Способ регулирования напряжения на подстанции при одностороннем питании сети переменного тока с нерегулируемой установкой компенсации реактивной мощности Российский патент 2020 года по МПК H02J3/18 B60M3/02 

Описание патента на изобретение RU2720065C1

Изобретение относится к системам тягового электроснабжения железнодорожного транспорта, и в частности, к регулированию напряжения в тяговой сети переменного тока с установками поперечной емкостной компенсацией.

В ряде случаев, например, при необходимости снижения повышенных значений уравнительного тока в тяговой сети [1] применяют раздел по контактной сети по нейтральной вставке у смежной тяговой подстанции с установкой на ней поперечной емкостной компенсации (КУ). Это значит, что питающая подстанция осуществляет одностороннее питание контактной сети, в конце которой включена КУ, а у смежной тяговой подстанции нейтральная вставка осуществляет раздел по контактной сети, так как смежная тяговая подстанция отключена от питания указанной контактной сети (отключены выключатели питающих линий контактной сети).

Отметим основной недостаток такой схемы: при снижении тяговой нагрузки, и в предельном случае при полном ее отсутствии, повышается напряжение в тяговой сети и на шинах КУ. Действительно при мощности КУ 5-7 Мвар напряжение в конце консольного участка повышается на 2-3 кВ, что может привести к повышению напряжения в контактной сети сверх допустимой нормы - 29 кВ.

Конечно, решение в этом случае известное - КУ должно быть регулируемой. В [2] предложена регулируемая переключаемая фильтрокомпенсируемая (ФКУ) установка, но ее промышленное производство пока не осуществлено. Сейчас вводятся в работу, так называемые статические генераторы реактивной мощности (СГРМ) на базе СТАТКОМа с управлемыми силовыми транзисторами IGBT [2]. Стоимость таких установок в 10 Мвар около 100 млн. руб, и поэтому массовое внедрении их в ближайшее время вряд ли будет реализовано. В то же время, на отечественных железных дорогах в настоящее время применяются нерегулируемые конденсаторные установки поперечной емкостной компенсации (более 250 установок на сети), стоимость которых на порядок меньше СГРМ. Поэтому задача в изобретении состоит в обеспечении допустимого режима работы тяговой сети с применением существующих нерегулируемых КУ. В изобретении акцентируется внимание на одностороннее питание тяговой сети, как на самом неблагоприятном случае по режиму напряжения. Однако рассматриваемый способ может быть применен и для тяговой сети с двухсторонним питанием.

Отметим также, в случае отсутствия регулирования мощности КУ известно другое техническое решение указанной проблемы - телеблокировка, рассмотренная в [3]. При наличии телеблокировки возможно с ее помощью связать КУ с устройством регулирования под напряжением (РПН) трансформатора питающей подстанции, когда при повышении напряжения на КУ свыше 28,5-29 кВ подается команда на РПН трансформатора для снижения напряжения в тяговой сети. Идея применения телеблокировки указана в [3], однако сейчас в тяговом электроснабжении она не применяется.

Представленный прототип [4] показывает схему одностороннего (консольного) питания двухпутного участка системы 2×25 кВ. Однако предлагаемый способ регулирования может работать как в системе 2×25 кВ, так и в системе 25 кВ. Поэтому прототип для лучшего объяснения сути изобретения будем представлять для общего случая питания тяговой сети переменного тока (и не важно, по системе 25 кВ или по системе 2×25 кВ): Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции при одностороннем питании тяговой сети переменного тока с нерегулируемой установкой компенсации реактивной мощности (КУ), включенной в конце этого участка, путем изменения положения регулятора РПН тягового трансформатора, содержащей трансформаторы тока и напряжения на вводе тяговой обмотки.

Недостаток способа по прототипу [4] - повышенное напряжение сверх норматива в тяговой сети при снижении тяговой нагрузки.

Цель изобретения - повысить надежность электроснабжения за счет нормализации режима напряжения в тяговой сети при любой тяговой нагрузке.

