СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ С ТРЕХФАЗНЫМИ СИММЕТРИРУЮЩИМИ И ОДНОФАЗНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ Российский патент 2005 года по МПК H02J3/00 B60M3/04 

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ, 50 Гц и представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих получение повышенного симметрирующего эффекта тяговых нагрузок по отношению к трехфазным сетям общего назначения напряжением 220 (110) кВ, удешевление и упрощение электроснабжения тяги при повышенной надежности питания тяговых нагрузок.

Известны системы электроснабжения железных дорог переменного тока с трехфазными и однофазными трансформаторами [1,2], отличающиеся сложными тяговыми подстанциями 220 (110) кВ/27,5 кВ с присоединением каждой к сетям общего назначения 220 (110) кВ через 40-55 км [1] или система 2×25 кВ - через 60-90 км [2] и установкой на межподстанционных зонах однофазных автотрансформаторов 50/25 кВ.

В обеих системах для ограничения несимметрии напряжений тяговые подстанции присоединяют к сетям электроснабжения с чередованием фаз (схема «винта»), что исключает параллельную работу нескольких подстанций на нагрузки, находящиеся на смежных межподстанционных зонах.

По технической сущности предлагаемая система является композицией обеих систем [1,2] и использует принцип симметрирования тяговых нагрузок, описанный в [3]. Эти три технических решения и являются прототипами и основой предлагаемой системы.

Техническим результатом предлагаемой системы является снижение количества опорных подстанций (одна на 220-250 км) с двумя трехфазными симметрирующими трансформаторами на каждой и пятью - шестью промежуточными простейшими подстанциями с однофазными трансформаторами, получающими питание от трансформаторов смежных опорных подстанций по одной двухпроводной линии, что обеспечивает возможность параллельной работы всех подстанций на участке между смежными опорными подстанциями, снижает потери энергии в тяговой сети и затраты на сооружение подстанций, упрощает их, повышает эффект симметрирования нагрузок тяги на опорных подстанциях, имеющих выход на сети общего назначения.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что питание от сетей общего назначения тяговые сети получают с интервалом 220-250 км через опорные подстанции на напряжении 220 (110) кВ, на которых специальные симметрирующие трехфазные трансформаторы, обладающие эффектом Скотта, снижают напряжение до 91 кВ на каждом плече питания. Обмотки трансформатора, подающие напряжение на левое и правое плечи, соединяются в общей точке между собой, и эта точка присоединяется к земле таким образом, что напряжения выводов каждого плеча по отношению к земле (рельсам) составляют одного 27,5 и второго 63,5 кВ. Устройство такого трансформатора изложено в сопутствующей заявке на изобретение «Трансформатор для системы распределенного электроснабжения железной дороги, электрифицированной на переменном токе (27,5+63,5) кВ, 50 Гц с симметрирующим эффектом».

Применение такого трансформатора позволяет питать двухпроводной ЛЭП напряжением 91 кВ систему подстанций каждая с однофазным трансформатором, и при этом все трансформаторы, на всех промежуточных подстанциях на каждой межподстанционной зоне включаются параллельно друг другу.

На чертеже показана схема соединений тяговых подстанций предлагаемой системы электроснабжения.

Ключевым элементом системы является симметрирующий трансформатор 1. На каждой опорной подстанции 2 устанавливается по два трансформатора 1, из которых один - рабочий, второй - резервный.

Вся зона между двумя опорными подстанциями является сетью специального назначения. От нее получают питание подстанции с однофазными трансформаторами 3 по двухпроводной линии 4 напряжением 91 кВ, прикладываемой по опорам контактной сети. Линия 4 является магнитно уравновешенным элементом этой системы. Присоединение к земле общей точки 5 обмоток трансформаторов опорных подстанций фиксирует уровень изоляции провода 6 по отношению к земле на напряжении 27,5 кВ, а второго питающего провода - на напряжении 63,5 кВ.

Трансформаторы 3 промежуточных подстанций получают питание на напряжении 91 кВ от двухпроводной линии 4, а сама линия 4 секционируется выключателями 8 и 9, в качестве выключателей 8 используются выключатели на напряжение 27,5 кВ, а в качестве выключателей 9 - на напряжение 110 кВ.

