Устройство для электроснабжения железных дорог переменного тока Советский патент 1992 года по МПК B60M3/02 

Изобретение относится кэлектрифицированным железным дорогам переменного тока, а именно к устройствам усиления электроснабжения.

Известны устройства для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, представляющие собой тяговые трансформаторные подстанции, оборудованные трехфазными тяговыми трансформаторами, первичные обмотки которых соединеныпо схеме звезда, питаются от трехфазных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), а вторичные обмотки, соединенные по схеме треугольник, присоединены к тяговой сети, представляющей однофазную нагрузку. К двум фазам каждого тягового трансформатора присоединяют два участка (два плеча) тяговой сети, а третья фаза соединена с тяговым рельсом. Из-за сравнительно больших токов нагрузок и, следовательно, большого падения напряжения в тяговой сети каждый участок тяговой сети получает двухстороннее питание.

Однако из-за особенностей железнодорожных нагрузок участки (плечи) тяговой сети, присоединённые к разным фазам одного тягового трансформатора, даже при равных по модулю токах плеч оказываются не в .одинаковых условиях, так как одна рабочая фаза трансформатора является опережающей, а другая отстающей одна относительно другой. Даже при равенстве величин токов тяговых нагрузок и равенстве фазовых углов нагрузок углы сдвига между напряжениями и токами / рабочих фаз неодинаковы. На отстающей фазе напряжение всегда меньше напряжения опережающей фазы, и только при холостом ходе эти напряжения одинаковы. Поэтому снижается пропускная и провозная способности железных дорог.

Кроме того, из-за различия напряжений даже на одинаковых фазах соседних подстанций при двухстороннем питании участков тяговой сети в тяговой сети протекают уравнительные токи, которые не зависят от тяговой нагрузки и вызывают дополнительные потери энергии. Так как трехфазные тяговые трансформаторы с трехфазными РПН являются симметричными трансформаторами, они не позволяют производить однофазное регулирование вторичных напряжений без дополнительных однофазных автотрансформаторов или вольтодобавочных трансформаторов, включаемых в рассечку фидера, питающего тяговую нагрузку.

Наиболее близким к предлагаемому явпяется устройство для электроснабжения

электрифицированных железных дорог переменного тока, состоящее из трехфазного симметричного трансформатора и однофазного вольтодобавочного трансформатора,

одна (первичная) обмотка которого подключена параллельно одной из фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора, а другая (вторичная), выполненная с регулируемым числом-витков, подключена общим

0 концом к одной из рабочих фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора, а другим к контактной сети.

Недостатком известного устройства является то, что однофазное регулирование

5 напряжение на какой-либо одной нагрузке вторичной обмотки трехфазного трансформатора производится за счет вольтодобавки, получаемой на вторичной обмотке дополнительного однофазноготрансформа0 тора, первичная обмотка которого присоединена только к какой-то одной из трех фаз вторичной обмотки трехфазного трансформатора. Кроме того, само устройство представляет собой схему, состоящую из двух

5 трансформаторов - одного трехфазного и другого однофазного.

Цель изобретения - упрощение путем сокращения количества единиц оборудования. .

0 Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, состоящем из трехфазного трансформатора, содержащего трехстержневой сердечник, первичную обмотку, соединенную по схеме звезда,

5 две вторичные обмотки, первую вторичную обмотку, соединенную треугольником, и вторую, состоящую из трех одинаковых катушек с меньшим числом витков, расположенных на всех стержнях магнитопроврда,

0 имеющих шесть отводов, соединенных последовательно, и переключателя две катушки второй вторичной обмотки соединены последовательно-встречно, а третья - согласно (по схеме разомкнутого

5 треугольника с одной перевёрнутой фазой), одна однофазная нагрузка (для отстающей фазы) .присоединена к выводам ас первой и соединенной с ней второй вторичной обмоток через переключатель, позволяющий изменить число катушек второй вторичной обмотки, другая однофазная нагрузка (для опережающей фазы) присоединена только к первой вторичной обмотке (выводы be).

5 Существенным отличием изобретения является введение в трансформатор дополнительной вторичной обмотки со специальной схемой соединения обмоток и переключателя, что позволяет сократить количество единиц оборудования.

На фиг.1 приведена электрическая схема устройства для электроснабжения железных дорог переменного тока; на фиг.2 векторные диаграммы.