Для реализации цели изобретения введены измерительно-вычислительный блок, который измеряет мгновенные значения тока i и напряжения u и вычисляет активную Ризм и реактивную Qизм мощности ввода тяговой обмотки, а также действующее значение напряжения Uтр и расчетный блок, который рассчитывает напряжение на КУ по выражению

где Uтр - напряжение на вводе тяговой обмотки трансформатора;

Ризм и Qизм - измеренные активная и реактивная мощности ввода тяговой обмотки;

Rтс.эк и Хтс.эк - эквивалентные активное и реактивное сопротивления тяговой сети от подстанции до эквивалентной сосредоточенной тяговой нагрузки

Хтс.к - реактивное сопротивление тяговой сети от эквивалентной сосредоточенной тяговой нагрузки до КУ;

Qку.ном - номинальная мощность КУ,

Uку - напряжение на шинах КУ после итерационного расчета причем выходы трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительному блоку, выходы которого подключены к расчетному блоку, а его выход соединен с входом регулятора РПН, и если напряжение Uку>29 кВ, то с помощью РПН снижают напряжение на трансформаторе так, чтобы Uку=28-29 кВ, а если Uку=27-28 кВ, то с помощью РПН стабилизируют напряжение на трансформаторе на уровне 25-26 кВ. и если напряжение на шинах КУ установится 27 кВ и ниже, то напряжение на трансформаторе Uтр стабилизируем на уровне 27-28 кВ.

Для пояснения работы способа регулирования на рис. 1 представлена схема включения оборудования, на котором обозначены:

1 - тяговая подстанция;

2 - трансформатор для питания тяговой сети;

3 - трансформатор напряжения

4 - трансформатор тока ввода тяговой обмотки;

5 - преобразователь тока в напряжение

6 - блок измерительно-вычислительный

7 - многофункциональный расчетный блок

8 - РПН трансформатора;

9 - выключатель питающей линии контактной сети (нормально включенный);

10 - тяговая сеть;

11 - реальная распределенная тяговая нагрузка

12 - эквивалентная сосредоточенная тяговая нагрузка,

13 - установка нерегулируемой поперечной емкостной компенсации (КУ);

14 - выключатель смежной подстанции (нормально отключенный);

15 - подключение к смежной подстанции;

16 - рельс.

Измерительно-вычислительный блок 6 по мгновенным значениям тока и напряжения от трансформаторов 3 и 4 по формулам [5] определяет значения активной Р и реактивной мощностей Q с учетом реактивной мощности КУ, а также действующее значение напряжения U на тяговой обмотке трансформатора и затем эту информацию передает в многофункциональный расчетный блок 7. Следует учесть, что реактивная емкостная мощность определяется со знаком «минус», поэтому результирующая реактивная мощность Q, которая передается в многофункциональный блок 7 (или мощность Qизм) будет определяться как разность реактивных мощностей: индуктивной и емкостной.

Поясним формирование выражения (1) напряжения на шинах КУ в расчетном блоке 7.

Первое слагаемое - действительное значение действующего значения напряжения Uтр. рассчитанное в блоке 6. Второе слагаемое - (Ризм⋅Rтс.эк+Qизм⋅Хтс.эк)/Uтр определяет потери напряжения от тяговой нагрузки с КУ, при этом Ризм и Qизм рассчитаны в блоке 6, а эквивалентные сопротивления определяются Rтс.эк=Rтс/2 и Хтс.эк=Xтс/2, где Rтс и Xтс - сопротивления тяговой сети от подстанции до КУ. Таким образом, эквивалентируем распределенную тяговую нагрузку сосредоточенной нагрузкой, определяющей суммарную нагрузку указанной межподстанционной зоны. Третье слагаемое Qку.ном⋅Хтс.к/Uку показывает потерю напряжения со знаком «-» от КУ на всей зоне, то есть за счет третьего слагаемого напряжение на КУ повышается. Следует обратить внимание на учет потерь напряжения за счет третьего слагаемого только на второй половине участка, так как на первой половине расчет потерь напряжения выполнен уже с учетом КУ.

Для повышения точности расчета третьего слагаемого применен метод итерации, когда предварительно полученное значение Uку подставляется для расчета следующего уточняющего шага напряжения Uку [6].

