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

С/1

С

Использование: электрификация железных дорог при переменном токе по системе 2 х 25 кВ для совместного питания тяговых потребителей. Сущность изобретения: типовая система электроснабжения дополнена двумя разъединителями и выключателем на вторичной стороне резервного трансформатора для организации полного треугольника напряжений, питающего трехфазные потребители линий Два прово- да-рельс и собственных нужд подстанций. В устройстве имеет место снижение потерь от токов нулевой последовательности и повышение качества электроэнергии на зажимах нетяговых потребителей. 5 ил.

Изобретение относится к электрификации железных дорог на переменном токе по системе 2 х 25 кВ для совместного питания тяговых и нетяговых потребителей.

Системы электроснабжения 2 х 25 кВ построены с использованием однофазных трансформаторов, соединенных в открытый треугольник, что позволяет производить регулирование напряжений в контактной сети раздельно по плечам питания. Однако фидера Два провода-рельс (ДПР) и Собственных нужд (СН) присоединены с шинам вторичного напряжения, т.е. к плечам тяговой сети. Следовательно, трехфазные потребители, питающиеся от линий ДПР и СН. не могут получать электроэнергию должного качества, в частности по показателям несимметрии и несинусоидальности.

Известно устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее

однофазные трансформаторы, первичные и районные обмотки которых соединены в треугольник, а тяговые - в открытый треугольник, снабженное датчиками напряжения плеч питания и блоками регулирования в тяговых обмотках. В основе своей (без элементов регулирования) система электроснабжения по данному устройству имеет условия для обеспечения симметрирования напряжения основной частоты и демпфирования гармоник напряжения, кратных трем, по районной нагрузке. Однако, так как по фидерам ДПР и СН треугольник питающих напряжений остается открытым, то токи нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармонических составляющих, кратных трем, создают значительные потери электроэнергии в трехфазных потребителях и линиях .электропередачи, питающих эти нагрузки. Кроме того, увеличивается несимметрия

CJ

о

4 О

пряжений на этих частотах, приводящая к снижению моментов трехфазных двигателей, нагреву их обмоток, сбоям релейных защит и т.д. Для однофазных потребителей, питающихся от фидеров ДПР. и СН через трансформаторы по схеме А/А. возможно появление перенапряжений фазных ЭДС из-за третьей гармоники напряжения,

Наиболее близкой к предлагаемой является система электроснабжения по схеме 2 х 25 кВ, представляющая собой типовое распределительное устройство 55 кВ для питания тяговых плеч и трехфазных потребителей в линиях ДПР и СН тяговых подстанций. Она содержит установленные на тяговых подстанциях первый, второй и резервный однофазные трансформаторы. Первичные обмотки первого и второго трансформаторов через двухполюсные выключатели подключены к питающей сети по схеме открытого треугольника. Первичная обмотка резервного подключена к питающей сети через три двухполюсных разъединителя с возможностью подключения резервного трансформатора к питающей сети вместо любого первого и второго, или параллельно любому из них, или соединения с трансформаторами разных плеч в закрытый треугольник. Вторичные обмотки первого и второго трансформаторов присоединены через двухполюсные выключатели к соответствующим фидерным зонам тяговой сети и далее через шины вторичного напряжения - к фидерам ДРП и СН. Районные обмотки подключены к районным потребителям через свои сборные шины. Шины вторичного напряжения секционированы с помощью четырех двухполюсных разъединителей. Вторичные обмотки резервного трансформатора связаны через свои сборные шины и двухполюсные выключатели с двумя секциями вторичного напряже- ния. Трехфазная система ДПР и СН 27,5 кВ образована путем подключения их фидеров к разнофазным выводам первого и второго трансформаторов и заземленным общим точкам полуобмоток.

Однако эта трехфазная система питания фидеров ДПР и СН представляет собой неполный треугольник, которому присущи отмеченные недостатки вышеприведенного устройства. Кроме того, при аварийном отключении одного из тяговых трансформаторов она превращается в однофазную и нарушается бесперебойное питание всех нетяговых трехфазных потребителей.

Цель изобретения - повышение качества электроэнергии путем уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфазных потребителей.

