Способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока Российский патент 2017 года по МПК H02J3/12 

Изобретение относится к электроснабжению электрических железных дорог переменного тока, в частности к системе автоматизации регулирования напряжения в тяговой сети.

Известна распределенная система компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока [1, рис. 2.11], причем установки компенсации реактивной мощности (КУ) установлены на тяговых подстанциях и на посту секционирования. Путем включения-отключения секций или всей КУ выполняют регулирование напряжения в тяговой сети [2]. Указанный рисунок в [1] принимаем за прототип по рассматриваемому способу регулирования напряжения.

Таким образом, рассматривается способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока двухпутного участка с телемеханизированным постом секционирования и двусторонним питанием от телемеханизированных тяговых подстанций, содержащий распределенную систему установок поперечной емкостной компенсации, размещенных на тяговых подстанциях и на посту секционирования, путем регулирования мощности системы установок поперечной емкостной компенсации включением-отключением ступеней секций КУ.

Для поддержания заданного режима напряжения включают-отключают секции КУ на тяговых подстанциях и посту секционирования.

Недостатки рассматриваемого способа регулирования напряжения следующие:

1) Напряжения на смежных подстанциях регулируются независимо друг от друга, а это приводит к неодинаковым значениям напряжения на смежных подстанциях, питающих рассматриваемую межподстанционную зону, и, как следствие, к повышенным значениям уравнительного тока и потерь мощности от них.

2) Контролируются напряжения только в точках подключения КУ, то есть у тяговой подстанции и у поста секционирования, однако на участках, где могут быть наибольшие потери напряжения, а именно - между подстанциями и постом секционирования, напряжение не контролируется.

3) С целью не превышения ресурса коммутационных аппаратов секций КУ переключения секций производят с задержкой в 3-8 мин, чтобы не реагировать на кратковременные изменения напряжения в тяговой сети. В этом проявляется недостаток указанного способа регулирования, определяемый тем, что в течение 3-8 мин и более напряжение в тяговой сети не соответствует заданному режиму.

Цель изобретения - повышение эффективности регулирования напряжения для поддержания заданного режима напряжения и снижения потерь мощности в системе тягового электроснабжения

Для реализации цели изобретения параллельно установкам поперечной емкостной компенсации (КУ) включены тиристорно-реакторные группы, формирующие совместно с КУ статические тиристорные компенсаторы (СТК) [3], рис. 1, с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение на СТК U_TH1, U_TH3, U_TH5, причем все СТК поддерживают на выходе одинаковое напряжение U_cm, а в тяговой сети введены телемеханизированные пункты параллельного соединения контактной сети (ППС), расположенные между подстанциями и постом секционирования с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение у ППС U_TH2 и U_TH4, и информационно-управляющий блок (ИУБ), подключенный по системе телемеханики ко вторичным обмоткам измерительных трансформаторов напряжения, который рассчитывает среднее напряжение в контактной сети по формуле

где U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4, U_TH5 - напряжения в тяговой сети по измерениям трансформаторов напряжения тяговых подстанций, поста секционирования и пунктов параллельного соединения,

и если U_TH2 и (или) U_TH4≤Uмин (принимается Uмин=22-22,5 кВ), то дается команда на повышение выходного напряжения СТК на 1-2 кВ,

а если U_TH1 и (или) U_TH5≥Uмакс (принимается Uмакс=28-28,5 кВ), то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на 1-1,5 кВ,

и если U_TH2 и U_TH4≥Uмин и U_TH1 и U_TH3 и U_TH5≤Uмакс, то по данным измерений U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4, U_TH5 рассчитывается среднее напряжение в тяговой сети U_cp и, если

U_cp>U_o,

где U_o – напряжение, близкое к номинальному напряжению ЭПС, принимаемое равным U_o=26 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на (U_cp-_-U_o), а при

U_cp<U_o

дается команда на повышение выходного напряжения СТК на (U_o-U_cp).

Таким образом, реализация цели изобретения основана на трех принципах регулирования напряжения:

- введение напряжения тяговой сети в допустимую область: по нормативным документам [4] допустимые предельные значения 21-29 кВ, для скоростного движения 24-29 кВ;

- после выполнения вышеуказанного принципа выполняется второй принцип: регулируются напряжения на всех СТК так, чтобы напряжение на токоприемниках было близко к номинальному напряжению ЭПС;

- на всех СТК поддерживается одинаковое напряжение с целью минимизации уравнительного тока.

Рассмотрим предлагаемый способ регулирования напряжения на примере межподстанционной зоны тяговой сети, рис. 1, где приняты следующие обозначения:

1, 2 - тяговые подстанции;

3 - пост секционирования контактной сети;

4, 5, 6 - статические тиристорные компенсаторы (СТК);

7, 8, 9 - установки поперечной емкостной компенсации;

10, 11, 12 - реакторы, управляемые тиристорами;

13, 14 - пункты параллельного соединения;

15, 16, 17, 18, 19 - трансформаторы напряжения 27,5 кВ;

20 - информационно-управляющий блок (ИУБ).

Межподстанционная зона тяговой сети питается от тяговых подстанций ТП1 - 1 и ТП2 - 2, в середине зоны расположен пост секционирования 3. На подстанциях и на посту секционирования включены статические тиристорные компенсаторы (СТК) - 4, 5, 6, содержащие установки поперечной емкостной компенсации (КУ) 7, 8, 9 и управляемые тиристорами реакторы - 10, 11, 12. На тяговых подстанциях, посту секционирования ПС и на пунктах параллельного соединения ППС включены трансформаторы напряжения ТН-27,5 кВ - 15, 16, 17, 18, 19. Для управления напряжением предусмотрен информационно-управляющий блок ИУБ - 20, в котором сосредотачиваются данные напряжения со всех трансформаторов напряжения 15, 16, 17, 18, 19 по системе телемеханики и выдаются команды на управление СТК 4, 5, 6 по вышеуказанному алгоритму.