После определения напряжения на шинах КУ алгоритм регулирования напряжения строим следующим образом. При напряжении на шинах КУ более 29 кВ с помощью РПН понижаем напряжение на трансформаторе так, чтобы напряжение на шинах КУ было 28-29 кВ. Далее при напряжении на шинах КУ 27-28 кВ с помощью РПН стабилизируем напряжение Uтр на уровне 25-26, кВ, а если напряжение на шинах КУ установится 27 кВ и ниже, то напряжение на трансформаторе Uтр стабилизируем на уровне 27-28 кВ.

Покажем, как работает схема при регулировании напряжения.

С трансформатора напряжения 3 и трансформатора тока поступает информация по мгновенным значениям напряжения и тока в измерительно-вычислительный блок 6, где рассчитываются значения активной Ризм и реактивной Qизм мощности ввода трансформатора тяговой обмоти. Далее в блоке 7 выполняется расчет напряжения на шинах КУ 13.Теперь рассмотрим два режима.

1 режим, напряжение на КУ выше 29 кВ. Блок 7 укажет на это и в соответствие с формулой изобретения блок РПН даст команду на снижение напряжения трансформатора Uтр так, чтобы напряжение на шинах КУ было 28-29 кВ.

2 режим, напряжение на шинах КУ 27-28 кВ, тогда блок РПН 7 будет давать команду на стабилизацию напряжения Uтр на уровне 25-26 кВ, а при напряжении на шинах КУ 27 кВ и ниже следует стабилизировать напряжение Uтр на уровне 27-28 кВ.

Технико-экономический эффект определяется тем, что показано решение, как осуществлять одностороннее (консольное) питание контактной сети с включением нерегулируемой установки компенсации реактивной мощности в конце консольного участка. При этом регулирование мощности установки компенсации осуществлено с помощью РПН трансформатора питающей подстанции.

Литература

1. Герман Л.А. Эффективность регулируемых малоступенчатых фильтрокомпенсирующих установок в тяговой сети переменного тока. Вестник ВНИИЖТ. Том 77,5/2018, 288-294 с.

2. Герман Л.А., Серебряков А.С., Дулепов Д.Е. Фильтрокомпенсирующие установки в системах тягового электроснабжения железных дорог. Монография. Княгинино. НГИЭУ, 2017. 402 с.

3. Фигурнов Е.П. Релейная защита, Ч. 2 М.: ГОУ-УМЦ, 2009 г. - 604 с.

4. Герман Л.А., Серебряков А.С., Гончаренко В.П., Мизинцев А.В., Якунин Д.В. Регулируемая установка поперечной емкостной компенсации в тяговой сети с биполярным тиристорным ключом. ЭЭТ №4. 2014, 24-29 с.

5. Серебряков А.С. Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач электротехники. Учебное пособие М.: Маршрут, 2005. 240 с.

6. Караев Р.И. Волобринский С.Д., Ковалев И.Н. Электрические сети и энергосистемы - М.: Транспорт, 1988, 326 с.

Похожие патенты RU2720065C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2013
  • Герман Леонид Абрамович
  • Кишкурно Константин Вячеславович
RU2547817C2
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2016
  • Герман Леонид Абрамович
  • Максимова Александра Альбертовна
  • Серебряков Александр Сергеевич
  • Гончаренко Владимир Павлович
RU2644150C2
Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока 25 кВ 2016
  • Григорьев Николай Потапович
  • Парфианович Арсений Петрович
  • Игнатенко Иван Владимирович
  • Власенко Сергей Анатольевич
RU2659671C2
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ТЯГОВОЙ СЕТИ 2021
  • Герман Леонид Абрамович
  • Субханвердиев Камиль Субханвердиевич
  • Серебряков Александр Сергеевич
  • Гончаренко Владимир Павлович
  • Карабанов Артем Александрович
RU2762932C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2014
  • Герман Леонид Абрамович
  • Кишкурно Константин Вячеславович
RU2551133C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ УСТАНОВКИ ПОПЕРЕЧНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ 2014
  • Герман Леонид Абрамович
  • Кишкурно Константин Вячеславович
  • Максимова Александра Альбертовна
RU2562830C1
Устройство управления комбинированной установкой поперечной емкостной компенсации 2022
  • Герман Леонид Абрамович
  • Максимова Александра Альбертовна
  • Карабанов Артем Александрович
RU2790740C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 2008
  • Герман Леонид Абрамович
  • Герман Вадим Леонидович
  • Макаров Александр Анатольевич
RU2365018C1
СПОСОБ БОРЬБЫ С ГОЛОЛЕДОМ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКРОПЕРЕДАЧИ 2012
  • Костюков Дмитрий Александрович
  • Кононов Юрий Григорьевич
RU2537851C2
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 2013
  • Герман Леонид Абрамович
  • Максимова Александра Альбертовна
RU2567996C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 720 065 C1

