ТРАНСФОРМАТОР С СИММЕТРИРУЮЩИМ ЭФФЕКТОМ ДЛЯ СИСТЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Российский патент 2004 года по МПК H01F30/14 

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц, представляет собой специальный симметрирующий трехфазный трансформатор и может быть использовано для поперечного симметрирования тяговых нагрузок на подстанции, где предполагается его использование и для одновременного питания продольной двухпроводной линии напряжением 93,9 кВ для питания промежуточных подстанций с однофазными трансформаторами, питающими тяговую сеть на участке между подстанциями, на которых предполагается установка предлагаемого изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к системе распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги с трехфазными симметрирующими и однофазными трансформаторами, описание которой изложено в заявке на изобретение "Система распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги с трехфазными симметрирующими и однофазными трансформаторами.

Известны специальные симметрирующие трансформаторы с специальными схемами соединения обмоток на стороне тяги и повышенным расходом меди [1, 2].

Недостатком этих трансформаторов является большой расход и плохое использование меди на стороне тяги, повышенные потери энергии в них. Кроме того, в этих трансформаторах отсутствует возможность одновременно с симметрированием нагрузок обеспечить автономное питание промежуточных тяговых подстанций. Наиболее близким по технической сущности является устройство, описанное в [2]. Оно взято за прототип.

Техническим результатом является минимальный расход меди на обмотки трансформатора, получение дополнительной функции питания от трансформатора промежуточных подстанций по двухпроводным линиям повышенного напряжения.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что на стороне тяги две трехфазные обмотки с напряжениями фаз 14,232 кВ и 32,870 кВ, соответственно, собираются по схеме треугольника. Обе эти обмотки соединяются в одной общей вершине, а к оставшимся свободным вершинам обоих треугольников присоединяются обмотки, соединенные в неполную звезду таким образом, что две из них с напряжениями лучей 8,22 кВ присоединяются к свободным вершинам треугольника с напряжениями в фазных обмотках 14,232 кВ, а две остальные с напряжениями лучей 18,977 кВ - к свободным вершинам треугольника с напряжениями фазных обмоток 32,871 кВ. За счет такой схемы соединения обмоток на стороне тяги угла сдвига между напряжениями, подаваемыми в тяговую сеть, составляют 90^o.

На фиг.1 представлена схема соединения обмоток предлагаемого трансформатора, а на фиг.2 - векторная диаграмма его токов и напряжений на стороне тяги.

Трансформатор состоит из первичной обмотки 1, соединенной в звезду, вторичная (тяговая) сторона трансформатора состоит из двух обмоток 2 и 3, соединенных каждая треугольником с напряжениями фаз обмоток 2, равными 32,87 кВ, и обмоток 3 - равными 14,232 В. Вывод конца 4 фазы (с) обмотки 2 соединен с выводом начала 5 фазы (с) обмотки 3 и общий узел 6 этого соединения присоединяется к рельсам (земле). К выводам 7 (начало фазы А обмотки 2) (конец фазы А обмотки 2) присоединяются, соответственно, обмотки 9 и 10, соединенные каждая в неполную звезду с напряжениями фаз 18,978 кВ. Узел 7 присоединяется к выводу 11 конца фазы (а) обмотки, соединенной неполной звездой, а вывод 12 конца фазы (в) этой обмотки выводится на корпус бака трансформатора (вывод 13). Вывод 8 конца фазы А обмотки 2 присоединяется к выводу 14 конца фазы С обмотки 10, а вывод 15 обмотки 10 также выводится на корпус трансформатора (вывод 16). В результате между выводами 13 и 6, а также 16 и 6 формируются напряжения 63,5 кВ, и угол между этими напряжениями составляет 90^o. К выводам 17 (конец фазы А обмотки 3) и 18 (начало фазы А обмотки 3) также присоединяются обмотки 19 и 20, каждая из которых соединена по схеме неполной звезды. К выводу 17 присоединяется вывод 21 конца фазы (в) обмотки 19, а вывод 22 фазы (а) этой обмотки выводится на корпус трансформатора (вывод 23). При этом между выводами 6 и 23 формируется напряжение 27,5 кВ.

Вывод 24 конца фазы (с) обмотки 3 или, что одно и то же, вывод 24 конца фазы (с) обмотки 3 соединяется выводом 25 конца фазы (а) обмотки 20, а вывод 26 конца фазы (с) обмотки 20 выводится на корпус трансформатора (вывод 27). При этом между выводами 27 и 6 формируется напряжение 27,5 кВ, а угол между напряжениями выводов 23-6 и 27-6 составляет 90^o.

На фиг. 2 изображена векторная диаграмма токов и напряжений рассматриваемого трансформатора.