Поставленная цель достигается тем. что устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разъ0 единители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофазных транс5 форматоров подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервно0 го однофазного трансформатора подключена через третий двухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки, вторичные полуобмотки первого и второ5 го однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные вы0 ключатели к первой и второй секциям двух- фазных шин вторичного напряжения соответственно, первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные вы5 ключатели и сборные шины резервного однофазного трансформатора связаны с вторичными полуобмотками резервного однофазного трансформатора, фидера ДПР, связанные с двухфазными шинами вторич0 ного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители, устройство снабжено восьмым выключателем. При этом начало первой и конец вто- рой полуобмоток резервного однофазного

5 трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель к сборным шинам резервно0 го однофазного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи. Шины вторичного напряжения выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные ши5 ны резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера ДПР и СН - непосредственно к шинам вторично- то напряжения разных фаз и разных секций. Известная система, содержащая семь выключателей, дополнена еще одним, и при устранении четырехсекционных разъединителей в нее введены два двухполюсных разъединителя. Новые связи введены на вторичной стороне резервного трансформа- тора и в подключении фидеров ДПР и СН к шинам вторичного напряжения.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства для электроснабжения; на фиг.2 - векторные диаграммы напряжений на шинах вторичного напряжения в типовых режимах работы известного устройства; на фиг.З - то же, для рабочего режима предлагаемого устройства; на фиг.4 и 5 - то же, при аварийном отключении первого и второго трансформаторов соответственно.

Устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока (фиг.1) содержит первую 1 и вторую 2 секции шин высокого напряжения с перемычкой 3, включенной между ними через первый 4 и второй 5 трехполюсные разъединители соответственно, первый 6. второй 7 и резервный 8 однофазные понизительные трансформаторы, двухфазные шины 9 вторичного напряжения, состоящие из первой 10 и второй 11 независимых секций, каждая из которых представляет собой систему сборных шин, принадлежащих соответственно первому 6 и второму 7 одно- фазным трансформаторам. Шины первой секции 10 подключены к контактному 12 и питающему 13 проводам фидерной зоны 14 со стороны левого плеча подстанции, а шины второй секции 11 - к контактному 15 и питающему 16 проводам фидерной зоны 17 со стороны правого плеча. Фидера ДПР 18 и СН 19 присоединены к разнофазным выводам 20 и 21 соответственно секций 10 и 11. Первичные обмотки первого 6 и второго 7 трансформаторов подключены через первый 22 и второй 23 двухполюсные выключатели к первой 1 и второй 2 секциям шин высокого напряжения соответственно по схеме открытого треугольника. Первичная обмотка резервного трансформатора 8 подключена через третий двухполюсный выключатель 24 и первый 25, второй 26 и третий 27 двухполюсные разъединители к каждой , паре фаз перемычки 3, Вторичные обмотки трансфо рмэторов 6-8 выполнены в виде полуобмоток. Полуобмотки каждого трансформатора 6 и 7 соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рельсовой цепи 28. Свобод- ные выводы этих полуобмоток через четвер- тый 29 и пятый 30 двухполюсные выключатели соответственно подключены к шинам первой 10 и второй 11 секциям двухфазных шин 9 вторичного напряжения. Начало первой 31 и конец второй 32 полуобмоток резервного трансформатора 8 подсоединены к сборным шинам 33 последнего, конец первой 31 и начало второй 32 полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель 34 к сборным шинам j 33 резервного трансформатора 8 и через пятый двухполюсный разъединитель 35 - к заземленной рельсовой цепи 28. Первая 10 и вторая 11 секции двухфазных шин 9 вторичного напряжения через шестой 36 и седьмой 37 двухполюсные выключатели соединены со сборными шинами 33 резервного трансформатора 8. последние подключены через восьмой двухполюсный выключатель 38, а фидера ДПР 18 и СН 19 - непосредственно к шинам 9 вторичного напряжения разных фаз 20 и 21 и разных секций 10 и 11. При этом фазировка подключения фидеров ДПР 18 и СН 19 к сборным шинам 33 резервного трансформатора 8 соответствует присоединению первичной обмотки последнего к недостающей фазе на высокой стороне.