Итак, в соответствии с изобретением и указанными принципами регулирования напряжения решаются следующие задачи.

Во-первых, на подстанциях 1 и 2 поддерживается одинаковое напряжение, что обеспечивает снижение уравнительных токов до минимума и снижение потерь мощности от них.

Во-вторых, вводится напряжение в допустимую область.

В третьих, в связи с контролем среднего напряжения на межподстанционной зоне управление СТК выполняется так, чтобы приблизить напряжение на токоприемниках к номинальному значению. Указанное будет способствовать режиму работы ЭПС, близкому к номинальному, а это приведет к повышению КПД и коэффициенту мощности ЭПС.

Регулирование напряжения по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Если по измерениям напряжения на ППС1 (13) U_TH2 (16) и (или) на ППС2 (14) U_TH4 (18)≤22-22,5 кВ, то дается команда от ИУБ (20) на повышение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2(5) и СТК3(6) на 1-2 кВ, а если на ТП1 (1) напряжения U_TH1 и (или) на ТП2 (2) напряжения UTH₅≥28-28,5 кВ, а также на ПС (3) напряжение U_TH3≥28-28,5 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2(5) и СТК3(6) на 1-1,5 кВ.

Если же по измерениям напряжения U_TH2 и U_TH4≥22-22,5 кВ и U_TH1, U_TH3, U_TH5≤28-28,5 кВ, то по данным измерений на всех трансформаторах напряжения U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4, U_TH5 рассчитывается среднее напряжение в тяговой сети U_cp по формуле (1) и, если

U_cp>U_o,

где U_o – напряжение близкое к номинальному напряжению ЭПС, принимаемое равным 26 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2 (5), СТК3 (6) на (U_cp-_-U_o), а при

U_cp<U_o

дается команда на повышение выходного напряжения СТК1 (4), СТК2 (5), СТК3 (6) на (U_o-U_cp).

Литература

1. Герман Л.А., Серебряков А.С. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2015. - 316 с.

2. Бородулин Б.М., Герман Л.А., Николаев Г.А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1983. - 183 с.

3. Статические компенсаторы реактивной мощности для электрических сетей: Сборник статей / под ред. В.И. Кочкина. - М.: ЭЛЕКС-КМ, 2010. - 296 с.

4. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. ЦЭ-426. М.: МПС РФ, 1997. - 77 с.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности регулирования мощности установки поперечной емкостной компенсации (КУ), и, следовательно, повышение надежности и экономичности электроснабжения тяговой сети. Согласно способу параллельно установкам поперечной емкостной компенсации (КУ) включены тиристорно-реакторные группы, формирующие совместно с КУ статические тиристорные компенсаторы (СТК) измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение на СТК, причем все СТК поддерживают на выходе одинаковое напряжение U_cm, а в тяговой сети введены телемеханизированные пункты параллельного соединения контактной сети (ППС), расположенные между подстанциями и постом секционирования с измерительными трансформаторами напряжения с вторичными обмотками, измеряющими напряжение у ППС, и информационно-управляющий блок (ИУБ). По измеренным напряжениям блок ИУБ дает команду на все СТК на повышение (понижение) напряжения. 1 ил.

Способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока двухпутного участка с телемеханизированным постом секционирования и двусторонним питанием от телемеханизированных тяговых подстанций, содержащий распределенную систему установок поперечной емкостной компенсации, размещенных на тяговых подстанциях и на посту секционирования, путем регулирования мощности системы установок поперечной емкостной компенсации включением-отключением ступеней секций КУ,

отличающийся тем, что параллельно установкам поперечной емкостной компенсации (КУ) включены тиристорно-реакторные группы, формирующие совместно с КУ статические тиристорные компенсаторы (СТК), с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение на СТК U_TH1, U_TH3, U_TH5, причем все СТК поддерживают на выходе одинаковое напряжение U_cm, а в тяговой сети введены телемеханизированные пункты параллельного соединения контактной сети (ППС), расположенные между подстанциями и постом секционирования с измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение у ППС U_TH2 и U_TH4, и информационно-управляющий блок (ИУБ), подключенный по системе телемеханики ко вторичным обмоткам измерительных трансформаторов напряжения, который рассчитывает среднее напряжение в контактной сети по формуле

где U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4, U_TH5 - напряжения в тяговой сети по измерениям трансформаторов напряжения тяговых подстанций, поста секционирования и пунктов параллельного соединения,

и если U_TH2 и (или) U_TH4≤Uмин (принимается Uмин=22-22,5 кВ), то дается команда на повышение выходного напряжения СТК на 1-2 кВ,

а если U_TH1 и (или) U3 и (или) U_TH5≥Uмакс (принимается Uмакс=28-28,5 кВ), то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на 1-1,5 кВ,

и если U_TH2 и U_TH4≥Uмин и U_TH1 и U_TH3 и U_TH5≤Uмакс, то по данным измерений U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4, U_TH5 рассчитывается среднее напряжение в тяговой сети U_ср и, если

U_cp>U_o,

где U_o – напряжение, близкое к номинальному напряжению ЭПС, принимаемое равным U_o=26 кВ, то дается команда на понижение выходного напряжения СТК на (U_cp-_-U_о), а при

U_ср<U_o

дается команда на повышение выходного напряжения СТК на (U_o-U_cp).