Секционирование линии 4 осуществляется через одну подстанцию с таким расчетом, чтобы любое повреждение на линии приводило к отключению только одной подстанции. Сохранение параллельной работы на контактную сеть всех остальных подстанций облегчает режим выпадения одной подстанции. На подстанциях, где осуществляется секционирование линии 4, трансформатор 3 к каждому проводу линии 4 присоединяется через развилку из разъединителей 10 и 11, присоединяемых к проводам линии 4 по обе стороны от секционирующих выключателей, что дает возможность переключать питание подстанций с поврежденной на здоровую секцию линии. Разъединители 10 выполняются на 27,5 кВ, разъединители 11 - на 110 кВ, выключатели 12 выполняются на 110 кВ, выключатели 13 - на 27,5 кВ. В случае выхода из строя трансформатора 3 на каждой из промежуточных подстанций предусматривается шунтирующий выключатель 14, позволяющий подавать питание в контактную сеть через шины подстанции с выпавшим трансформатором от провода 6 линии 4. Выключатель 14 выполняется на напряжение 27,5 кВ.

Внедрение предлагаемой системы электроснабжения позволит:

- уменьшить капзатраты на систему электроснабжения в 1,5-1,6 раз;

- повысить эффект симметрирования тяговых нагрузок за счет изменения новых симметрирующих трансформаторов на опорных подстанциях и увеличения расстояния между ними в 1,6-2,0 раза, исключив штрафные санкции за нарушения качества электроэнергии в точках общего присоединения по коэффициенту симметрии напряжений, что в расчете на одну подстанцию может составить до 1,5-2,0 млн. руб. в год;

- снижение мощности трансформаторов на промежуточных подстанциях до 10-16 MB-А и упрощение схем подстанций позволит отказаться от режима их постоянного обслуживания;

- питание всех промежуточных подстанций от общей двухпроводной линии позволит как при системе постоянного тока 3 кВ использовать преимущества параллельной работы всех подстанций на контактную сеть с лучшим использованием мощности трансформаторов всех подстанций;

- обеспечить модульную упрощенную систему изготовления подстанций и минимизировать территорию, занимаемую ими.

Источники информации

1. К.Г.Марквардт. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М., Транспорт, 1982, с.36-39.

2. Р.Р.Мамошин, А.Н.Зимакова. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М., Транспорт, 1980, с.146-149 (прототип).

3. Авторское свидетельство №1377930, SU1377930 А1, Н 01 F 33/00, 1987 (прототип).

Изобретение относится к системам электроснабжения железных дорог на переменном токе 27,5 кВ. Технический результат заключается в снижении количества опорных тяговых подстанций, снижении потерь электроэнергии в тяговой сети. Система распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги содержит тяговые опорные подстанции, находящиеся друг от друга на расстоянии 200-240 км. От них по двухпроводной линии, прокладываемой по опорам контактной сети, получают питание промежуточные подстанции с однофазными трансформаторами и шунтирующими выключателями. На каждой опорной тяговой подстанции устанавливаются по два трехфазных симметрирующих трансформатора с присоединенной к земле общей точкой, один из которых - рабочий, а второй - резервный. Двухпроводная линия секционируется через одну промежуточную подстанцию двумя выключателями. Однофазный трансформатор присоединяется к каждому проводу двухпроводной линии по обе стороны от секционирующих выключателей через развилку из разъединителей, что обеспечивает параллельное подключение всех тяговых опорных и промежуточных подстанций на тяговую сеть. 1 ил.

Система распределенного электроснабжения переменного тока железной дороги, содержащая тяговые опорные подстанции, находящиеся друг от друга на расстоянии 200-240 км, от которых по двухпроводной линии, прокладываемой по опорам контактной сети, получают питание промежуточные подстанции с однофазными трансформаторами и шунтирующими выключателями, на каждой опорной тяговой подстанции устанавливаются по два трехфазных симметрирующих трансформатора с присоединенной к земле общей точкой, один из которых - рабочий, а второй - резервный, при этом двухпроводная линия секционируется через одну промежуточную подстанцию двумя выключателями, причем однофазный трансформатор присоединяется к каждому проводу двухпроводной линии по обе стороны от секционирующих выключателей через развилку из разъединителей, что обеспечивает параллельное подключение всех тяговых опорных и промежуточных подстанций на тяговую сеть.