Векторы напряжений между узлами 17(21), 18(24) и 4(6)5 образуют треугольник. Модули этих векторов составляют 14,232 кВ. Векторы между узлами 8(14), 7(11) и 4(6)5 образуют второй закрытый треугольник. Модули этих векторов составляют 32,87 кВ. К узлу 18(24) первого треугольника присоединяется обмотка 20, соединенная в неполную звезду, векторы напряжений лучей которой составляют по модулю 8,22 кВ. Напряжение между концом 27(26) этой неполной звезды и узлом 4(6)5 первого треугольника составляет 27,5 кВ.

К узлу 17(21) первого треугольника присоединяется обмотка 19, соединенная в неполную звезду, и векторы напряжений лучей этой неполной звезды по модулю также равны 8,22 кВ. Напряжение между концом луча неполной звезды 23(22) и узлом 4(6)5 первого треугольника составляет 27,5 кВ, а угол между векторами напряжений, соединяющих узлы 27(26)-4(6)5 и 23(22)-4(6)5, составляет 90^o. Эти векторы напряжений на фиг.2 показаны штриховыми линиями.

Узел векторной диаграммы на фиг.2 4(6)5 является общим для обоих треугольников напряжений и этот узел объединяет конец вектора и начало вектора второго треугольника. К узлу 8(14) второго треугольника присоединяется обмотка, соединенная в неполную звезду 10, а векторы напряжений ее лучей по модулю составляют 18,977 кВ. При этом конец вектора присоединяется к узлу 8(14), а конец вектора /к узлу 16(15). Напряжение между узлами 16(15) и 4(6)5 по модулю составляет 66,4 кВ и вектор этого напряжения, показанный на фиг.2 штриховой линией, является продолжением вектора напряжения между узлами 27(26) и 4(6)5. Таким образом напряжение между узлами 27(26) и 16(15) составляет по модулю 93,9 кВ.

К узлу 7(11) второго треугольника примыкает обмотка 9, соединенная неполной звездой с напряжениями лучей , также равными по модулю 18,977 кВ. При этом к узлу 7(11) присоединяется конец луча неполной звезды с напряжением , а к началу этого луча присоединяется начало второго луча этой неполной звезды с напряжением . Между концом луча этой звезды 13(12) и узлом 4(6)5 формируется напряжение 66,4 кВ. Вектор этого напряжения является продолжением вектора напряжения между узлами 23(22) и 4(6)5. Он также показан штриховой линией и общее напряжение между узлами 23(22) и 13(12) составляет 93,9 кВ. Угол между напряжениями между узлами 13(12)-4(6)5 и 4(6)5 также составляет 90^o.

В результате предлагаемый трансформатор на стороне тяги, формируя напряжения по 27,5 кВ между узлами 6-23 и 6-27 с углом сдвига фаз между ними 90^o, обеспечивает возможность питания тяговой сети своими фидерами при наличии симметрирующего эффекта. В то же время, формируя взаимно сдвинутые на 90^o напряжения 93,9 кВ между выводами 13-23 и 93,9 кВ между выводами 16-27, трансформатор обеспечивает возможность создания двухпроводных линий напряжением по 93,9 кВ, обладающих симметрирующим эффектом на трансформаторе и обеспечивающих возможность питания 5-6 простейших однотрансформаторных тяговых подстанций с однофазными трансформаторами при полностью параллельной их работе по тяговой сети, что позволяет существенно сократить капитальные затраты на электроснабжение тяги при надежной схеме электроснабжения и повышении качества электроэнергии.

Источники информации
1. К. Г.Марквардт. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М:, Транспорт, 1982, с. 41-42.

2. Авторское свидетельство 1377930. SU 1377930 A1, Н 01 Г 33/09, 1987 (прототип).

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц, и может быть использовано для поперечного симметрирования тяговых нагрузок на распределительных подстанциях и для питания продольной двухпроводной линии с однофазными трансформаторами. Технический результат заключается в минимальном расходе меди и возможности питания промежуточных подстанций по двухпроводным линиям повышенного напряжения. Трансформатор содержит первичную обмотку, соединенную в "звезду". Вторичная обмотка содержит две трехфазные соединенные в "треугольник" обмотки с одной общей заземленной вершиной и четыре обмотки, соединенные в неполную звезду. Две из них одними выводами присоединены к свободным вершинам одной трехфазной обмотки. А две другие - к свободным вершинам другой трехфазной обмотки так, что между другими выводами обмоток, соединенных в неполную звезду, и землей формируются напряжения с углом сдвига фаз 90^o. 2 ил.

Трансформатор с симметрирующим эффектом для системы распределенного электроснабжения железной дороги, содержащий первичную обмотку, соединенную в “звезду”, и вторичную обмотку, отличающийся тем, что вторичная обмотка содержит две трехфазные соединенные в “треугольник” обмотки с одной общей заземленной вершиной и четыре обмотки, соединенные в неполную звезду, две из которых одними выводами присоединены к свободным вершинам одной указанной трехфазной обмотки, а две другие - к свободным вершинам другой трехфазной обмотки так, что между другими выводами обмоток, соединенных в неполную звезду, и землей формируются напряжения с углом сдвига фаз 90°.