Устройство работает следующим образом.Примем за исходное такое его состояние, когда все выключатели и разъединители отключены. Покажем работу последовательно во всех режимах посредством включения соответствующей совокупности коммутирующих аппаратов.

Режим двустороннего питания тяговой сети осуществляют включением выключателей 22, 23, 29 и 30. При этом фидерные зоны 14 и 17 получают питание от первой 1 и второй 2 секции шин высокого напряжения соответственно (фазы АВ и СА) через первый 6 и второй 7 трансформаторы и секции 10 и 11 двухфазных шин 9 вторичного напряжения. Фидеры ДПР 18 и СН 19 снабжаются энергией от данных трансформаторов через секции 10 и 11 и разнофазные их выводы 20 и 21 и заземленную рельсовую цепь 28. Резервный трансформатор 8 по первичной и вторичной стороне отключен. На фиг. 2а. б и в показаны векторные диаграммы напряжений, соответственно на шинах 12 и 13 левой фидерной зоны 14, на фидерах ДРП 18 и СН 19, на шинах 15 и 16 правой фидерной зоны 17. Здесь принято для упрощения, что вторичные напряжения трансформаторов 6-8 равны по модулю. Диаграммы показывают, что тяговая сеть получает двустороннее питание (вектора 12 - 13 и 15 -16), а фидеры ДПР 18 и СН 19 запитывают ся неполным треугольником напряжений.

Для перехода в режим пар плельной работы трансформаторов дополнительно включают выключатель 24, разъединитель

35 и затем или разъединители 4 и 25 и шестой выключатель 36 для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к первому трансформатору 6, или разъединители 5 и 27 и седьмой выключатель 37 для обеспечения параллельного соединения резервного трансформатора 8 к второму трансформатору 7. Векторные диаграммы для этого режима в основном будут аналогичны диаграммам на фиг.2 а, б , в.

Режим включения первого 6 и второго 7 трансформаторов по схеме открытого треугольника (фазы АВ и АС) и резервного трансформатора 8 на недостаточную фазу (ВС) на высокой стороне достигается включением выключателей 22. 23, 29, 30, 24 и 38, разъединителей 26, 34 и отключением выключателей 36 и 37, разъединителя 35. Тогда на шинах секций 10 и 11 будут иметь место напряжения согласно векторным диаграммам на фиг.З. Трехфазные потребители фидеров ДПР 18 и СН 19 получают питание от полного треугольника напряжений (фиг.З, б). Две стороны его вектора 28 - 12 и 15 - 28сформированы напряжениями полуобмоток первого 6 и второго 7 трансформаторов, третья, ранее недостающая сторона - вектор 12 - 15 - напряжением соединенных в параллель полуобмоток резервного трансформатора 8. Образован контур замыкания токов нулевой последовательности на основной частоте и частотах высших гармоник, кратных трем, что приводит к уменьшению несимметрии и несинусоидальности напряжений, а также потерь электроэнергии в трехфазных потребителях. Для тех однофазных потребителей, которые питаются от фидеров ДПР 18 и СН 19 через трансформаторы по схеме Xfj, уменьшается вероятность появления перенапряжений фазных ЭДС из-за уменьшения в них гармоник напряжений, кратных трем. Плечи тяговой сети получают питание напряжением 2 х 25 кВ (фиг.З а, в): вектора 13 - 12 в фидерной зоне 14 и 15- 16 в фидерной зоне 17.

Так как в этом режиме резервный трансформатор 8 эксплуатируется постоянно, то возникает опасность нарушения бесперебойного питания трехфазных потребителей при отказе любого трансформатора 6 или 7 подстанции. Векторные диаграммы нафиг.4 а, б и 5, б наглядно иллюстрируют, что при аварийном отключении трансформатора 6 (фиг.4 а, б) или 6 (фиг.5 а, б) тяговые плечи получают со стороны аварийно отключенного трансформатора напряжение 1x25 кВ, со стороны работающего трансформатора - 2 х 25 кВ, а фидеры ДПР и СН - двухфазное

напряжение, т.е. такое же, как и в нормальном режиме работы известного устройства. Качество электрической энергии в этих случаях понижается, но бесперебойность электроснабжения как тяговых, так и нетяговых потребителей сохраняется на уровне нормальных возможностей типовой системы электроснабжения 2 х 25 кВ.