Реферат патента 2020 года Способ регулирования напряжения на подстанции при одностороннем питании сети переменного тока с нерегулируемой установкой компенсации реактивной мощности

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к системам тягового электроснабжения железнодорожного транспорта. Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения за счет нормализации режима напряжения в тяговой сети при любой тяговой нагрузке. Достигается тем, что введены измерительно-вычислительный блок, который измеряет ток и напряжение и вычисляет активную и реактивную мощности ввода тяговой обмотки, и расчетный блок, который рассчитывает напряжение на КУ. При этом регулирование мощности установки компенсации осуществлено с помощью РПН трансформатора питающей подстанции. Если напряжение Uку>29 кВ, то с помощью РПН снижают напряжение на трансформаторе так, чтобы Uку=28-29 кВ, а если Uку=27-28 кВ, то с помощью РПН стабилизируют напряжение на трансформаторе на уровне 25-26 кВ и если напряжение на шинах КУ установится 27 кВ и ниже, то напряжение на трансформаторе Uтр стабилизируют на уровне 27-28 кВ. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 720 065 C1

Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции при одностороннем питании тяговой сети переменного тока с нерегулируемой установкой компенсации реактивной мощности (КУ), включенной в конце этого участка, путем изменения положения регулятора РПН питающего тяговую сеть тягового трансформатора, содержащей на вводе тяговой обмотки нормально включенный выключатель, трансформаторы тока и напряжения, отличающийся тем, что на тяговой подстанции, питающей тяговую сеть, введены измерительно-вычислительный блок, который измеряет ток и напряжение, и вычисляет активную Ризм и реактивную Qизм мощности ввода тяговой обмотки, и многофункциональный расчетный блок, который рассчитывает напряжение на КУ по выражению:

где Uтр - напряжение на вводе тяговой обмотки трансформатора;

Ризм и Qизм - измеренные активная и реактивная мощности ввода тяговой обмотки;

Rтс.эк и Хтс.эк - эквивалентные активное и реактивное сопротивления тяговой сети от подстанции до эквивалентной сосредоточенной тяговой нагрузки;

Хтс.к - реактивное сопротивление тяговой сети от эквивалентной сосредоточенной тяговой нагрузки до КУ;

Qку.ном - номинальная мощность КУ;

Uку - напряжение на КУ после итерационного расчета, причем выходы трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительно-вычислительному блоку, выходы которого подключены к входам многофункционального расчетного блока, а его выход соединен с входом регулятора РПН, и если напряжение Uку>29 кВ, то с помощью РПН снижают напряжение на трансформаторе так, чтобы Uку=28-29 кВ, а если Uку=27-28 кВ, то с помощью РПН стабилизируют напряжение на трансформаторе на уровне 25-26 кВ, и если напряжение на шинах КУ установится 27 кВ и ниже, то напряжение на трансформаторе Uтр стабилизируют на уровне 27-28 кВ.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2720065C1

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 2013
  • Герман Леонид Абрамович
  • Максимова Александра Альбертовна
RU2567996C2
Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока 2019
  • Серебряков Александр Сергеевич
  • Герман Леонид Абрамович
  • Осокин Владимир Леонидович
  • Дмитриева Наталья Юрьевна
RU2704023C1
ЖУРНАЛ "Электро
Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность" 6/2009
Способ получения четвертичных солей 2-бета-феноксипропенилбензитиазола общего 1960
  • Свешников Н.Н.
  • Хейфец С.А.
SU133061A1
US 5977660 A, 02.11.1999.

RU 2 720 065 C1

Авторы

Герман Леонид Абрамович

Серебряков Александр Сергеевич

Субханвердиев Камиль Субханвердиевич

Осокин Владимир Леонидович

Якунин Денис Васильевич

Фиров Владимир Викторович

Даты

2020-04-23Публикация

2019-11-06Подача