Устройство состоит из трехфазного трансформатора, содержащего стандартный трехстержневой сердечник 1, первичную обмотку из трех одинаковых катушек 2, расположенных на всех стержнях сердечника и соединенных по схеме звезда, первую вторичную обмотку, состоящую из трех одинаковых катушек 3, расположенных на всех стрежнях сердечника и соединенных по схеме треугольника, и вторую вторичную обмотку, состоящую из трех одинаковых катушек 4-6, также расположенных на всех Стержнях магнитопровода, с числом витков, равным 0,08 по сравнению с числом витков катушек первой вторичной обмотки 3, и переключателя 7. Катушки второй вторичной обмотки соединены последовательно. Начало катушки 4 соединено с началом катушки 5, конец катушки 5 соединен с началом катушки 6. Вторая вторичная обмотка присоединена концом х катушки 4 к отводу а первой вторичной обмотки. Отводы от всех катушек второй вторичной обмотки присоединены к контактам переключателя, с которыми соединен (поочередно) подвижный контакт. Одна однофазная нагрузка (фидерная зона 9) присоединена к подвижному контакту переключателя 7 и отводу с первой вторичной обмотки трансформатора, являющемуся общим для двух нагрузок и соединенным с рельсом 10. Другая однофазная нагрузка (фидерная зона 11) присоединена к отводам b и с первой вторичной обмотки, .Смежная подстанция 12 имеет аналогичную схему, включая нейтральные вставки 13 и питающую.сеть, 14.

Устройство, работает следующим образом.

Напряжения первой вторичной обмотки симметрины в режиме холостого .хода и при наличии тяговой нагрузки неодинаковы на различных фазах. Напряжение на нагрузке отстающей фазы (наименьшее напряжение) увеличивается в устройстве путем добавле-ния напряжения катушек 4-6 второй вторичной обмотки (фиг.Т) или только катушек 4 и 5, или только катушки 4, или вообще.не увеличивается в зависимости от положения переключателя, присоединяющего три. Две, одну или ни одной катушки второй вторичной обмотки. Так как вторая вторична я обмотка имеет число витков катушек, равное 0,08 от числа витков катушек первой вторичной обмотки (число витков, равное 0,08, еыбрано из условия, что одна ступень вольтодобавки составляет 2 кВ, а это при

номинальном напряжении 25 кВ равно 8% или 0,08), то соответственно напряжение на нагрузке увеличивается и составляет при присоединении катушки 4 ( в первом положении переключателя, фиг. 2а);

Udfc Uac + 0,08 иф 1,08 Уф, при присоединении катушек4и5(во втором положении переключателя, фиг.2б):

,08U|, 1,119иф+ 0,069иф« 1,12иф; при присоединении катуш1ек 4-6 (в третьем положении переключателя фиг.2в):

Uac Uac+2 0,08иф 1,1 бУф,

где Уф Uac - фазное напряжение первой вторичной обмотки.

При отсутствии тяговых нагрузок или малых нагрузках (пассажирский поезд) переключатель может быть установлен в нулевое положение, при котором вольтодобавка отсутствует; при средних нагрузках (грузовые поезда нормального веса) переключатель должен быть установлен в положение, обеспечивающее вольтодобавку в 1,08 раз

или на 8%; при повышенных нагрузках (грузовые поезда повышенного веса) переключатель должен быть установлен в положение, обеспечивающее вольтодобавку на 12%, и при пропуске сверхтяжеловесных поездов вольтодобавку на 16%, что полностью компенсирует повышенное падение напряжения

на отстающей фазе по сравнению с опережающей. Увеличение напряжения в 1,08-1.121,16 раз на отстающей фазе позволяет

выравнивать напряжения на отстающей и опережающей фазах при повышенных и больших токовых нагрузках, которые возникают при пропусках тяжеловесных и сверхтяжеловесных поездов. Применение трех

катушек второй вторичной обмотки с шестью выводами позволяет производить увеличение напряжения на |ь1ходе любой из трех фаз первой вторичной обмотки независимо от порядка подключения первичной

обмотки трансформатора, т.е. напряжение увеличено на лю.бой фазе, которая будет,отстающей. Аналогично работает смежная подстанция при двухстороннем питании участков тяговой сети железных дорог.

Предлагаемое устройство обладает высокой эффективностью, так как без дополнительных устройств и технических средств позволяет повысить напряжение одной фазы вторичной обмотки трехфазного трансформато эа, что особенно важно для более загруженной отстающей фазы, а это позволяет выдерживать нормальные скоростные режимы движения поездов. Без такого устройства на участке, питающемся пониженным напряжением отстающей фазы.

Изобретение относится к электрифицированным железным дорогам переменного тока, а конкретнее-к устройствам усиления электроснабжения. Цель изобретения - упрощение путем сокращения количества единиц оборудования. Устройство состоит из трехфазного трансформатора 1, содержащего первичную стандартную обмотку 2 и две вторичные обмотки, и переключателя. Первая вторичная обмотка 3 соединена треугольником. Вторая вторичная обмотка - врльтодобавочная, состоит из трех одинаковых катушек 4-6, расположенных на всех стержнях магнитопровода, с числом витков, составляющим 0,08 от числа витков первой вторичной обмотки 3. Вторая вторичная обмотка присоединена между одним отводом первой вторичной обмотки и одной однофазной нагрузкой для наиболее загруженной фазы в виде последовательно соединенных трех катушек, катушки первой и второй фаз соединены последовательно-встречно, а катушка третьей фазы - последовательно-согласно. Переключатель позволяет присоединять различное количество катушек второй вторичной обмотки. 2 ил.(/СсОСосОС