ПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2021 года по МПК H02H3/00 H02J3/18 

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока системы 25 кВ и 2×25 кВ.

Известны регулируемые установки поперечной емкостной компенсации реактивной мощности в тяговых сетях переменного тока [1,2,3].

В частности, в [4] представлена Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка (ФКУ) с двумя последовательно включенными нерегулируемой и переключаемой секциями (в каждой секции включены последовательно реактор с батареей конденсаторов), причем переключаемая секция зашунтирована выключателем - биполярным тиристором. Для изменения мощности Переключаемой ФКУ шунтируют или расшунтируют переключаемую секцию выключателем, при этом в [4] указано, что этот выключатель может выполняться синхронизированным, например, с использованием биполярного тиристора, как это сделано, в частности в [3]. При шунтировке ФКУ напряжение в тяговой сети повышается скачком, что может неблагоприятно сказаться на работе электровозов в тяговой сети. В [5] было предложено увеличивать мощность ФКУ не скачком, а ступенчато, т.е. несколькими ступенями, изменяя в каждой ступени угол открытия тиристорного ключа. Однако при больших мощностях ФКУ (5 – 10 Мвар) придется увеличивать число ступеней для перевода режима напряжения на другой уровень с целью обеспечения допустимого режима работы электроподвижного состава. Указанное приведет к усложнению схемы автоматики управления тиристорным ключом [5]. Поэтому для обеспечения электромагнитной совместимости тяговой сети и электроподвижного состава более целесообразным является режим плавного перевода напряжения ФКУ на максимальную мощность в процессе переключения Переключаемой ФКУ с упрощением схемы автоматики и, как следствие, повышением её надежности.

Итак, принимаем за прототип предлагаемого изобретения техническое решение [5] и рассматриваем Переключаемую фильтрокомпенсирующую установку, содержащую последовательно соединенные главный выключатель, один конец которого подключен к шине питания, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и конденсаторной батареи, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором с управляющим электродом, демпфирующий резистор, зашунтированный выключателем, датчик тока, второй конец которого подключен к нулевой шине, блок дифференцирования, выход которого подключен к управляющему входу биполярного тиристора, а вход – к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу блок измерения фазы тока, вход которого подключен к выходу датчика тока, блок управления, содержащий последовательно соединенные электромагнитное реле, кнопку ВКЛ и кнопку ВЫКЛ и подключенные к источнику оперативного напряжения, причем кнопка ВКЛ зашунтирована замыкающим блок-контактом электромагнитного реле.

Цель изобретения: повышение эксплуатационной надежности Переключаемой ФКУ и электроснабжения тяговой сети в целом путем недопущения бросков напряжения и повышения электромагнитной совместимости тяговой сети и электроподвижного состава.

Для реализации цели изобретения выполнено следующее:

В Переключаемую фильтрокомпенсирующую установку, содержащую последовательно соединенные главный выключатель, один конец которого подключен к шине питания, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и конденсаторной батареи, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором с управляющим электродом. демпфирующий резистор, зашунтированный выключателем, датчик тока, второй конец которого подключен к нулевой шине, блок дифференцирования, выход которого подключен к управляющему входу биполярного тиристора, а вход – к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу блок измерения фазы тока, вход которого подключен к выходу датчика тока, блок управления, содержащий последовательно соединенные электромагнитное реле, кнопку ВКЛ и кнопку ВЫКЛ и подключенные к источнику оперативного напряжения, причем кнопка ВКЛ зашунтирована замыкающим блок-контактом электромагнитного реле

- дополнительно введены два последовательно соединенных резистора и конденсатор, причем один конец первого резистора через размыкающий контакт электромагнитного реле соединен с положительным полюсом источника оперативного напряжения, конец второго резистора соединен с нулевой шиной, конденсатор подключен одним выводом ко второму входу компаратора и точке соединения резисторов, а вторым выводом - к нулевой шине.

Для пояснения работы изобретения представим схему (рис.1) со следующими обозначениями:

1 - главный выключатель;

2 - реактор первой секции;

3 - конденсаторная батарея первой секции;

4 - конденсаторная батарея второй секции;

5 - реактор второй секции;

6 - демпфирующий резистор;

7 - биполярный тиристор с управляющим электродом;

8 - выключатель, шунтирующий демпфирующий резистор;

9 - блок дифференцирования;

10 – компаратор;

11 - блок измерения фазы тока фильтрокомпенсирующей установки;

12 - датчик тока переключамой фильрокомпенсирующей установки;

13 - кнопка ВКЛ шунтирования второй секции для увеличения емкости ФКУ,

14 - кнопка ВЫКЛ расшунтирования второй секции для уменьшения емкости ФКУ;

15 - реле фиксации режима максимальной мощности;

15.1 и 15.2 - замыкающий и размыкающий контакты реле 15;

16 – конденсатор;

17- первый резистор;

18 второй резистор;

19 - блок задания углов задержки на фиксированные моменты времени включения биполярного тиристора;

20 - блок управления.

Переключаемая ФКУ по рис.1 работает следующим образом. Пусть в исходном состоянии ФКУ работает в режиме минимальной мощности с двумя последовательно включенными секциями 2-3 и 4-5, датчиком тока 12. Реле фиксации режима максимальной мощности 15 отключено, контакты 15.2 замкнуты. Конденсатор 16 полностью заряжен и напряжение на нем превосходит максимальное напряжение на выходе блока измерения фазы тока 11, соответствующее фазе тока 180°. Сигналы на выходе компаратора 10 отсутствуют. Сигналы на биполярный тиристор 7 не поступают и он находится в отключенном состоянии.

