, 236 Ом и т.д., что резко повышает шунтирующую роль устройства для высших гармоник тока по сравнению с прототипом.

Ветвь между узлами 9 и 10 необходима только на время включения или отключения и поэтому резистор 12 может быть выполнен на базе бетэла, т.е. из дешевого материала с сопротивлением порядка 60 Ом.

Схема предлагаемого устройства при включении работает следующим образом.

При всех отключенных элементах включается выключатель 11, шунтируя тем самым резисторами 12 и 8 с активным сопротивлением 60+20=80 Ом резонансный реактор. Затем включается выключатель 13. Вслед за этим отключается выключатель 11, а затем включается выключатель 6, оставляя постоянно включенной шунтирующую цепь, состоящую из батареи 7, резистора 8. Включенными остаются батареи 1, 2 и резонансный реактор 3. Устройство при этом обеспечивает эффективную фильтрацию высших гармоник и компенсацию реактивной мощности. Отключение устройства происходит в обратном порядке. Отключается выключатель 6, включается выключатель 11 и отключается выключатель 13.

Источники информации
1. К.Г. Марквардт. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М.: Транспорт, 1985.

2. Авторское свидетельство 1003241 (СССР) "Устройство для ослабления гармоник тока". Авторы М.Д. Зиновьев, Н.И. Молин, И.В. Павлов, Б.В. Шевцов. БИ 9, 1983 г. (прототип).

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог. Технический результат заключается в повышении фильтрующего действия устройства по отношению к высшим гармоникам тяговых токов плеч питания тяговых подстанций и снижении активных потерь энергии в шунте на частоте 50 Гц. Для этого устройство фильтрации высших гармоник тяговых нагрузок, их симметрирования и компенсации реактивной мощности позволяет фильтровать токи тяговых нагрузок за счет введения активно-емкостного шунта к устройству компенсации реактивной мощности. В этом случае по первой гармонике потери энергии в резисторе шунта снижаются в 4 раза по сравнению с прототипом, а фильтрация гармоник увеличивается в 14-15 раз по сравнению с устройством компенсации без шунта и в 3-4 раза по сравнению с прототипом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство фильтрации гармоник тока и компенсации реактивной мощности в тяговой сети 27,5 кВ, 50 Гц, содержащее основную и резонансную батареи, резонансный реактор, резистор, отличающееся тем, что оно снабжено выключателем, при этом выключатель и резистор включены параллельно резонансным батарее и реактору, а между выключателем и резистором подключена дополнительная шунтирующая батарея конденсаторов и между выводом, соединяющим резонансный реактор и резонансную батарею, и выводом, соединяющим резистор и шунтирующую батарею, включен выключатель и последовательно с ним бетэловый резистор.