Таким образом, введение двухполюс0 ных одного выключателя и двух разъединителей и соответствующих связей на вторичной стороне резервного трансформатора позволяет в нормальном режиме использовать его для организации на шинах

5 вторичного напряжения полного треугольника напряжений.

Применение предлагаемой системы по сравнению с известной позволяет достичь симметрирующий эффект, демпфирование

0 гармоник и снятие возможных перенапряжений; при аварийных отключениях одного из тяговых трансформаторов обеспечить бесперебойное питание тяговой сети и линий ДПР и СН по схеме неполного треуголь5 ника; уменьшить потери электроэнергии в трехфазных потребителях.

Предлагаемая система может быть применена на любых типах подстанций (отпаеч- ных, транзитных, опорных), что делает ее

0 универсальной, и она имеет большие возможности для реализации регулирования и управления режимами в линиях ДПР, СН и тяговой сети.

Реализация изобретения обеспечивает5 ся доступными типовыми средствами, т.е. без разработок уникальных элементов и сложных схемных конфигураций.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого решения образуется за счет

0 снижения потерь электроэнергии в понизительных трансформаторах и фидерах ДПР и СН тяговых подстанций, трехфазных нетяговых потребителей, а также за счет повышения качества электроэнергии и,

5 следовательно, уменьшения ущерба в них. Дополнительные затраты будут связаны с вводом дополнительных выключателя и двух разъединителей, однако они в некоторой степени уменьшаются за счет изъятия

0 четырех двухполюсных разъединителя. Формула изобретения Устройство для электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока, содержащее первую и вторую

5 секции трехфазных шин высокого напряжения с перемычкой, включенной между ними через первый и второй трехполюсные разъединители соответственно, первый, второй и резервный однофазные трансформаторы, вторичные обмотки которых выполнены в

виде полуобмоток, причем первичные обмотки первого и второго однофазных транс форматоров подключены через первый и второй двухполюсные выключатели к первой и второй секциям шин высокого напря- жения соответственно по схеме открытого треугольника, первичная обмотка резервного однофазного трансформатора подключена через третий двухполюсный выключатель и первый, второй и третий двухполюсные разъединители к каждой паре фаз перемычки, вторичные полуобмотки первого и второго однофазных трансформаторов соединены последовательно, точки их соединения подключены к заземленной рель- совой цепи, свободные выводы подключены через четвертый и пятый двухполюсные выключатели к первой и второй секциям двухфазных шин вторичного напряжения соответственно, первая и вторая секции двухфазных шин вторичного напряжения через шестой и седьмой двухполюсные выключатели и сборные шиНы резервного однофазного трансформатора связаны с вторичными полуобмотками резервного од- нофазного трансформатора, фидера Два провода-рельс, связанные с двухфазными

ю

шинами вторичного напряжения, а также четвертый и пятый двухполюсные разъединители, отличающееся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии путем уменьшения токов нулевой последовательности и несимметрии напряжения и повышения бесперебойности электроснабжения трехфазных потребителей, устройство снабжено восьмым выключателем, причем начало первой и конец второй полуобмоток резервного однофазного трансформатора подсоединены к сборным шинам последнего, конец первой и начало второй полуобмоток подсоединены раздельно через четвертый двухполюсный разъединитель к сборным шинам резервного однофазного трансформатора и через пятый двухполюсный разъединитель к заземленной рельсовой цепи, шины вторичного напряжения выполнены в виде первой и второй независимых секций, сборные шины резервного однофазного трансформатора подключены через восьмой двухполюсный выключатель, а фидера Два провода-рельс и собственных нужд - непосредственно к шинам вторичного напряжения разных фаз и разных секций.

4 g с

Л

.S

,

и

IIIDIII III 1ГГ2& PttZ {

/3

/2

/3

/5 42

5

Фиг.З

28 |||„2y-|||i

/7/ /2

2

5

Фиг. 2.

28

28 /5

г /Ъ

(г vts

S

Фиг.5