При подаче команды перехода на максимальную мощность нажатием на кнопку ВКЛ 13 через замыкающиеся контакты кнопки ВКЛ 13 и через размыкающиеся контакты кнопки ОТКЛ 14 срабатывает реле 15 фиксации режима максимальной мощности. Через замыкающийся контакт 15.1 реле 15 встает на «самоподхват». При этом размыкается его контакт 15.2 и конденсатор 16 начинает разряжаться на резистор 17. Напряжение конденсатора 16, плавно уменьшающееся по экспоненциальному закону, поступает на второй вход компаратора 10, обозначенный на схеме знаком «+» На первый вход компаратора 10, обозначенный знаком «-», поступает от блока измерения фазы тока 11 сигнал с напряжением, пропорциональным фазе тока ФКУ.

. Когда на втором входе компаратора напряжение станет меньше значения, соответствующее фазе тока 180° сработает компаратор 10 и через блок дифференцирования 9 на управляющий вход биполярного тиристора 7 будет подан сигнал включения. Биполярный тиристор 7 включится при фазе тока, меньшей 180°, но близкой к ней.

Поскольку напряжение на конденсаторе 16 будет плавно уменьшаться, то угол включения тиристорного ключа будет плавно уменьшаться от полупериода к полупериоду от значения близкого к 180° до тех пор, пока тиристорный ключ не будет открываться при фазе тока, равной нулю. Время переключения можно регулировать, изменяя значение емкости конденсатора 16. При фазе тока, равной нулю, мощность ФКУ становится наибольшей

При нажатии на кнопку ВЫКЛ 14 происходит расшунтирование второй секции и уменьшение емкости и мощности ФКУ. При нажатии на кнопку ВЫКЛ 14 реле 15 отключается, его контакты 15.2 замыкаются и конденсатор 16 начинает заряжаться через резистор 18 до тех пор, пока тиристорный ключ не перестанет открываться. Переключение на минимальную мощность также происходит плавно.

Обычно переключение мощности ФКУ происходит автоматически при работе автоматики ФКУ, тогда запуск биполярного тиристора происходит не от кнопки ВКЛ, а от соответствующей автоматики (на схеме не указано).

Технико-экономический эффект состоит в том, что с помощью предложенной переключаемой фильтрокомпенсирующей установки напряжение плавно повышается и снижается до требуемого значения. При этом исключаются опасные броски напряжения в тяговой сети и упрощается схема автоматики управления ФКУ, что повышает эксплуатационную надежность и электромагнитную совместимость тяговой сети и электроподвижного состава.

Литература

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

2.Герман Л.А., Серебряков А.С., Осокин В.Л., Якунин Д.В. Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка в тяговой сети переменного тока. Вестник ВНИИЖТ, 2020, т.79 №2 с.80-87.

3. Патент №2704023 от 21.03.2019. Трехступенчатая фильтрокомпенсирующая установка тяговой сети переменного тока (Герман Л.А. и др). Опубл. 23.10.2019. Бюл. №30.

4.Патент № 2475912 от 09.03.2011. Устройство переключаемой однофазной поперечной емкостной компенсации в тяговой сети переменного тока. (Серебряков А.С. и др). Опубл.10.02.2013. Бюл. №5.

5. Патент RU № 2739329 C1 от 06.08.2020. Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка. (Серебряков А.С., Герман Л.А. и др.). Опубл.22.122.2020. Бюл. №36.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности электроснабжения тяговой сети с переключаемой фильтрокомпенсирующей установкой (ФКУ) путем недопущения бросков напряжения и повышения электромагнитной совместимости тяговой сети и электроподвижного состава. Установка содержит главный выключатель, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором с управляющим электродом, демпфирующий резистор, датчик тока, блок дифференцирования, компаратор, блок измерения фазы тока и блок управления. В установку введены два последовательно соединенных резистора и конденсатор. 1 ил.

Переключаемая фильтрокомпенсирующая установка, содержащая последовательно соединенные главный выключатель, один конец которого подключен к шине питания, нерегулируемую и переключаемую секции фильтров, каждая из которых состоит из последовательно соединенных реактора и конденсаторной батареи, причем переключаемая секция зашунтирована биполярным тиристором с управляющим электродом, демпфирующий резистор, зашунтированный выключателем, датчик тока, второй силовой конец которого подключен к нулевой шине, блок дифференцирования, выход которого подключен к управляющему входу биполярного тиристора, а вход – к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу блока измерения фазы тока фильтрокомпенсирующей установки, вход которого подключен к выходу датчика тока, блок управления, содержащий последовательно соединенные электромагнитное реле фиксации режима максимальной мощности, кнопку ВКЛ и кнопку ВЫКЛ, подключенные к источнику оперативного напряжения, причем кнопка ВКЛ зашунтирована замыкающим блок-контактом электромагнитного реле, отличающаяся тем, что в нее введены два последовательно соединенные резистора и конденсатор, причем один конец первого резистора через размыкающий контакт электромагнитного реле фиксации режима максимальной мощности соединен с положительным полюсом источника оперативного напряжения, конец второго резистора соединен с нулевой шиной, конденсатор подключен одним выводом ко второму входу компаратора и точке соединения резисторов, а вторым выводом - к нулевой шине.